DE102005024516A1

DE102005024516A1 - Vorrichtung zur Gewinnung von Solarenergie

Info

Publication number: DE102005024516A1
Application number: DE102005024516A
Authority: DE
Inventors: Wolf-Peter Dittrich; Ruediger Schreiber
Original assignee: Dittrich Wolf-Peter Dipl-Ing
Current assignee: Dittrich Wolf-Peter Dipl-Ing
Priority date: 2005-05-27
Filing date: 2005-05-27
Publication date: 2006-11-30

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Gewinnung von Solarenergie gemäß Oberbegriff des Anspruchs 1. DOLLAR A Der Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, eine Vorrichtung zur Gewinnung von Solarenergie anzugeben, die die Nachteile bekannter Vorrichtungen dieser Art überwindet, indem durch Steigerung des Wirkungsgrads unter Beachtung der wirtschaftlichen Rahmenbedingungen wie Investitions- und Betriebskosten und der marktüblichen Strompreise ein höherer Anteil der eingestrahlten Sonnenenergie in elektrische Energie umgesetzt wird. Eine weitere Aufgabe der Erfindung besteht darin, die in der Vorrichtung gewonnene Wärmeenergie zur Erzeugung von Warmwasser oder/und von Prozesskälte zu nutzen. DOLLAR A Die Aufgabe wird erfindungsgemäß durch eine Vorrichtung zur Gewinnung von Solarenergie gelöst, bei der umfassend mindestens ein Solarmodul mit mindestens einer Solarzelle, wobei im Falle mehrerer Solarzellen die optisch aktiven Vorderseiten aller Solarzellen gleich ausgerichtet sind, sowie mindestens einen im Betrieb von einem Kühlmedium durchflossenen Kühlkörper, der mit den Rückseiten der Solarzellen oder der Rückseite des Solarmoduls wärmeleitend verbunden ist.

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Gewinnung von Solarenergie gemäß Oberbegriff des Anspruchs 1.
Vorrichtungen zur Umwandlung von Sonnenenergie in nutzbare Energieformen, wie Elektroenergie oder Wärme, sind in großer Vielfalt bekannt.
Zur Umwandlung von Sonnenenergie in Wärmeenergie sind Sonnenkollektoren, beispielsweise sogenannte Flachkollektoren bekannt, die einen Absorber umfassen, der der Sonnenstrahlung ausgesetzt und von dieser erwärmt wird. Die Wärme wird im Absorber auf einen meist flüssigen Wärmeträger übertragen. Mit Hilfe der Wärmeträgerflüssigkeit wird die Wärme aus dem Kollektor abgeführt und anschließend gespeichert oder als Prozesswärme direkt verwendet.

Zur direkten Umwandlung von Sonnenenergie in elektrische Energie wurden neben den herkömmlichen Dickschichtzellen, die durch Zersägen mono- oder polykristalliner Siliziumsälen zu Scheiben hergestellt werden, in jüngerer Zeit auch Dünnschichtzellen entwickelt, bei denen das Halbleitermaterial durch Abscheiden aus der Gasphase mit einer Dicke von wenigen Mikrometern auf das Trägermaterial aufgebracht wird. Als Halbleitermaterial werden beispielsweise amorphes Silizium (a-Si), Gallium-Arsenid (GaAs), Cadmium-Tellurid (CdTe), Kupfer-Indium-Diselenid (CIS) und andere Chalkogenide verwendet.

Ein Vorteil der Dünnschichtzellen besteht darin, dass sogenannte Solarmodule mit einer Vielzahl von Solarzellen und einer sehr großen Gesamtfläche in einem Arbeitsgang hergestellt werden können. Bei Dickschichtzellen muss hierfür eine Vielzahl vorher gefertigter Siliziumscheiben zu einem Solarmodul mit großer Gesamtfläche zusammengesetzt werden. Für die Herstellung von Solarmodulen mit Dünnschichtzellen eignen sich großflächige Abscheideverfahren, wie beispielsweise thermisches Verdampfen im Vakuum. Als Substrat kann preisgünstiges Flachglas verwendet werden, auf das in verschiedenen Fertigungsschritten die erforderliche Schichtenfolge aufgebracht wird. Dabei wird die Oberfläche in Zellen aufgeteilt, die elektrisch miteinander in Reihe verbunden werden. Damit entsteht unmittelbar ein Solarmodul, das anschließend meist mit einer zweiten Flachglasscheibe abgedeckt wird.

Wird für Dünnschichtzellen als Trägermaterial Kunststofffolie, beispielsweise aus Ethylen-Vinylacetat (EVA-Folie), verwendet, so sind sie überdies flexibel und daher verformbar. Ebenfalls bekannt ist die Verwendung von EVA-Folie in Solarmodulen zum Laminieren der verwendeten Dickschichtzellen.

Die Absorption der Sonnenstrahlen durch die Solarzellen führt dazu, dass sich diese stark aufheizen, da selbst bei modernen Solarzellen unter Testbedingungen weniger als 30% der eingestrahlten Sonnenenergie in elektrische Energie umgesetzt werden. Der Rest führt zu einer unvermeidlichen Erwärmung der Solarzelle, so dass Temperaturen von 70°C nicht ungewöhnlich sind. Die Leistung bekannter Solarmodule ist darüber hinaus stark von der Oberflächentemperatur der Solarzellen abhängig. Höhere Temperaturen der Solarzellen führen zu einem schlechteren Wirkungsgrad bei der Umwandlung der Sonnenenergie, d.h. zu einer geringeren Ausbeute an elektrischer Energie.

Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht daher darin, eine Vorrichtung zur Gewinnung von Solarenergie anzugeben, die die Nachteile bekannter Vorrichtungen dieser Art überwindet, indem durch Steigerung des Wirkungsgrads unter Beachtung der wirtschaftlichen Rahmenbedingungen wie Investitions- und Betriebskosten und der marktüblichen Strompreise ein höherer Anteil der eingestrahlten Sonnenenergie in elektrische Energie umgesetzt wird. Eine weitere Aufgabe der Erfindung besteht darin, die in der Vorrichtung gewonnene Wärmeenergie zur Erzeugung von Warmwasser oder/und von Prozesskälte zu nutzen.

Erfindungsgemäß wird die Aufgabe gelöst durch eine Vorrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 1. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung zur Gewinnung von Solarenergie umfasst mindestens ein Solarmodul mit mindestens einer Solarzelle, wobei im Falle mehrerer Solarzellen die optisch aktiven Vorderseiten aller Solarzellen gleich ausgerichtet sind, sowie mindestens einen im Betrieb von einem Kühlmedium durchflossenen Kühlkörper, der mit den Rückseiten der Solarzellen oder der Rückseite des Solarmoduls wärmeleitend verbunden ist.

Mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist es möglich, Sonnenenergie mit einem gleich bleibend hohen Wirkungsgrad in elektrische Energie umzuwandeln, da die Temperatur des Solarmoduls durch den Kühlkörper auf dem optimalen Temperaturniveau gehalten werden kann. Darüber hinaus wird aus der eingestrahlten Sonnenenergie gleichzeitig Wärme gewonnen, die anderweitig genutzt werden kann, wie nachfolgend noch näher erläutert wird. Durch die hintereinander liegende Anordnung von Solarmodul und Kühlkörper wird gegenüber einer herkömmlichen rein photovoltaischen oder rein solarthermischen Vorrichtung bei gleichem Flächenverbrauch und geringen Mehrkosten wesentlich mehr Sonnenenergie in vom Menschen nutzbare Energie umgewandelt.

In einer Ausgestaltung der Erfindung ist das Solarmodul aus Dünnschichtzellen aufgebaut. Dünnschichtzellen haben die oben erläuterten Vorteile und eignen sich daher besonders für die großflächige Verkleidung von Gebäudefassaden, wodurch zusätzlich ein besonders ästhetischer Eindruck erzielbar ist.

Der Kühlkörper kann beispielsweise als Festkörper mit künstlich vergrößerter, beispielsweise durch Rippen, Oberfläche ausgeführt sein, wobei der Abtransport der Wärme auch von einem Lüfter unterstützt werden kann. In diesem Fall ist die vom Solarmodul abgeführte Wärme jedoch für die menschliche Nutzung verloren. Besonders vorteilhaft umfasst der Kühlkörper daher mindestens eine, vorzugsweise mäanderförmig verlaufende, Kühlmittelleitung zur Führung eines flüssigen Kühlmittels.

In einer Ausgestaltung der Erfindung ist der Kühlkörper aus einer Kunststoffstegplatte gefertigt.

Kunststoffstegplatten umfassen zwei mit einem konstanten Abstand parallel zueinander angeordnete, meist ebene Platten, die durch zwischen ihnen angeordnete, parallel zueinander verlaufende Stege miteinander verbunden sind, wodurch der zwischen ihnen befindliche Zwischenraum in parallel verlaufende Kanäle unterteilt ist. Derartige Platten sind preiswert und mit geringem Aufwand zu einem Kühlkörper umwandelbar.

Vorzugsweise besteht die Kunststoffstegplatte aus einem Polymer, beispielsweise Polymethylmethacrylat (PMMA), Polycarbonat (PC) oder Polyethylenterephthalat (PET). Diese Kunststoffe sind schlagzäh und witterungsbeständig und daher für die Verwendung als Kühlkörper gut geeignet.

In einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung sind mindestens zwei Solarmodule mit demselben Kühlkörper wärmeleitend verbunden.

Diese Ausgestaltung ist besonders vorteilhaft, wenn relativ kleine Solarmodule verwendet werden. Durch die Verwendung eines größeren Kühlkörpers kann die erfindungsgemäße Vorrichtung besonders kostengünstig hergestellt werden. Gleichzeitig entstehen bei Ausfall eines Solarmoduls durch dessen Austausch geringere Kosten.

In einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung sind mindestens zwei Kühlkörper mit demselben Solarmodul wärmeleitend verbunden.

Diese Ausgestaltung ist besonders vorteilhaft, wenn relativ große Solarmodule verwendet werden. Durch die Verwendung eines kleineren Kühlkörpers ist die Fertigung der erfindungsgemäßen Vorrichtung wesentlich erleichtert. Gleichzeitig entstehen bei Ausfall eines Kühlkörpers durch dessen Austausch geringere Kosten.

Selbstverständlich ist auch eine Kombination der beiden letztgenannten Ausgestaltungen möglich und vom Erfindungsgedanken umfasst. In einer denkbaren Ausführungsform könnte beispielsweise vorgesehen sein, dass zwei Solarmodule jeweils mit jedem von zwei Kühlkörpern wärmeleitend verbunden sind.

Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass die Kühlkörper im Tichelmann-System miteinander verbunden sind.

Das sogenannte Tichelmann-System bezeichnet im Rohrleitungsbau eine Parallelschaltung, die die Verbindung mehrerer Rohrleitungsstränge so ermöglicht, dass die Summe der Längen der Vor- und Rücklaufleitungen an jeder Stelle im Rohrsystem annähernd gleich groß ist. Vorteilhaft sind die über die Fläche gleichmäßige Wärmeabfuhr und der im gesamten Rohrleitungssystem annähernd gleiche Druck.

Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung sind mehrere Solarmodule in Parallelschaltung elektrisch miteinander zu einem Cluster verbunden, um eine Ausgangsspannung zu erzielen, die einer gebräuchlichen Wechselrichterspannung bzw. Ladereglerspannung entspricht.

Soll beispielsweise die gewonnene elektrische Energie in ein 220V-Netz eingespeist werden, so entfällt die Notwendigkeit der vorherigen Umspannung. Die erzeugte Spannung muss vor der Einspeisung nur noch mittels eines Wechselrichters zu einer Wechselspannung umgerichtet werden. Gleichzeitig oder alternativ können mit der so erhaltenen Wechselspannung haushaltsübliche Elektrogeräte betrieben werden, wobei in diesem Fall sogar auf eine Verschiebung der Phasenlage, die bei Einspeisung in ein Verbundnetz notwendig ist, verzichtet werden kann.

Besonders vorteilhaft ist es, die erzeugte elektrische Energie zum Betrieb der gesamten Vorrichtung zu verwenden, das heißt, das System zur Erzeugung von Warmwasser und/oder Prozesskälte selbst elektrisch zu versorgen. Damit wird ein netzunabhängiger Betrieb der erfindungsgemäßen Vorrichtung ermöglicht.

In einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung sind mehrere Cluster in Reihenschaltung elektrisch miteinander verbunden. Hierdurch wird die zur Verfügung stehende Energiemenge erhöht.

Vorteilhaft ist weiterhin ein Akkumulator zur Zwischenspeicherung der gewonnen elektrischen Energie vorgesehen. Dadurch kann anfallende Energie, die nicht sofort benötigt wird für Zeiten zwischengespeichert werden, in denen ein erhöhter Energiebedarf besteht.

In einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung sind weiterhin ein mit dem oder den Kühlkörpern zu einem Primärkreislauf verbundener Wärmetauscher und ein mit dem Wärmetauscher zu einem Sekundärkreislauf verbundener Heißwasserspeicher zur Zwischenspeicherung der gewonnenen Wärmeenergie vorgesehen.

Neben der oben beschriebenen Erhöhung des Wirkungsgrades der Solarmodule wird auf diese Weise auch die durch den Kühlkörper gewonnene Wärme nutzbar gemacht. Hierfür sind verschiedene Möglichkeiten denkbar.

Vorteilhaft ist der Wärmetauscher oder der Heißwasserspeicher mit einer Heizeinrichtung verbunden.

In diesem Fall kann die bei der Kühlung der Solarmodule anfallende Wärme beispielsweise zur Beheizung von Wohnräumen genutzt werden. Diese Ausgestaltung ist insbesondere im Winter vorteilhaft nutzbar.

Weiter vorteilhaft ist der Wärmetauscher oder der Heißwasserspeicher mit einer Kältemaschine verbunden.

Insbesondere im Sommer, wenn große Mengen Sonnenenergie anfallen, werden Gebäude stark aufgeheizt. Durch die beschriebene Ausgestaltung wird es möglich, die hierfür verantwortliche Energie dazu zu benutzen, Prozesskälte zu erzeugen, um der Aufheizung von Gebäuden entgegenzuwirken. Je stärker die Sonneneinstrahlung ist, desto schneller werden Gebäude aufgeheizt. Gleichzeitig fällt bei der Kühlung der Solarmodule mehr Wärme an, die abgeführt und in einer Kältemaschine zur Erzeugung von Prozesskälte verwendet werden kann, um das Gebäude zu kühlen. Auf diese Weise wird selbstregulierend stets eine bedarfsgerechte Kältemenge erzeugt, um ein behagliches Raumklima bzw. Wohnklima zu erzeugen.

Besonders vorteilhaft ist die Kältemaschine als Sorptionskältemaschine ausgebildet.

Neben Kompressionskältemaschinen, die selbstverständlich ebenfalls in der erfindungsgemäßen Vorrichtung verwendet werden können, ist die Verwendung einer Sorptionskältemaschine, bei der die Primärenergie fast vollständig in Form von Wärme zugeführt wird, besonders vorteilhaft. Unter Sorptionskältemaschinen sollen hier alle bekannten Typen, insbesondere die Absorptionskältemaschine, die Diffusionsabsorptionskältemaschine und die Adsorptionskältemaschine verstanden werden.

Bei einer alternativen Lösung ist der Kühlkörper lichtdurchlässig ausgebildet. Lichtdurchlässig bedeutet, dass mehr als 50% des Lichtes, welches zur Energieerzeugung mittels eines CIS-Solarmoduls geeignet ist, den Kühlkörper durchstrahlt. An der sonnenabgewandten Seite des Kühlkörpers, also an seiner Rückseite sind Solarzellen oder ein Solarmodul mit deren sonnenzugewandten Oberseiten angeordnet. Damit sind die Oberseiten der Solarzellen oder die Oberseite des Solarmoduls wärmeleitend mit der Rückseite des Kühlkörpers verbunden. Dadurch wird die Wärme, die an der Oberfläche der CIS-Folie entsteht und dort besonders hoch ist, direkt vom Kühlkörper aufgenommen. Dadurch wird einerseits der Kühlkörper besonders effektiv geheizt und nimmt zusätzlich die Wärme auf, die durch die Asorbtion des Durchgangslichtes entsteht und andererseits wird die CIS-Folie besonders effektiv gekühlt, weil die an ihrer sonnenzugewandten Seite entstehende Wärme sofort vom Kühlkörper aufgenommen wird

Eine weitere Variante der Erfindung sieht vor, dass die Kühlmittelleitung aus wenigstens einem biegsamen Rohr besteht und dass die Kühlmittelleitung auf einer biegsamen Dachabdichtungsfolie für Flachdachkonstruktionen angeordnet ist. Dadurch kann die Erfindung auch für die Verlegung auf Flachdächern verwendet werden.

Eine Ausgestaltung dieser Variante sieht vor, dass die Kühlmittelleitung und/oder das Solarmodul mittels einer EVA-Folie auf die Dachabdichtungsfolie laminiert ist; dadurch kann auf einfache Weise eine rollbare, biegsame Verbundkonstruktion geschaffen werden, die gleichzeitig der Abdichtung von Flachdächern dient.

Dadurch, dass gemäß einer Ausgestaltung die Dachabdichtungsfolie in Randbereichen gegenüber dem Solarmodul übersteht, ist die Dachabdichtungsfolie mit weiteren Dachabdichtungsfolien verschweißbar. Dadurch, dass Solarmodule benachbart verlegter Dachabdichtungsfolien elektrisch verbindbar sind und dass Kühlmittelleitungen benachbart verlegter Dachabdichtungsfolien hydraulisch verbindbar sind, gelingt die vorzugsweise Zusammenschaltung mehrerer benachbart verlegter Module zu einem Cluster.

Nachfolgend wird die Erfindung anhand eines Ausführungsbeispiels und zugehöriger Zeichnungen näher erläutert. Dabei zeigen
1 ein erstes Ausführungsbeispiel der Erfindung,
2 ein zweites Ausführungsbeispiel der Erfindung,
3 ein drittes Ausführungsbeispiel der Erfindung und
4 ein viertes Ausführungsbeispiel der Erfindung.
In 1 ist ein erstes Ausführungsbeispiel der Erfindung in einer Draufsicht und einer Schnittansicht dargestellt.
Es handelt sich dabei um ein Solarmodul, das in Dünnschichttechnologie gefertigt ist und optional eine in einem Rahmen 6 eingefasste Flachglasscheibe 1 als Trägersubstrat sowie ein mittels zweier EVA-Folien 2 laminiertes CIS-Dünnschichtmodul umfasst und das mit einem Kühlkörper, der aus einer Kunststoffstegplatte 4 aus Polycarbonat hergestellt ist, wärmeleitend verbunden ist.
Dabei wird jeder zweite im Abstand zwischen den beiden Platten liegende, von den Stegen gebildete Kanal im Betrieb von einem flüssigen, frostsicheren Kühlmittel durchflossen, wodurch die durch die einfallenden Sonnenstrahlen im CIS-Dünnschichtmodul erzeugte Wärme abtransportiert wird. Die kühlmittelführenden Kanäle sind an ihren Enden so miteinander verbunden, dass sie gemeinsam einen mäanderförmig verlaufenden Kühlmittelkanal 5 mit je einem (nicht dargestellten) gemeinsamen Zufluss und Abfluss bilden.
Die Wärme wird abweichend von bekannten solarthermischen Sonnenkollektoren nicht durch direkte Einstrahlung auf den Kühlkörper (vergleichbar mit dem Absorber eines Sonnenkollektors), sondern durch Wärmeleitung zwischen dem photoelektrischen Solarmodul und dem dahinter angeordneten Kühlkörper gewonnen. Dadurch wird für die Wärmegewinnung kein zusätzlicher Bauraum in der Ebene des Solarmoduls benötigt.
In 2 ist ein zweites Ausführungsbeispiel der Erfindung schematisch dargestellt. Darin ist der in 1 dargestellte Verbund aus Solarmodul und Kühlkörper sowie deren nicht dargestellten Anschlüssen als Solargenerator 7 bezeichnet. Mehrere derartige Solargeneratoren 7 sind mit Südausrichtung unter einem Neigungswinkel von 35° bis 40° verschattungsfrei aufgebaut. Zum Schutz vor sogenannten Hotspots, die durch Verschattung oder Verschmutzung hervorgerufen werden können, ist jeder Solargenerator 7 mit einer Bypassdiode ausgestattet.
Die mit den Kühlkörpern der Solargeneratoren 7 gewonnene thermische Energie wird über isolierte Warmwasserleitungen mit Überdrucksicherungen im Tichelmann-System eingesammelt und in einem Pufferspeicher zwischengespeichert.
Die Solargeneratoren 7 sind elektrisch so miteinander verschaltet, dass die Ausgangsspannung 200V beträgt, um einen handelsüblichen Gleichrichter 8 und einen Wechselrichter 9 zu betreiben. Die gewonnene elektrische Energie wird in einer Batterie 10 zwischengespeichert.
Die Solargeneratoren 7 versorgen direkt einen Gleichstromverbraucher 11, im Ausführungsbeispiel eine Steuer- und Regeleinrichtung, und laden die Batterie 10.
Weiterhin wird die Gleichspannung mittels eines Wechselrichters 9 in Wechselspannung umgewandelt, um Wechselstromverbraucher 12, im Ausführungsbeispiel Pumpen und eine Adsorptionskältemaschine, zu versorgen bzw. um über die Wechselstromschiene 16 und eine Koppeleinrichtung 13 nicht benötigte Energie an das Verbundnetz 14 abzugeben.
Reicht die vom Solargenerator 7 erzeugte Energie nicht aus, so wird die fehlende Energie aus dem Verbundnetz 14 entnommen. Die Wechselstromverbraucher 12 werden dann direkt aus dem Verbundnetz 14 betrieben und die Gleichstromschiene 15 wird über einen Gleichrichter 8 gespeist.
Bei diesem System handelt es sich um ein "echtes" System mit Netzankopplung, da der Energieaustausch in zwei Richtungen erfolgen kann.
Die Temperatur im Kühlkörper 4 wird erfasst. Übersteigt diese Temperatur die Temperatur im Pufferspeicher um einen bestimmten Wert, wird eine Umwälzpumpe eingeschaltet und die Wärme aus dem Kühlkörper 4 abgeführt. Dies führt zur Abkühlung des mit dem Kühlkörper 4 wärmeleitend verbundenen Solarmoduls 3.
Im Arbeitsprozess muss ein Optimum an Durchflussmenge und Temperaturdifferenz ermittelt werden, um einen möglichst kontinuierlichen Betrieb bei maximal erreichbaren Temperaturen im Primärkreislauf zu erzielen.
Die Kühlkörper 4 der Solargeneratoren 7 sind im Tichelmann-System miteinander verbunden und mit Einzelabsperrungen versehen.
Wenn für den Betrieb der Prozesskälteerzeugung eine höhere Temperatur erforderlich ist als mit dem Solargenerator 7 erzeugbar, so kann zusätzlich eine Wärmepumpe zur Temperaturerhöhung eingesetzt werden.
Die durch die Oberflächenkühlung gewonnene Abwärme kann in einer Absorptionskältemaschine genutzt werden. Wegen der niedrigeren Verdampfertemperaturen sollte eine Lithiumbromid/Wasser Absorptionskältemaschine zum Einsatz kommen. Da bei dieser Kältemaschine das Kühlmedium Wasser ist, ist die zu erzeugende Temperatur auf 0° begrenzt. Daher eignet sich diese Lösung vor allem für den Einsatz in Klimaanlagen, welche mit dem aus der Solaranlage erzeugten Strom betrieben werden können.
Der Zeitraum des höchsten Kältebedarfs und die Leistungsspitze der zur Verfügung stehenden Sonnenenergie liegen nicht weit auseinander, so das ein Einsatz von Fremdenergie bei entsprechender aktiver Fläche weitgehend unnötig wird.
3 zeigt eine Schnittdarstellung eines dritten Ausführungsbeispiels der Erfindung. Der Kühlkörper 4 ist hier lichtdurchlässig ausgebildet und lässt etwa 84% des Lichtes, welches zur Energieerzeugung mittels des CIS-Moduls 3 geeignet ist, durch. Das CIS-Modul 3 ist analog der in 1 beschriebenen Variante zwischen zwei EVA-Folien 2 angeordnet, die ebenfalls lichtdurchlässig sind. Das CIS-Modul 3 ist mittels der links dargestellten EVA-Folie 2, welche eine gute Wärmeleitfähigkeit hat, auf die sonnenabgewandte Seite des Kühlkörpers 4, welcher als Kunststoffstegplatte ausgebildet ist, laminiert. Die Richtung, in der die Sonnenstrahlen auf die Vorrichtung treffen, ist durch Pfeile dargestellt. Gemäß der gezeigten Ausführungsform sind ist Oberseite des CIS-Moduls 3 wärmeleitend mit der Rückseite des Kühlkörpers 4 verbunden. Dadurch wird die an der Oberfläche der CIS-Folie 3 entstehende und dort besonders große Wärme direkt vom Kühlkörper 4 aufgenommen. Dadurch wird einerseits der Kühlkörper besonders effektiv geheizt und nimmt zusätzlich die Wärme auf, die durch die Asorbtion des Durchgangslichtes entsteht und andererseits wird die CIS-Folie 3 besonders effektiv gekühlt, weil die an ihrer sonnenzugewandten Seite entstehende Wärme sofort vom Kühlkörper 4 aufgenommen wird. Diese Ausführungsform ist besonders gut geeignet, um die CIS-Folie 3 besonders wirkungsvoll mechanisch zu schützen – an der Witterungsseite ist der Kühlkörper 4 angeordnet, dessen Dauerhaftigkeit und mechanische Festigkeit größer sind als die der CIS-Folie mit einer üblichen EVA-Folie 2. An der Rückseite dieser Ausführungsform ist eine zusätzliche Schutzfolie 17 angeordnet, die nicht lichtdurchlässig ist und dem mechanischen Schutz der Rückseite der CIS-Folie 3 dient.
4 zeigt eine weitere Ausführungsform der Erfindung. Dabei sind Plastikröhrchen, die aus einem diffusionsdichten biegsamen Rohrmaterial von 5 mm Durchmesser aus PET gebildet sind, als Kühlmittelleitung 5 mäanderförmig auf einer Dachabdichtungsfolie 18 angeordnet. Die Dachabdichtungsfolie 18 weist eine Dicke von 2 und 4 mm auf und dient sowohl als Dichtebene für eine Flachdachkonstruktion als auch als Bestandteil der erfindungsgemäßen Vorrichtung, nämlich als biegsame und aufrollbare Trägerschicht für das Solarmodul 3, das als CIS-Modul hergestellt ist sowie als Tragschicht für die Kühlmittelleitung 5. Sowohl die Kühlmittelleitungen 5 als auch das CIS-Modul 3 sind mittels jeweils einer EVA-Folie 2 auf die Dachabdichtungsfolie 18 auflaminiert. Die Dachabdichtungsfolie 18 weist gegenüber dem CIS-Modul 3 seitliche Überstände auf, die hier nicht gezeigt sind. Diese überstehenden Randbereiche der Dachabdichtungsfolien 18 dienen dazu, benachbart verlegte Module gegenseitig zu verschweißen, um eine durchgehende Dichtungsebene für eine Flachdachkonstruktion herzustellen. Die Abmessungen eines einzelnen Moduls betragen etwa 3 mm Breite und etwa 10 m Länge. Es ist möglich, die CIS-Module 3 verschiedener Module elektrisch miteinander zu verschalten; es ist ebenfalls möglich, die Plastikröhrchen 5 benachbart verlegter Module hydraulisch miteinander zu verbinden. Dabei ist es insbesondere vorteilhaft, dass die elektrische Verschaltung oberhalb der Dachhaut erfolgt, damit sind Wartungsarbeiten oberhalb der Dachhaut möglich. Des Weiteren ist dadurch sichergestellt, dass das sensible CIS-Modul 3 nicht im Bereich besonders hohen Dampfdruckes unterhalb der Dachbahn angeordnet ist.

1: Flachglasscheibe
2: EVA-Folie
3: CIS-Modul
4: Kühlkörper
5: Kühlmittelleitung
6: Rahmen
7: Solargenerator
8: Gleichrichter
9: Wechselrichter
10: Batterie
11: Gleichstromverbraucher
12: Wechselstromverbraucher
13: Koppeleinrichtung
14: Verbundnetz
15: Gleichstromschiene
16: Wechselstromschiene
17: Schutzfolie
18: Dachabdichtungsfolie

Claims

Vorrichtung zur Gewinnung von Solarenergie, umfassend mindestens ein Solarmodul (3) mit mindestens einer Solarzelle, wobei im Falle mehrerer Solarzellen die optisch aktiven Vorderseiten aller Solarzellen gleich ausgerichtet sind, sowie mindestens einen im Betrieb von einem Kühlmedium durchflossenen Kühlkörper (4), der mit den Rückseiten der Solarzellen oder der Rückseite des Solarmoduls (3) wärmeleitend verbunden ist.
Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Solarmodul (3) aus Dünnschichtzellen aufgebaut ist.
Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Kühlkörper (4) mindestens eine Kühlmittelleitung (5) umfasst.
Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Kühlmittelleitung (5) mäanderförmig verläuft.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Kühlkörper (4) aus einer Kunststoffstegplatte gefertigt ist.
Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Kunststoffstegplatte aus einem Polymer besteht.
Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Polymer Polymethylmethacrylat (PMMA), Polycarbonat (PC) oder Polyethylenterephthalat (PET) ist.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens zwei Solarmodule (3) mit demselben Kühlkörper (4) wärmeleitend verbunden sind.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens zwei Kühlkörper (4) mit demselben Solarmodul (3) wärmeleitend verbunden sind.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens zwei Kühlkörper (4) im Tichelmann-System miteinander verbunden sind.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass mehrere Solarmodule (3) in Parallelschaltung elektrisch miteinander zu einem Cluster verbunden sind, um eine Ausgangsspannung zu erzielen, die einer gebräuchlichen Netzspannung entspricht.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass mehrere Cluster in Reihenschaltung elektrisch miteinander verbunden sind.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass weiterhin ein Akkumulator (10) zur Zwischenspeicherung der gewonnenen elektrischen Energie vorgesehen ist.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass weiterhin ein mit dem oder den Kühlkörpern (4) zu einem Primärkreislauf verbundener Wärmetauscher und ein mit dem Wärmetauscher zu einem Sekundärkreislauf verbundener Heißwasserspeicher zur Zwischenspeicherung der gewonnenen Wärmeenergie vorgesehen sind.
Vorrichtung nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass der Wärmetauscher oder der Heißwasserspeicher mit einer Heizeinrichtung verbunden ist.
Vorrichtung nach Anspruch 14 oder 15, dadurch gekennzeichnet, dass der Wärmetauscher oder der Heißwasserspeicher mit einer Kältemaschine verbunden ist.
Vorrichtung nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, dass die Kältemaschine eine Sorptionskältemaschine ist.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Kühlkörper (4) lichtdurchlässig ausgebildet ist und dass der Kühlkörper (4) anstatt mit den Rückseiten der Solarzellen oder der Rückseite des Solarmoduls (3) mit den Oberseiten der Solarzellen oder der Oberseite des Solarmoduls (3) wärmeleitend verbunden ist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 3 bis 17, dadurch gekennzeichnet, dass die Kühlmittelleitung (5) aus wenigstens einem biegsamen Rohr besteht und dass die Kühlmittelleitung (5) auf einer biegsamen Dachabdichtungsfolie (18) für Flachdachkonstruktionen angeordnet ist.
Vorrichtung nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, dass die Kühlmittelleitung (5) und/oder das Solarmodul (3) mittels einer EVA-Folie (2) auf die Dachabdichtungsfolie (18) laminiert ist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 19 bis 20, dadurch gekennzeichnet, dass die Dachabdichtungsfolie (18) in Randbereichen gegenüber dem Solarmodul (3) übersteht, so dass die Dachabdichtungsfolie (18) mit weiteren Dachabdichtungsfolien (18) verschweißbar ist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 19 bis 21, dadurch gekennzeichnet, dass Solarmodule (3) benachbart verlegter Dachabdichtungsfolien (18) elektrisch verbindbar sind und dass Kühlmittelleitungen (5) benachbart verlegter Dachabdichtungsfolien (18) hydraulisch verbindbar sind, so dass mehrere benachbart verlegte Module zu einem Cluster zusammenschaltbar sind.