DE10144148A1 - Solar energy device comprises a photovolatic solar module arranged on the side of the building facing the sun, a heat exchanger connected to the module via lines, and a control and regulating device - Google Patents

Solar energy device comprises a photovolatic solar module arranged on the side of the building facing the sun, a heat exchanger connected to the module via lines, and a control and regulating device

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DE10144148A1
DE10144148A1 DE2001144148 DE10144148A DE10144148A1 DE 10144148 A1 DE10144148 A1 DE 10144148A1 DE 2001144148 DE2001144148 DE 2001144148 DE 10144148 A DE10144148 A DE 10144148A DE 10144148 A1 DE10144148 A1 DE 10144148A1
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Abstract

Solar energy device comprises a photovolatic solar module arranged on the side of the building facing the sun; a heat exchanger connected to the module via lines; and a control and regulating device. The solar module has flexible foil-like elements lying singly or together on an amorphous, metallic or metal-coated substrate and embedded in the roof or facade of the building. Solar energy device comprises a photovolatic solar module (1) arranged on the side of the building facing the sun; a heat exchanger (4) connected to the module via lines; and a control and regulating device. The solar module has flexible foil-like elements lying singly or together on an amorphous, metallic or metal-coated substrate (11) and embedded in the roof or facade of the building. Each element has air channels arranged on the lower side (15) of the substrate through which air flows to be heated or to cool the solar module. The heated air is fed to the heat exchanger which is connected to a heat pump (5) having an earth collector (6) or probe. The heated air post-heated by the heat pump and/or damper register is distributed into the individual rooms via a ventilation system. Preferably the air channels are connected to a air collecting channel made from a thermally insulating and weather resistant material, such as vinyl rubber. The solar module is made from amorphous silicon, microcrystalline silicon, cadmium-technetium, dye, copper-indium-gallium diselenide or a double or multiple layer cell combination of cell layers.

Description

  • Die Erfindung betrifft eine Solarenergieanlage für ein Gebäude, insbesondere ein Wohnhaus, umfassend: The invention relates to a solar energy system for a building, in particular a house, comprising:
    • - wenigstens einen Photovoltaik-Solarmodul, der an einer sonnenzugewandten Seite des Gebäudes angeordnet ist, - at least one photovoltaic solar module, which is arranged on a sun-facing side of the building,
    • - wenigstens einen Wärmetauscher, der über Leitungen mit dem Photovoltaik-Solarmodul verbunden ist, - at least one heat exchanger, which is connected via lines to the photovoltaic solar module,
    • - sowie wenigstens eine Steuerungs- und Regelvorrichtung. - and at least one control and regulating device.
  • Bei den Solarenergieanlagen der eingangs genannten Art kommen als Solarmodule ua poly- und monokristalline Solarzellen oder amorphe Dünnschichtsolarzellen, beispielsweise mit amorphem Silizium als Halbleiter zum Einsatz. In the solar energy plants of the type mentioned are used as solar panels, inter alia, polycrystalline and monocrystalline solar cells or amorphous thin film solar cells, for example with amorphous silicon as the semiconductor used. Die mit einer Polymerfolie verklebten Dünnschichtsolarzellen werden auf einen Träger, wie Glas- oder Metallplatte, aufvulkanisiert. The bonded with a polymer film thin film solar cells are vulcanized onto a support such as glass or metal plate. Die fertigen, mit entsprechenden Anschlüssen versehenen Dünnschichtsolarzellen werden dann auf eine Dach- oder Fassadenoberfläche verlegt und miteinander verschaltet. The finished and provided with respective terminals of thin film solar cells are then laid on a roof or façade surface and interconnected. Es ist bekannt, das die Dünnschichtsolarzellen deutlich mehr Wärme produzieren als Elektrizität. It is known that the thin film solar cells significantly more heat than produce electricity. Bei der Solarstromerzeugung fällt neben Strom bis zu viermal so viel Wärmeenergie an. In the solar power generation falls on next power up to four times as much heat energy.
  • Weiterhin sind wasserdurchströmte Flachkollektoren mit Absorberschicht aus amorphem Silizium und Glasabdeckung bekannt. Furthermore, through which water flows flat plate with absorber layer of amorphous silicon and glass cover are known. Diese Flachkollektoren eignen sich nicht zur groß- oder ganzflächigen Dachabdeckung, beispielsweise wegen eines unterschiedlichen Bedarfs an Strom und Warmwasser. These flat panels are not suitable for large-scale or full roof covering, for example because of a different demand for electricity and hot water. Die Glasabdeckung verringert den Stromgewinn. The glass cover reduces the current gain.
  • Nun ist die Aufgabe der Erfindung, die in Wärme umgewandelte Energie bei den photovoltaischen Solarzellen, wie Dünnschichtsolarzelle, zumindest teilweise aufzufangen und damit eine Solarenergieanlage für ein Gebäude, insbesondere ein Wohnhaus, zwecks höherer Effizienz zu optimieren, die photovoltaikspezifischen Kosten zu senken und mit der Anlage herkömmliche Energiesysteme zu ersetzen. Now the object of the invention to absorb the converted into heat energy in the photovoltaic solar cells as thin film solar cell at least partially so as to maximize a solar energy system for a building, especially a residence, for the purpose of higher efficiency, reduce photovoltaic specific costs, schedule to replace conventional energy systems.
  • Diese Aufgabe ist bei einer Solarenergieanlage, die wenigstens einen Photovoltaik-Solarmodul, wenigstens einen Wärmetauscher und wenigstens eine Steuerungs- und Regelvorrichtung umfaßt, dadurch gelöst, daß This object is achieved in a solar energy plant, comprising at least one photovoltaic solar module, at least one heat exchanger and at least one control and regulation device characterized in that
    • - die Photovoltaik-Solarmodule flexible, folienartige Photovoltaik-Elemente sind, die einzeln oder zu mehreren auf einem amorphen, metallischen oder metallbeschichteten Substrat aufgelegt und in die Dachhaut bzw. Fassade des Gebäudes flächenbündig eingebettet und jeweils wenigstens einen auf einer Unterseite des Substrates angeordneten Luftkanal aufweisen, durch den im Betriebszustand Luft strömt, die sich erwärmt und gleichzeitig die Solarmodule ( 1 ) kühlt, - the photovoltaic solar modules are flexible, sheet-like photovoltaic elements, individually or placed on an amorphous, metallic or metal-coated substrate to a plurality of and embedded flush with the roof covering or facade of the building and each having at least one disposed on a lower surface of the substrate air duct is cooled by the air flows in the operating condition, which is heated and at the same time, the solar modules (1),
    • - die erwärmte Luft zu dem Wärmetauscher geführt ist, der wiederum über einen Wärmeträger eine Wärmepumpe mit Erdkollektor oder Erdsonde beaufschlagt, - the heated air is guided to the heat exchanger, which in turn acted upon by a heat carrier, a heat pump with ground collector or geothermal probe,
    • - und daß die erwärmte Luft, die im Heizungsfall durch die Wärmepumpe oder/und einen Nachheizregister nacherwärmt ist, anschließend zu Zwecken der Raumheizung über eine vorhandene Lüftungsanlage in den einzelnen Räumen verteilt ist. - and in that the heated air is reheated in the heater case by the heat pump and / or a heating coil, is then distributed for the purpose of space heating via an existing ventilation system in the individual rooms.
  • Die Wärmepumpe kann mit wenigstens einer auf geothermischem Prinzip funktionierenden Erdsonde oder einem Erdkollektor gekoppelt sein. The heat pump may be coupled to at least one functioning principle on geothermal ground probe or a ground collector.
  • Die Erfindung vereint gleichzeitig drei Funktionen, nämlich eine Dacheindeckung, eine Stromerzeugung und eine Wärmegewinnung. The invention combines three functions simultaneously, namely a roofing material, a power generation and heat recovery. Die Abwärme der Photovoltaik-Solarmodulen wird durch die das Substrat umströmende Luft gesammelt und abgekoppelt. The waste heat of the photovoltaic solar modules is collected by the air flowing around the substrate and disconnected.
  • Als Substrat können unterschiedliche Materialien aus folgenden Gruppen: As the substrate, various materials from the following groups:
    • - Kunststoffe; - Plastics;
    • - Keramikmaterialien, beispielsweise Ziegel; - ceramic materials, such as bricks;
    • - Teerschindel; - Teerschindel;
    • - metallbeschichtete Werkstoffe; - metal-coated materials;
    • - amorphe Materialien, wie Glas; - amorphous materials such as glass;
    • - Verbundstoffe, wie Metall mit aufgeklebtem Glas, - composite materials such as metal with glued glass,
    Verwendung finden. be used. Als besonders vorteilhaft hat sich das metallische Substrat wegen seiner mechanischen und thermischen Eigenschaften erwiesen. Particularly advantageous is the metallic substrate has been found because of its mechanical and thermal properties.
  • Die in Frage kommenden Dünnschichtsolarzellen können aus wenigstens einem der folgenden Materialien hergestellt sein: The suitable thin film solar cells can be made from at least one of the following:
    • - amorphes Silizium; - amorphous silicon;
    • - mikrokristallines Silizium; - microcrystalline silicon;
    • - CdTe (Cadmium-Technetium); - CdTe (cadmium-Technetium);
    • - Farbstoff; - dye;
    • - Kupfer-Indium-Gallium-Diselenid (CIGS) - copper indium gallium selenide (CIGS)
    oder aus einer Doppel- oder Mehrschichtzellen-Kombination übereinanderliegender Zellschichten verschiedener Materialien. or a double or multi-layer cell combination of superimposed cell layers of different materials.
  • Wesentlich für die Erfindung sind die Luftkanäle bzw. die Luftschicht, die mit dem Substrat der Dünnschichtsolarzelle kontaktiert und im Betriebszustand der Solarenergieanlage eine Luftströmung bildet, die eine hybride Kühlung des Photovoltaik-Solarmoduls bewirkt. Essential to the invention the air ducts or the air layer contacting with the substrate of the thin film solar cell and forms an air flow in the operating state of the solar power plant, which results in a hybrid cooling of the photovoltaic solar module are. Darüber hinaus sind verschiedene Anordnungen der Luftkanäle gegenüber der unteren Substrat-Oberfläche, sowie verschiedene Querschnitte der Luftkanäle möglich. Moreover, various arrangements of the air ducts towards the lower substrate surface, as well as various cross-sections of the air passages are possible.
  • Die Kühlung bewirkt einen positiven Synergieeffekt: die Frischluft wird vorgewärmt und der Wirkungsgrad des Solargenerators durch Senken der Zelltemperatur erhöht. The cooling causes a positive synergistic effect: the fresh air is preheated and the efficiency of the solar generator is increased by lowering the cell temperature. Die Effizienz der Solarzellen wird verbessert, im vorliegenden Fall um 0,4% bis 0,5%/K bzw. 10% bei 20 K Temperaturreduzierung der Solarzellen; The efficiency of the solar cell is improved in the present case 0.4% to 0.5% / K and 10% at 20 K temperature reduction of the solar cell; die Temperatur kann von 50°C auf 30°C gesenkt werden. the temperature can be lowered from 50 ° C to 30 ° C.
  • Der Luftstrom kann flächendeckend mit dem Substrat des einzelnen Solarmoduls kontaktieren. The air flow can contact nationwide with the substrate of each solar module. Im vorliegenden Fall kann der Solarmodul eine Baueinheit, beispielsweise ein selbsttragendes Fertigdachelement bilden, das eine Dünnschichtsolarzelle und ein Substrat aufweist und bei dem die Luftschicht zwischen dem Substrat und einer darunter liegenden Platte oder/und Dämmschicht angeordnet ist. In the present case, the solar module can be a structural unit, for example, form a self-supporting prefabricated roof element which has a thin film solar cell and a substrate and in which the air layer between the substrate and an underlying panel and / or insulation layer is arranged. Die Dämmschicht kann aus unterschiedlichen Materialien, wie Hartschaum, Leichtbeton, Verbundstoffe oder dergleichen, hergestellt sein. The insulation layer may be made of different materials, such as hard foam, lightweight concrete, composite materials or the like, can be made.
  • Innerhalb des solaren Fertigdachelementes können mehrere in einem definierten Abstand voneinander angeordnete Luftkanäle verlaufen, deren dem Substrat zugewandte Oberseite offen ist, damit die Luftströme direkt mit dem Substrat in Berührung kommen. Within the solar finished roof element can extend a plurality of spaced at a defined distance air channels whose facing the substrate upper surface is open, so that the air currents come directly into contact with the substrate. Die Luftkanäle können unterschiedliche, beispielsweise rechteckige, trapez- oder halbkreisförmige Querschnitte aufweisen. The air channels may have different, for example rectangular, trapezoidal or semi-circular cross-sections.
  • Die Luftkanäle können durch Anbringung an der Unterseite des Substrates eines profilierten Flachelementes, wie etwa Trapezblech, gebildet sein. The air ducts may be formed by attachment to the underside of the substrate of a profiled flat member such as trapezoidal sheet. Schließlich ist denkbar und technisch ausführbar, die Luftkanäle direkt an einer mit dem Substrat verklebten Dämmschicht auszukehlen. Finally, it is conceivable and technically feasible, auszukehlen the air ducts directly to a bonded substrate with the insulation layer.
  • Die Luftschicht, bzw. die Luftkanäle können auch durch das an der Unterseite des Photovoltaik-Solarmoduls liegende Substrat und Unterkonstruktionselemente der Dachhaut, wie Dachsparren und/oder Wärmedämmung, gebildet sein. The layer of air, or the air channels may also be formed by the lying at the bottom of the photovoltaic solar module substrate and sub-structure elements of the roof skin, such as rafters and / or thermal insulation.
  • Die Luftkanäle können geradlinig, zick-zack-, bogen- oder mäanderartig verlaufen bei Beibehaltung eines gleichen Druckverlustes aller Luftkanäle des jeweiligen Solarmoduls. The air channels can be straight, zigzag, curved or meandering run but preserve the same pressure loss of all air ducts of the respective solar module.
  • Die eine Kontaktfläche mit dem Luftström bildende Unterseite des Substrates kann glatt oder strukturiert sein. A contact area with the air stream forming underside of the substrate may be smooth or textured. Die von der glatten abweichende Oberflächenstruktur des Substrates läßt eine vergrößerte, durch die Luft zu umströmende Gesamtfläche zu erzielen. The deviating from the smooth surface structure of the substrate can achieve an enlarged, through the air flowing around total.
  • Die Luftströmung unterhalb des Substrates kann durch an sich bekannte Steuerelemente, wie Klappen, oder durch Unterbringung im Luftkanal wenigstens eines Perforationskörpers einstellbar sein, durch den die Luft durchströmt und damit ihre Geschwindigkeit verringert. The air flow below the substrate may be adjusted by per se known controls such as valves, or by placement in the air duct at least one Perforationskörpers through which flows through the air and thus reduces its speed. Der Perforationskörper kann in Form eines länglichen Elementes, wie Rohr, oder einer gelochten Platte vorliegen. The Perforationskörper may be in the form of an elongate element, such as pipe, or a perforated plate.
  • Die Luftkanäle schließen sich - im eingebauten Zustand der Solarmodule - an wenigstens einen horizontal verlaufenden Luftsammelkanal an, welcher wenigstens teilweise in einem thermoisolierenden und witterungsbeständigen Material, wie Vinylkautschuk, eingearbeitet ist. The air channels join - in the installed state of the solar modules - at least one horizontally extending air collection channel which is at least partially incorporated in a thermo-insulating and weather-resistant material, such as vinyl rubber.
  • Zur Verbesserung der Effizienz der Solarenergieanlage können zusätzlich und beabstandet zu den Photovoltaik-Solarmodulen wärmeaufnehmende Flachkollektoren vorgesehen sein, deren Wärmeleitträger eine Flüssigkeit ist, mit dem ein Warmwasserbereiter beheizbar ist. To improve the efficiency of the solar energy plant, in addition to and spaced be provided whose Wärmeleitträger is a liquid, with a hot water heater is heatable to the photovoltaic solar modules heat-absorbing flat plate collectors. Solche heliothermischen Flachkollektoren können an kleineren Flächen des Gebäudes verlegt sein. Such heliothermal flat collectors can be transferred to smaller areas of the building.
  • Die wesentlichsten Vorteile der Erfindung sind: The main advantages of the invention are:
    • - bis auf etwa 50% bei amorphen, bzw. bis 75% bei kristallinen Zellen erhöhter Gesamtwirkungsgrad (Wärme und Strom); - up to about 50% amorphous, and to 75% for crystalline cells increased overall efficiency (heat and electricity);
    • - geringere Energierücklaufzeiten; - lower energy payback time;
    • - verbesserte Stabilität. - improved stability.
  • Verbindet man die Solarenergieanlage gemäß Erfindung mit den erforderlichen, baulichen Maßnahmen (Niedrigenergiehaus- Standard), verringert sich der Heizwärmebedarf auf mindestens 66% gegenüber der durch die Wärmeschutzverordnung 1995 vorgesehenen Größe. By connecting the solar power plant according to the invention with the necessary, structural measures (low- energy Standard), the heat requirement is reduced to at least 66% compared to the provided by the 1995 insulation regulations size. Dementsprechend reduziert sich die CO 2 - Emission, beispielsweise von 6.603 kg auf 2.316 kg für ein derartiges Referenzhaus, bei einer Technik, die für jede Hausform und an jedem Standort einsetzbar ist. Emission, for example from 6,603 kg to 2,316 kg of such a reference house, in a technique that can be used for each house shape and at any location - Accordingly, the CO 2 reduced. Die Solarenergieanlage kann herkömmliche Energiesysteme ersetzen und ist kostengünstiger. The solar energy system can replace conventional energy systems and is more cost effective.
  • Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist anhand der Zeichnung näher erläutert, deren Figuren im einzelnen zeigen: An embodiment of the invention is explained in more detail with reference to the drawing, which show the figures in detail:
  • Fig. 1 eine in einem Gebäude installierte Solarenergieanlage, in einer schematischen Darstellung; Fig. 1 a installed in a building solar energy plant, in a schematic representation;
  • Fig. 2a bis 3 einen eine Dachhaut bildenden Photovoltaik- Solarmodul, in einem Schnitt durch das Dach; Figures 2a to 3 a roof skin forming photovoltaic solar module, in a section through the roof.
  • Fig. 4 und 5 Ausführungsformen von solaren Fertigdachelementen, in einer perspektivischen, schematischen Sicht; FIGS. 4 and 5 embodiments of solar prefabricated roof elements, in a perspective schematic view;
  • Fig. 6a und 6b weitere Ausführungsformen der Solarmodulen; 6a and 6b show further embodiments of the solar modules. und and
  • Fig. 7 Aufbau einer Dünnschicht-Solarzelle in einem schematischen, vergrößerten Schnitt. Fig. 7 structure of a thin film solar cell in a schematic, enlarged section.
  • In Fig. 1 ist schematisch eine in ein Gebäude 50 mit Satteldach eingebaute Solarenergieanlage 100 dargestellt. In Fig. 1 a built into a building 50 with a saddle roof solar energy system 100 is shown schematically. Die Solarenergieanlage 100 setzt sich im wesentlichen aus mehreren an einer sonnenzugewandten Dachhälfte angeordneten Photovoltaik-Solarmodulen 1 (in der Figur ist nur ein Photovoltaik- Solarmodul 1 gezeigt), heliothermischen Flachkollektoren 2 , einem Wärmetauscher 4 , einer Wärmepumpe 5 , einer Warmwasserbereitungsanlage 22 , einem Erdkollektor 6 und einer nicht dargestellten Steuerungs- und Regelvorrichtung zusammen. The solar energy system 100 is composed essentially of a plurality of arranged on a sun-facing roof half photovoltaic solar modules 1 (in the figure is only a photovoltaic solar module 1 shown) heliothermal flat plate 2, a heat exchanger 4, a heat pump 5, a hot water supply unit 22, a ground collector 6 and a control and regulating device, not shown, together.
  • Ferner ist der Fig. 1 ein vertikal gegenüber einer Erdbodenfläche 3 verlaufender Ansaugkanal 32 für die erwärmte Luft zu entnehmen. Further, in FIG. 1 can be seen a vertically with respect to a ground surface 3 extending intake passage 32 for the heated air.
  • Die an sich bekannten Photovoltaik-Solarmodulen 1 bestehen jeweils aus einem metallenen Substrat 11 , hier: Edelstahlblech und einer auf das Substrat über eine Reflektorschicht auflaminierten, dreischichtigen Solarzelle 10 (vgl. Fig. 7). The known photovoltaic solar modules 1 are each composed of a metallic substrate 11, in this case stainless steel sheet and a laminated onto the substrate via a reflector layer, three-layer solar cell 10 (see FIG. 7.).
  • Die Dünnschicht-Solarzelle 10 besteht im vorliegenden Fall aus amorphem, unterschiedlich dotiertem Kupfer-Indium- Gallium-Diselenid (CIGS). The thin-film solar cell 10 in the present case of amorphous differently doped copper indium gallium diselenide (CIGS). Das Substrat 11 ist wiederum ganzflächig mit einem darunter liegenden Stahlblech-Abschnitt 8 verbunden. The substrate 11 is in turn connected over the whole area with an underlying steel sheet portion. 8 Zusätzlich weist der Photovoltaik-Solarmodul 1 , bzw. die Dünnschicht-Solarzelle einen auf ihrer Unterseite 15 angeordneten Luftkanal 14.1 . In addition, the photovoltaic solar module 1, and the thin-film solar cell has a arranged on its underside 15 air channel 14.1. . , . , 14 .n auf, bei dem die Luft direkt mit dem Stahlblech-Abschnitt 8 in Kontakt steht. 14 .n on, in which the air is in direct contact with the steel sheet portion. 8
  • Die nebeneinander auf eine Dachlattenunterkonstruktion 12 verlegten Stahlblech-Abschnitte 8 werden bei der Montage der Dachhaut über Stehfalze 31 miteinander verbunden. The laid side by side on a roof batten substructure 12 of sheet steel sections 8 are connected to each other during assembly of the roof skin on standing seams 31st Auf dieser Weise entsteht eine Dacheindeckung 60 der Dachhälfte, bestehend aus mehreren, ganzflächig (nicht dargestellt) verlegten Photovoltaik-Solarmodulen 1 . In this manner, a roof covering 60 of the roof half, consisting of several, the entire surface (not shown) installed photovoltaic solar module 1 is formed.
  • Die Dacheindeckung 60 ist auch in den Fig. 2a bis 3 schematisch abgebildet. The roofing 60 is depicted schematically in FIGS. 2 to 3. Unterhalb des Photovoltaik-Solarmoduls 1 erstreckt sich von der Traufe bis zum First hin ein Luftkanal 14.1 . Below the photovoltaic solar module 1, an air passage extending from the eaves to the ridge towards 14.1. . , . , 14 .n zur Erzeugung einer Luftströmung (Pfeil 14 ), ähnlich wie bei den an sich bekannten Dachbelüftungssystemen. 14 .n for generating an air flow (arrow 14), similar to the known roof ventilation systems. Im Firstbereich erstreckt sich horizontal, dh entlang des Firstes ein mit der Dacheindeckung 60 integrierter Luftsammelkanal 20 , welcher über einen Luftaustritt 16 an den vertikal verlaufenden Ansaugkanal 32 angeschlossen ist. In the ridge region is, extends horizontally that is, which is connected to the vertically extending intake passage 32 through an air outlet 16 along the ridge An integrated with the roof covering 60 air collection channel twentieth
  • Die Fig. 4 und 5 zeigen jeweils einen Photovoltaik- Solarmodul 1 , der als Fertigdachelement 9 ; Figs. 4 and 5 each show a photovoltaic solar module 1, which as a finished roof element 9; 19 ausgebildet ist. Is formed 19th Das rechteckige Fertigdachelement 9 weist eine bereits beschriebene Dünnschichtsolarzelle 10 mit metallischem Substrat 11 , einen einzigen Luftkanal 13 , ein den Luftkanal begrenzendes Flachelement 18 in Form einer dünner Stahlplatte und ein relativ dickes Tragelement 28 aus Hartschaum auf. The rectangular prefabricated roof element 9 has a previously described thin-film solar cell 10 having a metallic substrate 11, a single air channel 13, an air duct limiting flat element 18 in the form of a thin steel plate and a relatively thick supporting member 28 made of hard foam. Ferner ist der Fig. 4 ein im Inneren des Luftkanals 13 untergebrachter, rohrförmiger Perforationskörper 23 zur Ausbalancierung des Luftvolumens, sowie Zuluftöffnungen 24 , 25 zu entnehmen. Furthermore, the Fig. 4 is a housed in the interior of the air duct 13, tubular Perforationskörper 23 to balance the volume of air and supply air openings 24 to Withdraw 25. Der das Substrat 11 ganzflächig kontaktierende Luftstrom gelangt über nicht dargestellte Abluftöffnungen (bei 27) in den Luftsammelkanal 20 und von dort über den Luftaustritt 16 in den Ansaugkanal 32 und/oder über einen in Fig. 2a mit 27 bezeichneten weiteren Luftaustritt (unterhalb des Firstziegels) nach außen. Of the substrate 11 over the entire surface contacting the air stream passes via unillustrated exhaust air apertures (at 27) in the air collecting duct 20 and from there via the air outlet 16 into the intake passage 32 and / or via a. 2a in Fig having designated 27 further air outlet (below the ridge tile) outward. Am Ansaugkanal 32 ist ein schematisch gezeigter Zuluftventilator 17 angeordnet. On the intake channel 32 is a schematically shown air supply fan 17 is disposed.
  • Das in der Fig. 5 gezeigte Fertigdachelement 19 unterscheidet sich von dem Fertigdachelement 9 dadurch, daß in den Luftkanal 13 anstelle des rohrförmigen ein plattenförmiger Perforationskörper 23 eingelegt ist. The finished roof element 19 shown in FIG. 5 differs from the finished roof element 9 in that is inserted into the air passage 13 in place of the tubular a plate-shaped Perforationskörper 23rd Das Tragelement 28 besteht aus Leichtbeton. The support member 28 is made of lightweight concrete.
  • In der Fig. 6a ist eine andere Ausführungsform des Photovoltaik-Solarmoduls dargestellt, bei der die auf das metallische Substrat 11 aufvulkanisierte Dünnschichtsolarzelle 10 von einem Trapezblech (Flachelement 18 ) unterliegt ist, das mehrere Luftkanäle 14.1 . In Fig. 6a another embodiment of the photovoltaic solar module is shown, in which the vulcanized onto the metallic substrate 11 thin-film solar cell 10 by a trapezoidal sheet (flat element 18) is subject to the plurality of air channels 14.1. . , . , 14 .n bildet. 14 forms .n. Ein solcher Photovoltaik-Solarmodul kann gemäß Fig. 6b mit einem Tragelement 28 , beispielsweise aus Hartschaum, verbunden sein. Such a photovoltaic solar module can be shown in Fig. 6b, connected to a support element 28, for example made of hard foam.
  • Die Funktionsweise der Solarenergieanlage The operation of the solar power plant
  • Die frische Außenluft wird über eine unterhalb einer Dachrinne 29 angeordnete Zuluftöffnung 30 im Luftkanal vorgewärmt und der Wirkungsgrad der Photovoltaik-Solarmodulen 1 durch Senken der Zelltemperatur erhöht. The fresh outside air is preheated by a below a gutter 29 arranged air inlet opening 30 in the air duct and the efficiency of the photovoltaic solar modules 1 by lowering the cell temperature increases. Die entstehende Abwärme wird zum Lüftungsblock (kombinierte Wärmerückgewinnung mit Wärmepumpe) des Gebäudes 50 geleitet, im Heizfall auf das benötigte Temperaturniveau nacherwärmt und anschließend über die vorhandenen Kanäle der Lüftungsanlage in den einzelnen Räumen als Wärme verteilt. The generated heat is conducted to the ventilation unit (combined heat recovery heat pump) of the building 50, reheated in the heating mode to the required temperature level and then distributed over the available channels of the ventilation system in the individual rooms as heat. Die Lüftungsanlage ist Bestandteil des gesamten Systems. The ventilation system is part of the whole system. Die erwärmte Frischluft wird also in die Wohn- und Schlafräume eingeblasen (vgl. Fig. 1; Frischluft-Eintrittsöffnungen 34 ). The heated fresh air is thus blown into the living and sleeping quarters (see Fig. 1;. Fresh air inlet openings 34). In der Küche, im Technikraum und in den Bädern wird Abluft abgesaugt. In the kitchen, the utility room and bathrooms exhaust air is extracted. Über den Wärmetauscher 4 und die Wärmepumpe 5 wird der Abluft die Wärme entzogen und zur Erwärmung der Zuluft genutzt. Via the heat exchanger 4 and the heat pump 5, the exhaust air is removed from the heat and used to heat the supply air. Ist im Heizfall eine weitere Erwärmung erforderlich, schaltet sich die Wärmepumpe mit einem Nachheizregister 33 zu. Is when heating a further heating is required, the heat pump switches to a heating coil 33rd
  • Im Sommer wird die Überschußwärme durch die Wärmepumpe 5 gespeichert oder zur Brauchwassererwärmung genutzt. In summer, the excess heat is stored by the heat pump 5 or used for domestic water heating. Gleichzeitig kann die Anlage z. At the same time the system z can. B. durch den Erdkollektor 6 der Wärmepumpe zur passiven Kühlung des Gebäudes herangezogen werden. B. be used by the geothermal collector 6 of the heat pump for passive cooling of the building. Der Energieverbrauch wird erheblich gesenkt. Energy consumption is significantly reduced.
  • Je nach Klimazone kann im Sommer durch den Boden die Raumluft passiv gekühlt und so die Überhitzung des Gebäudes vermieden werden. Depending on the climate can passively cooled indoor air through the floor and so the overheating of the building can be avoided in the summer. Die Solarenergieanlage gemäß Erfindung dient zum Heizen, Kühlen und Lüften von Häusern. The solar power plant according to the invention is used for heating, cooling and ventilation of houses.
  • Die erforderliche Energie für den Nachheizregister 33 wird solar aus der Hochleistungswärmepumpe mit Erdkollektor oder -sonde gewonnen. The energy required for the heating coil 33 is derived from the solar high performance heat pump with ground collector or probe. Die für den Betrieb der Wärmepumpe und der Luftheizung erforderliche elektrische Hilfsenergie wird aus den Photovoltaik-Solarmodulen und einem Niederspannungsnetz N (vgl. Fig. 1) bezogen. The time required for the operation of the heat pump and the air heating auxiliary electrical energy from the photovoltaic solar modules and a low-voltage network N (see. Fig. 1) based. In den Schwachlastzeiten kann zusätzlich eine Vergütung durch das Energie-Versorgungs- Unternehmen der eigenerzeugten elektrischen Energie erfolgen. In the off-peak hours compensation can also be carried out by the energy supply companies in the self-generated electrical energy. Die auf etwa 2/3 des Jahresbedarfs geschätzte Warmwasserbereitung erfolgt durch die Flachkollektoren 2 . The estimated to about 2/3 of the annual demand for hot water preparation is performed by the flat-plate collectors. 2 Sollte der Solarspeicher unterstützende Wärmeenergie benötigen, kann diese durch die Wärmepumpe bereitgestellt werden. If the solar storage need supportive heat energy, this can be provided by the heat pump. Bezugszeichenliste 1 Photovoltaik-Solarmodul LIST OF REFERENCES 1 photovoltaic solar module
    2 Flachkollektor 2 flat plate collector
    3 Erdbodenfläche 3 soil surface
    4 Wärmetauscher 4 Heat exchanger
    5 Wärmepumpe 5 heat pump
    6 Erdkollektor 6 ground collector
    7 Reflektorschicht 7 reflector layer
    8 Stahlblech-Abschnitt 8 steel sheet section
    9 Fertigdachelement 9 prefabricated roof element
    10 Solarzelle 10 solar cell
    11 Substrat 11 substrate
    12 Dachlattenunterkonstruktion 12 batten substructure
    13 Luftkanal (Luftschicht) 13 air channel (air layer)
    14 Pfeil (Luftstrom) 14 arrow (air flow)
    15 Unterseite 15 bottom
    16 Luftaustritt 16 air outlet
    17 Zuluftventilator 17 supply air fan
    18 Flachelement 18 flat element
    19 Fertigdachelement 19 prefabricated roof element
    20 Luftsammelkanal 20 air collection channel
    21 Oberfläche 21 surface
    22 Warmwasserbereitungsanlage 22 Water heating system
    23 Perforationskörper 23 Perforationskörper
    24 Zuluftöffnung 24 air inlet opening
    25 Zuluftöffnung 25 air inlet opening
    26 Thermoisolation 26 thermal insulation
    27 Luftaustritt 27 air outlet
    28 Tragelement 28 support member
    29 Dachrinne 29 Gutter
    30 Zuluftöffnung 30 air inlet opening
    31 Stehfalz 31 Standing Seam
    32 Ansaugkanal 32 intake channel
    33 Nachheizregister 33 heating coil
    34 Frischluft-Eintrittsöffnung 34 fresh air inlet opening
    50 Gebäude 50 building
    60 Dacheindeckung 60 roofing
    100 Solarenergieanlage 100 Solar power plant
    N Niederspannungsnetz N low-voltage grid

Claims (21)

1. Solarenergieanlage ( 100 ) für ein Gebäude, insbesondere ein Wohnhaus, umfassend: 1. Solar energy installation (100) for a building, in particular a house, comprising:
wenigstens einen Photovoltaik-Solarmodul ( 1 ), der an einer sonnenzugewandten Seite des Gebäudes angeordnet ist, at least one photovoltaic solar module (1) which is arranged on a sun-facing side of the building,
wenigstens einen Wärmetauscher ( 4 ), der über Leitungen mit dem Photovoltaik-Solarmodul ( 1 ) verbunden ist, at least one heat exchanger (4) which is connected via lines to the photovoltaic solar module (1),
sowie wenigstens eine Steuerungs- und Regelvorrichtung, and at least one control and regulation device,
dadurch gekennzeichnet , daß characterized in that
die Photovoltaik-Solarmodule ( 1 ) flexible, folienartige Photovoltaik-Elemente sind, die einzeln oder zu mehreren auf einem amorphen, metallischen oder metallbeschichteten Substrat ( 11 ) aufgelegt und in die Dachhaut bzw. Fassade des Gebäudes flächenbündig eingebettet und jeweils wenigstens einen auf einer Unterseite ( 15 ) des Substrates angeordneten Luftkanal (13; 14.1. . .14.n) aufweisen, durch den im Betriebszustand Luft strömt, die sich erwärmt und gleichzeitig die Solarmodule ( 1 ) kühlt, the photovoltaic solar modules (1) are flexible, sheet-like photovoltaic elements, individually or in the mood for more on an amorphous, metallic or metal-coated substrate (11) and embedded flush with the roof covering or facade of the building and in each case at least one on a bottom arranged (15) of the substrate-air duct (13;.. 14.1 .14.n) which flows through the air in the operating state, which is heated and at the same time, the solar modules (1) is cooled,
die erwärmte Luft zu dem Wärmetauscher ( 4 ) geführt ist, der wiederum über einen Wärmeträger eine Wärmepumpe ( 5 ) mit Erdkollektor ( 6 ) oder Erdsonde beaufschlagt, the heated air to the heat exchanger (4) is guided, which in turn acted upon by a heat carrier, a heat pump (5) with ground collector (6) or geothermal probe,
und daß die erwärmte Luft, die im Heizungsfall durch die Wärmepumpe ( 5 ) oder/und einen Nachheizregister nacherwärmt ist, anschließend zu Zwecken der Raumheizung über eine vorhandene Lüftungsanlage in den einzelnen Räumen verteilt ist. and that the heated air in the heating case by the heat pump (5) and / or a heating coil is reheated, is then distributed for the purpose of space heating via an existing ventilation system in the individual rooms.
2. Solarenergieanlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß sich die Luftkanäle (13; 14.1. . .14.n) - im eingebauten Zustand der Solarmodule - an wenigstens einen horizontal verlaufenden Luftsammelkanal ( 20 ) anschließen, welcher wenigstens teilweise in einem thermoisolierenden und witterungsbeständigen Material, wie Vinylkautschuk, eingearbeitet ist. 2. Solar energy installation according to claim 1, characterized in that the air ducts (13; 14.1 .14.n..) - in the installed state of the solar modules - connect to at least one horizontally extending air collection duct (20), which at least partially in a thermo-insulating and is incorporated weather resistant material, such as vinyl rubber.
3. Solarenergieanlage nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Luft im Betriebszustand der Solarenergieanlage flächendeckend die Unterseite ( 15 ) des Photovoltaik-Solarmoduls ( 1 ) umströmt. 3. Solar energy installation according to claim 1 and 2, characterized in that the air in the operating state of the solar power plant coverage the underside (15) of the photovoltaic solar module (1) flows around.
4. Solarenergieanlage nach Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Luftkanal auf seiner Höhe durch das Substrat ( 11 ) und ein im wesentlichen parallel zur Unterseite ( 15 ) angeordnetes Flachelement ( 18 ) begrenzt ist. 4. Solar energy installation according to claims 1 to 3, characterized in that the air duct is limited in its height by the substrate (11) and a substantially parallel to the underside (15) disposed flat element (18).
5. Solarenergieanlage nach Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Luftkanal durch das an der Unterseite ( 15 ) des Photovoltaik-Solarmoduls ( 1 ) liegende Substrat ( 11 ) und ein Unterkonstruktionselement der Dachhaut, wie Dachsparren oder folienbedeckte Thermoisolation ( 26 ), gebildet ist. 5. Solar energy installation according to claims 1 to 3, characterized in that the air duct through the at the bottom (15) of the photovoltaic solar module (1) opposite the substrate (11) and a lower structural component of the roof, such as roof rafters or foil-covered thermal insulation (26) is formed.
6. Solarenergieanlage nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Photovoltaik-Solarmodul ( 1 ) ein Fertigdachelement ( 9 ; 19 ) ist, bei dem das den Luftkanal (14.1. . .14.n) begrenzende Flachelement ( 18 ) ein Tragelement ( 28 ), wie Leichtbetonschicht, des Fertigdachelementes ist oder mit dem Tragelement ( 28 ) verbunden ist. 6. Solar energy installation according to one of claims 1 to 5, characterized in that the photovoltaic solar module (1) a finished roof element (9; 19) (.. 14.1 .14.n) is, wherein the air duct limiting flat element (18) a support member (28), such as lightweight concrete layer, of the finished roof element or with the support element (28) is connected.
7. Solarenergieanlage nach Anspruch 4 oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß das Flachelement ( 18 ) eine profilierte Platte, wie Trapezblech, ist. 7. Solar energy installation according to claim 4 or 6, characterized in that the flat element (18) is a profiled plate such as trapezoidal sheet.
8. Solarenergieanlage nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Luftkanäle (14.1. . .14.n) geradlinig, zick-zack-, bogen- oder mäanderartig verlaufen bei Beibehaltung eines gleichen Druckverlustes aller Luftkanäle des jeweiligen Solarmoduls. 8. Solar energy installation according to one of claims 1 to 7, characterized in that the air ducts (. 14.1. .14.n) straight, zig-zag, curved or meandering run while maintaining an equal pressure loss of all the air ducts of the respective solar module.
9. Solarenergieanlage nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Luftkanäle (14.1. . .14.n) jeweils einen polygonalen, vorzugsweise rechteckigen, oder einen halbkreisförmigen Querschnitt aufweisen. 9. Solar energy installation according to one of claims 1 to 8, characterized in that the air ducts (. 14.1. .14.n) each have a polygonal, preferably rectangular, or semicircular cross section.
10. Solarenergieanlage nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß der Luftkanal (14.1. . .14.n) auf seiner Länge verschiedene Querschnitte aufweist. 10. Solar energy installation according to claim 9, characterized in that the air channel (14.1.. .14.n) having different cross sections along its length.
11. Solarenergieanlage nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß das Substrat ( 11 ) auf seiner der Luftschicht zugewandten Unterseite ( 15 ) glatt ist. 11. Solar energy installation according to one of claims 1 to 10, characterized in that the substrate (11) on its side facing the air layer underside (15) is smooth.
12. Solarenergieanlage nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß das Substrat ( 11 ) auf seiner der Luftschicht zugewandten Unterseite eine strukturierte Oberfläche ( 21 ) aufweist, mit der sich eine vergrößerte, durch die Luft zu umströmende Gesamtfläche erzielen läßt. Having 12. Solar energy installation according to one of claims 1 to 10, characterized in that the substrate (11) on its side facing the air layer bottom of a structured surface (21) with which an enlarged achieve through the air flowing around total leaves.
13. Solarenergieanlage nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß das Substrat ( 11 ) eine Glasplatte ist, die auf ihrer der Solarzelle abgewandten Seite mit einer Metallschicht, beispielsweise mit einem Stahl- oder Zinkblech oder einer Metallfolie, ganzflächig verbunden ist. 13. Solar energy installation according to one of claims 1 to 12, characterized in that the substrate (11) is a glass plate, the side facing away from the solar cell with a metal layer, for example with a steel or zinc plate or a metal foil, the entire surface, respectively.
14. Solarenergieanlage nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß die auf die Glasplatte aufgebrachte Solarzelle aus mono- oder polykristallinem Silizium besteht. 14. Solar energy installation according to claim 13, characterized in that the size deposited on the glass plate solar cell made of monocrystalline or polycrystalline silicon.
15. Solarenergieanlage nach einem der Ansprüche 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, daß im Luftkanal (14.1. . .14.n) wenigstens ein Perforationskörper ( 23 ), beispielsweise ein Metallprofil aus Lochblech untergebracht ist, durch den die Luft durchströmt und damit ihre Geschwindigkeit verringert. 15. Solar energy installation according to one of claims 1 to 14, characterized in that the air channel (14.1.. .14.n) is housed at least one Perforationskörper (23), such as a metal profile made of perforated sheet, through which flows through the air, and thus its speed reduced.
16. Solarenergieanlage nach Ansprüchen 1 bis 15, dadurch gekennzeichnet, daß zusätzlich und beabstandet zu den Photovoltaik-Solarmodulen ( 1 ) wärmeaufnehmende Flachkollektoren ( 2 ) vorgesehen sind, deren Wärmeleitträger eine Flüssigkeit ist, mit dem ein Warmwasserbereiter beheizbar ist. 16. Solar energy installation according to claims 1 to 15, characterized in that in addition to and spaced from the photovoltaic solar modules (1) heat-absorbing flat plate (2) are provided whose Wärmeleitträger is a liquid, with a hot water heater can be heated.
17. Solarenergieanlage nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Photovoltaik- Solarmodule ( 1 ) und/oder die Flachkollektoren ( 2 ) ohne transparente Abdeckung verlegt sind. 17. Solar energy installation according to one of the preceding claims, characterized in that the photovoltaic solar modules (1) and / or the flat panels (2) are laid without a transparent cover.
18. Solarenergieanlage nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die erwärmte Außenluft - im Betriebzustand - über die in der Bodenkonstruktion der einzelnen Räume, wie Estrich, vorhandenen Luftkanäle verteilt und die Abluft über die oberhalb der Türöffnungen angeordneten Luftaustrittsöffnungen abgesaugt ist. 18. Solar energy installation according to one of the preceding claims, characterized in that the heated outside air - in the operating condition - distributed over the in the floor structure in the individual rooms, such as screed, existing air ducts and the exhaust air is extracted via the above the door openings arranged air outlet openings.
19. Solarenergieanlage nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die durch die Photovoltaik-Solarmodule ( 1 ) erzeugte Überschußwärme abgesaugt und über entsprechende Luftkanäle einem Luft-Wasser- Wärmetauscher zugeführt ist. Is 19. Solar energy installation according to one of the preceding claims, characterized in that by the solar photovoltaic modules (1) sucked produced excess heat and supplied via respective air channels an air-water heat exchanger.
20. Solarenergieanlage nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die durch die Photovoltaik-Solarmodule ( 1 ) erzeugte Überschußwärme abgesaugt und über entsprechende Luftkanäle und Erdsonde einem sich im Untergrund befindenden Speicher zugeführt ist. Is 20. Solar energy installation according to one of the preceding claims, characterized in that by the solar photovoltaic modules (1) sucked produced excess heat and supplied via respective air channels, and a ground probe that are available in the underground storage.
21. Solarenergieanlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als Material für die Herstellung von Dünnschichtsolarzellen ( 10 ) wenigstens eines der folgenden Materialien: 21. Solar energy installation according to claim 1, characterized in that as material for the manufacture of thin film solar cells (10) of at least one of the following materials:
- amorphes Silizium; - amorphous silicon;
- mikrokristallines Silizium; - microcrystalline silicon;
- CdTe (Cadmium-Technetium); - CdTe (cadmium-Technetium);
- Farbstoff; - dye;
- Kupfer-Indium-Gallium-Diselenid (CIGS) - copper indium gallium selenide (CIGS)
oder eine Doppel- oder Mehrschichtzellen-Kombination übereinanderliegender Zellschichten verschiedener Materialien vorgesehen ist. or a double or multi-layer cell combination is provided of superimposed cell layers of different materials.
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