Solarkollektor und dessen Herstellungsverfahren Die Erfindung betrifft einen Solarkollektor mit einem Gehäuse und einem darin angeordneten, von einem Solarfluid durchströmbaren Absorber nach dem Oberbegriff des Patentanspruches 1. Weiterhin betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Herstellung eines Solarkollektors nach dem Oberbegriff des Patentanspruches 8. Solarkollektoren, insbesondere Solarflachkollektoren sind allgemein bekannt. Derartige Solarkollektoren bestehen im Wesentlichen aus einer Glasabdeckung, einem darin angeordneten, von einem Solarfluid durchströmbaren Absorber und eine Isolierung auf der von der Glasabdeckung abgewandten Seite des Absorbers. Dabei ist der Absorber als vom Solarfluid durchströmbarer Kanal oder entsprechend als Fluidkanalsystem ausgebildet. Das Fluidkanalsystem umfasst in herkömmlichen Ausführungsformen ein Rohr oder mehrere Rohre, welche an entsprechenden Halterungen befestigt sind, beispielsweise an beschichteten Kupfer- oder Aluminiumblechen. Der separat ausgeführte Absorber wird in das Solarkollektorgehäuse, welches ebenfalls eine separate Baugruppe bildet, eingesetzt und daran befestigt. Dabei bildet der Absorber eine separate Baueinheit. Der Aufwand zur Her- Stellung eines derartigen Solarkollektors ist erheblich und somit auch relativ kostenintensiv. Insbesondere sind der Materialaufwand und die Fertigungszeiten hoch.

Bekannt sind auch geschäumte Gehäuse, welche beispielsweise in einem ersten Fertigungsschritt hergestellt werden und sogar vorgeformte Kanäle und Strukturierungen Hyd- raulik, Isolation, Hydraulikanschlüsse usw. beinhalten können. In einem zweiten Schritt wird in das Gehäuse dann eine Absorberplatte zum Beispiel eingeklebt, wobei Hohlräume entstehen, in denen das Solarfluid strömen kann.

Aus Robustheitsgründen, besonders wegen der thermischen Ausdehnung, sind das Ge- häuse und der Absorber aus demselben Material. Bei anderen Materialkombinationen besteht ansonsten ein Risiko, dass es eventuell zu Undichtigkeiten und damit einem Austreten des Solarfluids kommen kann. Um einen dicht abgeschlossenen Fluidraum zu erhalten, müssen bei diesem Konzept die Materialien des Gehäuses, der Absorberplatte und des Klebstoffes genau aufeinander abgestimmt sein. Dazu zählen chemische Beständigkeit, thermische und mechanische Eigenschaften, usw.. Dies stellt eine Herausforderung bei Entwicklung und Herstellung dar. Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Solarkollektor sowie ein Verfahren zu dessen Herstellung zu schaffen, um die Nachteile gemäß dem Stand der Technik zu überwinden. Insbesondere ist es eine Aufgabe der Erfindung, einen Solarkollektor sowie ein Herstellungsverfahren zu schaffen, welche einen geringeren Materialaufwand und geringe- re Fertigungszeiten als bisher erfordern sowie Robustheit und eine gute Flexibilität ermöglichen.

Erfindungsgemäß wird dies durch die Gegenstände mit den Merkmalen der Patentansprüche 1 und 8 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen sind den Unteransprüchen zu entnehmen. Der erfindungsgemäße Solarkollektor ist dadurch gekennzeichnet, dass das Gehäuse und zumindest ein Teil des Absorbers durch Umformen und/oder Urformen als integriertes Bauteil hergestellt ist und dass der Absorber als vorgefertigtes, fluidführendes Bauteil beim Herstellen des geschäumten Gehäuses vom Gehäusewerkstoff eingefasst wird. Dazu ist der Absorber in seiner Ausführungsform als vorgefertigtes Bauteil aus der Gruppe der Wärmeübertrager ausgewählt, nämlich parallele oder strukturierte Bleche oder Platten und/oder Folien in Form von Plattenwärmeübertragern, einzelne, seriell oder parallel verschaltete Rohre in Form von Rohrbündel-, Harfen- und Mäanderabsorbern oder flächig durchströmten Absorbern. Das Material des Absorbers als vorgefertigtes Bauteil ist in sei- ner Ausführungsform ausgewählt aus der Gruppe der großporigen und offenzelligen Schäume sowie der Kunststoff-, Kautschuk- und/oder Keramik-Werkstoffe und/oder Metalle.

Als vorgefertigtes Bauteil besitzt der Absorber eine Eigenstabilität. Diese ist auf die erfor- derliche Druckbeständigkeit während eines Schäumungsprozesses beim Herstellen des Gehäuses ausgelegt, so dass er dabei nicht zusammengedrückt wird. Alternativ ist auch ein Verzicht auf die Eigenstabilität möglich. Dann können die Bauteile mit Wasser- oder Luftdruck beaufschlagt werden, der so groß ist wie der Druck, welcher sich innerhalb des Werkzeuges und des Schäumungsprozesses aufbaut. Hierzu wird der Druck während des Schäumungsprozesses zu einem Zeitpunkt oder über den kompletten Herstellvorgang bestimmt.

In einer weiteren Ausführungsform weist der Absorber voneinander beabstandete Durchbrüche auf, durch die während eines Schäumungsprozesses beim Herstellen des Gehäu- ses der Schaum-Werkstoff fließt, um Verbindungsstege zur Stabilitätserhöhung auszubilden und den Absorber vollständig zu umschäumen und damit einzufassen. Diese zusätz- lieh entstehenden Verbindungsstege erhöhen die Stabilität des Aufbaus gegenüber dem im Hohlkörper herrschenden Innendruck im späteren Betrieb.

In einer bevorzugten Ausführungsform ist eine Isolierung auf der von der Glasabdeckung abgewandten Seite des Absorbers vorgesehen. Dabei ist die Isolierung mit Abstand unterhalb des Absorbers angeordnet, so dass während eines Schäumungsprozesses beim Herstellen des Gehäuses der Schaum-Werkstoff, zumindest im umlaufenden Randbereich, zwischen Absorber und Isolierung fließt. In einer zusätzlichen, alternativen Ausführungsform dazu kann eine Isolierung auf der von der Glasabdeckung abgewandten Seite des Absorbers an diesem fixiert oder benachbart zu diesem angeordnet sein. Dabei bildet dann die Isolierung mit dem Absorber eine einschäumbare Einheit.

Das erfindungsgemäße Verfahren zur Herstellung eines Solarkollektors, insbesondere Solarflachkollektors, ist dadurch gekennzeichnet, dass das Gehäuse und zumindest ein Teil des Absorbers durch Umformen und/oder Urformen als integriertes Bauteil hergestellt werden und dass das Umformen mit einem Schäumverfahren, insbesondere mit einem Sprayverfahren zum Herstellen von lang- oder endlosfaserverstärkten Sandwichbauteilen nach Art eines Composite-Spray-Molding-Verfahrens (CSM), durchgeführt wird. Dabei wird das Schäumverfahren mit mindestens einem in das offene Werkzeug einzubringenden Trennmittel zum besseren Entformen durchgeführt, wobei das Trennmittel den Witterungsschutz am herzustellenden Bauteil bildet und wobei die Beschichtung innerhalb der Form, ein sogenanntes In-mould-coating, insbesondere auf Basis von Polyurethan (PUR), auf die gesamte Oberfläche des Werkzeuges aufgesprüht wird.

In einer bevorzugten Ausgestaltung umfasst das Schäumen die Schritte des Einbringens mindestens eines Trennmittels in mindestens ein Formwerkzeug, danach das Einbringen mindestens eines flüssigen Schäummaterials, welches optional mit Verstärkungsstoffen wie Glasfasern und/oder Gasfasermatten versehen ist, in das Formwerkzeug, anschlie- ßend das Einlegen des Absorbers, der Isolierung und/oder anderer zu umschäumender Bauteile in das Formwerkzeug, sowie optional das Einbringen weiterer Lagen an Schäummaterial und Verstärkungsstoffen. Abschließend folgt noch das Ausformen des Schäummaterials als fertiges Bauteil. In einer bevorzugten Ausgestaltung umfasst das Schäumen die Schritte des Einbringens mindestens eines Trennmittels in mindestens ein Formwerkzeug, danach das Einbringen mindestens eines flüssigen Schäummaterials, welches optional mit Verstärkungsstoffen wie Glasfasern und/oder Gasfasermatten versehen ist, in das Formwerkzeug und anschließend das Einlegen eines vorher durch ein Hartschaum-Verarbeitungsverfahren gefertigten Verbundbauteiles aus Absorber und Isolierung. Dabei ist der Absorber durch Hart- schäum mindestens teilweise umschlossen. Bei Bedarf können auch andere zu umschäumende Bauteile in das Formwerkzeug eingelegt werden. Genauso können optional weitere Lagen an Schäummaterial und Verstärkungsstoffen eingebracht werden, bevor nach dem Aushärten als letzter Schritt das Öffnen des Formwerkzeuges zum Ausformen des Schäummaterials als fertiges Bauteil folgt.

In noch einer weiteren Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens wird das Schäumen nach einem Reaction-Injection-Moulding-Verfahren (RIM) durchgeführt, wobei zuerst der Absorber, die Isolierung und/oder andere zu umschäumende Bauteile in das Formwerkzeug eingelegt werden und dann anschließend das Schäummaterial in das ge- schlossene Werkzeug unter Druck eingesprüht wird.

Mit dem erfindungsgemäßen Solarkollektor sowie dem erfindungsgemäßen Verfahren zu dessen Herstellung werden Nachteile gemäß dem Stand der Technik vermieden und die Robustheit erhöht. Neben einem geringeren Materialaufwand wirkt sich die Erfindung posi- tiv auf die Fertigung aus, da geringere Fertigungszeiten nötig sind und eine gute Flexibilität im Hinblick auf Aufbau und Materialeigenschaften ermöglicht wird.

Durch die integrierte Bauweise ist ein kompakter Aufbau möglich, welcher die Herstellung von sehr flachen Kollektoren, das heißt von Flachkollektoren mit einer geringen Kollektor- höhe, ermöglicht. Weiterhin lassen sich durch die integrierte Bauweise bis zu 50 % des im Stand der Technik benötigten Absorbermaterials, meist der teure Werkstoff Kupfer, einsparen.

Das Abdichten des Schaumwerkstoffes gegen das Solarfluid an entsprechenden Absor- beroberflächen oder -innenflächen erfolgt relativ einfach und somit in einem weiteren

Schritt bei der Absorber-Vorfertigung durch Infiltrieren, Ausgießen oder Beschichten. Damit der verwendete Kunststoff über die gesamte Lebensdauer solarfluidresistent, zum Beispiel wasserresistent bleibt, können alle solarfluidkontaktierenden Oberflächen in dem Absorber bevorzugt mit einer Schutzbeschichtung, einem sogenannten Liner, oder dergleichen infilt- riert und/oder überzogen werden. Der Liner oder ein vergleichbarer Stoff kann zum Beispiel aufgesprüht, dosiert oder in einem Tauchverfahren aufgebracht werden. Entfallen kann dagegen auf Grund der erfindungsgemäßen Maßnahmen das Auftragen eines adhäsiven Mittels, zum Beispiel eines Klebstoffes, um Einzelteile zu verbinden. Hierin liegt ein wesentlicher Vorteil, da nicht mehr auf allen Auflageflächen zwischen den Ab- sorberteilen und dem Gehäuse Klebstoff sorgfältig aufgetragen oder dosiert werden muss, um Fluidkanäle dicht zu verschließen und einen funktionsfähigen Absorber auszubilden. Dafür sieht das erfindungsgemäße Herstellungskonzept vorgefertigte fluidführende Elemente bzw. Hohlkörper vor. Die Zeichnungen stellen ein Ausführungsbeispiel der Erfindung sowie deren Herstellung dar und zeigen in den Figuren:

Fig. 1 schematisch einen Querschnitt durch einen erfindungsgemäßen Solarkollektor mit einer vom Absorber beabstandeten Isolierung,

Fig. 2 schematisch einen Querschnitt durch einen erfindungsgemäßen Solarkollektor mit einer am Absorber fixierten Isolierung und

Fig. 3 schematisch drei verschiedene Ausführungsformen für einen Absorber in der

Draufsicht und im Schnitt entlang der Linie S-S, nämlich

3a als poröser Schaumkörper

3b als Kombination von Absorberrohren mit mindestens einem Absorberblech 3c als flächigen Hohlkörper Der Solarkollektor, insbesondere Solarflachkollektor, besteht im Wesentlichen aus einer Glasabdeckung 1 , einem geschäumten Gehäuse 2, einem darin angeordneten, von einem Solarfluid durchströmbaren Absorber 3 und einer Isolierung 4 auf der von der Glasabdeckung 1 abgewandten Seite des Absorbers 3. Das Gehäuse 2 und zumindest ein Teil des Absorbers 3 sind durch Umformen und/oder Urformen als integriertes Bauteil hergestellt, wobei der Absorber 3 als vorgefertigtes Bauteil beim Herstellen des geschäumten Gehäuses 2 vom Gehäusewerkstoff, mindestens in den Randbereichen, eingefasst wird. Der Absorber 3 kann gemäß Fig. 3 in verschiedenen Ausführungsformen gestaltet sein. Als poröser Schaumkörper 31 gemäß Abbildung 3a, als Kombination von Absorberrohren 32 mit mindestens einem Absorberblech 33 gemäß Abbildung 3b oder als flächiger Hohlkörper 34 gemäß Abbildung 3b.

Es sind voneinander beabstandete Durchbrüche 5 im Absorber 3 vorgesehen, durch die während eines Schäumungsprozesses beim Herstellen des Gehäuses 2 der Schaum- Werkstoff fließt, um Verbindungsstege zur Stabilitätserhöhung auszubilden und den Absorber 3 einzufassen.

Die Isolierung 4 ist auf der von der Glasabdeckung 1 abgewandten Seite des Absorbers 3 vorgesehen. Gemäß Fig. 1 befindet sich diese mit Abstand unterhalb des Absorbers 3, so dass während eines Schäumungsprozesses beim Herstellen des Gehäuses 2 der Schaum- Werkstoff auch zwischen Absorber 3 und Isolierung 4 fließt. Dagegen ist gemäß Fig. 2 die Isolierung auf der von der Glasabdeckung 1 abgewandten Seite des Absorbers 3 an diesem fixiert oder direkt benachbart zu diesem angeordnet, so dass die Isolierung 4 und Absorber 3 eine einschäumbare Einheit bilden.