BE1021763B1

BE1021763B1 - Hybride fotovoltaïsch-thermisch systeem

Info

Publication number: BE1021763B1
Application number: BE2013/0052A
Authority: BE
Inventors: Johan Stroobandt
Original assignee: Building Energy Nv
Priority date: 2013-01-25
Filing date: 2013-01-25
Publication date: 2016-01-15

Abstract

Deze uitvinding betreft een omkeerbare werkwijze voor het omvormen van een fotovoltaïsch paneel (1) naar een hybride fotovoltaïsch-thermische collector (2), waarbij op een fotovoltaïsch paneel (1) geschikt voor het omzetten van invallende zonnestraling in elektrische energie, eerst een losmaakbare bescherm - of contactlaag (3) wordt aangebracht, waarop vervolgens een warmtecollector (4) wordt aangebracht. Via deze werkwijze kan men op een eenvoudige en vlotte manier de bestaande fotovoltaïsche panelen (1) gaan omvormen tot hybride panelen en dit zonder het bestaande paneel (1) mechanisch te bewerken zodat de garanties van het paneel (1) niet vervallen.

Description

HYBRIDE FOTO VOLT AÏSCH-THERMISCH SYSTEEM

Deze uitvinding betreft enerzijds een werkwijze voor het omvormen van een fotovoltaïsch paneel naar een hybride fotovoltaïsche-thermische collector. Anderzijds betreft deze uitvinding een hybride fotovoltaïsche-thermische collector waarbij een fotovoltaïsch paneel en een warmtecollector in hetzelfde oppervlak geïntegreerd zijn.

Gezien de steeds stijgende energieprijzen en de noodzaak onze ecologische voetafdruk te verkleinen, is het zuinig omspringen met energie een noodzaak geworden. Daarom opteerden velen (zowel privé personen als bedrijven) voor een eigen fotovoltaïsche installatie, waarmee ze zelf elektriciteit kunnen produceren.

Een dergelijke installatie bestaat uit zonnepanelen voorzien van fotovoltaïsche cellen, een montage - of bevestigingssysteem om de panelen op of in het dak te monteren, de nodige bekabeling en omvormers die de opgewekte gelijkstroom omzetten in wisselstroom en die gebruikt kan worden voor allerhande toepassingen of in het net gevoed kan worden.

Fotovoltaïsche panelen hebben echter het grote nadeel dat ze een zwak rendement hebben, daar slechts een klein deel van het vermogen van de invallende straling in elektriciteit kan worden omgezet. Bovendien worden de panelen opgewarmd door de invallende straling, waardoor het rendement, dat omgekeerde evenredig is met de temperatuur van de cellen, nog verder zakt.

Naast de fotovoltaïsche panelen bestaan er ook de thermische zonnepanelen, die de zonne-energie omzetten in warmte en veelal gebruikt worden om op een milieuvriendelijke manier water op te warmen.

Omwille van het bovenstaande is het idee gekomen om gecombineerde fotovolatische-thermische collectoren, de zogenaamde hybride panelen (collector), te creëren die op een zelfde paneel de zonne-energie omzetten in enerzijds elektriciteit en anderzijds in warmte.

Dergelijke hybride collector wordt o.a. beschreven in de Franse octrooipublicatie FR 2 779 275, en bestaat uit een fotovoltaïsche module die rechtstreeks bevestigd zit op een warmtegeleidende plaat, de zogenaamde absorptieplaat. Onder deze absorptieplaat zit een warmtecollector gemonteerd omvattende een leidingcircuit waarin een vloeistof circuleert die de warmte zal opnemen.

Een gelijkaardige hybride collector wordt beschreven in het Europees octrooi EP 1 873 843. Overeenkomstig deze publicatie zit er tussen de fotovoltaïsche module en de warmtecollector een vaste laag verbindingsmateriaal op acrylbasis om de diëlektrische weerstand (isolerend medium) te garanderen.

Hybride panelen bieden duidelijk voordelen t.a.v. de bestaande fotovoltaïsche panelen. Feit is echter dat de grote meerderheid van de panelen die de voorbije jaren geplaatst zijn geweest, hoofdzakelijk fotovoltaïsche panelen zijn. Echter, gezien hun hoge investeringskost is het bijgevolg niet evident deze op korte termijn te gaan vervangen door de hierboven beschreven hybride panelen.

Deze uitvinding heeft nu tot doel om een manier te verschaffen die toelaat de bestaande fotovoltaïsche panelen op een eenvoudige en financieel haalbare manier te gaan omvormen tot hybride panelen. Hierbij is het tevens de bedoeling het bestaande fbtovoltaïsch paneel intact te laten zodat de garantie ervan niet komt te vervallen.

Het doel van de uitvinding wordt bereikt door te voorzien in een werkwijze voor het omvormen van een fotovoltaïsch paneel naar een hybride fotovoltaïsche-thermische collector, waarbij op een fotovoltaïsch paneel geschikt voor het omzetten van invallende zonnestraling in elektrische energie, eerst een losmaakbare (niet gefixeerde) bescherm - of contactlaag wordt aangebracht, waarop vervolgens een warmtecollector wordt aangebracht. Via deze werkwijze kan men op een eenvoudige en vlotte manier de bestaande fotovoltaïsche panelen gaan omvormen tot hybride panelen. De losmaakbare bescherm - of contactlaag heeft bij voorkeur een maximale dikte van 1 mm. en zal zorgen voor een goede bescherming van het fotovoltaïsch paneel en zal de warmteoverdracht van de onderkant van het fotovoltaisch paneel naar de warmtecollector bevorderen. De losmaakbare bescherm - of contactlaag zal tevens dienst doen als antislip-laag. De losmaakbare bescherm - of contactlaag is bij voorkeur vervaardigd uit één van de volgende materialen: EPDM, siliconen, neopreen of acrylaatfolie. Het is echter evident dat andere geschikte materialen die instaan voor een goede warmteoverdracht en die niet vast gefixeerd dienen te worden op het fotovoltaïsche paneel, eveneens in aanmerking komen.

Door gebruikt te maken van de werkwijze overeenkomstig de uitvinding dient er niet geboord, verzaagd of verlijmd te worden, waardoor het bestaande fotovoltaïsche paneel intact blijft. Door gebruik te maken van een losmaakbare bescherm - of contactlaag is de werkwijze bovendien volledig omkeerbaar, zodat de aangebrachte warmtecollector er zonder problemen terug kan afgehaald worden en de hybride fotovoltaïsche-thermische collector terug kan omgevormd worden naar een fotovoltaïsch paneel.

In een voorkeurdragende werkwijze volgens de uitvinding wordt de warmtecollector via één of meerdere klemprofielen tegen de bescherm - of contactlaag gedrukt. Deze klemprofielen zijn bij voorkeur vervaardigd uit aluminium en strekken zich uit over nagenoeg de volledige lengte of breedte van het fotovoltaïsch paneel, zodat de warmtecollector over zijn volledig oppervlak goed aangedrukt zit tegen de bescherm - of contactlaag, waardoor warmteverliezen tot een minimum beperkt worden.

In een meer voorkeurdragende werkwijze volgens de uitvinding omvat de warmtecollector twee aan elkaar gelaste plaatvormige elementen uit aluminium waarbij in één van de genoemde elementen een kanaal voor een warmteopnemende vloeistof is aangebracht. De plaatvormige elementen kunnen ook via walsen of verlijming met elkaar verbonden zijn. Ook kunnen de plaatvormige elementen uit koper zijn vervaardigd.

Volgens een bijzondere werkwijze overeenkomstig de uitvinding is tussen het klemprofiel en de warmtecollector een beschermplaat aangebracht. De beschermplaat heeft bij voorkeur een dikte van 3 mm. en is bijvoorbeeld vervaardigd uit een betonvezelcementplaat. Overeenkomstig een meer bijzondere werkwijze volgens de uitvinding is tussen de beschermplaat en de warmtecollector een isolatielaag aangebracht. Dit isolatiemateriaal bestaat bij voorkeur uit een glaswol, rotswol, XPS, PIR of PUR materiaal of een combinatie. De dikte van de isolatielaag varieert tussen de 0,1 en 5 cm.

Een ander onderwerp van deze uitvinding betreft een hybride fotovoltaïsche-thermische collector waarbij een fotovoltaïsch paneel en een warmtecollector in hetzelfde oppervlak geïntegreerd zijn, en waarbij tussen de warmtecollector en het fotovoltaïsch paneel een losmaakbare bescherm - of contactlaag is voorzien. Deze laag heeft bij voorkeur een dikte van maximaal 1 mm. en zal zorgen voor een goede bescherming van de fotovoltaïsche module en zal de warmteoverdracht van de onderkant van de fotovoltaïsche paneel (module) naar de warmtecollector bevorderen. De bescherm - of contactlaag zal tevens dienst doen als antislip laag en is in het bijzonder vervaardigd uit één van de volgende materialen: EPDM, siliconen, neopreen of acrylaatfolie.

In een voorkeurdragende uitvoeringsvorm van de collector volgens de uitvinding omvat de collector verder een klemprofiel dat voorzien is om de warmtecollector tegen de bescherm - of contactlaag te klemmen. Verder omvat de genoemde collector in een meer bijzondere uitvoeringsvorm een isolatielaag en/of beschermplaat.

Om de eigenschappen van deze uitvinding verder te verduidelijken en om bijkomende voordelen en bijzonderheden ervan aan te duiden volgt nu een meer gedetailleerde beschrijving van de werkwijze voor het omvormen van een fotovoltaïsch paneel naar een hybride fotovoltaïsch-thermisch systeem, en een beschrijving van een dergelijk hybride paneel overeenkomstig deze uitvinding. Het weze duidelijk dat niets in de hierna volgende beschrijving kan geïnterpreteerd worden als een beperking van de in de conclusies opgeëiste bescherming voor deze uitvinding.

In deze beschrijving wordt door middel van referentiecijfers verwezen naar de hierbij gevoegde tekeningen waarbij: - figuur 1: een perspectiefvoorstelling is van een hybride fotovoltaïsche-thermische collector overeenkomstig de uitvinding; - figuur 2: een explosietekening is van de in figuur 1 afgebeelde collector; - figuur 3: een explosietekening is van de op het fotovoltaïsch paneel aan te brengen warmtecollector.

Omdat de grote meerderheid van de panelen die de voorbije jaren geplaatst zijn geweest, hoofdzakelijk klassieke fotovoltaïsche panelen (1) zijn, met hun eerder beschreven nadelen, voorziet de onderhavige uitvinding in een werkwijze voor het op een economisch haalbare manier omvormen van een fotovoltaïsch paneel (1) naar een zogenaamd hybride fotovoltaïsch-thermische collector (2).

Bij een dergelijke collector (2) zijn een fotovoltaïsch paneel (module) (1) en een warmtecollector (4) in een zelfde oppervlak geïntegreerd. Dergelijke collector (2) heeft o.a. het voordeel dat de fotovoltaïsche panelen (1) beter afkoelen, waardoor een beter elektrisch rendement wordt bekomen. Het totaal rendement van het systeem wordt dus hoger.

Overeenkomstig deze werkwijze wordt een gekend fotovoltaïsch paneel (1) omgevormd tot een hybride module, voorgesteld op figuren 1 en 2, door het toevoegen van een warmtecollector (4) en dit zonder dat fotovoltaïch paneel (1) mechanisch bewerkt dient te worden, zodat de garanties van het fotovoltaïsch paneel (1) niet vervallen. Het fotovoltaisch paneel (1) die omgevormd zal worden is standaard rechthoekig uitgevoerd en is opgebouwd uit een glasplaat met fotovoltaïsche cellen. Dergelijk paneel (1) zal de invallende zonnestraling, in functie van de efficiëntie van het paneel, omzetten naar elektriciteit en warmte. Het is deze warmte die zal opgenomen worden door de aan te brengen warmtecollector (4).

Vooraleer de warmtecollector (4) te bevestigen wordt eerst een bescherm - of contactlaag (3) aan de achterzijde van het fotovoltaïsch paneel (1) voorzien. Van belang hierbij is dat deze bescherm - of contactlaag (3) niet vast gefixeerd wordt op het paneel (1) zodat achteraf; mocht dit nodig zijn, deze terug verwijderd kan worden zonder schade toe te brengen aan het betreffende paneel (1) De genoemde laag (3) zal zorgen voor een goede bescherming van de om te vormen fotovoltaïsche panelen (1) en zal bij voorkeur de warmteoverdracht van de onderzijde van het fotovoltaïsch paneel (1) naar de collector (4) bevorderen. De bescherm - of contactlaag (3) kan bijvoorbeeld vervaardigd zijn uit één van de volgende materialen: EPDM, siliconen, neopreen of acrylaatfolie. Het ligt voor de hand dat andere geschikte materialen, die instaan voor een goede warmteoverdracht en die niet vast gefixeerd dienen te worden op het fotovoltaïsche paneel (1), eveneens in aanmerking komen.

De aan te brengen warmtecollector (4), en zoals afgebeeld op figuur 3, omvat twee aan elkaar gelaste, gewalst of verlijmde plaatvormige elementen (6 en7) uit aluminium of koper, waarbij in één van de genoemde elementen een kanaal (10) voor een warmteopnemende vloeistof is aangebracht (bijvoorbeeld door persen of stansen). De warmtecollector omvat verder aan de in- en uitgang van het kanaal een verbindingselement (11). In een alternatieve uitvoeringsvorm kan de warmtecollector ook bestaan uit een plaat vervaardigd uit koper of aluminium waarop een aluminium of koperen leiding (voor een warmteopnemende vloeistof) is aangebracht.

Om warmteverliezen te beperken wordt de warmtecollector (4) goed tegen de bescherm - of contactlaag (3) aangedrukt. Hiervoor wordt gebruik gemaakt van een aantal klemprofielen (5) die de collector (4) op zijn plaats houden zonder dat het origineel fotovoltaïsch paneel (1) een mechanische bewerking ondergaat.

Verder wordt, zoals blijkt uit figuur 2, tussen het klemprofiel (5) en de warmtecollector (4) een beschermplaat (8) aangebracht. Deze beschermplaat (8) zal met name de collector (4) afschermen. Deze beschermplaat (8) kan bijvoorbeeld vervaardigd zijn uit een betonvezelcementplaat. Tussen de beschermplaat (8) en de warmtecollector (4) kan ook nog een isolatielaag (9) aangebracht worden. Dit isolatiemateriaal bestaat bij voorkeur uit een glaswol, rotswol, XPS, PIR of PUR materiaal of een combinatie van voorgaande materialen. De dikte van de isolatielaag varieert tussen de 0,1 en 5 cm.

Door nu gebruikt te maken van de werkwijze overeenkomstig de uitvinding dient er niet geboord, verzaagd of verlijmd te worden, waardoor het bestaande fotovoltaïsche paneel (1) intact blijft. Bovendien kan de omvorming op de werf zelf gebeuren. Door gebruik te maken van een losmaakbare (niet vast gefixeerd) bescherm - of contactlaag (3) is de werkwijze bovendien volledig omkeerbaar, zodat de aangebrachte warmtecollector (4) er zonder problemen terug kan afgehaald worden en de hybride fotovoltaïsche-thermische collector (2) terug kan omgevormd worden naar het oorspronkelijk fotovoltaïsch paneel (1).

Claims

CONCLUSIES

1. Werkwijze voor het om vormen van een fotovoltaïsch paneel (1) naar een hybride fotovoltaïsch-thermische collector (2), met het kenmerk dat op een fotovoltaïsch paneel (1) geschikt voor het omzetten van invallende zonnestraling in elektrische energie, eerst een losmaakbare bescherm - of contactlaag (3) wordt aangebracht, waarop vervolgens een warmtecollector (4) wordt aangebracht.
2. Werkwijze volgens conclusie 1, met het kenmerk dat de warmtecollector (4) via één of meerdere klemprofielen (5) tegen de bescherm - of contactlaag (3) gedrukt wordt.
3. Werkwijze volgens conclusie 1 of 2, met het kenmerk dat de genoemde bescherm- of contactlaag (3) vervaardigd is uit één van de volgende materialen: EPDM, siliconen, neopreen of acrylaatfolie.
4. Werkwijze volgens één van de voorgaande conclusies, met het kenmerk dat de warmtecollector (4) twee aan elkaar gelaste plaatvormige elementen (6, 7) uit aluminium omvat waarbij in één van de genoemde elementen een kanaal voor een warmteopnemende vloeistof is aangebracht.
5. Werkwijze volgens één van de conclusies 2 t/m 4, met het kenmerk dat tussen het klemprofiel (5) en de warmtecollector (4) een beschermplaat (8) is aangebracht.
6. Werkwijze volgens conclusie 5, met het kenmerk dat tussen de beschermplaat (8) en de warmtecollector (4) een isolatielaag (9) is aangebracht.
7. Hybride fotovoltaïsche-thermische collector (2) waarbij een fotovoltaïsch paneel (1) en een warmtecollector (4) in hetzelfde oppervlak geïntegreerd zijn, met het kenmerk dat tussen de warmtecollector (4) en het fotovoltaïsch paneel een losmaakbare bescherm- of contactlaag (3) is voorzien.
8. Hybride fotovoltaïsche-thermische collector (2) volgens conclusie 7, met het kenmerk dat de genoemde bescherm- of contactlaag (3) vervaardigd is uit één van de volgende materialen: EPDM, siliconen, neopreen of acrylaatfolie.
9. Hybride fotovoltaïsche-thermische collector (2) volgens conclusie 7 of 8, met het kenmerk dat de collector (2) verder een klemprofiel (5) omvat dat voorzien is om de warmtecollector (4) tegen de bescherm- of contactlaag (3) te klemmen.
10. Hybride fotovoltaïsche-thermische collector (2) volgens één van de conclusies 7 t/m 9, met het kenmerk dat de genoemde collector (4) verder een isolatielaag (9) en/of beschermplaat (8) omvat.