AT508646B1 - DEVICE FOR CONVERTING SUNBURNING ENERGY - Google Patents

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AT508646B1 AT0129709A AT12972009A AT508646B1 AT 508646 B1 AT508646 B1 AT 508646B1 AT 0129709 A AT0129709 A AT 0129709A AT 12972009 A AT12972009 A AT 12972009A AT 508646 B1 AT508646 B1 AT 508646B1
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Description

österreichisches Patentamt AT508 646 B1 2012-01-15Austrian Patent Office AT508 646 B1 2012-01-15

Beschreibung [0001] Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Umwandlung von Sonnenstrahlungsenergie in thermische und elektrische Energie gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.Description: [0001] The invention relates to a device for converting solar radiation energy into thermal and electrical energy according to the preamble of claim 1.

[0002] Derartige Vorrichtungen werden im Bereich der Energiegewinnung, insbesondere bei privaten Haushalten und kleinen Unternehmen, eingesetzt.Such devices are used in the field of energy, especially in private households and small businesses.

[0003] Hintergrund der Erfindung ist die Optimierung des Wirkungsgrads von Solarzellen bei gleichzeitiger Nutzung der Energie des Sonnenlichts für die Wärmeerzeugung und für die Erzeugung von elektrischer Energie.Background of the invention is the optimization of the efficiency of solar cells while using the energy of sunlight for heat generation and for the generation of electrical energy.

[0004] Aus dem Stand der Technik sind sowohl photovoltaische Zellen als auch thermische Sonnenkollektoren zur Aufbereitung von Warmwasser bekannt. Derartige Vorrichtungen sind meist sehr teuer und benötigen eine große Fläche, beispielsweise auf Hausdächern. Photovoltaische Zellen werden zumeist bei hohen Temperaturen von etwa 80°C betrieben, wobei der optimale Wirkungsgrad dieser Zellen bei wesentlich geringeren Temperaturen erzielt werden kann. Aus dem Stand der Technik ist es ferner bekannt, die Solarzelle in einer Kühlflüssigkeit zu lagern und die entstehende Wärme abzuführen. Hierbei besteht jedoch der Nachteil, dass gängige für Solarzellen optimierte Kühlflüssigkeiten relativ teuer sind und in einem Kühlkreislauf große Mengen an Kühlflüssigkeit benötigt werden.Both photovoltaic cells and thermal solar panels for the treatment of hot water are known from the prior art. Such devices are usually very expensive and require a large area, for example on rooftops. Photovoltaic cells are usually operated at high temperatures of about 80 ° C, the optimum efficiency of these cells can be achieved at much lower temperatures. From the prior art, it is also known to store the solar cell in a cooling liquid and dissipate the resulting heat. However, there is the disadvantage that common cooling liquids optimized for solar cells are relatively expensive and large quantities of cooling liquid are required in a cooling circuit.

[0005] Auf dem Stand der Technik ist die japanische Patentanmeldung JP 07253249 A bekannt, die ein Hybridpaneel zeigt, das gleichzeitig Wärmeenergie in Form von Warmwasser als auch zum Schmelzen von Schnee auf dem Dach verwendet werden kann.Japanese Patent Application JP 07253249 A discloses a hybrid panel that can simultaneously use thermal energy in the form of hot water as well as to melt snow on the roof.

[0006] Weiters ist aus dem US-Patent US 4278829 eine Vorrichtung zur Umwandlung von Solarenergie in thermische und elektrische Energie dargestellt. Eine derartige Vorrichtung umfasst eine Anzahl von fotovoltaischen Zellen, Mittel zur Konzentration der Sonnenenergie auf den fotovoltaischen Zellen und Mittel zum Zirkulieren einer Flüssigkeit zwischen den Solarzellen und den Mitteln zur Konzentration der Sonnenenergie.Furthermore, from the US patent US 4278829 a device for the conversion of solar energy into thermal and electrical energy is shown. Such a device comprises a number of photovoltaic cells, means for concentrating the solar energy on the photovoltaic cells and means for circulating a liquid between the solar cells and the means for concentrating the solar energy.

[0007] Weiters ist in der deutschen Patentanmeldung DE 2501907 eine Vorrichtung zum Nutzen der Sonnenenergie mit wenigstens einer Solarzelle offenbart, der eine das einfallende Licht bündelnde Linse zugeordnet ist.Furthermore, in the German patent application DE 2501907 discloses a device for the benefit of solar energy with at least one solar cell, which is associated with a lens bundling the incident light.

[0008] Ziel der Erfindung ist es, eine Solarzelle zu schaffen, die sowohl thermische als auch elektrische Energie zur Verfügung stellt und stets bei einem optimalen Wirkungsgrad betrieben werden kann und mit einer geringen Menge der mit der Solarzelle stehenden Flüssigkeit auskommt.The aim of the invention is to provide a solar cell which provides both thermal and electrical energy available and can always be operated at an optimum efficiency and manages with a small amount of liquid standing with the solar cell.

[0009] Die Erfindung löst diese Aufgabe bei der eingangs genannten Vorrichtung mit dem Kennzeichen des Anspruchs 1.The invention solves this problem in the aforementioned device with the characterizing part of claim 1.

[0010] Erfindungsgemäß ist bei einer Vorrichtung zur Umwandlung von Sonnenstrahlungsenergie in elektrische und thermische Energie mit zumindest einer Solarzelle, deren Nutzfläche zumindest teilweise thermisch an ein wärmeleitendes fluides erstes Wärmemedium gekoppelt ist, über das die entstehende Abwärme der Nutzfläche abführbar ist, vorgesehen, dass die Rückfläche der Solarzelle thermisch an ein zweites wärmeleitendes, fluides Wärmemedium koppelbar ist, über das die entstehende Abwärme der Rückfläche abführbar ist, wobei das erste Wärmemedium vom zweiten Wärmemedium getrennt ist und wobei die Vorrichtung derart ausgestaltet ist, dass die Wärme des ersten Wärmemediums auf das zweite Wärmemedium übertragbar ist.According to the invention is provided in a device for converting solar energy into electrical and thermal energy with at least one solar cell, the effective surface is at least partially thermally coupled to a thermally conductive fluid first heat medium through which the resulting waste heat of the effective surface is discharged, provided that the Rear surface of the solar cell is thermally coupled to a second heat-conducting, fluid heat medium, via the waste heat of the rear surface is discharged, wherein the first heat medium from the second heat medium is separated and wherein the device is configured such that the heat of the first heat medium to the second Heat medium is transferable.

[0011] Hierdurch wird die Solarzelle bei einem optimalen Wirkungsgrad betrieben und es besteht zusätzlich der Vorteil, dass der Anteil der erzielten thermischen Energie gegenüber dem Stand der Technik verbessert ist. Die erfindungsgemäße Vorrichtung überträgt die Wärme der Solarzelle über das erste Wärmemedium auf das zweite Wärmemedium. Dadurch ist nur eine 1/10 österreichisches Patentamt AT508 646 B1 2012-01-15 sehr geringe Menge des ersten Wärmemediums erforderlich, während für den Abtransport der thermischen Energie das zweite Wärmemedium genutzt werden kann. Weitere besondere Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen beschrieben.As a result, the solar cell is operated at an optimum efficiency and there is also the advantage that the proportion of the thermal energy obtained is improved over the prior art. The device according to the invention transfers the heat of the solar cell via the first heat medium to the second heat medium. As a result, only a very small amount of the first heat medium is required, whereas for the removal of the thermal energy, the second heat medium can be used. Further particular embodiments of the invention are described in the subclaims.

[0012] Ein weiterer Aspekt der Erfindung sieht vor, dass das erste Wärmemedium zumindest für spektrale Bereiche der Sonnenstrahlung transparent ist. Dadurch wird die gewonnene Strahlungsleistung weiter verbessert.A further aspect of the invention provides that the first heat medium is transparent at least for spectral regions of the solar radiation. As a result, the radiation power obtained is further improved.

[0013] Ferner kann vorgesehen sein, dass das erste Wärmemedium und/oder das zweite Wärmemedium mit der Solarzelle in unmittelbarem, direktem Kontakt stehen. Dies verbessert die Wärmeabfuhr und ermöglicht die Kühlung der Solarzelle. Ein bevorzugter Aspekt der Erfindung sieht vor, dass das erste Wärmemedium und das zweite Wärmemedium durch die Solarzelle voneinander getrennt sind. Diese Anordnung ermöglicht eine einfache Trennung der beiden Wärmemedien und bewirkt zusätzlich eine verbesserte Kühlung der Solarzelle.Furthermore, it can be provided that the first heat medium and / or the second heat medium are in direct, direct contact with the solar cell. This improves the heat dissipation and allows the cooling of the solar cell. A preferred aspect of the invention provides that the first heat medium and the second heat medium are separated from each other by the solar cell. This arrangement allows easy separation of the two heat media and additionally causes improved cooling of the solar cell.

[0014] Bevorzugterweise kann vorgesehen werden, dass die Vorrichtung derart ausgestaltet ist, dass das zweite Wärmemedium an der Rückfläche der Solarzelle vorbeiströmt. Dies ermöglicht eine besonders effiziente Wärmeabfuhr.Preferably, it can be provided that the device is designed such that the second heat medium flows past the rear surface of the solar cell. This allows a particularly efficient heat dissipation.

[0015] Weiters sieht eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung vor, dass das erste Wärmemedium und das zweite Wärmemedium, gegebenenfalls das Gehäuse, gegenüber ihrer Umgebung isoliert sind. Dies verhindert den unerwünschten Abfluss von thermischer Energie in die Umgebung, was einerseits den Wirkungsgrad der Vorrichtung verbessert und andererseits die Erwärmung der Umgebung der Vorrichtung verhindert. Eine weitere bevorzugte Ausführungsform der Erfindung sieht vor, dass das erste Wärmemedium mit dem zweiten Wärmemedium über das Gehäuse in thermische Wirkverbindung bringbar ist. Dies ermöglicht eine besonders effiziente Wärmeübertragung und Wärmeabfuhr von der Solarzelle.Furthermore, a preferred embodiment of the invention provides that the first heat medium and the second heat medium, optionally the housing, are insulated from their environment. This prevents the unwanted outflow of thermal energy into the environment, which on the one hand improves the efficiency of the device and on the other hand prevents the heating of the environment of the device. A further preferred embodiment of the invention provides that the first heat medium can be brought into thermal operation with the second heat medium via the housing. This allows a particularly efficient heat transfer and heat dissipation from the solar cell.

[0016] Ein besonderer Aspekt der Erfindung sieht vor, dass das erste Wärmemedium in zumindest einem geschlossenen ersten Hohlraum vorliegt, der auf einer Seite zumindest teilweise durch die Nutzfläche der Solarzelle begrenzt ist. Eine derartige Vorrichtung ist besonders leicht herzustellen, wobei die Menge des verwendeten ersten Wärmemediums gering gehalten wird.A particular aspect of the invention provides that the first heat medium is present in at least one closed first cavity, which is bounded on one side at least partially by the effective area of the solar cell. Such a device is particularly easy to manufacture, wherein the amount of the first heat medium used is kept low.

[0017] Eine weitere Ausführungsform der Erfindung kann vorsehen, dass zumindest ein, insbesondere kanalförmiger, zweiter Hohlraum vorgesehen ist, in den das zweite Wärmemedium einbringbar ist, wobei insbesondere der zweite Hohlraum auf einer Seite zumindest teilweise durch die Rückfläche der Solarzelle begrenzt ist. Dies vereinfacht den Aufbau der Vorrichtung und ermöglicht eine besonders gute Temperaturabfuhr.A further embodiment of the invention may provide that at least one, in particular channel-shaped, second cavity is provided, in which the second heat medium can be introduced, wherein in particular the second cavity is bounded on one side at least partially by the rear surface of the solar cell. This simplifies the structure of the device and allows a particularly good temperature dissipation.

[0018] Weiters kann vorgesehen werden, dass der erste Hohlraum und der zweite Hohlraum in einem gemeinsamen, vorzugsweise metallischen, Gehäuse angeordnet sind. Dies bietet eine besonders kompakte und einfach aufbaubare Vorrichtung mit vorteilhaften Wärmeleitungseigenschaften.Furthermore, it can be provided that the first cavity and the second cavity are arranged in a common, preferably metallic, housing. This provides a particularly compact and easy to build device with advantageous thermal conduction properties.

[0019] Ein weiterer besonderer Aspekt der Erfindung sieht vor, dass der erste Hohlraum den zweiten Hohlraum umgibt. Eine solche Vorrichtung erzielt einen sehr hohen thermischen Wirkungsgrad und weist nur geringe Wärmeverluste auf. Zudem kann mit einer solchen Vorrichtung die Wärmeabfuhr bzw. Kühlung der Solarzelle besonders wirkungsvoll realisiert werden.Another particular aspect of the invention provides that the first cavity surrounds the second cavity. Such a device achieves a very high thermal efficiency and has only low heat losses. In addition, the heat dissipation or cooling of the solar cell can be realized particularly effectively with such a device.

[0020] Weiters kann vorgesehen werden, dass der zweite Hohlraum im Innenraum eines die Solarzelle tragenden kanalförmigen Profilteils ausgebildet ist. Dies erlaubt eine strömungste-chisch besonders vorteilhafte Ausgestaltung des zweiten Hohlraums und ermöglicht ferner einen guten Wärmetransport im zweiten Hohlraum. Insbesondere kann vorgesehen sein, dass an der Innenseite des Profilteils eine Anzahl von in den Hohlraum ragenden Lamellen vorgesehen ist. Dies verbessert die Wärmeübertragung vom Gehäuse bzw. dem Außenbereich des zweiten Hohlraums auf das zweite Wärmemedium. Zudem kann vorteilhafterweise vorgesehen sein, zumindest ein Steg zum Stützen des Profilteils vorgesehen ist. Dies erhöht die Stabilität des zweiten Hohlraums und erlaubt höhere Strömungsgeschwindigkeiten. 2/10 österreichisches Patentamt AT508 646B1 2012-01-15 [0021] Eine weitere besondere Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, dass der Profilteil über eine Anzahl von Befestigungsmitteln mit dem Gehäuse verbunden ist. Dabei wird eine besonders stabile und einfach herzustellende Ausführungsform erzielt.Furthermore, it can be provided that the second cavity is formed in the interior of a solar cell supporting channel-shaped profile part. This allows a flow-stich particularly advantageous embodiment of the second cavity and also allows a good heat transfer in the second cavity. In particular, it can be provided that a number of projecting into the cavity slats is provided on the inside of the profile part. This improves the heat transfer from the housing or the outer region of the second cavity to the second heating medium. In addition, can advantageously be provided, at least one web is provided for supporting the profile part. This increases the stability of the second cavity and allows higher flow rates. Another special embodiment of the invention provides that the profile part is connected to the housing via a number of fastening means. In this case, a particularly stable and easy to manufacture embodiment is achieved.

[0022] Ein weiterer bevorzugter Aspekt der Erfindung sieht vor, dass der erste Hohlraum zumindest eine fensterförmige Ausnehmung aufweist, welche die Nutzfläche der Solarzelle freilegt, wobei die Ausnehmung vorzugsweise von einer Abdeckplatte abgedeckt ist, die zumindest für spektrale Bereiche der Sonnenstrahlung transparent ist. Dies verbessert den Wirkungsgrad der Solarzelle und ermöglicht eine einfache Handhabung des ersten Wärmemediums.Another preferred aspect of the invention provides that the first cavity has at least one window-shaped recess which exposes the useful surface of the solar cell, wherein the recess is preferably covered by a cover plate which is transparent at least for spectral regions of the solar radiation. This improves the efficiency of the solar cell and allows easy handling of the first heat medium.

[0023] Zudem kann vorgesehen sein, dass zumindest ein Wärmeleiter vorgesehen ist, über den die Wärme des ersten Wärmemediums zum zweiten Wärmemedium abführbar ist. Dies verbessert zusätzlich die Wärmeübertragung und Wärmeabfuhr.In addition, it can be provided that at least one heat conductor is provided, via which the heat of the first heat medium to the second heat medium can be discharged. This additionally improves the heat transfer and heat dissipation.

[0024] Weiters kann vorgesehen sein, dass der Wärmeleiter im ersten Hohlraum oberhalb der Nutzfläche der Solarzelle angeordnet ist. Dies ermöglicht ein besonders effizientes Abgreifen der thermischen Energie in derjenigen Region, in der typischerweise die höchste thermische Energiedichte vorliegt.Furthermore, it can be provided that the heat conductor is arranged in the first cavity above the effective area of the solar cell. This enables a particularly efficient tapping of the thermal energy in the region in which typically the highest thermal energy density is present.

[0025] Eine weitere Fortbildung der Erfindung sieht vor, dass der Wärmeleiter zumindest teilweise vom ersten und vom zweiten Wärmemedium umgeben bzw. umspülbar ist und insbesondere mit dem Gehäuse verbunden bzw. im Gehäuse angeordnet ist. Dies erhöht die thermische Leitfähigkeit und verringert den Wärmeübergangswiderstand an den Grenzflächen zwischen den Wärmemedien und dem Wärmeleiter.A further development of the invention provides that the heat conductor is at least partially surrounded by the first and second heat medium or is umspülbar and in particular connected to the housing or disposed in the housing. This increases the thermal conductivity and reduces the heat transfer resistance at the interfaces between the heat media and the heat conductor.

[0026] Weiters sieht ein bevorzugter Aspekt der Erfindung vor, dass der Wärmeleiter zumindest teilweise, insbesondere im ersten Hohlraum oder im zweiten Hohlraum, eine gitterförmige Struktur aufweist. Dies erhöht die thermische Leitfähigkeit des Wärmeträgers und ermöglicht die Abfuhr einer größeren Wärmemenge aus dem ersten Hohlraum bzw. in den zweiten Hohlraum.Furthermore, a preferred aspect of the invention provides that the heat conductor has a lattice-shaped structure at least partially, in particular in the first cavity or in the second cavity. This increases the thermal conductivity of the heat carrier and allows the removal of a larger amount of heat from the first cavity or in the second cavity.

[0027] Weiters kann vorgesehen werden, dass zumindest eine optische Linse vorgesehen ist, deren Brennfläche auf die Nutzfläche der Solarzelle gerichtet ist, und die vorzugsweise als Fresnell-Linse ausgebildet ist. Dies erhöht die mit der Solarzelle gewonnene elektrische Energie sowie die Ausbeute an thermischer Energie.Furthermore, it can be provided that at least one optical lens is provided, whose focal surface is directed to the effective surface of the solar cell, and which is preferably formed as a Fresnel lens. This increases the electrical energy generated by the solar cell and the yield of thermal energy.

[0028] Schließlich sieht ein bevorzugter Aspekt der Erfindung vor, dass zumindest ein gekrümmter Spiegel zur Bündelung des Lichts vorgesehen ist, dessen Brennpunkt oder Brennfläche auf die Nutzfläche der Solarzelle gerichtet ist. Dies erhöht die nutzbare Sonnenfläche und erhöht die umgewandelte thermische und elektrische Leistung der Vorrichtung.Finally, a preferred aspect of the invention provides that at least one curved mirror for focusing the light is provided, the focal point or focal surface is directed to the effective area of the solar cell. This increases the usable solar area and increases the converted thermal and electrical performance of the device.

[0029] Ein besonderes Ausführungsbeispiele Erfindung wird nicht einschränkend anhand der Figuren beschrieben.A particular embodiment of the invention will not be described by way of limitation with reference to the figures.

[0030] Fig. 1 zeigt eine erfindungsgemäße Vorrichtung zur Gewinnung von elektrischerFig. 1 shows a device according to the invention for the production of electrical

Energie und thermischer Energie aus der Energie von Sonnenstrahlen.Energy and thermal energy from the energy of the sun's rays.

[0031] Fig. 2 zeigt eine weitere Ausführungsform der Erfindung.Fig. 2 shows a further embodiment of the invention.

[0032] Fig. 3 zeigt die Ausführungsform der Fig. 2 mit einer Linse analog zur Ausführungs form der Fig. 1.Fig. 3 shows the embodiment of Fig. 2 with a lens analogous to the embodiment form of FIG. 1st

[0033] Fig. 1 zeigt eine Vorrichtung zur Gewinnung von elektrischer Energie und thermischer Energie aus der Energie von Sonnenstrahlen. Diese Vorrichtung weist ein metallisches Gehäuse 10 auf, an dessen Oberseite eine Abdeckplatte 2 angeordnet ist. Die Abdeckplatte 2 ist zumindest für Teile des Spektrums des Sonnenlichts transparent.Fig. 1 shows an apparatus for obtaining electrical energy and thermal energy from the energy of solar radiation. This device has a metallic housing 10, on the upper side of a cover plate 2 is arranged. The cover plate 2 is transparent at least for parts of the spectrum of sunlight.

[0034] Innerhalb des Gehäuses 10 befindet sich eine Solarzelle 1, die mit Befestigungsmitteln an dem Gehäuse 10 befestigt ist. Die Befestigung der Solarzelle 1 am Gehäuse 10 kann dabei insbesondere durch Anschrauben oder Annieten aber auch durch Einstecken der Solarzelle 1 in eine am Gehäuse 10 befestigte Fassung bewerkstelligt werden. 3/10 österreichisches Patentamt AT508 646B1 2012-01-15 [0035] Die in Fig. 1 dargestellte Ausführungsform der Erfindung weist einen schichtartigen Aufbau auf, wobei zwischen der Solarzelle 1 und der Abdeckplatte 2, die zueinander parallel stehen, ein Hohlraum 3 ausgebildet ist, der von den Seitenwänden des Gehäuses 10 begrenzt ist und somit dicht abgeschlossen ist. Im Bereich, an dem die Abdeckplatte 2 auf dem Gehäuse 10 aufliegt, bzw. im Bereich in dem die Solarzelle 1 auf dem Gehäuse 10 anliegt, sind Dichtungen vorgesehen, um die Dichtheit des Hohlraums 3 zu gewährleisten. Das Gehäuse 10 weist dabei einen wannenartigen Aufbau mit stufenförmigem Querschnitt auf. Durch Befestigen der Solarzelle 1 im Bereich der Stufe wird ein Teil des Gehäuses 10, nämlich der Hohlraum 3 vom restlichen Innenraum des Gehäuses 10 abgetrennt. Der Hohlraum 3 ist mit einem transparenten hoch wärmeleitfähigen ersten fluiden Wärmemedium, insbesondere mit Glycerin gefüllt. Die Sonnenstrahlung gelangt durch die Abdeckplatte 2 und die im Hohlraum 3 befindliche Flüssigkeit zur Solarzelle 1 und wird von dieser teilweise in elektrische Energie umgewandelt. Das Gehäuse 10 weist eine fensterförmige Ausnehmung 12 auf, die die Nutzfläche 19 der Solarzelle 1 freilegt. Da sowohl die Abdeckplatte 2 als auch die Flüssigkeit im Inneren des Hohlraums 3 für Teile des Spektrums des Sonnenlichts transparent sind, gelangen Sonnenstrahlen zur Solarzelle 1, die die Energie des Sonnenlichts in elektrische Energie umwandelt.Within the housing 10 is a solar cell 1, which is fastened with fastening means on the housing 10. The attachment of the solar cell 1 to the housing 10 can be accomplished in particular by screwing or riveting but also by inserting the solar cell 1 in a mounted on the housing 10 socket. The embodiment of the invention shown in FIG. 1 has a layered construction, wherein a cavity 3 is formed between the solar cell 1 and the cover plate 2 which are parallel to one another , which is bounded by the side walls of the housing 10 and thus sealed. In the area where the cover plate 2 rests on the housing 10, or in the area in which the solar cell 1 rests on the housing 10, seals are provided to ensure the tightness of the cavity 3. The housing 10 has a trough-like construction with a stepped cross-section. By fixing the solar cell 1 in the region of the stage, a part of the housing 10, namely the cavity 3 is separated from the remaining interior of the housing 10. The cavity 3 is filled with a transparent highly heat-conductive first fluid heating medium, in particular with glycerol. The solar radiation passes through the cover plate 2 and the liquid contained in the cavity 3 to the solar cell 1 and is partially converted by this into electrical energy. The housing 10 has a window-shaped recess 12 which exposes the useful surface 19 of the solar cell 1. Since both the cover plate 2 and the liquid in the interior of the cavity 3 are transparent to parts of the spectrum of sunlight, solar rays reach the solar cell 1, which converts the energy of the sunlight into electrical energy.

[0036] Die Solarzelle 1 weist nicht dargestellte Anschlüsse auf, mittels derer sie an ein Energieversorgungsnetz angeschlossen werden kann. Im Hohlraum 3 befinden sich weiters gitterförmig angeordnete bzw. ausgebildete Wärmeträger 4. Die Wärmeträger 4 weisen eine gute Wärmeleitfähigkeit auf, wobei ein gut leitfähiger Wärmeübergang zwischen den Wärmeträgern 4 und der Flüssigkeit ausgebildet ist. Die Wärmeträger 4 bestehen aus Metall, insbesondere aus Kupfer, und sind mit dem Gehäuse 10 im Hohlraum 3 thermisch leitfähig und mechanisch stabil verbunden. Eine derartige Verbindung zwischen dem Gehäuse 10 und den Wärmeträgern 4 kann beispielsweise durch Anlöten oder Anschweißen erfolgen. An der der Nutzfläche 19 abgewandten Rückfläche 18 der Solarzelle 1 ist ein durchgängiger Kanal 5 ausgebildet, der vom Gehäuse 10 und von der Solarzelle 1 begrenzt wird. Der Kanal 5 weist zwei nicht dargestellte das Gehäuse 10 durchdringende Ausnehmungen auf, mit denen ein zweites fluides Wärmemedium durch den Kanal 5 hindurchgeleitet werden kann. Das Gehäuse 10 ist von einer wannenförmigen Isolierschicht 8 umgeben bzw. ist in diese eingebettet, wobei die Isolierschicht 8 die an ihrer äußeren Mantelseite mit einer Metallschicht 9 umgeben ist. Die durch die Isolierschicht 8 gebildete Wanne ist an ihrer Oberseite mit einer Fresnell-Linse 6 abgeschlossen, sodass der Bereich zwischen der Fresnell-Linse 6 und der durch die Isolierschicht 8 gebildeten Wanne abgeschlossen ist. Das Gehäuse 10 ist dabei so in die Isolierschicht 8 eingebettet, dass die Solarzelle 1 auf einer Brennfläche der Fresnell-Linse 6 angeordnet ist.The solar cell 1 has connections, not shown, by means of which they can be connected to a power supply network. In the cavity 3 are further arranged grid-shaped or formed heat transfer medium 4. The heat transfer medium 4 have good thermal conductivity, wherein a good conductive heat transfer between the heat transfer media 4 and the liquid is formed. The heat transfer medium 4 are made of metal, in particular copper, and are connected to the housing 10 in the cavity 3 thermally conductive and mechanically stable. Such a connection between the housing 10 and the heat carriers 4 can be done for example by soldering or welding. On the back surface 18 of the solar cell 1 facing away from the useful surface 19, a continuous channel 5 is formed, which is delimited by the housing 10 and by the solar cell 1. The channel 5 has two, not shown, the housing 10 penetrating recesses with which a second fluid heating medium can be passed through the channel 5. The housing 10 is surrounded by a trough-shaped insulating layer 8 or is embedded in this, wherein the insulating layer 8 is surrounded on its outer shell side with a metal layer 9. The well formed by the insulating layer 8 is terminated at its upper side with a Fresnel lens 6, so that the area between the Fresnel lens 6 and the well formed by the insulating layer 8 is completed. The housing 10 is embedded in the insulating layer 8 such that the solar cell 1 is arranged on a focal surface of the Fresnel lens 6.

[0037] Fig. 2 zeigt eine weitere Ausführungsform der Erfindung mit einem wannenförmig ausgebildeten Gehäuse 10, das von einer Abdeckplatte 2 abgedeckt ist. Im vorliegenden Fall ist die Abdeckplatte 2 mit dem Gehäuse 10 fest verschraubt und aus transparentem Glas. Der Innenraum des Gehäuses 10 ist mit einem ersten fluiden Wärmemedium gefüllt. Weiters ist ein Profilteil 22 vorgesehen, der über eine Anzahl von Befestigungsmitteln 25 mit dem Gehäuse 10 verbunden ist. Der Profilteil 22 liegt im wannenförmigen Gehäuse 10 und ist von der Abdeckplatte 2 sowie dem Gehäuse 10 vollständig umgeben. An der der Abdeckplatte 2 zugewandten Außenseite des Profilteils 22 befindet sich eine Solarzelle 1, deren Nutzfläche 19 der Abdeckplatte 2 zugewandt ist und deren Rückfläche 18 mit dem Profilteil 22 wärmeleitend verbunden ist. Zwischen dem Profilteil 22 und der Innenwand des Gehäuses 10 bildet sich ein erster Hohlraum 3 aus, in dem sich das erste fluide Wärmemedium befindet. Das erste fluide Wärmemedium ist im abgeschlossenen ersten Hohlraum 3 gegen Auslaufen gesichert bzw. an den Stoßstellen zwischen der Abdeckplatte 2 und dem Gehäuse 10 über Dichtungen 7 abgedichtet.Fig. 2 shows another embodiment of the invention with a trough-shaped housing 10 which is covered by a cover plate 2. In the present case, the cover plate 2 is firmly screwed to the housing 10 and made of transparent glass. The interior of the housing 10 is filled with a first fluid heat medium. Furthermore, a profile part 22 is provided, which is connected via a number of fastening means 25 with the housing 10. The profile part 22 is located in the trough-shaped housing 10 and is completely surrounded by the cover plate 2 and the housing 10. At the cover plate 2 facing the outside of the profile part 22 is a solar cell 1, the effective surface 19 of the cover plate 2 faces and the rear surface 18 is connected to the profile part 22 thermally conductive. Between the profile part 22 and the inner wall of the housing 10, a first cavity 3 is formed, in which there is the first fluid heat medium. The first fluid heat medium is secured in the closed first cavity 3 against leakage or sealed at the joints between the cover plate 2 and the housing 10 via seals 7.

[0038] Im Zwischenbereich zwischen der Solarzelle 1 und der Abdeckplatte 2 ist ein Wärmeleiter 4 angeordnet, der gitterförmig ausgebildet ist und mit seinen Enden mit dem Gehäuse 10 und dem Profilteil 22 verbunden ist. Der Profilteil 22 weist einen zweiten Hohlraum 5 auf, in dem ein zweites fluides Wärmemedium geführt ist. Der Innenraum des Profilteils 22 ist kanalförmig ausgebildet, wobei das zweite Wärmemedium von außen über eine Fluidleitung an den Profilteil 4/10In the intermediate region between the solar cell 1 and the cover plate 2, a heat conductor 4 is arranged, which is formed like a lattice and is connected at its ends to the housing 10 and the profile part 22. The profile part 22 has a second cavity 5, in which a second fluid heating medium is guided. The interior of the profile part 22 is channel-shaped, wherein the second heat medium from the outside via a fluid line to the profile part 4/10

Claims (20)

österreichisches Patentamt AT508 646B1 2012-01-15 22 geführt werden kann und über eine zweite Fluidleitung aus dem Profilteil 22 abgeführt werden kann. Die besagten Fluidleitungen durchsetzen dabei das Gehäuse 10. Im Inneren des Profilteils 22 ist eine Anzahl von Lamellen 23 angeordnet, die die Wärmeübertragung auf das zweite Wärmemedium aufgrund ihrer Oberfläche erleichtern. Zudem kann im Inneren des Profilteils 22 ein Steg 24 angeordnet sein, der die Stabilität des Profilteils 22 verbessert. [0039] In Fig. 3 ist die in Fig. 2 dargestellte Ausführungsform, erweitert um eine Isolierschicht 8 sowie eine äußere Metallschicht 9 und eine Fresnell-Linse 6 dargestellt. Das Gehäuse 10 ist, analog zu der in Fig. 1 dargestellten Ausführungsform, von einer wannenförmigen Isolierschicht 8 umgeben bzw. ist in diese eingebettet. Die Isolierschicht 8 ist an ihrer äußeren Mantelseite mit einer Metallschicht 9 umgeben ist. Die durch die Isolierschicht 8 gebildete Wanne ist an ihrer Oberseite mit einer Fresnell-Linse 6 abgeschlossen. Bevorzugterweise kann die absorbierte Energie erhöht werden, indem das Licht mit einem Parabolspiegel auf die Solarzelle gebündelt reflektiert wird. Die Solarzelle 1 der Vorrichtung ist dabei im Brennpunkt bzw. an einer Brennfläche des Parabolspiegels angeordnet, wobei das vom Parabolspiegel reflektierte Licht durch die Abdeckplatte 12 auf die Solarzelle fällt. Durch die eintreffende Strahlung tritt an der Solarzelle 1 einerseits eine elektrische Spannung auf, andererseits wird die Solarzelle 1 erhitzt. Die elektrische Spannung wird abgeführt. Die aufgeheizte Solarzelle gibt ihre thermische Energie an das erste Wärmemedium ab, das mit dem zweiten Wärmemedium thermisch gekoppelt ist. Als thermisch gekoppelt können die beiden Wärmemedien dann angesehen werden, wenn zwischen ihnen auf effiziente Weise Wärme übertragen werden kann, beispielsweise wenn sie beide mit einem metallischen Gehäuse in Kontakt stehen oder die Wärme über einen Wärmetauscher zwischen den beiden Wärmemedien übertragen werden kann. Die auftretende Wärme wird vom ersten Wärmemedium auf das zweite Wärmemedium übertragen. Das zweite Wärmemedium befindet sich in einem von einer Pumpe angetriebenen Wärmekreislauf, wobei Wärme im Bereich der Rückfläche 18, der Solarzelle 1 durch das im Wärmekreislauf zirkulierende zweite Wärmemedium abgeführt werden kann. Das zweite Wärmemedium wird anschließend dafür genutzt, Warmwasser zu erzeugen. Gegebenenfalls kann Kaltwasser als zweites Wärmemedium genutzt werden, das nach dem Durchströmen einer oder mehrerer erfindungsgemäßer Vorrichtungen als Warmwasser zu den Wasserentnahmestellen des Gebäudes geführt wird. Patentansprüche 1. Vorrichtung zur Umwandlung von Sonnenstrahlungsenergie in elektrische und thermische Energie mit zumindest einer Solarzelle (1), deren Nutzfläche (19) zumindest teilweise thermisch an ein wärmeleitendes fluides erstes Wärmemedium gekoppelt ist, über das die entstehende Abwärme der Nutzfläche (19) abführbar ist, wobei die Rückfläche (18) der Solarzelle (1) thermisch an ein zweites wärmeleitendes, fluides Wärmemedium koppelbar ist, über das die entstehende Abwärme der Rückfläche (18) abführbar ist, wobei das erste Wärmemedium vom zweiten Wärmemedium getrennt ist und wobei die Vorrichtung derart ausgestaltet ist, dass die Wärme des ersten Wärmemediums auf das zweite Wärmemedium übertragbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass das erste Wärmemedium in zumindest einem geschlossenen ersten Hohlraum (3) vorliegt, der auf einer Seite zumindest teilweise durch die Nutzfläche (19) der Solarzelle (1) begrenzt ist, dass der erste Hohlraum (3) dicht abgeschlossen ist, dass das erste Wärmemedium zumindest für spektrale Bereiche der Sonnenstrahlung transparent ist, und dass der Hohlraum (3) derart angeordnet ist, dass Sonnenstrahlung durch den ersten Hohlraum (3) zur Solarzelle (1) gelangt.Austrian Patent Office AT508 646B1 2012-01-15 22 can be guided and can be removed from the profile part 22 via a second fluid line. The said fluid lines pass through the housing 10. Inside the profile part 22, a number of fins 23 are arranged, which facilitate the heat transfer to the second heat medium due to their surface. In addition, a web 24 may be arranged in the interior of the profile part 22, which improves the stability of the profile part 22. In Fig. 3, the embodiment shown in Fig. 2, expanded by an insulating layer 8 and an outer metal layer 9 and a Fresnel lens 6 is shown. The housing 10, analogous to the embodiment shown in FIG. 1, is surrounded by or embedded in a trough-shaped insulating layer 8. The insulating layer 8 is surrounded on its outer shell side with a metal layer 9. The trough formed by the insulating layer 8 is closed at its top with a Fresnel lens 6. Preferably, the absorbed energy can be increased by the light is reflected with a parabolic mirror focused on the solar cell. The solar cell 1 of the device is arranged in the focal point or on a focal surface of the parabolic mirror, wherein the light reflected from the parabolic mirror falls through the cover plate 12 onto the solar cell. As a result of the incident radiation, an electrical voltage occurs on the solar cell 1 on the one hand, and on the other hand the solar cell 1 is heated. The electrical voltage is dissipated. The heated solar cell releases its thermal energy to the first heat medium, which is thermally coupled to the second heat medium. When thermally coupled, the two heat mediums can be considered if heat can be transferred between them in an efficient manner, for example if they are both in contact with a metallic housing or the heat can be transferred via a heat exchanger between the two heat media. The occurring heat is transferred from the first heat medium to the second heat medium. The second heat medium is located in a heat cycle driven by a pump, wherein heat in the region of the rear surface 18 of the solar cell 1 can be dissipated by the second heat medium circulating in the heat cycle. The second heat medium is then used to generate hot water. Optionally, cold water can be used as a second heat medium, which is passed after passing through one or more devices according to the invention as hot water to the water tapping points of the building. 1. An apparatus for converting solar energy into electrical and thermal energy with at least one solar cell (1), the effective surface (19) is at least partially thermally coupled to a thermally conductive fluid first heat medium through which the waste heat of the effective area (19) is dissipated wherein the back surface (18) of the solar cell (1) is thermally coupled to a second thermally conductive fluid heat medium via which the waste heat generated by the back surface (18) can be dissipated, the first heat medium being separated from the second heat medium and the device being such is configured such that the heat of the first heat medium is transferable to the second heat medium, characterized in that the first heat medium in at least one closed first cavity (3) on one side at least partially by the effective surface (19) of the solar cell (1 ) is limited, that the first cavity (3) sealed off Loss is that the first heat medium is transparent at least for spectral regions of solar radiation, and that the cavity (3) is arranged such that solar radiation passes through the first cavity (3) to the solar cell (1). 2. Vorrichtung gemäß einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das erste Wärmemedium zumindest für spektrale Bereiche der Sonnenstrahlung transparent ist. 5/10 österreichisches Patentamt AT508 646 B1 2012-01-152. Device according to one of the preceding claims, characterized in that the first heat medium is transparent at least for spectral regions of solar radiation. 5/10 Austrian Patent Office AT508 646 B1 2012-01-15 3. Vorrichtung gemäß Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das erste Wärmemedium und/oder das zweite Wärmemedium mit der Solarzelle (1) in unmittelbarem, direktem Kontakt stehen.3. Device according to claim 1 or 2, characterized in that the first heat medium and / or the second heat medium with the solar cell (1) are in direct, direct contact. 4. Vorrichtung gemäß einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das erste Wärmemedium und das zweite Wärmemedium durch die Solarzelle (1) voneinander getrennt sind.4. Device according to one of the preceding claims, characterized in that the first heat medium and the second heat medium by the solar cell (1) are separated from each other. 5. Vorrichtung gemäß Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung derart ausgestaltet ist, dass das zweite Wärmemedium an der Rückfläche (18) der Solarzelle (1) vorbeiströmt.5. The device according to claim 3 or 4, characterized in that the device is configured such that the second heat medium flows past the rear surface (18) of the solar cell (1). 6. Vorrichtung gemäß einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das erste Wärmemedium und das zweite Wärmemedium, gegebenenfalls das Gehäuse (10), gegenüber ihrer Umgebung isoliert sind.6. Device according to one of the preceding claims, characterized in that the first heat medium and the second heat medium, optionally the housing (10) are insulated from their environment. 7. Vorrichtung gemäß Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass das erste Wärmemedium mit dem zweiten Wärmemedium über das Gehäuse (10) in thermische Wirkverbindung bringbar ist.7. The device according to claim 6, characterized in that the first heat medium with the second heat medium via the housing (10) can be brought into thermal operative connection. 8. Vorrichtung gemäß einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest ein, insbesondere kanalförmiger, zweiter Hohlraum (5) vorgesehen ist, in den das zweite Wärmemedium einbringbar ist, wobei insbesondere der zweite Hohlraum (5) auf einer Seite zumindest teilweise durch die Rückfläche (18) der Solarzelle (1) begrenzt ist.8. Device according to one of the preceding claims, characterized in that at least one, in particular channel-shaped, second cavity (5) is provided, in which the second heat medium can be introduced, wherein in particular the second cavity (5) on one side at least partially through the Rear surface (18) of the solar cell (1) is limited. 9. Vorrichtung gemäß Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Hohlraum (3) und der zweite Hohlraum (5) in einem gemeinsamen, vorzugsweise metallischen, Gehäuse (10) angeordnet sind.9. The device according to claim 8, characterized in that the first cavity (3) and the second cavity (5) in a common, preferably metallic, housing (10) are arranged. 10. Vorrichtung gemäß Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Hohlraum (3) den zweiten Hohlraum (5) umgibt.10. Apparatus according to claim 8 or 9, characterized in that the first cavity (3) surrounds the second cavity (5). 11. Vorrichtung gemäß einem der Ansprüche 8 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass der zweite Hohlraum (5) im Innenraum eines die Solarzelle (1) tragenden kanalförmigen Profilteils (22) ausgebildet ist.11. Device according to one of claims 8 to 10, characterized in that the second cavity (5) in the interior of a solar cell (1) carrying channel-shaped profile part (22) is formed. 12. Vorrichtung gemäß Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass an der Innenseite des Profilteils (22) eine Anzahl von in den Hohlraum (3) ragenden Lamellen (23) und/oder zumindest ein Steg (24) zum Stützen des Profilteils (24) vorgesehen ist.12. The device according to claim 11, characterized in that on the inside of the profile part (22) a number of in the cavity (3) projecting slats (23) and / or at least one web (24) for supporting the profile part (24) is. 13. Vorrichtung gemäß Anspruch 11 oder 12, dadurch gekennzeichnet, dass der Profilteil (22) über eine Anzahl von Befestigungsmitteln (25) mit dem Gehäuse (10) verbunden ist.13. The apparatus according to claim 11 or 12, characterized in that the profile part (22) via a number of fastening means (25) with the housing (10) is connected. 14. Vorrichtung gemäß einem der Ansprüche 8 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Hohlraum (3) zumindest eine fensterförmige Ausnehmung (12) aufweist, welche die Nutzfläche (19) der Solarzelle (1) freilegt, wobei die Ausnehmung (12) vorzugsweise von einer Abdeckplatte (2) abgedeckt ist, die zumindest für spektrale Bereiche der Sonnenstrahlung transparent ist.14. The device according to one of claims 8 to 13, characterized in that the first cavity (3) has at least one window-shaped recess (12) which exposes the effective surface (19) of the solar cell (1), wherein the recess (12) preferably is covered by a cover plate (2) which is transparent at least for spectral regions of solar radiation. 15. Vorrichtung gemäß einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest ein Wärmeleiter (4), vorzugsweise das Gehäuse (10), vorgesehen ist, über den die Wärme des ersten Wärmemediums zum zweiten Wärmemedium abführbar ist.15. Device according to one of the preceding claims, characterized in that at least one heat conductor (4), preferably the housing (10) is provided, via which the heat of the first heat medium to the second heat medium can be discharged. 16. Vorrichtung gemäß einem der Ansprüche 8 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass der Wärmeleiter (4) im ersten Hohlraum (3) oberhalb der Nutzfläche (19) der Solarzelle angeordnet ist. 6/10 österreichisches Patentamt AT508 646B1 2012-01-1516. Device according to one of claims 8 to 15, characterized in that the heat conductor (4) in the first cavity (3) above the effective surface (19) of the solar cell is arranged. 6/10 Austrian Patent Office AT508 646B1 2012-01-15 17. Vorrichtung gemäß Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, dass der Wärmeleiter (4) zumindest teilweise vom ersten und vom zweiten Wärmemedium umgeben bzw. umspül-bar ist und insbesondere mit dem Gehäuse (10) verbunden bzw. im Gehäuse (10) angeordnet ist.17. The device according to claim 16, characterized in that the heat conductor (4) is at least partially surrounded by the first and second heat medium or umspül-bar and in particular with the housing (10) connected or arranged in the housing (10). 18. Vorrichtung gemäß einem der Ansprüche 16 oder 17, dadurch gekennzeichnet, dass der Wärmeleiter (4) zumindest teilweise, insbesondere im ersten Hohlraum (3) oder im zweiten Hohlraum (5), eine gitterförmige Struktur aufweist.18. Device according to one of claims 16 or 17, characterized in that the heat conductor (4) at least partially, in particular in the first cavity (3) or in the second cavity (5), has a lattice-shaped structure. 19. Vorrichtung gemäß einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest eine optische Linse (6) vorgesehen ist, deren Brennfläche auf die Nutzfläche (19) der Solarzelle (1) gerichtet ist, und die vorzugsweise als Fresnell-Linse ausgebildet ist.19. Device according to one of the preceding claims, characterized in that at least one optical lens (6) is provided, whose focal surface is directed to the effective surface (19) of the solar cell (1), and which is preferably designed as a Fresnel lens. 20. Vorrichtung gemäß einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest ein gekrümmter Spiegel, insbesondere ein Parabolspiegel, zur Bündelung des Lichts vorgesehen ist, dessen Brennpunkt oder Brennfläche auf die Nutzfläche (19) der Solarzelle (1) gerichtet ist. Hierzu 3 Blatt Zeichnungen 7/1020. Device according to one of the preceding claims, characterized in that at least one curved mirror, in particular a parabolic mirror, is provided for focusing the light whose focal point or focal surface is directed to the effective surface (19) of the solar cell (1). 3 sheets of drawings 7/10
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