CH720114A1

CH720114A1 - Hybridkollektor.

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.

Description

Gebiet der Erfindung

[0001] Die Erfindung betrifft eine

Stand der Technik

[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.

[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.

Aufgabe der Erfindung

[0004] Aus den Nachteilen des beschriebenen Stands der Technik resultiert die Aufgabe einen Hybridkollektor zu schaffen, dessen Wirkungsgrad weiter verbessert ist.

Beschreibung

[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.

[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.

[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.

[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.

[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.

[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.

[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.

[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.

[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.

[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.

[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.

[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.

[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.

[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.

[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.

[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.

Legende:

[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

Claims

1. 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, – einer an der Rückseite des Trägersubstrats (13) angeordneten, beabstandeten Rückwand (18), um einen von einem Wärmeträger durchströmbaren Wärmetauscherraum (19) zu bilden, – einer randständigen Dichtung (21), welche zwischen dem Trägersubstrat (13) und der Rückwand (18) vorgesehen ist, um einen von einem Wärmeträger durchströmbaren Wärmetauscherraum (19) zu bilden, – einer Mehrzahl von Klammern (27), welche an dem Trägersubstrat (13) und der Rückwand (18) angreifen und das Trägersubstrat (13) und die Rückwand (18) aneinander ziehen und die Dichtung (21) komprimieren, wodurch der Wärmetauscherraum (19) abgedichtet ist, und – wenigstens eine Anschlussdose (33) mit einem elektrischen Anschluss zur Weiterleitung des erzeugten Gleichstroms,dadurch gekennzeichnet, dass die Anschlussdose (33) an der äusseren Trägerplatte (17a) oder an der Schmalseite (20) des Trägersubstrats (13) angeordnet ist.

2. Hybridkollektor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass eine Mehrzahl von Anschlussdosen (33) an der äusseren Trägerplatte (17a) oder der Schmalseite (20) angeordnet ist, welche Anschlussdosen (33) jeweils an eine Mehrzahl von Photovoltaik-Zellen (15) angeschlossen sind.

3. Hybridkollektor nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die wenigstens eine Anschlussdose (33) auf einer Mittelachse (34) des Trägersubstrates (13) angeordnet ist.

4. Hybridkollektor nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass sich die Mittelachse (34) in Richtung der Breitseiten (25) des Trägersubstrates (13) erstreckt.

5. Hybridkollektor nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die wenigstens eine Anschlussdose (33) mit einem UV-Strahlungsschutz (35) verkleidet ist.

6. Hybridkollektor nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die wenigstens eine Anschlussdose (33) ein in Massenproduktion hergestelltes Standardbauteil ist.