DE102008056116A1 - Semi-transparent combination collector for generating thermal and electric energy, particularly from solar energy by thin film modules, comprises semi-transparent solar thermal module, which is arranged in common housing or frame - Google Patents

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Abstract

The semi-transparent combination collector comprises a semi-transparent solar thermal module (11), which is arranged in a common housing or frame (9) forming the upper part of the collector. A photovoltaic module (12) is provided, which is arranged to form the surface fully or partially transparent relative to the lower part of the collector.

Description

Die Erfindung betrifft einen neuartigen Aufbau eines Kombinationskollektors semitransparenter Bauweise zur Erzeugung elektrischer und thermischer Energie aus ausschließlich solarer Strahlungsenergie unter Verwendung nichtstrahlungsdurchlässiger Waver.The The invention relates to a novel construction of a combination collector semitransparent construction for the production of electrical and thermal Energy out exclusively solar radiant energy using non-translucent waving.

Unter solarthermischen Anlagen versteht man technische Systeme zur Erwärmung von Heiz- und Brauchwasser mithilfe von solarer Strahlungsenergie. Diese bestehen in der Regel aus Kollektoren, einem verbindenden Rohrleitungssystem, einem Wärmeträgermedium und einem Speicher mit Wärmetauschern für Warmwasser. Hinzu kommen Mess-, Steuer- und Regeleinrichtungen.Under Solar thermal systems are technical systems for the heating of Heating and service water with the help of solar radiation energy. These usually consist of collectors, a connecting piping system, a heat transfer medium and a storage tank with heat exchangers for hot water. There are also measurement, control and Control equipment.

Das Herzstück einer solchen Anlage bilden die Kollektoren. Hier sind grundsätzlich 2 Typen verfügbar. Dies sind zum Einen Vakuumröhrkollektoren, welche aus evakuierten Glasröhren bestehen. Im Inneren der Röhre befindet sich eine zweite Röhre bzw. ein Röhrensystem, die die eigentliche Absorberfläche darstellt und vom Wärmeträgermedium durchflossen wird.The heart such a plant form the collectors. Here are basically 2 Types available. These are on the one hand vacuum tube collectors, which from evacuated glass tubes consist. Inside the tube there is a second tube or a tube system, the actual absorber surface represents and from the heat transfer medium is flowed through.

Die innere Röhre ist speziell beschichtet und liegt im Brennpunkt von seitlich angebrachten Spiegeln. Es sind auch Vakuumröhrenkollektoren bekannt, welche ohne Spiegel arbeiten. Hier verringert sich der Abstand zwischen den Röhren.The inner tube is specially coated and is the focus of laterally mounted Reflect. They are also vacuum tube collectors known which work without a mirror. Here is the reduced Distance between the tubes.

Diese Kollektortypen können im Wärmeträgermedium sehr hohe Temperaturen erzeugen und weisen einen hohen Wirkungsgrad auf. Nachteilig bei dieser technischen Lösung ist der hohe Preis.These Collector types can in the heat transfer medium generate very high temperatures and have a high efficiency on. The disadvantage of this technical solution is the high price.

Der zweite Kollektortyp ist der sogenannte Flachkollektor. Dieser besteht vorzugsweise aus einer speziell beschichteten Aluminium- bzw. Kupferfolie, an deren Rückseite ein Rohrsystem, vorzugsweise aus Aluminium, Edelstahl oder Kupfer, mäander- oder harfenförmig aufgebracht ist.Of the second collector type is the so-called flat collector. This one exists preferably made of a specially coated aluminum or copper foil, at the back a pipe system, preferably made of aluminum, stainless steel or copper, meandering or harp shaped is applied.

Man unterscheidet Streifen- oder Flächenabsorber.you distinguishes strip or area absorbers.

Zum Schutz vor Umwelteinflüssen ist dieser Kollektor mit einer Glasplatte oder einem in seiner Eigenschaft ähnlichen transparenten Material nach oben hin abgedeckt.To the Protection against environmental influences This collector is similar to a glass plate or one in its characteristic transparent material covered at the top.

Diese Abdeckung lässt die von der Sonne abgegebene und auf der Erdoberfläche auftreffende Strahlung nahezu verlustfrei hindurch. Das unter der Absorberfläche aufgebrachte Rohrleitungssystem wird von einem Wärmeträgermedium durchflossen und transportiert somit die Wärme in Richtung Speichersystem bzw. Nutzungssystem. Als Wärmeträgermedium wird meist ein Wasser-Glykol-Gemisch genutzt, um Frostschäden vorzubeugen.These Cover leaves the radiation emitted by the sun and striking the earth's surface almost lossless through. The applied under the absorber surface Pipe system is traversed by a heat transfer medium and thus transports the heat in the direction of storage system or utilization system. As heat transfer medium Usually a water-glycol mixture is used to prevent frost damage.

Photovoltaik bezeichnet die direkte Umwandlung von solarer Strahlung in elektrische Energie aufgrund der Freisetzung von Ladungsträgern in Festkörpern.photovoltaics refers to the direct conversion of solar radiation into electrical Energy due to the release of charge carriers in solids.

Hierzu werden gemäß dem Stand der Technik Halbleiter eingesetzt, d. h. Stoffe, die nahe dem absolutem Nullpunkt der Temperatur isolieren, aber bei höheren Temperaturen durch gezielte Störung des Kristallgitters oder durch äußeren Energieeintrag Leitfähigkeit erlangen.For this be according to the state the technology used semiconductor, d. H. Fabrics near the absolute Isolate the zero point of the temperature, but at higher temperatures through targeted Disruption of the Crystal lattice or by external energy input conductivity gain.

Um architektonischen Belangen wie Optik, Wärmedämmung, Abschattung, Ästhetik und Blendschutz in Verbindung mit der Photovoltaik gerecht zu werden, sind seit einiger Zeit so genannte semitransparente Solarmodule für die Gebäudeintegration (GIPV) verfügbar.Around Architectural concerns such as optics, thermal insulation, shading, aesthetics and glare control in conjunction with photovoltaics, have been so-called semi-transparent solar modules for some time for the Building Integration (GIPV) available.

Hierbei handelt es sich vorzugsweise um Dünnschichtzellen. Es kommen aber auch Wavertechnologien zum Einsatz.in this connection they are preferably thin-film cells. It come but also Wavertechnologien used.

Dadurch ist es möglich, PV-Module mit 1–99% Lichttransmittanz herzustellen. Im Konkreten bedeutet das, dass der Photovoltaikanteil frei skaliert werden kann.Thereby Is it possible, PV modules with 1-99% Produce light transmittance. In concrete terms, that means that the photovoltaic proportion can be freely scaled.

So ist die Installation von Fassaden bzw. Gebäudeverkleidungen möglich, die an bestimmten Stellen 90% des Lichtes absorbieren und an anderen Stellen zum Bsp. nur 10%, wobei alle Module aber die gleiche Ausgangsspannung haben, um konventionell verschaltet werden zu können.So is the installation of facades or building coverings possible, the in certain places absorb 90% of the light and in other places for example, only 10%, but all modules have the same output voltage have to be interconnected conventionally.

Diese semitransparenten Zellen weisen eine Vielzahl von Problemen auf. So ist die Stabilität der Waver während der Flächenmodulfertigung im transparenten und vollflächigen Bereich durch die herkömmlichen Befestigungsarten, wie das Auflegen der EVA Folie auf die Solarglasscheibe, Auflegen des Strings auf diese, Auflegen der EVA-Folie auf die Strings, Auflegen einer Tetlarfolie zur Stabilisierung des Beschichtungssystems, Verbinden der Folien im Vakuumlaminator usw. schwierig zu gestalten. Defekte bzw. gebrochene Waver lassen sich nur schwer austauschen. Der Transparenzgrad wird durch Schichtaufbau von bis zu 8 mm für die solare Strahlung in der Gesamtnutzung minimiert.These Semitransparent cells have a variety of problems. That's the stability the waver while the surface module production in transparent and full-surface Range through the conventional Attachment types, such as placing the EVA film on the solar glass pane, Placing the string on this, placing the EVA slide on the strings, Applying a Tetlarfolie for stabilization of the coating system, Connecting the films in the vacuum laminator, etc. difficult to design. Defective or broken wafers are difficult to replace. The degree of transparency is increased by layer construction of up to 8 mm for the solar Radiation minimized in total usage.

Bei Dünnschichtmodulen gestaltet sich noch das Einbringen der Durchbrüche kompliziert.at thin-film modules still makes the introduction of the breakthroughs complicated.

Gemäß des Standes der Technik werden Lösungen vorgeschlagen, die bekannte photovoltaische Elemente mit denen der Solarthermie so verbinden, dass eine wesentlich verbesserte Gesamtnutzung des Hybridsystems entsteht.According to the prior art, solutions are proposed which combine known photovoltaic elements with those of solar thermal energy such that a substantially improved overall groove tion of the hybrid system.

Bekannt sind Hybridmodule, die die Verbindung von Solarthermie und Photovoltaik darstellen. Hier werden Waver mittels direkter Kontaktierung zum solarthermischen Modul starr miteinander verbunden. Der Wärmetransport erfolgt über Wärmeleitung.Known are hybrid modules that combine solar thermal and photovoltaic represent. Here waver by means of direct contact to the Solar thermal module rigidly connected. The heat transport over Heat conduction.

Hierdurch entstehenden Nachteile hinsichtlich der elektrischen Durchschlagsfestigkeit des solarthermischen Moduls in Verbindung mit dem elektrisch leitenden photovoltaischen Modul und der Rückkopplung über die Wärmeleitung vom photovoltaischen Modul zum Absorber und umgekehrt bei wechselnden Wetterbedingungen, sowie im Tag/Nachtzyklus Bei Großflächen Des weiteren ist von Nachteil, dass alle in dem kombinierten Kollektor verwendeten Materialien unterschiedliche Wärmeausdehnungskoeffizienten aufweisen und somit bei starren Verbindungen mechanische Probleme im System auftreten können.hereby resulting disadvantages in terms of electrical breakdown strength the solar thermal module in conjunction with the electrically conductive photovoltaic module and the feedback on the heat conduction from the photovoltaic module to the absorber and vice versa when changing Weather conditions, as well as in the day / night cycle For large areas Des Another disadvantage is that all used in the combined collector Materials different thermal expansion coefficients have and thus in rigid connections mechanical problems can occur in the system.

Außerdem ist die direkte Verbindung zwischen solarthermischen Absorber und semitransparenten PV Modul ohne eine eigene Verkapselung mit hohen thermischen Verlusten verbunden, da die Wärmeenergie durch direkten Kontakt vom solarthermischen Absorber zu den PV-Zellen und somit zur Umwelt abgegeben wird. (Wärmefluss vom Glas/Waver/direktverbundener Absorber ohne Vakuum- oder Luftpolster, also auflegen des Absorbers auf das PV-Modul ohne Isolierung)Besides that is the direct connection between solar thermal absorber and semitransparent PV module without its own encapsulation with high thermal losses connected because the heat energy by direct contact of the solar thermal absorber to the PV cells and thus released to the environment. (Heat flow from the glass / waver / directly connected Absorber without vacuum or air cushion, so hang up the absorber the PV module without insulation)

Dies gilt analog für direktdurchströmte PV-Module.This applies analogously for direct-flow PV modules.

Bei der Kombination von Solarthermischen und photovoltaischen Elementen in einem Hybridkollektor, bei denen der photovoltaische Teil über dem solarthermischen Teil liegt und die Wärme mittels Wärmestrahlung übertragen werden, treten durch die Befestigung der Waver bzw. anderer nicht lichtdurchlässiger bzw. teillichtdurchlässiger photovoltaischen Elemente, Verluste durch Wärmeleitung am transparenten Träger auf.at the combination of solar thermal and photovoltaic elements in a hybrid collector where the photovoltaic part is above the solar thermal Part lies and the heat transmitted by thermal radiation will not pass through the attachment of the Waver or other translucent or partial translucent photovoltaic elements, losses due to heat conduction at the transparent carrier on.

Aufgabe der Erfindung ist es, bekannte Probleme der Dichtheit, der Verlustwärmeleitung über transparente Abdeckungen sowie Abschottung des Solarthermiekollektors zu photovoltaischen Elementen zu lösen um Kurzschlüsse zu vermeiden, thermische Verluste zu minimieren, sowie die bekannten Nachteile des Standes der Technik zu beheben.task The invention is known problems of tightness, the loss of heat transfer through transparent Covers and foreclosure of the solar thermal collector to photovoltaic To solve elements around short circuits to avoid thermal losses to minimize, and the known disadvantages of the prior art.

Des Weiteren sind die entstehenden Wirkungsgradeinbußen bei der Kombination von Photovoltaik und Solarthermie zu minimieren, die mechanischen Probleme zu lösen und für Nutzer Prozesstemperaturen im mittleren Temperaturbereich zur Verfügung zu stellen.Of Furthermore, the resulting loss of efficiency in the combination of Photovoltaic and solar thermal minimize the mechanical problems to solve and for User process temperatures in the medium temperature range available too put.

Die Lösung der erfindungsgemäßen Aufgabe ergibt sich aus den kennzeichnenden Merkmalen des Anspruches 1 in Zusammenhang mit den Merkmalen des Oberbegriffes. Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen.The solution the task of the invention arises from the characterizing features of claim 1 in Connection with the characteristics of the generic term. Further advantageous Embodiments of the invention will become apparent from the dependent claims.

Der erfindungsgemäße Kombinationskollektor besteht aus einem Gehäuse und/oder Rahmen 9, welches den Boden und die Seitenwände des Kollektores bildet und alle weiteren Baugruppen und Bestandteile des Hybridkollektors aufnimmt und einen transparenten Träger 1, welcher den Kollektor nach oben hin verschließt und gleichzeitig einen Schutz vor äußeren Einflüssen aus dieser Richtung bildet.The combination collector according to the invention consists of a housing and / or frame 9 , which forms the bottom and the side walls of the collector and receives all other components and components of the hybrid collector and a transparent support 1 , which closes the collector at the top and at the same time forms a protection against external influences from this direction.

Alternativ kann der erfindungsgemäße Kombinationskollektor im Einzel- oder Doppelkammerprofil mit und ohne Vakuum, als Teil- oder Streifenkollektoren ausgeführt sein, in einer besonderen Form kann das Innere des Gehäuses evakuiert sein.alternative can the combination collector according to the invention in single or double chamber profile with and without vacuum, as partial or strip collectors be, in a special form, the interior of the housing can be evacuated be.

Mittels einer gemäß dem Stand der Technik ausgeführten Dichtung 10 sind Gehäuse 9 und transparenter Träger 1 miteinander verbunden.By means of a seal made according to the prior art 10 are housings 9 and transparent carrier 1 connected with each other.

Den oberen Teil des erfindungsgemäßen Kollektores bildet ein semitransparentes solarthermisches Modul 11, während der untere Teil des Kollektors einem photovoltaischen Modul 12 entspricht.The upper part of the collector according to the invention forms a semitransparent solar thermal module 11 while the lower part of the collector is a photovoltaic module 12 equivalent.

Der transparente Träger 1 steht dabei nicht in Verbindung mit dem semitransparenten solarthermischen Modul 11.The transparent carrier 1 is not related to the semitransparent solar thermal module 11 ,

Das solarthermische Modul 11 ist so angeordnet, dass es nur einen Teil der Einstrahlungsfläche bedeckt und somit Sonnenstrahlung in den Kollektor hinein ermöglicht.The solar thermal module 11 is arranged so that it covers only part of the irradiation surface and thus allows solar radiation into the collector.

Dabei kann das Solarthermische Modul aus einem Streifenabsorber mit darunter angeordneter Wärmeträgerführung, aber auch aus einem Vakuumröhrenabsorber gebildet werden.there Can the solar thermal module from a strip absorber with underneath arranged heat transfer guide, but also from a vacuum tube absorber be formed.

Der Bereich des nicht als solarthermisches Modul ausgeführten Bereiches des Kollektors dient als Träger- und Fixierschicht des im unteren Teil befindlichen photovoltaischen Moduls 12.The area of the non-solar thermal module area of the collector serves as a carrier and fixing layer of the photovoltaic module located in the lower part 12 ,

Unterhalb des transparenten Trägers 1 ist ein Isolierraum 4 angeordnet, welcher in seiner Tiefe gemäß den speziellen solarthermischen Anforderungen ausgeführt wird.Below the transparent carrier 1 is an isolation room 4 arranged, which is executed in its depth according to the specific solar thermal requirements.

Die Höhe des Isolationsraumes 4 wird durch den Transparenzgrad des solarthermischen Moduls 11 bestimmt.The height of the isolation room 4 is determined by the degree of transparency of the solar thermal module 11 certainly.

Dem Isolierraum 4 schließt sich ein Absorber 5, vorzugsweise mit seiner Wirkung verbesserten Beschichtung, eine Rohrleitung 6 für das die Wärmeenergie tragende Medium, eine Reflexionsschicht 7 und eine darunter liegende Isolierung 8 an.The isolation room 4 closes an absorber 5 , preferably with its effect improved coating, a pipeline 6 for the medium carrying the heat energy, a reflection layer 7 and an underlying insulation 8th at.

Ebenso kann die Reflexionsschicht 7 als Absorptionsschicht angeordnet werden und die Isolierung 8 erhält eine Reflektionsschicht.Likewise, the reflection layer 7 be arranged as an absorption layer and the insulation 8th gets a reflection layer.

Die Rohrleitung 6 kann zur Verbesserung der Wärmeaufnahmefähigkeit des Fluides Stauchungen bzw. Turbulenzzonen von min 1/4 des Rohrdurchmessers aufweisen. Das Stauchungsbild und der Abstand ergeben sich aus dem Turbulenzgrad im Verhältnis Reynoldszahl, Druckverlustberechnung und Rauhigkeit des Rohrinnenmateriales.The pipeline 6 For example, in order to improve the heat absorption capacity of the fluid, it is possible for it to have compressions or turbulence zones of at least 1/4 of the pipe diameter. The compression image and the distance result from the degree of turbulence in relation Reynolds number, pressure loss calculation and roughness of the tube inner material.

Das photovoltaische Modul 12 wird gebildet aus photovoltaischen Elementen 2, welche schwimmend fixiert sind auf einer unter dem solarthermischen Modul 11 liegendenden Trägerschicht 11a. Dabei sind die Module so behandelt, dass deren Rückseite mit einer wärmeleitenden, feuchtigkeitsstabilen aber elektrisch isolierenden Beschichtung 3 The photovoltaic module 12 is formed from photovoltaic elements 2 , which are fixed floating on one below the solar thermal module 11 lying carrier layer 11a , The modules are treated in such a way that their backs have a heat-conducting, moisture-stable but electrically insulating coating 3

versehen sind. Die Vorderseite ist dabei vorzugsweise dem Stand der Technik entsprechend hochtransparent, wärmeisolierend und feuchtigkeitsstabil sowie UV-beständig.Mistake are. The front is preferably the prior art accordingly highly transparent, heat-insulating and moisture-stable and UV-resistant.

Die schwimmende Verlegung der photovoltaischen Elemente 2 auf dem Träger 11a unterbindet trotz der unterschiedlichen Ausdehnungskoeffizienten mechanische Beschädigungen dieser Elemente mit dem Träger. Die Randführung 11b sichert das photovoltaische Element 2 bei Transport gegen verrutschen.The floating installation of photovoltaic elements 2 on the carrier 11a prevents mechanical damage of these elements with the carrier despite the different expansion coefficients. The edge guide 11b secures the photovoltaic element 2 to slip against during transport.

Durch die entstehende Thermalisierung, dies ist ein Verlustmechanismus, der eine extreme Erwärmung der Zellen bedeutet, da die photovoltaischen Elemente 2 in einem Gehäuse 9 mit einem transparenten Träger 1, eingebettet sind, ist es zweckmäßig, die dabei entstehende Wärme dem Gesamtsystem zur Verfügung zu stellen.Due to the resulting thermalization, this is a loss mechanism, which means extreme heating of the cells, as the photovoltaic elements 2 in a housing 9 with a transparent carrier 1 , embedded, it is expedient to make the resulting heat available to the overall system.

Diese Erwärmung ergibt sich aus dem Auftreffen des infraroten Anteils des Sonnenlichtes auf den Waver. Dabei werden Gitterschwingungen erzeugt. Diese sorgen dafür, dass nicht am Ladungstrennungsprozess beteiligte Photonen mit einer höheren Wahrscheinlichkeit mit der Gitterstruktur kollidieren. Diese Photonen mit einer Energie, die größer als die Energielücke ist, regen Ladungsträger zu Zuständen an, die Oberhalb der Bandkante liegen. Die Differenz zwischen Energie des angeregten Zustandes und der Energie der Bandkante wird als thermische Energie an das Kristallgitter gegeben.These warming results from the impact of the infrared portion of sunlight on the waver. In this case, lattice vibrations are generated. These worry for this, that is not involved in the charge separation process photons with a higher Probability collide with the lattice structure. These photons with an energy greater than the energy gap is, rain carriers to states which are above the band edge. The difference between energy the excited state and the energy of the band edge is called given thermal energy to the crystal lattice.

Die photovoltaische Baugruppe 12 weist somit im Betrieb zum Vergleich zum Träger 11a eine höhere Temperatur auf, diese liegt aber unter der Temperatur des solarthermischen teiltransparenten Bauteiles.The photovoltaic module 12 thus shows in operation for comparison to the carrier 11a a higher temperature, but this is below the temperature of the solar thermal semi-transparent component.

Wird der Solarvorlauf im Kollektor erst durch die Trägerschicht 11a geschickt, so kann diese oben beschriebene Thermalisierung genutzt werden, um das Fluid zu erwärmen.Is the solar flow in the collector only through the carrier layer 11a sent, this thermalization described above can be used to heat the fluid.

Die photovoltaischen Elemente 2 werden dadurch an der Aufheizung gehindert. Die Wärmeabfuhr bewirkt einen besseren photovoltaischen Leistungsertrag und eine Verbesserung der Langlebigkeit der Elemente, durch Herabsetzen der extremen Temperaturschwankungen.The photovoltaic elements 2 are thereby prevented from heating up. Heat removal results in better photovoltaic performance and longevity of the elements by reducing extreme temperature variations.

Das darüber angeordnete solarthermische Modul 11 dient zur eigentlichen Erwärmung des Fluides. Das Erreichen von Prozesstemperaturen wird dadurch möglich, ohne das dass photovoltaische Element 2 eine extreme Temperaturerhöhung erfährt. Die Strömungsgeschwindigkeit ist dem so gestalteten Kombinationskollektor anzupassen.The above arranged solar thermal module 11 serves for the actual heating of the fluid. The achievement of process temperatures is made possible without that photovoltaic element 2 experiences an extreme temperature increase. The flow rate must be adapted to the composite collector designed in this way.

Durch frei skalierbare Anordnung des solarthermischen Modul 11 und der photovoltaischen Elemente 2 ist es möglich, den erfindungsgemäßen Kollektor den jeweiligen Bedürfnissen entsprechend zu gestalten.By freely scalable arrangement of the solar thermal module 11 and the photovoltaic elements 2 it is possible to design the collector according to the invention according to the respective needs.

Je nach entsprechender Gestaltung kann eine Einstellung hinsichtlich des Bedarfes nach thermischer oder elektrischer Energie erfolgen.ever After appropriate design, a setting regarding the need for thermal or electrical energy done.

Eine weitere Möglichkeit besteht in der Schaffung von verschiedenen Transparenzgraden im Trägerelement 11a. So ist es beispielsweise möglich, photovoltaische Elemente 2 mitverschiedenen Wellenbereichen übereinander anzuordnen, um eine verbesserte photovoltaische Nutzung zu erreichen und daraus den Thermalisierungseffekt zu nutzen, um eine verbesserte Gesamtenergiebilanz zu erreichen.Another possibility is the creation of different degrees of transparency in the support element 11a , For example, it is possible to use photovoltaic elements 2 with different wave ranges on top of each other to achieve an improved photovoltaic use and to exploit the thermalization effect in order to achieve an improved overall energy balance.

Auch unter den Schutzumfang gehörend ist die Möglichkeit des Entfalls der wärmeleitenden Elektroisolierschicht zu betrachten. In dieser besonderen Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Lösung erfolgt die Befestigung der vorzugsweise isolierten Waver mittels schmaler Streifen direkt auf der Trägerschicht.Also belonging to the scope of protection is the possibility the elimination of the thermally conductive Elektroisolierschicht consider. In this particular embodiment of the solution according to the invention takes place the attachment of the preferably insulated Waver by means of narrower Strip directly on the carrier layer.

Nachfolgend soll die erfindungsgemäße Lösung anhand von Ausführungsbeispielen und den 1 bis 5 näher erläutert werden.Below is the solution of the invention based on embodiments and the 1 to 5 be explained in more detail.

Ein Ausführungsbeispiel ist in 1 dargestellt. Hier wird ein Transparenzgrad von ca. 50% an der Gesamtoberfläche gezeigt. Dies wird durch das gleichmäßige Anordnen von Streifenabsorbern 11, welche mit den Rohrleitungen 6 verbunden sind, erreicht. Auf der Trägerschicht 11a sind entsprechend nach dem entsprechenden Herstellungsmaßen Waver 2 schwimmend befestigt. Diese können wahlweise mit dem Solarvorlauf angeströmt werden bzw. sind nur auf dem Träger 11a verlegt.An embodiment is in 1 shown. Here is a degree of transparency of about 50% of the total surface shown. This is done by the uniform arrangement of strip absorbers 11 which with the pipes 6 connected reached. On the carrier layer 11a are according to the corresponding manufacturing dimensions Waver 2 floating attached. These can be flown either with the solar flow or are only on the carrier 11a laid.

Durch diese Art der Belegung kann entsprechend der verwendeten Wavergröße die prozentuale Flächenbelegung definiert werden. Bei 4-inch-Wavern überwiegt der solarthermische Teil 11. Bei 7-inch-Wavern minimiert sich der Anteil unter der Voraussetzung, dass immer die gleiche Trägerzahl eingesetzt wird, unabhängig ob eine Durchströmung erfolgt oder nicht.By this type of occupancy can be defined according to the used Wavergröße the percentage area occupancy. For 4-inch-Wavern the solar thermal part predominates 11 , For 7-inch-Wavern, the proportion minimizes under the condition that always the same number of carriers is used, regardless of whether a flow occurs or not.

Teilverschattungen auf dem Wavern 2 treten bei diesen Anordnungen nur unter bestimmten Lichtverhältnissen auf. Die Teilverschattung minimiert die Leistungsfähigkeit der Waver 2 im Wirkungsgrad nur um den flächenmäßigen Verschattungssatz im Verhältnis 1:1. Der Sonnenverlauf ist dabei zu beachten.Partial shadows on the Wavern 2 occur in these arrangements only under certain lighting conditions. Partial shading minimizes the performance of the wafer 2 in the efficiency only to the areal shading rate in the ratio 1: 1. The course of the sun should be noted.

Die Verwendung von Dünnschichttechnologien, welche durch großflächiges Abscheiden und im Anschluss durch geeignete Verfahren in viele einzelne photovoltaische Bereiche aufgeteilt werden, ist ebenso realisierbar.The Use of thin-film technologies, which by large-scale deposition and following through appropriate procedures in many individual photovoltaic Areas can be divided, is also feasible.

Der Transparenzgrad ist bei der Dünnschichttechnologie vorteilhafterweise frei skalierbar. Denkbar sind hierbei unter Beachtung der verschiedenen Spektren mehrlagige photovoltaische Schichtaufbauten mit unterschiedlichen Transparenzgraden.Of the Level of transparency is in the thin-film technology advantageously freely scalable. Conceivable here are under consideration the various spectra multilayer photovoltaic layer structures with different degrees of transparency.

Das solarthermische Element 11 ist in seiner Teiltransparenz über dem photovoltaischen Element 2 dergestalt angeordnet, dass die Absorberfläche einen den Sonnenverlauf entsprechenden Winkel erhält. Die höchste Erhebung wird immer durch das Harfen- bzw. Mäanderrohr 6 gebildet.The solar thermal element 11 is in its partial transparency over the photovoltaic element 2 arranged such that the absorber surface receives an angle corresponding to the sun's course. The highest elevation is always through the harp or meander tube 6 educated.

Eine Flächenvergrößerung 5 des solarthermischen Elementes 11 kann durch Falten, Wellen, Sicken, versetzte Doppellochbleche oder ähnliche vergleichbare Materialveränderungen realisiert werden.An area enlargement 5 of the solar thermal element 11 can be realized by folding, waves, beads, offset double perforated plates or similar comparable material changes.

Ausführungsbeispiel 2, (2) ist so gestaltet, dass die Trägerschicht 11a durch ein Wärmeträgermedium angeströmt ist und als Vorlauf für das solarthermische Modul 11 fungiert, um dort entsprechende Prozesstemperaturen zu erreichen.Embodiment 2, ( 2 ) is designed so that the carrier layer 11a was flowed through a heat transfer medium and as a flow for the solar thermal module 11 acts to achieve appropriate process temperatures there.

Die Trägerschicht ist wahlweise über oder unter den photovoltaischen Elementen 2 angeordnet. Sie besteht aus voll- oder teiltransparentem Material, wobei die mit der Trägerschicht 11a verbundene Rohrleitung 6 seitlich oder unterhalb angeordnet ist.The carrier layer is optionally above or below the photovoltaic elements 2 arranged. It consists of fully or partially transparent material, with the support layer 11a connected pipeline 6 is arranged laterally or below.

Die Trägerschicht 11a ist starr mit einer flexiblen wärmeleitenden Schwimmschicht oder flexibel ausgeführt. Das Wärmeträgermedium ist vorzugsweise transparent und für den sichtbaren Strahlungsbereich durchlässig. In der vorgeschlagenen Ausführung kann der Waver 2 bzw. das Dünnschichtmodul auch komplett schwimmend und flüssigkeitsumspült in der Trägerschicht 11a eingehaust sein.The carrier layer 11a is rigid with a flexible thermally conductive floating layer or flexible. The heat transfer medium is preferably transparent and permeable to the visible radiation range. In the proposed embodiment, the waver 2 or the thin-film module also completely floating and liquid-lapped in the carrier layer 11a be housed.

Ausführungsbeispiel 3 (3) zeigt ein Röhrenkollektorsystem, bestehend aus unbeschichteten Vakuumröhren 13, also für das Licht durchlässige Glasröhren, die wahlweise mit absorbierenden Fluid bzw. mit flüssigkeitsdurchströmten Absorbern, die über dem photovoltaischen Modul 2 angeordnet sind und photovoltaischen Elementen 2, die auf einer Trägerschicht 11a schwimmend und/oder fest gelagert werden. Diese können wahlweise entsprechend der Erfindung flüssigkeitsumspült werden.Embodiment 3 ( 3 ) shows a tube collector system consisting of uncoated vacuum tubes 13 Thus, for the light-transmissive glass tubes, optionally with absorbent fluid or with liquid-flow absorbers, the above the photovoltaic module 2 are arranged and photovoltaic elements 2 on a backing 11a be stored floating and / or fixed. These can optionally be liquid-flushed according to the invention.

In einer weiteren besonderen Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Lösung (4) besteht der photovoltaische Träger 11a aus Glas. Die obere Abdeckung 1 der transparenten Trägerschicht bildet eine nur auf ein geringes Spektrum ausgelegte Dünnschichtzelle 2a, welches für den restlichen Teil der Strahlung durchlässig ist. An der Unterseite befindet sich ein photovoltaisches Element 2 mit einer hohen Absorption, welches durch indirekte Durchströmung gekühlt wird.In a further particular embodiment of the solution according to the invention ( 4 ) consists of the photovoltaic carrier 11a of glass. The top cover 1 the transparent carrier layer forms a thin-layer cell designed for only a small spectrum 2a which is permeable to the remainder of the radiation. At the bottom there is a photovoltaic element 2 with a high absorption, which is cooled by indirect flow.

Auch möglich ist es, diese Kühlung mittels direkter Umströmung zu realisieren.Also possible is it, this cooling by direct flow around to realize.

5 zeigt eine Rohrleitung 6, welche Turbulenzzonen 14 aufweist. 5 shows a pipeline 6 , which turbulence zones 14 having.

In einer weiteren besonderen Ausgestalten der erfindungsgemäßen Lösung ist oberhalb des photovoltaischen Elementes 12 eine die gesamte Einstrahlungsfläche überdeckende Gaze angeordnet, welche vorzugsweise aus Messing beziehungsweise Kupfer besteht.In a further particular embodiment of the solution according to the invention is above the photovoltaic element 12 arranged a gauze covering the entire irradiation surface, which preferably consists of brass or copper.

Claims (23)

Kombinationskollektor semitransparenter Bauweise zur Erzeugung thermischer und elektrischer Energie aus ausschließlich Solarenergie unter Verwendung von nicht- bzw. teilstrahlungsdurchlässiger Waver bzw. Dünnschichtmodulen, dadurch gekennzeichnet, dass in einem gemeinsamen Gehäuse oder Rahmen (9) den oberen Teil des Kollektors bildend ein semitransparentes solarthermisches Modul (11) angeordnet ist und nicht unmittelbar miteinander mechanisch in Verbindung stehend den unteren Teil des Kollektors bildend vollflächig oder teiltransparent ein photovoltaisches Modul (12) angeordnet ist.Combination collector of semitransparent construction for generating thermal and electrical energy from exclusively solar energy using non- or teilstrahlungsdurchlässiger Waver or thin-film modules, characterized in that in a common housing or frame ( 9 ) forming the upper part of the collector a semitransparent solar thermal module ( 11 ) is arranged and not directly together mechanically connected to the lower part of the collector forming full-surface or partially transparent, a photovoltaic module ( 12 ) is arranged. Kollektor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Vorlauf des Wärmeträgermediums den Waver (2) kühlt und der Rücklauf im Kollektor das Wärmeträgermedium durch die direkte Bestrahlung auf Prozesstemperatur erwärmt.Collector according to claim 1, characterized gekenn characterized in that the flow of the heat transfer medium the Waver ( 2 ) and the return in the collector heats the heat transfer medium to the process temperature by direct irradiation. Kollektor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die photovoltaischen Elemente (2) schwimmend auf der Trägerschicht (11a) aufgebracht sind.Collector according to claim 1, characterized in that the photovoltaic elements ( 2 ) floating on the carrier layer ( 11a ) are applied. Kollektor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die solarthermischen Elemente (2) auf Abstand angeordnet sind.Collector according to claim 1, characterized in that the solar thermal elements ( 2 ) are arranged at a distance. Kollektor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die photovoltaischen Elemente (2) schwimmend im Wärmeträgermediums angeordnet sind. Kollektor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Rohrsystem (6) so angeordnet ist, dass im Kollektor das Medium über die Trägerschicht (11a) zur Kühlung derselben geführt ist und anschließend zur Wärmeaufnahme in den solarthermischen Modul (11) geführt ist.Collector according to claim 1, characterized in that the photovoltaic elements ( 2 ) are arranged floating in the heat transfer medium. Collector according to claim 1, characterized in that the pipe system ( 6 ) is arranged so that in the collector the medium via the carrier layer ( 11a ) is led to the cooling of the same and then for heat absorption in the solar thermal module ( 11 ) is guided. Kollektor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das obenliegende solarthermische Modul (11) als Einfach- oder Doppelstreifenabsorber (5) mit Flächenvergrößerungen ausgestaltet sind, welche vorzugsweise mit Teiltransparenz in der oberen Lage versehen sind.Collector according to claim 1, characterized in that the overhead solar thermal module ( 11 ) as a single or double strip absorber ( 5 ) are designed with surface enlargements, which are preferably provided with partial transparency in the upper layer. Kollektor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der obenliegende solarthermische Teil (11) Turbulenzzonen (14) aufweist.Collector according to claim 1, characterized in that the overhead solar thermal part ( 11 ) Turbulence zones ( 14 ) having. Kollektor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass diese Turbulenzzonen (14) im Rohrleitungsbereich (6) angeordnet sind und mindestens 1/4 des Rohrdurchmessers aufweisen.Collector according to claim 1, characterized in that these turbulence zones ( 14 ) in the pipeline area ( 6 ) are arranged and have at least 1/4 of the pipe diameter. Kollektor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Waver (2) bzw. Dünnschichtmodule (2a) schwimmend angeordnet ist.Collector according to claim 1, characterized in that the wavers ( 2 ) or thin-film modules ( 2a ) is arranged floating. Kollektor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Trägerschicht (11a) wärmeleitend und elektrisch isoliert ist. Collector according to claim 1, characterized in that the carrier layer ( 11a ) is thermally conductive and electrically isolated. Kollektor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Befestigung der vorzugsweise isolierten Waver (2) mittels schmaler Streifen direkt auf der Trägerschicht (11a) erfolgt.Collector according to claim 1, characterized in that the attachment of the preferably insulated Waver ( 2 ) by means of narrow strips directly on the carrier layer ( 11a ) he follows. Kollektor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Isolierschicht (3) des photovoltaischen Elementes (2) die Trägerschicht (11a) komplett umhüllt, UV-beständig, wärmeleitend und transparent ist und die Schwimmeigenschaften zwischen photovoltaischem Element (2) und Trägerschicht (11a) nicht beeinflusst.Collector according to claim 1, characterized in that the insulating layer ( 3 ) of the photovoltaic element ( 2 ) the carrier layer ( 11a ) completely coated, UV-resistant, heat-conducting and transparent and the floating properties between photovoltaic element ( 2 ) and carrier layer ( 11a ) unaffected. Kollektor nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Trägerschicht (11a) das photovoltaische Element (2) komplett umschließt, hohe Strahlungsdurchlässigkeit für die solare Strahlung aufweist, mit dem Wärmeträgermedium umspült wird und elektrisch isoliert ist.Collector according to claim 3, characterized in that the carrier layer ( 11a ) the photovoltaic element ( 2 ) completely encloses, high radiation permeability for the solar radiation, is washed with the heat transfer medium and is electrically isolated. Kollektor nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Trägerschicht (11a) das photovoltaische Element (2) komplett umschließt, hohe Strahlungsdurchlässigkeit für die solare Strahlung aufweist und elektrisch isoliert ist.Collector according to claim 3, characterized in that the carrier layer ( 11a ) the photovoltaic element ( 2 ) completely encloses, has high radiation transmission for the solar radiation and is electrically isolated. Kollektor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Gehäuse (9) des Kollektors aus wabenförmig gestaltetem Material besteht. Collector according to claim 1, characterized in that the housing ( 9 ) of the collector is made of honeycombed material. Kollektor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Waver (2) bzw. Dünnschichtmodule (2a) wärmeisolierend zum transparenten Träger (11a) und wärmeleitend zur abgewandten Seite sind.Collector according to claim 1, characterized in that the wavers ( 2 ) or thin-film modules ( 2a ) heat-insulating to the transparent support ( 11a ) and are thermally conductive to the opposite side. Kollektor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Waver (2) als Absorber liegend auf der Trägerschicht (11a) angeordnet sind und an ihrer Oberseite direkt durch das Wärmeträgermedium angeströmt werden.Collector according to claim 1, characterized in that the wavers ( 2 ) as an absorber lying on the carrier layer ( 11a ) are arranged and are directly flowed through the heat transfer medium at its top. Kollektor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Absorber (5) mit teiltransparenten Bereichen ausgestaltet sind.Collector according to claim 1, characterized in that the absorbers ( 5 ) are designed with partially transparent areas. Kollektor nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, dass die teiltransparenten Bereiche Lochmuster oder Durchbrüche sind.Collector according to claim 19, characterized in that the partially transparent areas are hole patterns or breakthroughs. Kollektor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Absorber (5) zur Optimierung des Absorptionsvermögen an der Oberfläche mit geeigneten chemischen bzw. physikalischen Verfahren behandelt sind.Collector according to claim 1, characterized in that the absorbers ( 5 ) are treated with suitable chemical or physical processes to optimize surface absorbency. Kollektor nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Einzel- oder Doppelstreifenabsorber (5) auf ihrer Vorder- und Rückseite mit einer hochabsorbierenden Schicht versehen sind. Collector according to claim 7, characterized in that the single or double strip absorbers ( 5 ) are provided on their front and back with a highly absorbent layer. Kollektor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass oberhalb des photovoltaischen Elementes (2) eine die gesamte Einstrahlungsfläche überdeckende Gaze angeordnet ist.Collector according to claim 1, characterized in that above the photovoltaic element ( 2 ) a gauze covering the entire irradiation surface is arranged. Kollektor nach Anspruch 23, dadurch gekennzeichnet, dass die Gaze aus Messing beziehungsweise Kupfer besteht.Collector according to claim 23, characterized in that the Gauze made of brass or copper.
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