CH720114A1

CH720114A1 - Hybrid collector.

Info

Publication number: CH720114A1
Application number: CH001199/2022A
Authority: CH
Inventors: Bircher Alex; Ramani Dritan
Original assignee: soblue AG
Priority date: 2022-10-11
Filing date: 2022-10-11
Publication date: 2024-04-15
Also published as: WO2024077405A1

Abstract

Die Erfindung betrifft einen Hybridkollektor mit wenigstens einer Photovoltaik-Zelle (15), welche zwischen einer äusseren der Sonne zugewandten und einer inneren Trägerplatte (17a, 17b) angeordnet ist, wodurch ein Trägersubstrat (13) definiert ist. An der Rückseite des Trägersubstrats (13) ist eine Rückwand (18) beabstandet angeordnet, um einen von einem Wärmeträger durchströmbaren Wärmetauscherraum (19) zu bilden. Eine randständige Dichtung (21) ist zwischen dem Trägersubstrat (13) und der Rückwand (18) vorgesehen, um einen von einem Wärmeträger durchströmbaren Wärmetauscherraum (19) zu bilden. Eine Mehrzahl von Klammern (27) greifen an dem Trägersubstrat (13) und der Rückwand (18) an und ziehen das Trägersubstrat (13) und die Rückwand (18) aneinander, um die Dichtung (21) komprimieren, wodurch der Wärmetauscherraum (19) abgedichtet ist. An der äusseren Trägerplatte oder an der Schmalsesite des Trägersubstrates ist wenigstens eine Anschlussdose (33) mit einem elektrischen Anschluss zur Weiterleitung des erzeugten Gleichstroms angeordnet.The invention relates to a hybrid collector with at least one photovoltaic cell (15) which is arranged between an outer carrier plate (17a, 17b) facing the sun and an inner carrier plate (17a, 17b), thereby defining a carrier substrate (13). A rear wall (18) is arranged at a distance from the rear of the carrier substrate (13) in order to form a heat exchanger chamber (19) through which a heat transfer medium can flow. An edge seal (21) is provided between the carrier substrate (13) and the rear wall (18) in order to form a heat exchanger chamber (19) through which a heat transfer medium can flow. A plurality of clamps (27) engage the carrier substrate (13) and the rear wall (18) and pull the carrier substrate (13) and the rear wall (18) towards one another in order to compress the seal (21), thereby sealing the heat exchanger chamber (19). At least one connection box (33) with an electrical connection for transmitting the generated direct current is arranged on the outer carrier plate or on the narrow side of the carrier substrate.

Description

Gebiet der ErfindungField of the invention

[0001] Die Erfindung betrifft eine [0001] The invention relates to a

Stand der TechnikState of the art

[0002] Aus dem Stand der Technik sind Hybridkollektoren bekannt, welche das Sonnenlicht effizienter nutzen, als ein Photovoltaikmodul oder ein thermischer Solarkollektor (auch als Sonnenkollektor oder Flachkollektor bezeichnet) alleine. Bei Photovoltaikmodulen (PV-Modulen) gilt generell, dass deren Leistung mit steigender Temperatur ab-nimmt. Es wird daher versucht die Temperatur der PV-Module möglichst niedrig zu halten. Ein PV-Modul ist derart aufgebaut, dass eine Mehrzahl von Photovoltaik-Zellen nebeneinander an einer Trägerplatte angeordnet ist. Ein PV-Modul wird daher auch als Trägersubstrat bezeichnet. Der synergistische Effekt bei Hybridkollektoren besteht nun darin, dass bei diesen Kollektoren Wärmetauscher vorgesehen sind, welche das PV-Module bzw. das Trägersubstrat kühlen. Die über den Wärmeträger abgeführte Wärme kann beispielsweise für Warmwasserzwecke, Heizungsunterstützung oder Wärmepumpenunterstützung verwendet werden. Der Gesamtwirkungsgrad von Hybridkollektoren ist demnach höher als die Wirkungsgrade eines Trägersubstrats oder eines Solarkollektors alleine. [0002] Hybrid collectors are known from the prior art, which use sunlight more efficiently than a photovoltaic module or a thermal solar collector (also known as a solar collector or flat collector) alone. The general rule for photovoltaic modules (PV modules) is that their performance decreases as the temperature rises. Attempts are therefore made to keep the temperature of the PV modules as low as possible. A PV module is constructed in such a way that a plurality of photovoltaic cells are arranged next to one another on a carrier plate. A PV module is therefore also referred to as a carrier substrate. The synergistic effect of hybrid collectors is that these collectors have heat exchangers which cool the PV module or the carrier substrate. The heat dissipated via the heat carrier can be used, for example, for hot water purposes, heating support or heat pump support. The overall efficiency of hybrid collectors is therefore higher than the efficiency of a carrier substrate or a solar collector alone.

[0003] Die Anschlüsse zur Abnahme des elektrischen Stromes und der Zu- und Abfluss des Wärmeträgers benötigen zur Abdeckung eine Randfläche des Trägersubstrats. Dadurch kann nicht die gesamte Fläche des Trägersubstrates zur Energieerzeugung genutzt werden und der Wirkungsgrad ist dadurch reduziert. [0003] The connections for the electrical current and the inflow and outflow of the heat transfer medium require an edge surface of the carrier substrate to be covered. As a result, the entire surface of the carrier substrate cannot be used to generate energy and the efficiency is therefore reduced.

Aufgabe der ErfindungObject of the invention

[0004] Aus den Nachteilen des beschriebenen Stands der Technik resultiert die Aufgabe einen Hybridkollektor zu schaffen, dessen Wirkungsgrad weiter verbessert ist. [0004] The disadvantages of the described prior art result in the object of creating a hybrid collector whose efficiency is further improved.

BeschreibungDescription

[0005] Die Lösung der gestellten Aufgabe gelingt bei einem Hybridkollektor durch die im kennzeichnenden Abschnitt des Patentanspruchs 1 angeführten Merkmale. Weiterbildungen und/oder vorteilhafte Ausführungsvarianten sind Gegenstand der abhängigen Patentansprüche. [0005] The solution to the stated problem is achieved in a hybrid collector by the features set out in the characterizing section of patent claim 1. Further developments and/or advantageous embodiments are the subject of the dependent patent claims.

[0006] Die Erfindung zeichnet sich bevorzugt dadurch aus, dass die Anschlussdose an der äusseren Trägerplatte oder der Schmalseite des Trägersubstrats angeordnet ist. Dadurch kann die Dichtung bis zu den Seitenkanten an dem Trägersubstrat nach aussen angeordnet werden, da dort keine Anschlussdose mehr vorhanden ist. Am Trägersubstrat bzw. an der inneren Trägerplatte steht dadurch die maximal mögliche Wärmeaustausch-Oberfläche zur Verfügung und das Wärmetauschermedium kann das Trägersubstrat vollflächig kühlen. Die maximale Flächenausnutzung steigert den Wirkungsgrad des Hybridkollektors. Auch die Klammern ermöglichen es, dass die Dichtung möglichst weit aussen an dem Trägersubstrat angeordnet ist. [0006] The invention is preferably characterized in that the junction box is arranged on the outer carrier plate or the narrow side of the carrier substrate. This allows the seal to be arranged on the outside up to the side edges of the carrier substrate, since there is no longer a junction box there. The maximum possible heat exchange surface is therefore available on the carrier substrate or on the inner carrier plate and the heat exchange medium can cool the entire surface of the carrier substrate. The maximum use of surface area increases the efficiency of the hybrid collector. The clamps also make it possible for the seal to be arranged as far out as possible on the carrier substrate.

[0007] Als zweckdienlich hat es sich erwiesen, wenn eine Mehrzahl von Anschlussdosen an der äusseren Trägerplatte oder der Schmalseite angeordnet ist, welche Anschlussdosen jeweils an eine Mehrzahl von Photovoltaik-Zellen angeschlossen sind. Dadurch lässt sich eine Zone auf der äusseren Trägerplatte definieren, welche Anschlussdosen vorbehalten ist. Die übrige Fläche des Trägersubstrats kann mit Photovoltaik-Zellen bestückt werden. [0007] It has proven to be useful if a plurality of connection boxes are arranged on the outer carrier plate or the narrow side, which connection boxes are each connected to a plurality of photovoltaic cells. This makes it possible to define a zone on the outer carrier plate which is reserved for connection boxes. The remaining surface of the carrier substrate can be equipped with photovoltaic cells.

[0008] Zweckmässigerweise ist die wenigstens eine Anschlussdose auf einer Mittelachse des Trägersubstrates angeordnet. Dadurch ist eine Abnahmezone für den erzeugten elektrischen Strom geschaffen, welche ausreichend Platz für mehrere Anschlussdosen aufweist. [0008] The at least one connection box is expediently arranged on a central axis of the carrier substrate. This creates a receiving zone for the generated electrical current, which has sufficient space for several connection boxes.

[0009] Als vorteilhaft hat es sich erwiesen, wenn sich die Mittelachse in Richtung der Breitseiten des Trägersubstrates erstreckt. Dadurch wird nur eine geringe Fläche für die Anschlussdosen benötigt, welche nicht mit Photovoltaik-Zellen bestückt werden kann. Die Breite des Trägersubstrat bietet eine ausreichende Erstreckung, sodass alle benötigten Anschlussdosen auf einer Linie angeordnet werden können. [0009] It has proven to be advantageous if the central axis extends in the direction of the broad sides of the carrier substrate. This means that only a small area is required for the junction boxes, which cannot be equipped with photovoltaic cells. The width of the carrier substrate offers sufficient extension so that all the required junction boxes can be arranged in a line.

[0010] Die Erfindung zeichnet sich auch bevorzugt dadurch aus, dass die wenigstens eine Anschlussdose mit einem UV-Strahlungsschutz verkleidet ist. Dadurch ist das Material der Anschlussdose zuverlässig durch die Zerstörung mit UV-Licht geschützt. [0010] The invention is also preferably characterized in that the at least one junction box is covered with UV radiation protection. As a result, the material of the junction box is reliably protected from destruction by UV light.

[0011] In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung ist die wenigstens eine Anschlussdose ein in Massenproduktion hergestelltes Standardbauteil. Am Einbauort der äusseren Trägerplatte bedürfen die Anschlussdosen keinen besonderen geometrischen oder elektrischen Anforderungen und können demnach Standartbauteile sein. Dadurch können die Herstellkosten des Hybridkollektors reduziert werden. [0011] In a further embodiment of the invention, the at least one junction box is a standard component manufactured in mass production. At the installation location of the outer carrier plate, the junction boxes do not require any special geometric or electrical requirements and can therefore be standard components. This can reduce the manufacturing costs of the hybrid collector.

[0012] Weitere Vorteile und Merkmale ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung eines Ausführungsbeispiels der Erfindung unter Bezugnahme auf die schematischen Darstellungen. Es zeigen in nicht massstabsgetreuer Darstellung: Figur 1: eine Draufsicht auf einen Hybridkollektor und Figur 2: eine Schnittansicht durch den Hybridkollektor entlang der Schnittlinie II-II.[0012] Further advantages and features emerge from the following description of an embodiment of the invention with reference to the schematic representations. They show, in a representation not to scale: Figure 1: a plan view of a hybrid collector and Figure 2: a sectional view through the hybrid collector along the section line II-II.

[0013] In den Figuren 1 und 2 ist ein Hybridkollektor gezeigt, welcher gesamthaft mit dem Bezugszeichen 11 bezeichnet ist und ein Trägersubstrat 13 und eine Rückwand 18 umfasst. [0013] Figures 1 and 2 show a hybrid collector which is designated overall by the reference numeral 11 and comprises a carrier substrate 13 and a rear wall 18.

[0014] Das Trägersubstrat 13 ist dadurch gebildet, dass eine Mehrzahl von Photovoltaik-Zellen 15 zwischen einer äusseren und inneren Trägerplatte 17a, 17b angeordnet ist. Die Trägerplatten 17a,17b können aus Glas oder Kunststoff bestehen. Die Trägerplatten 17a, 17b sind bevorzugt transparent. [0014] The carrier substrate 13 is formed by arranging a plurality of photovoltaic cells 15 between an outer and inner carrier plate 17a, 17b. The carrier plates 17a, 17b can be made of glass or plastic. The carrier plates 17a, 17b are preferably transparent.

[0015] Zwischen dem Trägersubstrat 13 und einer im Wesentlichen parallel zu dem Trägersubstrat 13 angeordneten Rückwand 18 ist eine Wärmetauscherraum 19 gebildet. Die Summe der Höhen der äusseren und inneren Trägerplatte 17a, 17b und der Photovoltaik-Zellen bilden eine Schmalseite 20 des Trägersubstrates. Das Trägersubstrat 13 ist von der Rückwand 18 durch eine Dichtung 21 beabstandet. Die Dichtung 21 ist am Rand des Trägersubstrats 13 und der Rückwand 18 angeordnet und erstreckt sich umlaufend entlang der Längs- und Breitseiten 23,25 des Trägersubstrats 13 bzw. der Rückwand 18. Die Dichtung 21 dichtet den Wärmetauscherraum 19 gegenüber dem Trägersubstrat 13 und der Rückwand 18 ab, indem das Trägersubstrat 13 und die Rückwand 18 an die gegenüberliegenden Dichtflächen der Dichtung 21 gedrückt werden. [0015] A heat exchanger chamber 19 is formed between the carrier substrate 13 and a rear wall 18 arranged essentially parallel to the carrier substrate 13. The sum of the heights of the outer and inner carrier plates 17a, 17b and the photovoltaic cells form a narrow side 20 of the carrier substrate. The carrier substrate 13 is spaced from the rear wall 18 by a seal 21. The seal 21 is arranged on the edge of the carrier substrate 13 and the rear wall 18 and extends circumferentially along the long and wide sides 23, 25 of the carrier substrate 13 and the rear wall 18. The seal 21 seals the heat exchanger chamber 19 from the carrier substrate 13 and the rear wall 18 by pressing the carrier substrate 13 and the rear wall 18 onto the opposite sealing surfaces of the seal 21.

[0016] Die Dichtfunktion wird dadurch erzielt, dass an dem Trägersubstrat 13 und der Rückwand 18, bevorzugt an deren Rand, Klammern 27 angreifen und das Trägersubstrat 13 und die Rückwand 18 aneinander ziehen. Statt den Klammern 27 können beispielsweise Zwingen als Haltemittel dienen. Die Klammern 29 besitzen eine lichte Weite, welche kleiner als die Summe der Höhe aus der Dicke des Trägersubstrats 13, der Höhe der Dichtung 21 und der Dicke der Rückwand 18 ist. Dadurch wird die Dichtung 21 komprimiert, wenn Klammern 27 rundum auf den Hybridkollektor 11 aufgesteckt werden. Die Klammern 27 können auch als ein Klemmrahmen ausgeführt sein. [0016] The sealing function is achieved by clamps 27 engaging the carrier substrate 13 and the rear wall 18, preferably at their edge, and pulling the carrier substrate 13 and the rear wall 18 together. Instead of the clamps 27, clamps can be used as holding means, for example. The clamps 29 have a clear width which is smaller than the sum of the height of the thickness of the carrier substrate 13, the height of the seal 21 and the thickness of the rear wall 18. The seal 21 is thus compressed when clamps 27 are placed all around the hybrid collector 11. The clamps 27 can also be designed as a clamping frame.

[0017] Das Wärmetauschermedium tritt an einem Einlass 29 in den Wärmetauscherraum 19 ein und tritt erwärmt an einem Auslass 31 aus dem Wärmetauscherraum 19 aus. Der von den Photovoltaik-Zellen 15 produzierte Strom wird an einer Mehrzahl von Anschlussdosen 33 abgenommen. [0017] The heat exchange medium enters the heat exchanger chamber 19 at an inlet 29 and exits the heat exchanger chamber 19 heated at an outlet 31. The electricity produced by the photovoltaic cells 15 is taken from a plurality of connection boxes 33.

[0018] Die Anschlussdosen 33 sind an der äusseren Trägerplatte 17a, bevorzugt entlang der Breite in der Mitte der Längsseiten 23, angeordnet. Die Anschlussdosen 33 liegen auf der Mittelachse 34. Die Anschlussdosen 33 können auch an der Schmalseite 20 angeordnet sein. Dadurch muss das Trägersubstrat 13 die Dichtung 21 nicht überragen, um im seitlichen Bereich Platz für die Anschlussdosen 33 zu schaffen. Die Dichtung 21 kann vollständig an dem Rand des Trägersubstrats 13 angeordnet sein bzw. es ist nicht notwendig, dass das Trägersubstrat 13 die Dichtung für Anschluss- und Klemmzwecke überragen muss. Dies hat den grossen Vorteil, dass die innere Trägerplatte nahezu vollflächig, mit Ausnahme der benötigten Dichtfläche, mit dem Wärmetauschermedium in Kontakt treten kann. Dadurch kann das Trägersubstrat 13 möglichst vollflächig gekühlt werden. Der Wirkungsgrad des Hybridkollektors 11 kann durch die Anordnung der Anschlussdosen 33 auf der äusseren Trägerplatte 17a deutlich verbessert werden. [0018] The connection boxes 33 are arranged on the outer carrier plate 17a, preferably along the width in the middle of the long sides 23. The connection boxes 33 lie on the central axis 34. The connection boxes 33 can also be arranged on the narrow side 20. As a result, the carrier substrate 13 does not have to protrude beyond the seal 21 in order to create space for the connection boxes 33 in the lateral area. The seal 21 can be arranged completely on the edge of the carrier substrate 13 or it is not necessary for the carrier substrate 13 to protrude beyond the seal for connection and clamping purposes. This has the great advantage that the inner carrier plate can come into contact with the heat exchange medium almost over its entire surface, with the exception of the required sealing surface. As a result, the carrier substrate 13 can be cooled as completely as possible. The efficiency of the hybrid collector 11 can be significantly improved by arranging the connection boxes 33 on the outer carrier plate 17a.

[0019] Auch das Vorsehen des Einlasses 29 und des Auslasses 31 an der Rückwand trägt dazu bei, dass kein Überstand des Trägersubstrates 13 über die Dichtung 21 notwendig ist. [0019] The provision of the inlet 29 and the outlet 31 on the rear wall also contributes to the fact that no projection of the carrier substrate 13 beyond the seal 21 is necessary.

[0020] Da die Anschlussdosen 33 auf der äusseren Trägerplatte 17a oder an der Schmalseite 20 angeordnet sind und demnach der Sonne zugewandt sind, ist es bevorzugt, wenn diese mit einem UV-Strahlungsschutz 35 verkleidet sind. Dadurch kann das Material der Anschlussdosen 33 durch das Sonnenlicht nicht zerstört werden. Um die Produktionskosten des Hybridkollektors 11 gering halten zu können, sind die Anschlussdosen 33 in Massenproduktion hergestellte Standardbauteile. [0020] Since the connection boxes 33 are arranged on the outer carrier plate 17a or on the narrow side 20 and therefore face the sun, it is preferred if they are covered with a UV radiation protection 35. This means that the material of the connection boxes 33 cannot be destroyed by sunlight. In order to keep the production costs of the hybrid collector 11 low, the connection boxes 33 are standard components manufactured in mass production.

Legende:Legend:

[0021] 11 Hybridkollektor 13 Trägersubstrat 15 Photovoltaik-Zellen 17a, 17b Äussere und innere Trägerplatte 18 Rückwand 19 Wärmetauscherraum 20 Schmalseite des Trägersubstrates 21 Dichtung 23 Längsseiten des Trägersubstrats 25 Breitseiten des Trägersubstrats 27 Klammern 29 Einlass 31 Auslass 33 Anschlussdosen 34 Mittelachse 35 Strahlungsschutz [0021] 11 Hybrid collector 13 Carrier substrate 15 Photovoltaic cells 17a, 17b Outer and inner carrier plate 18 Rear wall 19 Heat exchanger chamber 20 Narrow side of the carrier substrate 21 Seal 23 Long sides of the carrier substrate 25 Wide sides of the carrier substrate 27 Clamps 29 Inlet 31 Outlet 33 Junction boxes 34 Central axis 35 Radiation protection

Claims

1. Hybrid collector with - at least one photovoltaic cell (15) which is arranged between an outer carrier plate facing the sun and an inner carrier plate (17a, 17b), whereby a carrier substrate (13) is defined, - a spaced rear wall (18) arranged on the rear side of the carrier substrate (13) in order to form a heat exchanger space (19) through which a heat transfer medium can flow, - an edge seal (21) which is provided between the carrier substrate (13) and the rear wall (18) in order to form a heat exchanger space (19) through which a heat transfer medium can flow, - a plurality of clamps (27) which engage the carrier substrate (13) and the rear wall (18) and pull the carrier substrate (13) and the rear wall (18) together and compress the seal (21), whereby the heat exchanger space (19) is sealed, and - at least a connection box (33) with an electrical connection for forwarding the generated direct current, characterized in that the connection box (33) is arranged on the outer carrier plate (17a) or on the narrow side (20) of the carrier substrate (13).

2. Hybrid collector according to claim 1, characterized in that a plurality of connection boxes (33) are arranged on the outer carrier plate (17a) or the narrow side (20), which connection boxes (33) are each connected to a plurality of photovoltaic cells (15).

3. Hybrid collector according to claim 1 or 2, characterized in that the at least one connection box (33) is arranged on a central axis (34) of the carrier substrate (13).

4. Hybrid collector according to claim 3, characterized in that the central axis (34) extends in the direction of the broad sides (25) of the carrier substrate (13).

5. Hybrid collector according to one of the preceding claims, characterized in that the at least one connection box (33) is covered with a UV radiation protection (35).

6. Hybrid collector according to one of the preceding claims, characterized in that the at least one connection box (33) is a standard component manufactured in mass production.