DE102010031764A1 - Multithermosolarvakuumphotovoltaikspeicherpaneel mit integriertem fluidgekühltem Niedertemperatur- Thermoausgleichsspeicher sowie einer unterhalb des Thermoausgleichsspeicher angebrachten elektrische Energie speichernde Batterie und hochtransparenter Vakuumabdeckung als Glatt- oder Formrohr zur Dachdeckung und Fassadendämmung einschl. einer unterlegten Hartschaumisolierung - Google Patents

Multithermosolarvakuumphotovoltaikspeicherpaneel mit integriertem fluidgekühltem Niedertemperatur- Thermoausgleichsspeicher sowie einer unterhalb des Thermoausgleichsspeicher angebrachten elektrische Energie speichernde Batterie und hochtransparenter Vakuumabdeckung als Glatt- oder Formrohr zur Dachdeckung und Fassadendämmung einschl. einer unterlegten Hartschaumisolierung Download PDF

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Abstract

Multithermosolarvakuumphotovoltaikspeicherpaneel mit integriertem fluidgekühltem Niedertemperatur-Thermoausgleichsspeicher (2) sowie einer unterhalb des Thermoausgleichsspeicher angebrachten elektrische Energie speichernde Batterie (4) und hochtransparenter Vakuumabdeckung (1) als Glatt- oder Formrohr zur Dachdeckung und Fassadendämmung einschl. einer unterlegten Hartschaumisolierung (6).

Description

  • Multithermosolarvakuumphotovoltaikspeicherpaneel mit integriertem fluidgekühltem Niedertemperatur-Thermoausgleichsspeicher (2) sowie einer unterhalb des Thermoausgleichsspeicher angebrachten elektrische Energie speichernde Batterie (4) und hochtransparenter Vakuumabdeckung (1) als Glatt- oder Formrohr zur Dachdeckung und Fassadendämmung einschl. einer unterlegten Hartschaumisolierung (6).
  • In einer Vielzahl von bekannten Patenten und Gebrauchsmuster sind Thermosolare Vakuumkollektoren bekannt.
  • In allen hier benannten Patenten, Offenlegungsschriften und Gebrauchsmuster ist keine mit integrierter Photovoltaiknutzung mit elektrischer Energiezwischenspeicherung sowie aktiver Kühlung der Photovoltaikpaneele im Niedertemperaturbereich mit thermischem Ausgleichsspeicher im Paneel bzw. Kollektor unter einer hochtransparenten Vakuumabdeckung bekannt.
  • Die hier beschriebene Erfindung sollen ein ausgeglichenes optimiertes Temperaturverhalten herstellen um die verschiedenen Photovoltaikbeschichtungen (7) bzw. -Wafer bzw. -Zellen welche unter der vakuumisierten Abdeckung (1) auf dem gekühlten thermischen Speicher (2) aufgebracht und verschaltet sind und im Niedertemperaturbereich arbeiten soll, um die beste Abgabeleistung der Photovoltaikbeschichtungen unter den verschiedenen Sonneneinstrahlungsbedingungen zu gewährleisten.
  • Zusätzlich wird durch den aktiven Entzug der thermischen Energie aus dem, mittels verschieden einsetzbaren Fluiden, (3) durchströmten thermischen Ausgleichsspeicher (2) welcher als thermischer Absorber dient und im Niedertemperaturbereich arbeitet, über das gesamte Jahr einen thermischen Ertrag erarbeitet, der den Leistungen der optimierten bekannten Vakuum-Thermokollektoren nicht nachsteht.
  • Die geerntete thermische Leistung wird mittels des eingesetzten Fluids am höchsten Punkt der Anlage in einem Sammlerrohr (12) zu einem Schichtenpufferspeicher geführt, der in der oben beschriebenen Haupterfindung und in der Erfindung aus der Anmeldung v. 3.6.2010 mit der Nr.: 102010023114.2 beschrieben ist, zur Aufpufferung und Umwandlung in elektrische Energie sowie zur Gebäudeheizung transportiert genutzt wird.
  • Zusätzlich kann eine bzw. mehrere unterhalb des aktiv gekühlten Wärmeausgleichszwischenspeichers (2) platzierte elektrische Energie speichernde Großflächenbatterie (4) platziert werden, welche die erzeugte elektrische Energie aus den Photovoltaikzellen zwischenspeichert, und profitiert durch die aktive Kühlung so, dass eine optimierte Nutzung und Abgabe der elektrischen Energie an den Energieversorger (EVU) bzw. die durch das Energiemanagement des EVU's geregelte Netzeinspeisung Ertragsverlustfrei erfolgen kann.
  • Eine unterhalb der Multithermosolarvakuumphotovoltaikspeicherpaneele platzierte Hartschaumdämmung (6) (PU Schaum oder ähnlich) wird die entsprechend den Örtlichkeiten berechneten thermische Isolierung von Wohn- und Gewerbegebäuden an Dach und Wand zusätzlich zur hier entstandenen Vakuumdach- bzw. -wanddämmung gewährleisten.
  • Bei entsprechend berechneten Querschnitten und ausreichender Steigungshöhe der Anlage kann die Fluidkühlung (3) auch als thermodynamischen Schwerkraftanlage ohne den Einsatz einer Transportpumpe oder Kompressor betrieben werden.
  • Weiterhin sind Sicherheitseinrichtungen wie Temperaturfühler, Rückschlagventile (10), Thermostatventile (9), Selbsschließende Verbindungventile (8) Notkühlung und Anlaufhilfen mit entsprechender elektronischer Regelung zu den einzelnen Verbrauchern vorgesehen.
  • Das in den 1 bis 4 bezeichneten Multithermosolarvakuumphotovoltaikspeicherpaneel kann auch alternativ ohne die untere Hälfte (unterhalb des thermischen Speichers) der Vakuumkammer (4) angefertigt werden.
  • Im Umkehrschluss kann die transparente Abdeckung durch kurzfristige Beheizung des thermischen Absorbers bei der Nutzung als Dachdeckung enteist werden.
  • Bezugszeichenliste
    • 1
    Vakuumkammer (hochtransparentes Glasrohr bzw. Kunsstoffrohr)
    2
    Wärmezwischenspeicher (thermischer Absorber)
    3
    Rohrleitungen für Wärmetransportfluides
    4
    Vakuumkammer unten und elektr. Batterie
    5
    Vakuumkammer oben
    6
    Hartschaumisolierung
    7
    Photovoltaikbeschichtung bzw. Wafer
    8
    Selbsverschließendes Verbindungsventil
    9
    Thermostatventil
    10
    Rückschlagventil
    11
    Rohrkompensator (Wellrohr o. ä.)
    12
    Sammler Warmseite
    13
    Zulaufverteilerrohr Kaltseite
    14
    Dachlatte, Unterkonstruktion
    15
    Befestigungsschraube
  • Vorteile der Erfindung:
    • 1. Die Erfindung ermöglicht die Kühlung (3) von kleinen und größeren Photovoltaikbeschichtungs- bzw. -Zellen bzw. -Waferflächen (7), sowie die gleichzeitige Nutzung der ganzjährigen termischen Sonneneinstrahlung auch im Niedertemperaturbereiches durch den Einsatz eines aktiv gekühlten Wärmeausgleichszwischenspeichers (2)
    • 2. Die Vakuumkammern (4 u 5) verhindern das Beschlagen der hochtransparenten Abdeckung (1) und hat keine zusätzlichen Reflektionsverluste der Sonneneinstrahlung, als bei einer Doppelscheibenabdeckung. Alternativ kann auch ein wärmeleitendes transparentes Gas anstatt des Vakuums eingesetzt werden.
    • 2. Der elektrische Energieertrag der Photovoltaikzellen (Wirkungsgrad) wird auch bei hohem Energieeintrag durch die Kühlung und dem ausgeglichenen Temperaturhaushalt optimiert.
    • 3. Die Erfindungsgemäße Anwendung verringert die Leistungsdegression durch ausgeglichenen Wärmehaushalt an den Photovoltaik-paneelen, -zellen, und -wafern.
    • 4. Die Erfindungsgemäße Anwendung verlängert die Gesamtlebenszeit der Photovoltaik-paneelen, -zellen, und -wafern.
    • 5. Die hochtransparente Vakuumabdeckung (1) ermöglicht einen hohen Ertrag thermischer Energie, der wie in der Haupterfindung beschrieben über den Wärmepufferspeicher und einer Wärmekraftmaschine in elektrische Energie umgewandelt wird.
    • 6. Die vakuumisierte Ober-Unterseite (4 u 5) bzw. Vor- und Rückseite des Kollektors ermöglicht es Gebäude-Dach- und Wandflächen optimal zu isolieren und gleichzeitig den größtmöglichen erneuerbaren Energieertrag zu gewährleisten.
    • 7. Restwärmenutzung als Prozesswärme bzw. Heizungsunterstützung oder Warmwassererzeugung.
    • 8. Formglasrohre können als Dacheindeckungsersatz genutzt werden.
    • 9. Durch die eine bzw. mehrere unterhalb des Wärmeausgleichszwischenspeichers (2) platzierte elektrische Energie speichernde Großflächenbatterie (4) kann die erzeugte elektrische Energie aus den Photovoltaikzellen zwischengespeichert werden, und profitiert durch die aktive Kühlung so, dass eine optimierte Nutzung und Abgabe der elektrischen Energie an den Energieversorger (EVU) bzw. die durch das Energiemanagement des EVU's geregelte Netzeinspeisung Ertragsverlustfrei erfolgen kann.

Claims (10)

  1. Multithermosolarvakuumphotovoltaikspeicherpaneel mit integriertem fluidgekühltem Niedertemperatur-Thermoausgleichsspeicher (2) sowie einer unterhalb des Thermoausgleichsspeicher angebrachten elektrische Energie speichernde Batterie (4) und hochtransparenter Vakuumabdeckung (1) als Glatt- oder Formrohr zur Dachdeckung und Fassadendämmung einschl. einer unterlegten Hartschaumisolierung (6).
  2. Hochtransparentes Rund- bzw. Formvakuumglasrohr nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass diese als Großdachschindel bzw. Dachstein (Betonschindel) bzw. Wandflächenisolierung (Glasfassade) ausgebildet sind.
  3. Gekühlter thermischer Ausgleichszwischenspeicher (2) mit Aufnahmemöglichkeiten von Photovoltaikbeschichtungen bzw. -zellen bzw. -wafern, nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, dass dieser aus Basalt- oder anderen thermischen Speicherbetonen mit integrierten Kühlrohren (3) und Wärmeübertragungseinmischungsmaterialien oder Gitterstrukturen bzw. dass dieser aus Alu- bzw. anderen wärmeübertragenden Metallen als Strangpressprofil mit integrierten Kühlrohren gefertigt wird.
  4. Gekühlter Ausgleichszwischenspeicher mit Aufnahmemöglichkeiten von Photovoltaikbeschichtungen bzw. -zellen bzw. -wafern, nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, unterhalb des Ausgleichszwischenspeichers (4) eine großflächige elektrische Energie speichernde Batterie zur Zwischenpufferung der erzeugten elektrischen Energie angebaut ist und optimal durch die vorhandene Kühlung betrieben werden kann.
  5. Multithermosolarvakuumphotovoltaikspeicherpaneel nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Vakuumkammern als Permanent-vakuumrohr ausgebildet ist.
  6. Multithermosolarvakuumphotovoltaikspeicherpaneel nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass alternativ nur oberhalb des Ausgleichszwischenspeichers eine hochtransparente Vakuumabdeckung aufgebracht ist.
  7. Multithermosolarvakuumphotovoltaikspeicherpaneel nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Paneele als einreihige und mehrreihige Paneele, sowie in verschiedenen Längen gefertigt werden.
  8. Multithermosolarvakuumphotovoltaikspeicherpaneel nach Anspruch 1 und 3 dadurch gekennzeichnet, dass die fluidtragenden Rohrleitungen als Glatt- bzw. Wellrohr (3) aus verschiedenen Metallen z. B. Stahl, Cu, oder CrNi, eingebaut werden.
  9. Multithermosolarvakuumphotovoltaikspeicherpaneel nach Anspruch 1, 2 und 3 dadurch gekennzeichnet, dass Längenausgleichskompensatoren aus Wellrohr oder und selbstschließenden Längenausgleichsventilen Verbunden werden.
  10. Multithermosolarvakuumphotovoltaikspeicherpaneel nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass anstatt eines Vakuums ein Wärmeübertragendes transparentes Gas eingefüllt wird.
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