DE10064164A1 - Dacheindeckung und/oder Dachaufbau aus Elementen zur Nutzung der Solarenergie als Kombination von Kollektor-Wärmegewinnung und Foto-Voltaik, aufgebaut in einem gemeinsamen Gehäuse (Sonnen Blockkraftwerk-Thermo-Voltaik Anlage) - Google Patents
Dacheindeckung und/oder Dachaufbau aus Elementen zur Nutzung der Solarenergie als Kombination von Kollektor-Wärmegewinnung und Foto-Voltaik, aufgebaut in einem gemeinsamen Gehäuse (Sonnen Blockkraftwerk-Thermo-Voltaik Anlage)Info
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Description
Jeweils für die einzelnen Nutzungsmöglichkeiten der Foto-Voltaik oder Kollektor-Wärmegewinnung gibt
es Systeme, für die zusätzliche Montage oder als Dacheindeckung. Letztere dienen als Ersatz für jegliche
Ziegel- oder Platteneindeckung. Die Installation der Verkabelung oder Verrohrung erfolgt ausschliesslich
bauseits. In der Kombination sind ebenfalls Systeme bekannt, welche auf andere Anordnungen der
Einzelsysteme abzielen und nicht zur gleichzeitigen Kühlung der Fotovoltaik eingesetzt werden
(DE 198 01 380 A1). Im weiteren Existiert eine Anmeldung ohne Beschreibung der technischen
Merkmale in der Umsetzung, bei der ebenfalls nicht von der Wärmeabfuhr der Fotovoltaik ausgegangen
werden kann (DE 198 16 294 A1). Beide angeführten Patente erheben auch keinen Anspruch an die
Isolation bzw. an die Vakuumzelle der lichtdurchlässigen äusseren Zelle.
Die Sonnenstrahlung liefert die Licht- und Wärmestrahlung gleichzeitig, jedoch mit unterschiedlichen
Intensitäten, bezogen auf die Tages- und Jahreszeit und auf die Witterungsbedingungen. Die Foto-
Voltaik nutzt nur die Lichtenergie, obwohl sie auch der Wärmestrahlung hinter Glas ausgesetzt ist.
Diese Wärme beeinträchtigt sogar den Wirkungsgrad bei der Leistungsausbeute, so dass ein
Kühlprozess (Wärmeabfuhr) sogar Verbesserung diesbezüglich darstellt. Führt man nun beide
Systeme sinnvoll zusammen, ergibt sich insgesamt gesehen eine höhere Energieausbeute/m2 als
mit entsprechenden Einzelsystemen.
Hauptaufgabe ist, herauszufinden, welche Anordnung die Fotozellen auf dem Wärmekollektor
einnehmen müssen. Dabei ist es nicht unerheblich, ob die Fotozellen in einer separaten Kammer mit
Wärmekontakt zum Kollektor montiert sind, oder direkt auf dem Kollektor aufgeklebt werden. Die Art
der Wärmeleitverbindung stellt dabei den grössten Faktor dar.
Zur Steigerung des Wirkungsgrades des Kollektors und damit des Gesamtsystems muss die
Wärmeisolation zur Umgebung, sowohl nach innen wie aussen getrennt untersucht werden.
Bringt man das System in einer Plattengröße und Ausführung unter, die eine Dacheindeckung aus
herkömmlichen Eindeckmateralien ersetzt, so ist auch ein Teil der zusätzlichen Kosten reduziert.
Das Entwicklungsziel ist dabei die Nutzbarkeit für Alt- und Neubauten.
Die Formgebung, speziell im Anschlussbereich zu benachbarten Elementen muss für die Dichtung
gegen Wasser sorgen, ohne dass hierfür Dichtmaterialien verwendet werden müssen.
Hier ist die Anschlußtechnik sowohl für den Kühlmittelkreislauf und das Stromleitsystem mit
entsprechenden Schnellkupplungen und Steckkontakten ausschlaggebend. Der Unterbau als
Elementträger ist gleichzeitig Kühlmittelleitung und Stromleitung. Der Querschnitt der
Kühlmittelstränge muss optimal ausgelegt werden, damit die Förderleistung der handelsüblichen
Umwälzpumpen ausreicht.
Die Nutzung regenerativer Energien ist heute technologisch erschlossen und wird als einzelnes System
wirtschaftlich genutzt. Die Kombination und beschriebene Anordnung in einem gemeinsam genutzten
Träger der beiden möglichen Energiefaktoren aus der Sonne, nämlich Licht und Wärme, sind daher
naheliegend. Möglicherweise sind auch spezielle Materialzusammensetzungen neu zu entwickeln, um
das gesteckte Ziel zu erreichen. Die Trägergröße muss auf das Handling, den Wirkungsgrad und die
Herstellungskosten hin optimiert werden. Im Vordergrund steht daher die optimale Energieausbeute in
der Realisierung der Idee und der wirtschaftlichen Umsetzung in Fertigung und Installation.
Die Aufgabe wird gemäss kennzeichnendem Teil von Anspruch 1 gelöst.
Vorteilhafte Weiterbildungen des Erfindungsgegenstandes gehen aus den Unteransprüchen und der
Beschreibung hervor.
Die Beschreibung der Erfindung erfolgt an Hand eines Ausführungsbeispiels in Verbindung mit den
zugehörigen Zeichnungen, von denen
Fig. 1A die Draufsicht eines Träger-Elementes
Fig. 1 B der Schnitt des in Fig. 1 A gezeigten Träger-Elements
Fig. 2A die Draufsicht eines Träger-Elementes mit eingebauter Photovoltaik
Fig. 2B der Schnitt des in Fig. 2A gezeigten Träger-Elements
Fig. 3A die Draufsicht eines Träger-Elementes mit eingebauter Wärmekollektortechnik
Fig. 3B der Schnitt des in Fig. 3A gezeigten Träger-Elements
Fig. 4A die Draufsicht eines kompletten Systems
Fig. 4B der Schnitt des in Fig. 4A gezeigten Komplettsystems
Fig. 5A die Draufsicht des Eindecksystems mehrerer in Fig. 1A gezeigten Elemente
Fig. 5B der Schnitt des Eindecksystems in Dachlängsrichtung
Fig. 5C der Schnitt des Eindecksystems in Neigungsrichtung
Fig. 6A Rohrleitungs- und Kupplungssystem
Fig. 6B die elektrische Anschlusstechnik
Das Produkt besteht im Wesentlichen aus 3 Teilen
- 1. Eindeckplatten mit Wärmekollektor und Photovoltaiksystem
- 2. Rohrleitungssystem als Träger mit Anschlusstechnik
- 3. Stromanschlusstechnik
Die Form der Eindeckplatten (1) in Fig. 1A und 1B, ist den Gegebenheiten der Oberflächenkontur zur
Dichtung gegen eindringendes Wasser und der Windabweisung angepasst.
Es werden transparente Materialien verwendet, die gleiche mechanische Eigenschaften wie
herkömmliche Dachdeckmaterialien aufweisen. Sie lassen die Lichtstrahlung mit äusserst geringen
Absorbtionsverlusten durch und in gleichem Masse die Wärmestrahlung.
Die äußere Kammer (2) in Fig. 1A1 und 2B nimmt die Fotozellen (3) auf, die untereinander entsprechend
elektrisch verbunden sind. Die beiden externen Anschlüsse (4 u. 5) führen die elektrische Energie über die
unter 3. beschriebene Anschlusstechnik nach Außen. Zur Erhöhung des Wärmewirkungsgrades kann die
Kammer luftdicht verschlossen und evakuiert werden.
In der zweiten Kammer (6) in Fig. 3A und 3B ist das Wärmekollektorsystem (7) untergebracht. Dies
können Platten mit Röhren, Rohre oder Lammellenkörper sowie Hohlkörper mit entsprechender
Formgebung sein. Im äusseren Bereich sind sie flächig glatt und eingeschwärzt, evtl. mit Einfräsungen für
die Fotozellen, im Inneren besitzen sie zur Oberflächenvergrösserung Lammellenform. Ihre Anordnung ist
so ausgebildet, dass sie die negativ wirkende Wärmeentwicklung der Fotozellen abführt. Die Lücken (8)
zwischen den Fotozellen dienen zur direkten Bestrahlung des Wärmekollektors, die durch
Brennglaseffekt der Kammerdecke (9) verstärkt werden kann.
Nach unten bzw. Innen wird die zweite Kammer mittels Isolierungen (10) gegen Wärmeverluste
geschützt.
Spezielle Ventilnippel (11 u. 12), weiter unter 2. Beschrieben, leiten das Kühlmedium ins Sammelsystem
ein.
Die Fig. 4A bzw. Fig. 4B zeigen die komplette Kombination der beschriebenen Systeme.
Die Wärmekollektoren sind gleichzeitig Rohrleitungssystem und über Sammel- bzw. Verteilerkanäle mit
dem Wärmetauscher in der Warmwasseraufbereitung verbunden. Die Versorgungsleitungen der
Elemente sind gleichzeitig Träger der Dachelemente. Die Elementanschlüsse (11 u. 12), in Fig. 3A und
Fig. 6A gezeigt, sind Schnellkupplungen, die beim Entfernen eines Elements sowohl das Leitungssystem,
wie auch das Element abdichten. Damit wird verhindert, dass beim Austausch defekter Elemente Luft in
das System gelangt und somit eine Entlüftung nach dem Wechsel vermieden.
Die zentrale Zwangsentlüftung befindet sich im Sammelleitungs-Trägersystem.
Von den 9 Fotoelementen pro Platte (3) in Fig. 2A sind innerhalb eines Elements 3 Stück in Reihe
geschaltet, 3 solcher Reihen liegen parallel und die beiden externen Pole sind mit jeweils einem Messer-
(4) und Federanschluss (5), wie in Fig. 6B gezeigt, versehen. Diese greifen entweder in die benachbarten
Elemente oder zusätzlich in die Stromschienen zur Ausleitung der elektrischen Energie. Damit beim
Öffnen oder Schliessen der Elementkontakte kein Lichtbogen entstehen kann, bzw. im Kurzschlussfall
eines Einzelelements kein Strom fliessen kann, wird über eine Mechanik der Kontakt schon vor dem
endgültigen Trennen unterbrochen.
Claims (16)
1. Energiegewinnung über Wärmekollektoren in Kombination mit Fotovoltaik, dadurch gekennzeichnet,
dass sie in einem gemeinsamen Trägerelement untergebracht sind.
2. Energiegewinnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Fotozellen heutiger und/oder
künftiger Technologie in einer Kammer aus transparentem Material befestigt sind und zur
Wärmeabfuhr z. B. mit Kleber, Wärmeleitpaste oder ähnlichem mit dem Kollektorsystem verbunden
sind.
3. Energiegewinnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Fotozellen heutiger und/oder
künftiger Technologie zur Wärmeabfuhr alternativ in einer Aussparung auf der Oberfläche der
Wärmekollektoren eingeklebt bzw. mit Wärmeleitpaste oder ähnlichem eingebettet sind.
4. Energiegewinnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Wärmekollektoren in einer
2. Kammer hinter der Kammer der Fotozellen befestigt sind.
5. Energiegewinnung nach Anspruch 1-4, dadurch gekennzeichnet, dass das Trägerelement zur
Dacheindeckung für Neu- und Altbauten geeignet ist.
6. Energiegewinnung nach Anspruch 1-4, dadurch gekennzeichnet, dass das Trägerelement zur
Montage über der Dacheindeckung geeignet ist.
7. Energiegewinnung nach Anspruch 1-6, dadurch gekennzeichnet, dass das Trägerelement aus einer
oder mehrerer Kammern besteht.
8. Energiegewinnung nach Anspruch 1-7, dadurch gekennzeichnet, dass die sonnenbestrahlte
Abdeckung aus transparentem Material gefertigt ist.
9. Energiegewinnung nach Anspruch 1-8, dadurch gekennzeichnet, dass die nach innen gewandte
Oberflächenstruktur der lichtdurchlässigen Scheiben lichtverstäkende Wirkung aufweist.
10. Energiegewinnung nach Anspruch 1-9, dadurch gekennzeichnet, dass die nach innen gewandte
Oberflächenstruktur der lichtdurchlässigen Scheiben wärmebündelnde Wirkung aufweist.
11. Energiegewinnung nach Anspruch 1-10, dadurch gekennzeichnet, dass die sonnenbestrahlte
Kammer des Trägerelements in Vakuumtechnik zur Steigerung des Wirkungsgrades der
Wärmegewinnung gefertigt wird.
12. Energiegewinnung nach Anspruch 1-11, dadurch gekennzeichnet, dass das Trägerelement dichtende
Eigenschaften mit benachbarten Elementen gegen Umgebungseinflüsse hat.
13. Energiegewinnung nach Anspruch 1-12, dadurch gekennzeichnet, dass der Wärmekollektor eine
selbstdichtende Kupplung zur Einspeisung in den Heizkreislauf besitzt.
14. Energiegewinnung nach Anspruch 1-13, dadurch gekennzeichnet, dass der Voltaikteil eine stromlose
Kontaktierung im Auswechsel- und Montagezustand besitzt, die über das Steckersystem bedient
wird.
15. Energiegewinnung nach Anspruch 1-14, dadurch gekennzeichnet, dass das Kühlmittel-
Rohrleitungssystem unter der Eindeckung gleichzeitig tragende Konstruktion für das Trägerelement
ist.
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| 8139 | Disposal/non-payment of the annual fee |