DE102011014640B4 - Cooling device for photovoltaic elements and method for incorporating this in a building heating system - Google Patents

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Abstract

Kühlungs-Vorrichtung für Photovoltaikelemente mit einem Flüssigkeitskreislauf (110), dessen mit einer Flüssigkeit gefüllte Fluidleitungen (120) zum Zweck einer Wärmeaufnahme in Photovoltaikelemente eingebunden sind, wobei der Flüssigkeitskreislauf (110) zum Einen den Primärkreislauf (210) eines als Wärmetauscher ausgebildeten Haus-Wärmespeichers (200) bildet und den Haus-Wärmespeicher (200) zum Zweck der Abgabe der in den Photovoltaikelementen in die Flüssigkeit eingebrachten Wärme durchströmt, wobei der Flüssigkeitskreislauf (110) zum Anderen zumindest optional auch den Primärkreislauf (310) eines Erd-Wärmespeichers (300) bildet und den Erd-Wärmespeicher (300) zum Zweck einer Abgabe der in den Photovoltaikelementen in die Flüssigkeit eingebrachten Wärme durchströmt, dadurch gekennzeichnet, dass der Haus-Wärmespeicher (200) ein mit einer Speicherflüssigkeit (250) als Wärmespeichermedium gefülltes Gehäuse (220) mit einer ersten Stirnfläche (221) und einer zweiten Stirnfläche (222) aufweist, die über eine Gehäusewand (223) miteinander verbunden sind, wobei der Primärkreislauf (210) innerhalb des Gehäuses (220) durch eine Fluidleitung (225) von einem Bereich nahe der ersten Stirnfläche (221) zu einem Bereich nahe der zweiten Stirnfläche (222) helikal verlaufend geführt ist, wobei innerhalb des Gehäuses (220) eine sich von einem Bereich nahe der ersten Stirnfläche (221) zu einem Bereich nahe der zweiten Stirnfläche (222) helikal wendelförmig erstreckende Trennwand (230) angeordnet ist derart, dass jeweils zwei benachbarte Windungen der Helix einer Fluidleitung (225) von der Trennwand (230) voneinander getrennt sind.Cooling device for photovoltaic elements with a liquid circuit (110) whose liquid-filled fluid lines (120) are incorporated for the purpose of heat absorption in photovoltaic elements, wherein the liquid circuit (110) on the one hand the primary circuit (210) of a designed as a heat exchanger house heat accumulator (200) forms and flows through the house heat storage (200) for the purpose of delivery of the introduced in the photovoltaic elements in the liquid heat, the liquid circuit (110) on the other at least optionally also the primary circuit (310) of an earth heat storage (300) forms and the earth heat storage (300) flows through for the purpose of delivery of the heat introduced into the liquid in the photovoltaic elements, characterized in that the house heat storage (200) with a storage liquid (250) as a heat storage medium filled housing (220) a first end face (221) and a two a first end face (222) connected to each other via a housing wall (223), the primary circuit (210) being proximate within the housing (220) through a fluid conduit (225) from an area near the first end face (221) to an area the second end face (222) is helically guided, wherein within the housing (220) is arranged from a region near the first end face (221) to a region near the second end face (222) helically helically extending partition (230) is arranged such in that in each case two adjacent turns of the helix of a fluid line (225) are separated from one another by the dividing wall (230).

Description

Die Erfindung betrifft eine Kühlungs-Vorrichtung für Photovoltaikelemente mit einem Flüssigkeitskreislauf, dessen mit einer Flüssigkeit gefüllte Fluidleitungen zum Zweck einer Wärmeaufnahme in Photovoltaikelemente eingebunden sind, wobei der Flüssigkeitskreislauf zum Einen den Primärkreislauf eines als Wärmetauscher ausgebildeten Haus-Wärmespeichers bildet und den Haus-Wärmespeicher zum Zweck der Abgabe der in den Photovoltaikelementen in die Flüssigkeit eingebrachten Wärme durchströmt, wobei der Flüssigkeitskreislauf zum Anderen zumindest optional auch den Primärkreislauf eines Erd-Wärmespeichers bildet und den Erd-Wärmespeicher zum Zweck einer Abgabe der in den Photovoltaikelementen in die Flüssigkeit eingebrachten Wärme durchströmt.The invention relates to a cooling device for photovoltaic elements with a liquid circuit, the liquid-filled fluid lines are incorporated for the purpose of heat absorption in photovoltaic elements, wherein the liquid circuit on the one hand forms the primary circuit formed as a heat exchanger house heat storage and the house heat storage for the purpose the delivery of the heat introduced into the liquid in the photovoltaic elements flows through, with the liquid circuit, at least optionally, also forming the primary circuit of an underground heat accumulator and flowing through the terrestrial heat accumulator for the purpose of delivering the heat introduced into the liquid into the photovoltaic elements.

Des Weiteren betrifft die Erfindung ein Verfahren zum Einbringen der von einer Kühlungs-Vorrichtung für Photovoltaikelemente erzeugten Wärme in ein Gebäude-Heizsystem mit einem Flüssigkeitskreislauf, dessen mit einer Flüssigkeit gefüllte Fluidleitungen zum Zweck einer Wärmeaufnahme in Photovoltaikelemente eingebunden sind.Furthermore, the invention relates to a method for introducing the heat generated by a cooling device for photovoltaic elements in a building heating system with a liquid circuit whose liquid-filled fluid lines are incorporated for the purpose of heat absorption in photovoltaic elements.

Verfahren und Vorrichtungen der eingangs genannten Art sind im Stand der Technik in einfachen Ausführungsformen bekannt. Die bekannten Verfahren und Vorrichtungen weisen indes den Nachteil auf, dass sie nicht geeignet sind, die im Wege einer photovoltaischen Stromerzeugung in entsprechenden Solarpaneelen entstehende Wärme aktiv für ein Heizsystem eines Gebäudes zu nutzen.Methods and devices of the type mentioned are known in the prior art in simple embodiments. The known methods and devices, however, have the disadvantage that they are not suitable for actively using the heat produced by photovoltaic power generation in corresponding solar panels for a heating system of a building.

Photovoltaikelemente sind in der Regel paneelartig als Solarpaneele ausgeführt. Eine Erwärmung photovoltaischer Solarpaneele über eine technisch bedingte, materialabhängige Schwellentemperatur hinaus hat indes eine erhebliche Effizienzminderung bei der Stromerzeugung der Solarpaneele zu Folge, da in photovoltaischen Solarpaneelen genutzte Halbleitereigenschaften aufgrund einer mit steigender Temperatur generell erhöhten Energie der Valenzelektronen und eines damit verbundenen verstärkten Elektronenrauschens abnehmen. Da im Wege einer durch Photonen induzierten Ladungstrennung in einem Halbleitermaterial der Solarpaneele eine starke Erwärmung der Paneele jedoch gerade bei intensiver Sonnenbestrahlung erfolgt, ist der Wirkungsgrad herkömmlich betriebener, d. h. ungekühlter Solarpaneele niedriger als er bei einer entsprechenden Kühlung möglich wäre.Photovoltaic elements are usually designed as a panel-like solar panels. However, a heating of photovoltaic solar panels over a technically related, material-dependent threshold temperature also has a significant reduction in efficiency in power generation of the solar panels result, as used in photovoltaic solar panels semiconductor properties decrease due to a rising temperature generally increased energy of the valence electrons and associated increased electron noise. Since in the course of a photon-induced charge separation in a semiconductor material of the solar panels, however, a strong heating of the panels, especially in intense sunlight, the efficiency is conventionally operated, d. H. uncooled solar panels lower than he would be possible with a corresponding cooling.

Eine Vorrichtung der eingangs genannten Art ist aus der Druckschrift DE 298 10 238 U1 bekannt. Diese Druckschrift offenbart des weiteren eine Solarzellenanordnung mit wenigstens einer Solarzelle, einer auf der Vorderseite der Solarzelle angebrachten, transparenten Abdeckung und einem auf der Rückseite der Solarzelle angebrachten, von einem Kühlmittel durchströmten Kühlkörper, wobei der Kühlkörper aus einer Lamelle mit einer Mehrzahl von Wellungen besteht, die vom Kühlmittel durchströmte Bereiche oder Kanäle bilden, die an parallel zur Strömungsrichtung des Kühlmittels erstreckten Seiten offen sind und mit diesen offenen Seiten unmittelbar an die Solarzellen grenzen.A device of the type mentioned is from the document DE 298 10 238 U1 known. This publication further discloses a solar cell assembly having at least one solar cell, a mounted on the front of the solar cell, transparent cover and mounted on the back of the solar cell, a coolant flowing through a heat sink, wherein the heat sink consists of a lamella having a plurality of corrugations, form the flowed through by the coolant areas or channels, which are open at parallel to the flow direction of the coolant extending sides and with these open sides directly adjacent to the solar cells.

Die Druckschrift DE 103 00 427 A1 offenbart eine Solaranlage mit Wärmepumpe, bestehend aus einem oder mehreren miteinander verschalteten Sonnenkollektoren, einer Wärmepumpe sowie mindestens einem Wärmespeicher für die Wärme- und Warmwasserversorgung eines Hauses, wobei das in dem Sonnenkollektor erwärmte Medium wahlweise das Speichermedium direkt bzw. über einen Wärmetauscher erwärmen kann oder seine Wärme an den Verdampfer der Wärmepumpe abgeben kann, weiterhin dadurch gekennzeichnet, dass in Kombination dazu die Wärmepumpe über das gleiche Medium der Außenluft Wärme entziehen kann, und optional weiteren Wärmequellen wie Abluft und Abwasser, wobei die Anlage so geregelt wird, dass der/den Wärmequelle(n) mit dem höchsten Temperaturniveau die Wärme entzogen wird und der Sonnenkollektor nur dann den Speicher direkt erwärmt, wenn dabei der gesamte Wärmebedarf gedeckt werden kann.The publication DE 103 00 427 A1 discloses a solar system with heat pump, consisting of one or more interconnected solar panels, a heat pump and at least one heat storage for the heat and hot water supply of a house, the medium heated in the solar collector can either heat the storage medium directly or via a heat exchanger or his Heat to the evaporator of the heat pump can deliver, further characterized in that in combination, the heat pump through the same medium of the outside air can extract heat, and optionally other heat sources such as exhaust air and waste water, the system is controlled so that the / the heat source (n) the heat is removed at the highest temperature level, and the solar collector only directly heats the storage when the total heat demand can be covered.

Aus der Druckschrift DE 100 48 035 A1 ist ein Verfahren zur Beheizung, Warmwasser- und Stromversorgung von Gebäuden mittels Dacheindeckungselementen bekannt, die als solare Wärmekollektoren sowie gleichzeitig als Solarstrom-Module ausgebildet sind und bei denen die Wärmekollektoren wahlweise einen Brauchwasserkreislauf, einem Heizkreislauf und/oder einen Langzeit-Erdreichspeicher speisen unter Vermeidung einer transparenten Abdeckung der Dacheindeckungselemente, wobei der von den Dacheindeckungselementen erzeugte Strom mindestens teilweise zum Betrieb einer Wärmepumpe genutzt wird, über die mit der in den Dacheindeckungselementen erzeugten Wärmeenergie während der einstrahlungsreichen Jahreszeit der Langzeit-Erdreichspeicher gespeist wird, aus dem, gleichfalls über die Wärmepumpe, bei ungenügender Sonneneinstrahlung die Gebäudeheizung und der Brauchwasserkreislauf betrieben werden.From the publication DE 100 48 035 A1 is a method for heating, hot water and electricity supply of buildings by means of roofing elements known which are designed as solar heat collectors and at the same time as solar power modules and in which the heat collectors either a domestic water circuit, a heating circuit and / or a long-term ground storage feed while avoiding transparent cover of the roofing elements, wherein the power generated by the roofing elements is at least partially used to operate a heat pump, which is fed with the heat energy generated in the roofing elements during the season of irradiation the long-term soil reservoir, from which, also via the heat pump at Insufficient solar radiation, the building heating and the water circuit are operated.

Die Druckschrift DE 10 2008 041 715 A1 offenbart ein Heiz- und Warmwassersystem für Gebäude bestehend aus mindestens einer Solaranlage, mindestens zwei Wärmetauschern, die in mindestens zwei Energiespeichern angeordnet sind, wobei mindestens einer davon innerhalb des Erdreiches angeordnet ist, mindestens einer Wärmepumpe, deren Wärmeaufnahmeteil im mindestens einen Energiespeicher innerhalb des Erdreiches und dessen Wärmeabgabeteil im mindestens anderen Energiespeicher angeordnet sind, und wobei der Energiespeicher innerhalb des Erdreiches nicht oder nur teilweise isoliert und mindestens teilweise mit einem Fluid gefüllt ist, welches in einem Temperaturbereich zwischen –10 und 100°C eine Phasenumwandlung realisiert.The publication DE 10 2008 041 715 A1 discloses a heating and hot water system for buildings consisting of at least one solar system, at least two heat exchangers, which are arranged in at least two energy stores, at least one of which is disposed within the soil, at least one heat pump, the heat receiving part in at least one energy storage within the soil and its heat release part in at least one other Energy storage are arranged, and wherein the energy storage is not or only partially isolated within the soil and at least partially filled with a fluid which realizes a phase transition in a temperature range between -10 and 100 ° C.

DE 20 2007 016 412 U1 offenbart eine Heizungsanlage mit wenigstens zwei Wärmequellen, wenigstens einem Verbraucher und einem Wärmetauscher mit voneinander unabhängigen Hydraulikkreisläufen für die Wärmequellen und den Verbraucher, mit einem gemeinsamen Hydraulikkreislauf für die wenigstens zwei Wärmequellen. Dabei ist es möglich, die Heizungsanlage auch mit noch mehr Wärmequellen zu versehen, wobei auch hier dann ein gemeinsamer Hydraulikkreislauf für alle Wärmequellen vorgesehen ist. Als Wärmequellen sind im Sinne der Erfindung die Wärmequellen zu verstehen, die sozusagen zur Verfügung stehende Energie ohne eine Verbrennung verwenden. Die normale Heizung wird in der Regel mit einem separaten Kreislauf betrieben, der dem eigentlichen Wärmekreislauf beziehungsweise Warmwasserkreislauf der gesamten Heizungsanlage entspricht und in der nachfolgenden Beschreibung auch als zusätzliche Wärmequelle bezeichnet wird. DE 20 2007 016 412 U1 discloses a heating system with at least two heat sources, at least one consumer and a heat exchanger with independent hydraulic circuits for the heat sources and the consumer, with a common hydraulic circuit for the at least two heat sources. It is possible to provide the heating system with even more heat sources, with a common hydraulic circuit is then provided for all heat sources here. For the purposes of the invention, heat sources are to be understood as meaning the heat sources which use the energy available so to speak without combustion. The normal heating is usually operated with a separate circuit that corresponds to the actual heat cycle or hot water circuit of the entire heating system and is also referred to in the following description as an additional heat source.

Aufgabe der Erfindung ist es deshalb, eine Kühlungs-Vorrichtung für in der Regel auf dem Dach eines Gebäudes zu platzierende Photovoltaikelemente zu schaffen, deren erzeugte Wärme für ein Gebäude-Heizsystem nutzbar ist.The object of the invention is therefore to provide a cooling device for usually to be placed on the roof of a building photovoltaic elements, the heat generated for a building heating system is available.

Des Weiteren ist es eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren anzugeben, mittels dessen die von auf dem Dach eines Gebäudes platzierten Photovoltaikelementen produzierte Wärme für ein Gebäude-Heizsystem nutzbar gemacht werden kann.Furthermore, it is an object of the present invention to provide a method by means of which the heat produced by photovoltaic elements placed on the roof of a building can be utilized for a building heating system.

Für eine Kühlungs-Vorrichtung der eingangs genannten Art wird diese Aufgabe erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass der Haus-Wärmespeicher ein mit einer Speicherflüssigkeit als Wärmespeichermedium gefülltes Gehäuse mit einer ersten Stirnfläche und einer zweiten Stirnfläche aufweist, die über eine Gehäusewand miteinander verbunden sind, wobei der Primärkreislauf innerhalb des Gehäuses durch eine Fluidleitung von einem Bereich nahe der ersten Stirnfläche zu einem Bereich nahe der zweiten Stirnfläche helikal verlaufend geführt ist, wobei innerhalb des Gehäuses eine sich von einem Bereich nahe der ersten Stirnfläche zu einem Bereich nahe der zweiten Stirnfläche helikal wendelförmig erstreckende Trennwand angeordnet ist derart, dass jeweils zwei benachbarte Windungen der Helix einer Fluidleitung von der Trennwand voneinander getrennt sind.For a cooling device of the type mentioned, this object is achieved in that the house-heat accumulator filled with a storage liquid as a heat storage medium housing having a first end face and a second end face, which are connected to each other via a housing wall, wherein the primary circuit is helically guided within the housing by a fluid line from a region near the first end face to a region near the second end face, wherein disposed within the housing a helically helically extending partition wall from a region near the first end face to a region near the second end face is such that each two adjacent turns of the helix of a fluid line from the partition are separated from each other.

Für ein Verfahren der eingangs genannten Art zur Durchführung mittels der oben genannte Vorrichtung wird diese Aufgabe erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass der Flüssigkeitskreislauf zum Einen den Primärkreislauf eines als Wärmetauscher ausgebildeten Haus-Wärmespeichers bildet und den Haus-Wärmespeicher zum Zweck der Abgabe der in den Photovoltaikelementen in die Flüssigkeit eingebrachten Wärme durchströmt, wobei der Flüssigkeitskreislauf zum Anderen zumindest optional auch den Primärkreislauf eines Erd-Wärmespeicher bildet und den Erd-Wärmespeicher zum Zweck einer Abgabe der in den Photovoltaikelementen in die Flüssigkeit eingebrachten Wärme durchströmt.For a method of the type mentioned above for performing by means of the above-mentioned device, this object is achieved in that the liquid circuit on the one hand forms the primary circuit of a designed as a heat exchanger house heat storage and the house heat storage for the purpose of delivery in the photovoltaic elements in the liquid introduced heat flows through, wherein the liquid circuit to the other at least optionally also forms the primary circuit of an earth heat storage and flows through the earth heat storage for the purpose of delivering the introduced into the liquid in the photovoltaic heat.

Bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung sind Gegenstand der jeweiligen Unteransprüche der beiden unabhängigen Patentansprüche.Preferred embodiments of the invention are the subject of the respective subclaims of the two independent claims.

Bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung und dem erfindungsgemäßen Verfahren wird durch die Merkmalskombination der jeweiligen kennzeichnenden Teile der unabhängigen Patentansprüche zum Einen erreicht, dass der Wirkungsgrad der Photovoltaikelemente durch Kühlung auf oder unter eine vorgegebene Schwellentemperatur deutlich erhöht wird, und es wird zum Anderen die Wärme einer bis dato ungenutzten Wärmequelle einem Wärmespeichersystem und damit auch einem Heizsystem eines Gebäudes zur Verfügung gestellt. Die Bereitstellung einer zusätzlichen Wärmequelle in Verbindung mit einer Erhöhung des Wirkungsgrades und damit der Leistung der stromerzeugenden Photovoltaikelemente bedeutet dabei einen synergistischen Effekt betreffend die Gesamtenergiebilanz eines Gebäudes.In the device according to the invention and the method according to the invention is achieved by the feature combination of the respective characterizing parts of the independent claims on the one hand, that the efficiency of the photovoltaic elements is significantly increased by cooling to or below a predetermined threshold temperature, and it is on the other, the heat one to date unused heat source a heat storage system and thus also provided a heating system of a building. The provision of an additional heat source in conjunction with an increase in the efficiency and thus the power of the power-generating photovoltaic elements means a synergistic effect on the overall energy balance of a building.

Gemäß einer ersten bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist vorgesehen, dass der Primärkreislauf des Erd-Wärmespeichers parallel zu dem Primärkreislauf des Haus-Wärmespeichers geschaltet ist. Alternativ kann der Primärkreislauf des Erd-Wärmespeichers auch hinter den Primärkreislauf des Haus-Wärmespeichers geschaltet sein, und es sind insbesondere auch schaltungstechnische Mischformen möglich, bei denen eine dosiert gesteuerte Separation von Hintereinanderschaltung und Parallelschaltung von Haus-Wärmespeicher und Erd-Wärmespeicher erfolgt.According to a first preferred embodiment of the device according to the invention it is provided that the primary circuit of the earth heat storage is connected in parallel to the primary circuit of the house heat storage. Alternatively, the primary circuit of the geothermal heat storage can also be connected behind the primary circuit of the house heat storage, and in particular circuit-technical mixed forms are possible in which a metered controlled separation of series connection and parallel circuit of domestic heat storage and geothermal storage takes place.

Des Weiteren ist vorzugsweise eine erste Pumpeneinrichtung vorgesehen, die die Speicherflüssigkeit in einem Sekundär-Kreislauf außerhalb des Gehäuses von einem Bereich nahe der zweiten Stirnfläche über mindestens ein Wärmeabgabeelement zu einem Bereich nahe der ersten Stirnfläche pumpt, wobei die Speicherflüssigkeit innerhalb des Gehäuses der Trennwand folgend von einem Bereich nahe der ersten Stirnfläche zu einem Bereich nahe der zweiten Stirnfläche fließt.Furthermore, a first pump device is preferably provided, which pumps the storage liquid in a secondary circuit outside the housing from a region near the second end face via at least one heat-emitting element to a region near the first end face, wherein the storage liquid within the housing of the partition following from a region near the first end surface flows to a region near the second end surface.

Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist vorgesehen, dass der Erd-Wärmespeicher ein innerhalb eines vorgegebenen Raumbereiches unterhalb einer im Wesentlichen waagerecht angeordneten Bodenplatte angeordnetes Wärmespeichermedium enthält, wobei der Primärkreislauf durch ein Wärmeabgaberohr innerhalb einer im Wesentlichen waagerechten Ebene unterhalb der Bodenplatte innerhalb des Wärmespeichermediums geführt ist, und wobei die Bodenplatte einen oberen Endbereich des Wärmespeichermediums und die Ebene des Wärmeabgaberohres einen unteren Endbereich des Wärmespeichermediums vorgibt.According to a further preferred embodiment of the device according to the invention provided that the ground heat accumulator includes a heat storage medium arranged within a predetermined space area below a substantially horizontally arranged bottom plate, wherein the primary circuit is guided through a heat delivery tube within a substantially horizontal plane below the bottom plate within the heat storage medium, and wherein the bottom plate has an upper Endbereich of the heat storage medium and the level of the heat delivery tube predetermines a lower end portion of the heat storage medium.

Als Wärmespeichermedium ist dabei in der Regel das innerhalb eines vorgegebenen Raumbereiches unterhalb der im Wesentlichen waagerecht angeordneten Bodenplatte vorhandene Erdreich vorgesehen. Alternativ kann als Wärmespeichermedium beispielsweise auch eine innerhalb eines vorgegebenen Raumbereiches unterhalb der im Wesentlichen waagerecht angeordneten Bodenplatte vorhandene wassergefüllte Zisterne Verwendung finden.As a heat storage medium is usually provided within a given space area below the substantially horizontally arranged base plate existing soil. Alternatively, as a heat storage medium, for example, a water-filled cistern available within a predetermined area below the substantially horizontally arranged base plate can be used.

Zwischen der Bodenplatte und der Ebene des Wärmeabgaberohres ist vorzugsweise ein in der Nachbarschaft der Bodenplatte angeordnetes Wärmeaufnahmerohr vorgesehen, wobei das Wärmeaufnahmerohr mit in einem Tertiärkreislauf geführter Flüssigkeit befüllt ist, die dem Wärmespeichermedium Wärme entzieht und in ein entfernt angeordnetes Aufnahmemedium beispielsweise eine Wärmepumpe einbringt.Between the bottom plate and the plane of the heat discharge tube, there is preferably provided a heat receiving tube disposed in the vicinity of the bottom plate, the heat receiving tube being filled with fluid guided in a tertiary circuit which extracts heat from the heat storage medium and introduces, for example, a heat pump into a remotely located receiving medium.

Gemäß bevorzugter Ausführungsformen des erfindungsgemäßen Verfahrens ist vorgesehen, dass der Primärkreislauf des Erd-Wärmespeichers entweder parallel zu dem Primärkreislauf des Haus-Wärmespeichers geschaltet wird oder alternativ hinter den Primärkreislauf des Haus-Wärmespeichers geschaltet wird, wobei zum Erreichen einer geeigneten Abkühlung der Photovoltaikelemente auch eine dosiert gesteuerte oder geregelte Mischform beider Schaltungsarten zum Einsatz kommen kann, bei der eine dosiert gesteuerte oder geregelte Separation von Hintereinanderschaltung und Parallelschaltung von Haus-Wärmespeicher und Erd-Wärmespeicher erfolgt.According to preferred embodiments of the method according to the invention it is provided that the primary circuit of the ground heat storage is connected either parallel to the primary circuit of the house heat storage or alternatively switched to the primary circuit of the house heat storage, wherein dosed to achieve a suitable cooling of the photovoltaic elements controlled or regulated mixed form of both types of circuit can be used, in which a metered controlled or regulated separation of series connection and parallel circuit of domestic heat storage and geothermal heat storage takes place.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung wird im Folgenden anhand einer bevorzugten Ausführungsform erläutert, die in der Figur der Zeichnung dargestellt ist. Darin zeigt:The device according to the invention is explained below with reference to a preferred embodiment, which is shown in the figure of the drawing. It shows:

1 eine bevorzugte Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung in einer Skizzenansicht. 1 a preferred embodiment of the device according to the invention in a plan view.

Die in der Figur dargestellte erfindungsgemäße Kühlungs-Vorrichtung (100) für Photovoltaikelemente enthält einen Flüssigkeitskreislauf (110), dessen mit einer Flüssigkeit gefüllte Fluidleitungen (120) zum Zweck einer Wärmeaufnahme in Photovoltaikelemente eingebunden ist.The cooling device according to the invention shown in the figure ( 100 ) for photovoltaic elements contains a fluid circuit ( 110 ), whose fluid lines filled with a fluid ( 120 ) is incorporated for the purpose of heat absorption in photovoltaic elements.

Der Flüssigkeitskreislauf (110) bildet zum einen den Primärkreislauf (210) eines als Wärmetauscher ausgebildeten Haus-Wärmespeichers (200), wobei der Haus-Wärmespeicher (200) zum Zweck der Abgabe der in den Photovoltaikelementen in die Flüssigkeit eingebrachten Wärme durchströmt wird. Zum anderen bildet der Flüssigkeitskreislauf (110) zumindest optional auch den Primärkreislauf (310) eines Erd-Wärmespeicher (300), wobei der Erd-Wärmespeicher (300) zum Zweck einer Abgabe der in den Photovoltaikelementen in die Flüssigkeit eingebrachten Wärme durchströmt wird.The fluid circuit ( 110 ) forms the primary circuit ( 210 ) of a heat exchanger designed as a house heat storage ( 200 ), wherein the house heat storage ( 200 ) is passed through for the purpose of delivery of the heat introduced into the liquid in the photovoltaic elements. On the other hand, the fluid circuit ( 110 ) at least optionally also the primary circuit ( 310 ) an earth heat storage ( 300 ), wherein the earth heat storage ( 300 ) is passed through for the purpose of delivery of the heat introduced into the liquid in the photovoltaic elements.

Der Primärkreislauf (310) des Erd-Wärmespeichers (300) ist hinter den Primärkreislauf (210) des Haus-Wärmespeichers (200) geschaltet.The primary circuit ( 310 ) of the earth heat storage ( 300 ) is behind the primary circuit ( 210 ) of the house heat storage ( 200 ).

Der Haus-Wärmespeicher (200) weist ein mit einer Speicherflüssigkeit (250) als Wärmespeichermedium gefülltes Gehäuse (220) mit einer ersten (221) und einer zweiten Stirnfläche (222) auf, die über eine Gehäusewand (223) miteinander verbunden sind, wobei der Primärkreislauf (210) innerhalb des Gehäuses (220) durch eine Fluidleitung (225) von einem Bereich nahe der ersten Stirnfläche (221) zu einem Bereich nahe der zweiten Stirnfläche (222) helikal verlaufend geführt ist.The house heat storage ( 200 ) has a with a storage liquid ( 250 ) as a heat storage medium filled housing ( 220 ) with a first ( 221 ) and a second end face ( 222 ), which via a housing wall ( 223 ), the primary circuit ( 210 ) within the housing ( 220 ) through a fluid line ( 225 ) from a region near the first end face ( 221 ) to an area near the second end face (FIG. 222 ) is guided helically running.

Innerhalb des Gehäuses (220) ist eine sich von einem Bereich nahe der ersten Stirnfläche (221) zu einem Bereich nahe der zweiten Stirnfläche (222) helikal wendelförmig erstreckende Trennwand (230) angeordnet derart, dass jeweils zwei benachbarte Windungen der Helix einer Fluidleitung (225) von der Trennwand (230) voneinander getrennt sind.Inside the case ( 220 ) is a from an area near the first end face ( 221 ) to an area near the second end face (FIG. 222 ) helically helically extending partition wall ( 230 ) are arranged such that in each case two adjacent turns of the helix of a fluid line ( 225 ) from the partition ( 230 ) are separated from each other.

Eine erste Pumpeneinrichtung ist vorgesehen, um die Speicherflüssigkeit (250) in einem Sekundär-Kreislauf (115) außerhalb des Gehäuses (220) von einem Bereich nahe der zweiten Stirnfläche (222) über mindestens ein Wärmeabgabeelement zu einem Bereich nahe der ersten Stirnfläche (221) zu pumpen, wobei die Speicherflüssigkeit (250) innerhalb des Gehäuses (220) der Trennwand (230) folgend von einem Bereich nahe der ersten Stirnfläche (221) zu einem Bereich nahe der zweiten Stirnfläche (222) fließt.A first pumping device is provided to store the storage fluid ( 250 ) in a secondary circuit ( 115 ) outside the housing ( 220 ) from an area near the second end face (FIG. 222 ) via at least one heat-emitting element to a region near the first end face ( 221 ), whereby the storage liquid ( 250 ) within the housing ( 220 ) of the partition ( 230 ) following from a region near the first end face ( 221 ) to an area near the second end face (FIG. 222 ) flows.

Der Erd-Wärmespeicher (300) enthält ein innerhalb eines vorgegebenen Raumbereiches unterhalb einer im Wesentlichen waagerecht angeordneten Bodenplatte (320) angeordnetes Wärmespeichermedium (330), wobei der Primärkreislauf (310) durch ein Wärmeabgaberohr (340) innerhalb einer im Wesentlichen waagerechten Ebene unterhalb der Bodenplatte (320) innerhalb des Wärmespeichermediums (330) geführt ist, und wobei die Bodenplatte (320) einen oberen Endbereich des Wärmespeichermediums (330) und die Ebene des Wärmeabgaberohres (340) einen unteren Endbereich des Wärmespeichermediums (330) vorgibt.The earth heat storage ( 300 ) contains a within a given space area below a substantially horizontally arranged base plate ( 320 ) arranged heat storage medium ( 330 ), the primary circuit ( 310 ) through a heat delivery tube ( 340 ) within a substantially horizontal plane below the bottom plate ( 320 ) within the heat storage medium ( 330 ), and wherein the bottom plate ( 320 ) an upper end portion of the heat storage medium ( 330 ) and the level of the heat delivery tube ( 340 ) a lower end portion of the heat storage medium ( 330 ) pretends.

Als Wärmespeichermedium (330) ist das innerhalb eines vorgegebenen Raumbereiches unterhalb der im Wesentlichen waagerecht angeordneten Bodenplatte (320) vorhandene Erdreich vorgesehen.As a heat storage medium ( 330 ) is within a given space area below the substantially horizontally arranged bottom plate ( 320 ) existing soil provided.

Zwischen der Bodenplatte (320) und der Ebene des Wärmeabgaberohres (360) ist ein in der Nachbarschaft der Bodenplatte (320) angeordnetes Wärmeaufnahmerohr (340) vorgesehen, wobei das Wärmeaufnahmerohr (340) mit in einem Tertiärkreislauf (350) geführter Flüssigkeit befüllt ist, die dem Wärmespeichermedium (330) Wärme entzieht und in ein entfernt angeordnetes Aufnahmemedium einer nicht dargestellten Wärmepumpe einbringt.Between the base plate ( 320 ) and the level of the heat delivery tube ( 360 ) is one in the neighborhood of the bottom plate ( 320 ) arranged heat receiving tube ( 340 ), wherein the heat receiving tube ( 340 ) in a tertiary cycle ( 350 ) led to the heat storage medium ( 330 ) Removes heat and brings in a remotely located recording medium of a heat pump, not shown.

Claims (12)

Kühlungs-Vorrichtung für Photovoltaikelemente mit einem Flüssigkeitskreislauf (110), dessen mit einer Flüssigkeit gefüllte Fluidleitungen (120) zum Zweck einer Wärmeaufnahme in Photovoltaikelemente eingebunden sind, wobei der Flüssigkeitskreislauf (110) zum Einen den Primärkreislauf (210) eines als Wärmetauscher ausgebildeten Haus-Wärmespeichers (200) bildet und den Haus-Wärmespeicher (200) zum Zweck der Abgabe der in den Photovoltaikelementen in die Flüssigkeit eingebrachten Wärme durchströmt, wobei der Flüssigkeitskreislauf (110) zum Anderen zumindest optional auch den Primärkreislauf (310) eines Erd-Wärmespeichers (300) bildet und den Erd-Wärmespeicher (300) zum Zweck einer Abgabe der in den Photovoltaikelementen in die Flüssigkeit eingebrachten Wärme durchströmt, dadurch gekennzeichnet, dass der Haus-Wärmespeicher (200) ein mit einer Speicherflüssigkeit (250) als Wärmespeichermedium gefülltes Gehäuse (220) mit einer ersten Stirnfläche (221) und einer zweiten Stirnfläche (222) aufweist, die über eine Gehäusewand (223) miteinander verbunden sind, wobei der Primärkreislauf (210) innerhalb des Gehäuses (220) durch eine Fluidleitung (225) von einem Bereich nahe der ersten Stirnfläche (221) zu einem Bereich nahe der zweiten Stirnfläche (222) helikal verlaufend geführt ist, wobei innerhalb des Gehäuses (220) eine sich von einem Bereich nahe der ersten Stirnfläche (221) zu einem Bereich nahe der zweiten Stirnfläche (222) helikal wendelförmig erstreckende Trennwand (230) angeordnet ist derart, dass jeweils zwei benachbarte Windungen der Helix einer Fluidleitung (225) von der Trennwand (230) voneinander getrennt sind.Cooling device for photovoltaic elements with a liquid circuit ( 110 ), whose fluid lines filled with a fluid ( 120 ) are incorporated into photovoltaic elements for the purpose of heat absorption, wherein the liquid circuit ( 110 ) on the one hand the primary circuit ( 210 ) of a heat exchanger designed as a house heat storage ( 200 ) and the house heat storage ( 200 ) flows through for the purpose of the delivery of the heat introduced into the liquid in the photovoltaic elements, wherein the liquid circuit ( 110 ) on the other hand, at least optionally also the primary circuit ( 310 ) of an earth heat storage ( 300 ) and the earth heat storage ( 300 ) flows through for the purpose of a discharge of the heat introduced into the liquid in the photovoltaic elements, characterized in that the domestic heat storage ( 200 ) with a storage liquid ( 250 ) as a heat storage medium filled housing ( 220 ) having a first end face ( 221 ) and a second end face ( 222 ), which via a housing wall ( 223 ), the primary circuit ( 210 ) within the housing ( 220 ) through a fluid line ( 225 ) from a region near the first end face ( 221 ) to an area near the second end face (FIG. 222 ) is guided helically, wherein within the housing ( 220 ) extending from an area near the first end face ( 221 ) to an area near the second end face (FIG. 222 ) helically helically extending partition wall ( 230 ) is arranged such that in each case two adjacent turns of the helix of a fluid line ( 225 ) from the partition ( 230 ) are separated from each other. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Primärkreislauf (310) des Erd-Wärmespeichers (300) parallel zu dem Primärkreislauf (210) des Haus-Wärmespeichers (200) geschaltet ist.Device according to claim 1, characterized in that the primary circuit ( 310 ) of the earth heat storage ( 300 ) parallel to the primary circuit ( 210 ) of the house heat storage ( 200 ) is switched. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Primärkreislauf (310) des Erd-Wärmespeichers (300) hinter den Primärkreislauf (210) des Haus-Wärmespeichers (200) geschaltet ist.Device according to claim 1, characterized in that the primary circuit ( 310 ) of the earth heat storage ( 300 ) behind the primary circuit ( 210 ) of the house heat storage ( 200 ) is switched. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine erste Pumpeneinrichtung vorgesehen ist, die die Speicherflüssigkeit (250) in einem Sekundär-Kreislauf (115) außerhalb des Gehäuses (220) von einem Bereich nahe der zweiten Stirnfläche (222) über mindestens ein Wärmeabgabeelement zu einem Bereich nahe der ersten Stirnfläche (221) pumpt, wobei die Speicherflüssigkeit (250) innerhalb des Gehäuses (220) der Trennwand (230) folgend von einem Bereich nahe der ersten Stirnfläche (221) zu einem Bereich nahe der zweiten Stirnfläche (222) fließt.Device according to one of the preceding claims, characterized in that a first pump device is provided which the storage liquid ( 250 ) in a secondary circuit ( 115 ) outside the housing ( 220 ) from an area near the second end face (FIG. 222 ) via at least one heat-emitting element to a region near the first end face ( 221 ), whereby the storage liquid ( 250 ) within the housing ( 220 ) of the partition ( 230 ) following from a region near the first end face ( 221 ) to an area near the second end face (FIG. 222 ) flows. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Erd-Wärmespeicher (300) ein innerhalb eines vorgegebenen Raumbereiches unterhalb einer im Wesentlichen waagerecht angeordneten Bodenplatte (320) angeordnetes Wärmespeichermedium (330) enthält, wobei der Primärkreislauf (310) durch ein Wärmeabgaberohr (340) innerhalb einer im Wesentlichen waagerechten Ebene unterhalb der Bodenplatte (320) innerhalb des Wärmespeichermediums (330) geführt ist, und wobei die Bodenplatte (320) einen oberen Endbereich des Wärmespeichermediums (330) und die Ebene des Wärmeabgaberohres (340) einen unteren Endbereich des Wärmespeichermediums (330) vorgibt.Device according to one of the preceding claims, characterized in that the earth heat storage ( 300 ) within a predetermined space area below a substantially horizontally arranged base plate ( 320 ) arranged heat storage medium ( 330 ), the primary circuit ( 310 ) through a heat delivery tube ( 340 ) within a substantially horizontal plane below the bottom plate ( 320 ) within the heat storage medium ( 330 ), and wherein the bottom plate ( 320 ) an upper end portion of the heat storage medium ( 330 ) and the level of the heat delivery tube ( 340 ) a lower end portion of the heat storage medium ( 330 ) pretends. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass als Wärmespeichermedium (330) das innerhalb eines vorgegebenen Raumbereiches unterhalb der im Wesentlichen waagerecht angeordneten Bodenplatte (320) vorhandene Erdreich vorgesehen ist.Apparatus according to claim 5, characterized in that as a heat storage medium ( 330 ) within a predetermined space area below the substantially horizontally arranged base plate ( 320 ) existing soil is provided. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass als Wärmespeichermedium (330) eine innerhalb eines vorgegebenen Raumbereiches unterhalb der im Wesentlichen waagerecht angeordneten Bodenplatte (320) vorhandene wassergefüllte Zisterne vorgesehen ist.Apparatus according to claim 5, characterized in that as a heat storage medium ( 330 ) one within a predetermined space area below the substantially horizontally arranged bottom plate ( 320 ) existing water-filled cistern is provided. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 5 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen der Bodenplatte (320) und der Ebene des Wärmeabgaberohres (340) ein in der Nachbarschaft der Bodenplatte (320) angeordnetes Wärmeaufnahmerohr (360) vorgesehen ist, wobei das Wärmeaufnahmerohr (360) mit in einem Tertiärkreislauf (350) geführter Flüssigkeit befüllt ist, die dem Wärmespeichermedium (330) Wärme entzieht und in ein entfernt angeordnetes Aufnahmemedium einbringt.Device according to one of claims 5 to 7, characterized in that between the bottom plate ( 320 ) and the level of the heat delivery tube ( 340 ) in the vicinity of the bottom plate ( 320 ) arranged heat receiving tube ( 360 ) is provided, wherein the heat receiving tube ( 360 ) in a tertiary cycle ( 350 ) guided liquid which is the Heat storage medium ( 330 ) Removes heat and introduces into a remote recording medium. Verfahren zum Einbringen der von einer Kühlungs-Vorrichtung (100) für Photovoltaikelemente nach Anspruch 1 erzeugten Wärme in ein Gebäude-Heizsystem mit einem Flüssigkeitskreislauf, dessen mit einer Flüssigkeit gefüllte Fluidleitungen (120) zum Zweck einer Wärmeaufnahme in Photovoltaikelemente eingebunden sind, dadurch gekennzeichnet, dass der Flüssigkeitskreislauf (110) zum Einen den Primärkreislauf (210) eines als Wärmetauscher ausgebildeten Haus-Wärmespeichers (200) bildet und den Haus-Wärmespeicher (200) zum Zweck der Abgabe der in den Photovoltaikelementen in die Flüssigkeit eingebrachten Wärme durchströmt, wobei der Flüssigkeitskreislauf (110) zum Anderen zumindest optional auch den Primärkreislauf (310) eines Erd-Wärmespeicher (300) bildet und den Erd-Wärmespeicher (300) zum Zweck einer Abgabe der in den Photovoltaikelementen in die Flüssigkeit eingebrachten Wärme durchströmt.Method for introducing the device from a cooling device ( 100 ) for photovoltaic elements according to claim 1 in a building heating system with a liquid circuit, which filled with a fluid fluid lines ( 120 ) are incorporated into photovoltaic elements for the purpose of heat absorption, characterized in that the liquid circuit ( 110 ) on the one hand the primary circuit ( 210 ) of a heat exchanger designed as a house heat storage ( 200 ) and the house heat storage ( 200 ) flows through for the purpose of the delivery of the heat introduced into the liquid in the photovoltaic elements, wherein the liquid circuit ( 110 ) on the other hand, at least optionally also the primary circuit ( 310 ) an earth heat storage ( 300 ) and the earth heat storage ( 300 ) flows through for the purpose of delivery of the introduced in the photovoltaic elements in the liquid heat. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass der Primarkreislauf (310) des Erd-Wärmespeichers (300) parallel zu dem Primarkreislauf (210) des Haus-Wärmespeichers (200) geschaltet wird.Method according to claim 9, characterized in that the primary cycle ( 310 ) of the earth heat storage ( 300 ) parallel to the primary cycle ( 210 ) of the house heat storage ( 200 ) is switched. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass der Primärkreislauf (310) des Erd-Wärmespeichers (300) hinter den Primärkreislauf (210) des Haus-Wärmespeichers (200) geschaltet wird.Method according to claim 9, characterized in that the primary circuit ( 310 ) of the earth heat storage ( 300 ) behind the primary circuit ( 210 ) of the house heat storage ( 200 ) is switched. Verfahren nach den Ansprüchen 10 und 11, dadurch gekennzeichnet, dass zum Erreichen einer geeigneten Abkühlung der Photovoltaikelemente eine dosiert gesteuerte Separation von Hintereinanderschaltung und Parallelschaltung von Haus-Wärmespeicher (200) und Erd-Wärmespeicher (300) erfolgt.Method according to claims 10 and 11, characterized in that, in order to achieve a suitable cooling of the photovoltaic elements, a metered controlled separation of series connection and parallel connection of house heat storage ( 200 ) and earth heat storage ( 300 ) he follows.
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