DE10121850A1

DE10121850A1 - Kühlung von Fotovoltaikmodulen zur Erhöhung der Leistungsausbeute

Info

Publication number: DE10121850A1
Application number: DE10121850A
Authority: DE
Inventors: Achim Zimmermann
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2001-05-04
Filing date: 2001-05-04
Publication date: 2002-01-31

Abstract

Die Leistungsausbeute von Fotovoltaikmodulen ist abhängig von der Temperatur in der Weise, daß die Leistung mit zunehmender Temperatur von -10 bis 90 DEG C deutlich abnimmt. Die Leistungsabnahme beträgt 0,00375 W/K. Bekannt ist, daß im Falle der optimalen Sonneneinstrahlung Fotovaltaikmodule leicht eine Temperatur von 60 DEG C und mehr erreichen können. DOLLAR A Es wurde gefunden, daß durch Kühlung diese Temperatur deutlich abgesenkt werden kann. Durch Kühlung mit Kühlwasser ist so leicht eine Absenkung der Temperatur auf z. B. 25 DEG C möglich. Das Kühlwasser, in einem geschlossenen Kreislauf durch eine temperaturgesteuerte Kreislaufpumpe geführt, kann seinerseits durch erzwungene Konvektion z. B. durch einen Luftkühler oder durch freie Konvektion gekühlt werden, wenn die Rohrleitung in einem Kältereservoir wie z. B. dem Boden oder z. B. in einem stehenden oder fließendem Gewässer verlegt wird. DOLLAR A Besteht die Möglichkeit der Rückkühlung des Kühlwassers nicht, kann die Kühlung mit Wasser derart erfolgen, daß an der Rückseite des Moduls mit Wasser gefüllte Kühltaschen angebracht sind mit in die Taschen eingeführten kapillarporösen Platten, in denen das Wasser aufsteigt und verdunstet, wobei die Verdunstungswärme mit Modul entzogen wird, so daß dieser gekühlt wird. DOLLAR A Es wurde aber auch gefunden, daß in einigen Fällen, z. B. bei kleinen dezentralen Anlagen, eine Luftkühlung einfacher zu realisieren ist. Durch Luftkühlung wird noch eine Absenkung z. B. auf 35 DEG C erreicht. Dies bedeutet, daß bei ...

Description

Die Leistungsausbeute von Fotovoltaikmodulen ist nach /1/ abhängig von der Temperatur in der Weise, daß die Leistung mit zunehmender Temperatur von -10 bis 90°C deutlich abnimmt, wie der Abb. 1 entnehmbar. Die Leistungsabnahme beträgt 0,00375 W/K. Bekannt ist, daß im Falle der optimalen Sonneneinstrahlung die besten Leistungsabgaben erzielt werden. Aber gerade bei der optimalen Sonneneinstrahlung erfolgt auch die Absorption der IR-Strahlung nach dem Stephan-Boltzmann'schen Gesetz nach der 4. Potenz der absoluten Temperatur, was zu einer deutlichen Erhöhung der Temperatur des Moduls führt und die mögliche hohe Stromausbeute mindert. Bekannt ist, daß bei optimaler Sonneneinstrahlung leicht eine Temperatur von 60°C und mehr erreicht werden kann.

Abbildung 1

Verminderung der Stromausbeute durch Erhöhung der Modultemperatur

Es wurde gefunden, daß durch Kühlung diese Temperatur deutlich abgesenkt werden kann: Durch Kühlung mit Kühlwasser ist so leicht eine Absenkung der Temperatur auf z. B. 25°C möglich. Das Kühlwasser, in einem geschlossenen Kreislauf durch eine temperaturgesteuerte Kreislaufpumpe geführt, kann seinerseits durch erzwungene Konvektion z. B. durch einen Luftkühler oder durch freie Konvektion, gekühlt werden, wenn die Rohrleitung in einem Kältereservoir wie z. B. dem Boden oder z. B. in einem stehenden oder fließendem Gewässer verlegt wird.

Es wurde ferner gefunden, daß das Kühlwasser auf der Rückseite eines handelsüblichen Moduls (Pos. 1 in Zeichnung 1) durch einen Zwischenraum geführt wird, der sich gemäß Zeichnung 1 z. B. durch das Aufkleben einer Glasscheibe (Pos. 1a) z. B. mittels Silikon (Pos. 1b) ergibt, wobei in die Abdichtung mittels Silikon der Zufluß und der Abflußstutzen (Pos. 1c) eingefügt werden kann. Mittels der Abdichtungsmasse Silikon wird der Zwischenraum auch so gestaltet, daß sich insbesondere im oberen Bereich Luftblasen nicht halten können, und daß die Strömung durch Einbauten (Pos. 1d) so gelenkt wird, daß die Modulrückseite vollständig mit Kühlwasser beaufschlagt ist.

Besteht die Möglichkeit der Rückkühlung des Kühlwassers nicht, kann die Kühlung mit Wasser derart erfolgen, daß an der Rückseite des Moduls(Pos. 1 in Zeichnung 2) mit Wasser gefüllte Kühltaschen(Pos. 2) angebracht sind mit in die Taschen eingeführten kapillarporösen Platten (Pos. 3), in denen das Wasser aufsteigt und verdunstet, wobei die Verdunstungswärme dem Modul entzogen wird, so daß dieser gekühlt wird.

Es wurde aber auch gefunden, daß in einigen Fällen, z. B. bei kleinen dezentralen Anlagen, eine Luftkühlung einfacher zu realisieren ist. Durch Luftkühlung wird noch eine Absenkung z. B. auf 35°C erreicht. Dies bedeutet, daß bei der Kühlung mit Kühlwasser eine um 30% gesteigerte Leistungsausbeute, bei der mit Luft eine um 25% gesteigerte Leistungsaufnahme erreicht werden kann.

Die Wasserkühlung bedingt eine Vor- und Rücklaufleitung, sowie eine Kreislaufpumpe, die ihrerseits einen Leistungsbedarf aufweist, sowie ferner eine Rückkühlmöglichkeit des Kreislaufwassers. Die Luftkühlung, die hiervon unabhängig ist, kann so erfolgen, daß die Unterseite des Moduls so gestaltet ist, daß durch freie Konvektion die Wärme abgeführt wird, z. B. durch die Montage in einem Abstand zur Dachoberfläche. Zur Verbesserung des Wärmeübergangs ist ferner die wärmetauschende Fläche, z. B. durch Rippen, zu vergrößern. Die Anwendung der Luftkühlung ist in der Regel nicht so wirksam, wie die Kühlung mit Kühlwasser. Es wurde jedoch gefunden, daß insbesondere bei Modulen, die dem Sonnenstand nachgefahren werden können, die Luftkühlung einfacher zu realisieren ist. Es wurde ferner gefunden, daß bei Modulen, die dem Sonnenstand nachgefahren werden, berippte Aluminiumflächen wegen ihres geringen Gewichts vorteilhaft sind, um zusätzliche Belastungen bei der Aufständerung zu vermeiden. Derartige Aluminiumflächen sind in Zeichnung 3 dargestellt. Pos. 1 stellt den Modul dar, auf den die Aluminiumflächen gemäß Pos. 4 aufgeklebt sind. Die Aluminiumflächen enthalten bereits bedingt durch ihre Fertigung Kühlrippen gemäß Pos. 4a. Die Rippen können aber auch erzeugt werden, in dem z. B. Winkelprofile gemäß Pos. 4b, T-Profile gemäß Pos. 4c oder U-Profile gemäß Pos. 4d auf den Modul aufgeklebt werden.

Durch Strukturierung der Rückseite der Module, z. B. durch Aluminiumrippen, wird die Wärmeübergangszahl nur unwesentlich verringert, die abgebbare Wärme aber in Folge der Flächenvergrößerung deutlich erhöht, wie in Abb. 2 tabelliert:

Abb. 2

Wärmeübergangszahlen der Modulrückseite lediglich durch freie Konvektion hervorgerufen

Die Strukturierung soll witterungsbeständig sein, was im Falle von Aluminium vor allem durch oberflächenbehandeltes Aluminium erreicht werden kann.

Die Rückseite der Module ist, um Spalte zu vermeiden, z. B. durch Bekleben mit gut wärmeleitenden, korrosionsbeständigen und strukturierten Kühlkörpern in der Form von Stiften, Rippen in gerader, gezackter oder welliger Form, oder in Kombinationen von diesen zu beaufschlagen.

Benutzte Nicht-Patentliteratur

/1/ H. Buck, M. Meliß und A. Wagner, Rechnen mit Photovoltaik, Teil 1 "Die Strom-Spannungskennlinie einer Solarzelle", Photon März/April 1999, S. 60-63

Patentliteratur

A. Zimmermann, "Hydraulische Nachführung von Kollektoren nach dem Sonnenstand", Anmeldung 101 17 622.8 vom 7.4.2001

Claims

1. Kühlung von Fotovoltaikmodulen zur Erhöhung der Leistungsausbeute, dadurch gekennzeichnet, daß die Rückseite der Module, um Spalte zu vermeiden, z. B. durch Bekleben mit gut wärmeleitenden, korrosionsbeständigen und strukturierten Kühlkörpern in der Form von Stiften, Rippen in gerader, gezackter oder welliger Form oder in Kombinationen von diesen beaufschlagt werden, mit dem Ziel, die Wärmeabgabe durch freie Konvektion zu begünstigen, womit leicht eine Absenkung der Temperatur auf z. B. 35°C erreicht wird, was einer Leistungsteigerung von 25% entspricht.

2. Kühlung von Fotovoltaikmodulen zur Erhöhung der Leistungsausbeute, dadurch gekennzeichnet, daß die Kühlung mit Kühlwasser erfolgt, das in einem geschlossenen Kreislauf durch eine temperaturgesteuerte Kreislaufpumpe geführt wird und seinerseits durch erzwungene Konvektion, z. B. durch einen Luftkühler oder durch freie Konvektion, gekühlt wird, wenn die Rohrleitung in einem Kältereservoir, wie z. B. dem Boden oder z. B. in einem stehenden oder fließendem Gewässer, verlegt wird, womit leicht eine Kühlung des Moduls auf z. B. 25°C möglich ist, was einer Leistungssteigerung von 30% entspricht.

3. Kühlung von Fotovoltaikmodulen zur Erhöhung der Leistungsausbeute, dadurch gekennzeichnet, daß die Kühlung mit Wasser erfolgt, das an der Rückseite in kapillarporösen Platten aufsteigen und verdunsten kann, wobei den Modulen Wärme entzogen wird.