DE102007060920A1 - Fotovoltaikmodul und Verfahren zu dessen Verwendung und zu dessen Betrieb - Google Patents

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Fotovoltaikmodul bestehend aus mindestens einer Solarzelle zur direkten Umwandlung von Sonnenenergie in elektrische Energie und ein Verfahren zu dessen Verwendung und zu dessen Betrieb. Das Fotovoltaikmodul besteht aus mindestens einer Solarzelle zur direkten Umwandlung von Sonnenenergie in elektrische Energie. Die mindestens eine Solarzelle ist in ein Trägermaterial eingebettet und auf ihrer der Sonne zugewandten Seite ist ein fluiddurchströmtes Kapillarrohrsystem angeordnet, das mit einem Wärmetauscher verbunden ist. Die der Sonne zugewandte Oberfläche des Fotovoltaikmoduls wird unabhängig von der Jahreszeit auf einer konstanten Temperatur gehalten. Eine Mehrzahl von aneinandergereihten Fotovoltaikmodulen wird als Dachhaut eines Gebäudes verwendet.

Description

  • Die Erfindung betrifft ein Fotovoltaikmodul bestehend aus mindestens einer Solarzelle zur direkten Umwandlung von Sonnenenergie in elektrische Energie und ein Verfahren zu dessen Verwendung und zu dessen Betrieb.
  • Herkömmliche Fotovoltaikmodule sind an sonnigen Tagen in ihrer Leistungsabgabe eingeschränkt, weil sich bei intensiver Sonneneinstrahlung die Oberflächentemperatur des Fotovoltaikmoduls erhöht und dadurch der elektrische Widerstand innerhalb des Fotovoltaikmoduls ansteigt. Damit sinkt an den Tagen hoher potentieller Energieausbeute der Wirkungsgrad stark ab.
  • Darüber hinaus wird in winterlichen Tagen die Energieumwandlung in den Fotovoltaikmodulen durch Schneeablagerungen beeinträchtigt.
  • Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Fotovoltaikmodul anzugeben, das möglichst unabhängig von Witterungsbedingungen mit hohem Wirkungsgrad arbeitet.
  • Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe mit den Mitteln des Patentanspruchs 1 gelöst. Darüber hinaus sind im Patentanspruch 7 Schritte zur Lösung dieser Aufgabe aufgezeigt. Schließlich ist in Patentanspruch 6 eine Verwendung eines derartigen Fotovoltaikmodul angegeben. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den rückbezogenen Ansprüchen angegeben.
  • Erfindungsgemäß besteht das Fotovoltaikmodul aus mindestens einer Solarzelle, die in ein Trägermaterial eingebettet ist, wobei auf der der Sonne zugewandten Seite des Fotovoltaikmoduls ein fluiddurchströmtes Kapillarrohrsystem angeordnet ist, das mit einem Wärmetauscher verbunden ist.
  • Bei hohen witterungsbedingten Temperaturen wird das Fotovoltaikmodul gekühlt. Damit wird erreicht, dass der elektrische Widerstand innerhalb des Fotovoltaikmoduls begrenzt, so dass ein hoher Wirkungsgrad auch bei hohen Außentemperaturen erreicht wird. Vorteilhafterweise wirkt die Kühlung am Ort des Entstehens der Aufheizung des Fotovoltaikmoduls. Die störende Wärme wird aufgenommen und abgeführt, bevor sie die Solarzelle erreicht.
  • Bei niedrigen witterungsbedingten Temperaturen, insbesondere bei Frost, wird das Fotovoltaikmodul geheizt. Damit wird erreicht, dass ablagernder Schnee abschmilzt und die der Sonne zugewandte Seite des Fotovoltaikmoduls ihre Transparenz behält.
  • Nach einem weiteren Merkmal der Erfindung ist das Kapillarrohrsystem in das Trägermaterial eingebettet. Vorteilhafterweise wird dabei ein kompaktes Element mit geringen thermischen Übergangswiderständen gebildet.
  • Nach einem weiteren Merkmal der Erfindung besteht das Trägermaterial aus Polyurethan.
  • Nach einem weiteren Merkmal der Erfindung ist der Wärmetauscher in eine Hauswasserversorgung eines Gebäudes eingebunden. Vorteilhafterweise wird die überschüssige thermische Energie zur Warmwasserbereitung nutzbar gemacht.
  • Nach einem weiteren Merkmal der Erfindung ist zumindest die der Sonne zugewandte Oberfläche des Fotovoltaikmoduls nanostrukturiert. Die dadurch ausgebildete antireflexive Oberfläche bewirkt, dass mehr solare Energie auf die Solarzelle auftrifft und somit zu einem höheren Energieertrag führt. Darüber hinaus ist die nanostrukturierte Oberfläche nach dem für sich bekannten Lotusblatteffekt selbstreinigend. Vorteilhafterweise wird dadurch ein Absinken des Wirkungsgrades über die Zeit durch Verschnutzung der Energieeintrittsfläche vermieden.
  • In einer Ausbildung der Erfindung wird die der Sonne zugewandte Oberfläche des Fotovoltaikmoduls unabhängig von der Jahreszeit auf einer konstanten Temperatur gehalten. Damit wird der Wirkungsgrad des Fotovoltaikmoduls weitgehend konstant gehalten. Durch die gleichbleibende Temperatur werden mechanische Spannungen durch verschiedene Ausdehnungskoeffizienten der Komponenten des Fotovoltaikmoduls vermieden. Dadurch wird auch die Langzeitstabilität und Standzeit der Fotovoltaikmodule erhöht.
  • Im einzelnen wird die prognostizierte Haltbarkeit erfindungsgemäßer Fotovoltaikmodule auf mindestens 40 Jahre gegenüber 20 Jahren bekannter Fotovoltaikmodule verdoppelt. Dadurch wird ein hohes Maß an strategischer Investitionssicherheit erreicht.
  • In einer weiteren Ausbildung der Erfindung wird eine Mehrzahl von aneinandergereihten Fotovoltaikmodulen als Dachhaut eines Gebäudes verwendet. Die Beschaffenheit und Materialkomposition des erfindungsgemäßen Fotovoltaikmoduls mit Polyurethan als Trägermaterial ergibt eine witterungsbeständige und langzeitstabile Dacheindeckung. Vorteilhafterweise sind dabei herkömmliche Dacheindeckungen wie Dachziegel oder Dachpappe völlig verzichtbar.
  • In Kombination mit oben beschriebenen Temperierung der Fotovoltaikmodule sind die unmittelbar unter der Dachhaut gelegenen Räume klimatisiert. Vorteilhafterweise liegen wohnraumübliche Temperaturen im Bereich hoher Wirkungsgrade der Fotovoltaikmodule und deutlich oberhalb der Frostgrenze.
  • Als spezielles Speichermedium und Kühlflüssigkeit kommt eine fluidische Flüssigkeit zum Einsatz.

Claims (7)

  1. Fotovoltaikmodul bestehend aus mindestens einer Solarzelle zur direkten Umwandlung von Sonnenenergie in elektrische Energie dadurch gekennzeichnet, dass die mindestens eine Solarzelle in ein Trägermaterial eingebettet ist und auf ihrer der Sonne zugewandten Seite ein fluiddurchströmtes Kapillarrohrsystem angeordnet ist, das mit einem Wärmetauscher verbunden ist.
  2. Fotovoltaikmodul nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, dass das Kapillarrohrsystem in das Trägermaterial eingebettet ist.
  3. Fotovoltaikmodul nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, dass das Trägermaterial aus Polyurethan besteht.
  4. Fotovoltaikmodul nach einem der vorstehenden Ansprüche dadurch gekennzeichnet, dass der Wärmetauscher in eine Hauswasserversorgung eines Gebäudes eingebunden ist.
  5. Fotovoltaikmodul nach einem der vorstehenden Ansprüche dadurch gekennzeichnet, dass zumindest seine der Sonne zugewandte Oberfläche nanostrukturiert ist.
  6. Verfahren zur Verwendung eines Fotovoltaikmoduls nach einem der Ansprüche 1 bis 5 dadurch gekennzeichnet, dass eine Mehrzahl von aneinandergereihten Fotovoltaikmodulen als Dachhaut eines Gebäudes verwendet wird.
  7. Verfahren zum Betrieb eines Fotovoltaikmoduls nach einem der Ansprüche 1 bis 5 dadurch gekennzeichnet, dass die der Sonne zugewandte Oberfläche des Fotovoltaikmoduls unabhängig von der Jahreszeit auf einer konstanten Temperatur gehalten wird.
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