DE102011085120A1 - Hybrid collector e.g. hybrid absorber, for integrating in watercraft for combined utilization of solar energy by photovoltaic and solar thermal energy systems, has conduit system for guiding fluid medium and made from flexible material - Google Patents
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Abstract
Description
Die Erfindung betrifft einen Hybridkollektor zur kombinierten Nutzung von Sonnenenergie durch Photovoltaik und Solarthermie in mobilen Anwendungen, insbesondere für Land- oder Wasserfahrzeuge.The invention relates to a hybrid collector for the combined use of solar energy by photovoltaic and solar thermal energy in mobile applications, especially for land or water vehicles.
Die Erfindung betrifft weiterhin ein Verfahren zur Herstellung eines Hybridkollektors zur kombinierten Nutzung von Sonnenenergie durch Photovoltaik und Solarthermie in mobilen Anwendungen.The invention further relates to a method for producing a hybrid collector for the combined use of solar energy by photovoltaic and solar thermal energy in mobile applications.
Die Erfindung betrifft weiterhin die Verwendung eines Hybridkollektors in mobilen Anwendungen.The invention further relates to the use of a hybrid collector in mobile applications.
Die Nutzung von Sonnenenergie zur Stromerzeugung durch Photovoltaik mittels Solar- oder Photovoltaikmodulen ist bekannt. Ferner ist die Nutzung von Sonnenenergie durch Solarthermie zur Erwärmung von fluiden Medien durch Sonnenkollektoren bekannt. In Hybridkollektoren oder Hybridabsorbern, auch PVT-Systeme genannt, wurde versucht, die beiden Nutzungsformen zu kombinieren. Diese Hybridkollektoren sind jedoch durch einen komplexen Aufbau sowie komplexe Wechselwirkungen zwischen dem Photovoltaik- und dem Solarthermie-Anteil gekennzeichnet, die beispielsweise zu sinkenden Wirkungsgraden führen können. Die praktische Anwendbarkeit von Hybridkollektoren ist daher auf wenige Bereiche beschränkt und hat sich nicht in der Breite durchgesetzt.The use of solar energy for power generation by photovoltaic means of solar or photovoltaic modules is known. Furthermore, the use of solar energy by solar thermal energy for heating fluid media by solar panels is known. In hybrid collectors or hybrid absorbers, also called PVT systems, an attempt was made to combine the two types of use. However, these hybrid collectors are characterized by a complex structure and complex interactions between the photovoltaic and the solar thermal component, which can lead to decreasing efficiencies, for example. The practicality of hybrid collectors is therefore limited to a few areas and has not prevailed in width.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, einen Hybridkollektor bereitzustellen, der einen oder mehrere der genannten Nachteile reduziert oder beseitigt. Ferner ist es eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen Hybridkollektor bereitzustellen, der für mobile Anwendungen nutzbar ist. Zudem ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen Hybridkollektor bereitzustellen, der einfacher und kostengünstiger herzustellen ist. Eine weitere Aufgabe der Erfindung ist es, ein Herstellungsverfahren für einen solchen Hybridkollektor anzugeben.The object of the present invention is therefore to provide a hybrid collector which reduces or eliminates one or more of the disadvantages mentioned. Further, it is an object of the present invention to provide a hybrid collector usable for mobile applications. In addition, an object of the present invention is to provide a hybrid collector which is simpler and less expensive to manufacture. Another object of the invention is to provide a manufacturing method for such a hybrid collector.
Gemäß einem ersten Aspekt der Erfindung wird diese Aufgabe gelöst durch einen Hybridkollektor zur kombinierten Nutzung von Sonnenenergie durch Photovoltaik und Solarthermie in mobilen Anwendungen, insbesondere für Land- oder Wasserfahrzeuge, umfassend die folgenden Komponenten: eine erste lichtdurchlässige Scheibe, eine zweite lichtdurchlässige Scheibe, eine oder mehrere zwischen den beiden Scheiben angeordnete Solarzellen, ein Fluidleitungssystem zur Führung eines fluiden Mediums durch den Hybridkollektor, eine Isolierschicht und einen Rahmen, wobei das Fluidleitungssystem aus einem flexiblen Material ausgebildet ist.According to a first aspect of the invention, this object is achieved by a hybrid collector for the combined use of solar energy by photovoltaic and solar thermal in mobile applications, especially for land or water vehicles, comprising the following components: a first translucent pane, a second translucent pane, or a plurality of solar cells arranged between the two disks, a fluid conduit system for guiding a fluid medium through the hybrid collector, an insulating layer and a frame, wherein the fluid conduit system is formed of a flexible material.
Der Erfindung liegt die Erkenntnis zugrunde, dass es wünschenswert wäre, Hybridkollektoren in mobilen Anwendungen einzusetzen. Unter mobilen Anwendungen werden hier insbesondere Land- oder Wasserfahrzeuge verstanden, beispielsweise LKW, Züge, PKW, Wohnmobile, Campingfahrzeuge, Baufahrzeuge, mobile Wohncontainer, Segel- oder Motoryachten, Frachter, Fähren, Marinefahrzeuge, Cruiser oder andere Offshore-Anwendungen.The invention is based on the finding that it would be desirable to use hybrid collectors in mobile applications. Under mobile applications are understood in particular land or water vehicles, such as trucks, trains, cars, campers, camping vehicles, construction vehicles, mobile housing containers, sailing or motor yachts, freighters, ferries, marine vehicles, cruisers or other offshore applications.
Diesen mobilen Anwendungsbereichen ist gemein, dass der Platz zur Anbringung von Solarmodulen oder Solarkollektoren begrenzt ist und gleichzeitig, im Gegensatz beispielsweise zu Hausdächern, eine heterogene Oberflächenform besitzt, beispielsweise mit Wölbungen oder unterbrochen durch Aufbauten. Der Anteil an planen Oberflächen ist in den mobilen Anwendungen, insbesondere bei Land- oder Wasserfahrzeugen sehr gering. Der geringe Platzbedarf sowie heterogene Oberflächengeometrien machen die Anwendung bekannter Hybridkollektoren in mobilen Anwendungen, sowohl hinsichtlich der Erstausstattung als auch der Nachrüstung, jedoch schwierig oder gar unmöglich. Zudem können dadurch beispielsweise aerodynamische Eigenschaften der Land- oder Wasserfahrzeuge verschlechtert werden. Auch die Befestigung der Hybridkollektoren auf Land- oder Wasserfahrzeugen stellt besondere Anforderungen, damit eine sichere Befestigung sowohl bei sämtlichen im Anwendungsgebiet möglichen Bewegungen (beispielsweise auch bei Unfällen) sowie auch bei besonderen Randbedingungen und Umwelteinwirkungen (beispielsweise bei starker Wind oder Wellenüberschlag) gewährleistet ist und insbesondere kein Schaden durch sich lösende Hybridkollektoren verursacht werden kann.These mobile application areas have in common that the space for attaching solar modules or solar collectors is limited and at the same time, in contrast to, for example, house roofs, has a heterogeneous surface shape, for example, with bulges or interrupted by structures. The proportion of flat surfaces is very low in mobile applications, in particular for land or water vehicles. The small footprint and heterogeneous surface geometries make the application of known hybrid collectors in mobile applications, both in terms of initial equipment and retrofitting, however, difficult or even impossible. In addition, for example, aerodynamic properties of land or water vehicles can be degraded. The attachment of the hybrid collectors on land or water vehicles makes special demands, so that a secure attachment both in all possible applications in the field (for example, in accidents) and in special conditions and environmental conditions (for example, strong wind or wave flashover) is guaranteed and in particular no damage can be caused by dissolving hybrid collectors.
Es wurde erkannt, dass diese Anforderungen durch einen Hybridkollektor mit dem erfindungsgemäßen Aufbau erfüllt werden können. Zum einen weist der erfindungsgemäße Hybridkollektor die für eine kombinierte Nutzung von Sonnenenergie durch Photovoltaik und Solarthermie erforderlichen Solarzellen und das Fluidleitungssystem für die Erwärmung eines fluiden Mediums auf. Das Fluidleitungssystem eines erfindungsgemäßen Hybridkollektors ist aus einem flexiblen Material ausgebildet. Damit wird der Vorteil erreicht, dass, insbesondere gegenüber Fluidleitungssystemen aus Metall, eine nahezu beliebige Anpassung an Oberflächengeometrien durch das Fluidleitungssystem erfolgen kann. Insbesondere können damit sowohl plane als auch gekrümmte Flächen, beispielsweise räumlich gekrümmte Schalenabschnitte, abgebildet werden. Insbesondere bei Fluidleitungssystemen aus Metall wäre eine Realisierung von räumlich gekrümmten Formen wenn überhaupt nur mit einem erheblich höheren Aufwand verbunden.It has been recognized that these requirements can be met by a hybrid collector having the structure according to the invention. On the one hand, the hybrid collector according to the invention has the solar cells required for a combined use of solar energy by photovoltaics and solar thermal energy and the fluid conduit system for the heating of a fluid medium. The fluid conduit system of a hybrid collector according to the invention is formed of a flexible material. Thus, the advantage is achieved that, in particular with respect to fluid conduit systems made of metal, an almost arbitrary adaptation to surface geometries can be carried out by the fluid line system. In particular, both planar and curved surfaces, for example spatially curved shell sections, can be imaged. In particular, in fluid line systems made of metal, a realization of spatially curved shapes would be connected if at all only with a considerably higher cost.
Zusätzlich hat der erfindungsgemäße Hybridkollektor den Vorteil, dass durch die Wärmeabfuhr über das durch das Fluidleitungssystem strömende Fluid die Solarzellen gekühlt werden und damit ein hoher Wirkungsgrad der Sonnenenergienutzung durch Photovoltaik erzielt werden kann. In addition, the hybrid collector according to the invention has the advantage that the solar cells are cooled by the heat dissipation via the fluid flowing through the fluid conduit system and thus a high efficiency of solar energy utilization can be achieved by photovoltaic.
Vorzugsweise können die erste und/oder die zweite Scheibe ebenfalls entsprechend der gewünschten Form des Hybridkollektors, beispielsweise als plane Konstruktion oder als räumlich gekrümmte Schalenabschnitte, ausgebildet sein. In diesem Fall kann das flexible Fluidleitungssystem der gewünschten, und bereits durch die Scheiben realisierten Form angepasst werden.Preferably, the first and / or the second disc may also be formed according to the desired shape of the hybrid collector, for example as a planar construction or as spatially curved shell sections. In this case, the flexible fluid conduit system of the desired, and already realized by the discs shape can be adjusted.
Auch die Isolierschicht und der Rahmen sind vorzugsweise so ausgebildet, dass sie eine gewünschte Formgebung des erfindungsgemäßen Hybridkollektors ermöglichen.Also, the insulating layer and the frame are preferably formed so as to allow a desired shape of the hybrid collector according to the invention.
Mit dem erfindungsgemäßen Aufbau eines Hybridkollektors ist es somit möglich, sowohl plane als auch räumlich gekrümmte Hybridkollektoren bereitzustellen, die auf individuelle Oberflächengeometrien in mobilen Anwendungsbereichen abgestimmt sein können.With the inventive construction of a hybrid collector, it is thus possible to provide both planar and spatially curved hybrid collectors, which can be tailored to individual surface geometries in mobile applications.
Der Aufbau eines erfindungsgemäßen Hybridkollektors ist vorzugsweise ein schichtweiser Aufbau. Insbesondere ist es bevorzugt, dass ein erster Verbund gebildet wird durch die erste und die zweite lichtdurchlässige Scheibe sowie die dazwischen angeordneten Solarzellen. Ein zweiter Verbund wird vorzugsweise gebildet aus dem Fluidleitungssystem, der Isolierschicht und dem Rahmen. Der erste und der zweite Verbund werden vorzugsweise zu dem erfindungsgemäßen Hybridkollektor verbunden, und zwar vorzugsweise so, dass eine geschlossene, versiegelte, insbesondere fluiddichte, Konstruktion entsteht.The structure of a hybrid collector according to the invention is preferably a layered structure. In particular, it is preferred that a first composite is formed by the first and the second transparent disk and the solar cells arranged therebetween. A second composite is preferably formed from the fluid conduit system, the insulating layer and the frame. The first and the second composite are preferably connected to the hybrid collector according to the invention, preferably so that a closed, sealed, in particular fluid-tight, construction is formed.
Der erfindungsgemäße Hybridkollektor weist weiterhin vorzugsweise einen Anschluss zur Abfuhr erzeugten Stroms, einen Anschluss für die Zufuhr von zu erwärmendem Fluid und einen Anschluss zur Abfuhr erwärmten Fluids auf. Als Fluid kommt vorzugsweise eine Flüssigkeit, wie beispielsweise Wasser oder eine speziell auf das Anwendungsgebiet zugeschnittene Wärmeträgerflüssigkeit, zum Einsatz. Es kann auch ein Gas, wie beispielsweise Luft zum Einsatz kommen.The hybrid collector according to the invention further preferably has a connection for the removal of generated current, a connection for the supply of fluid to be heated and a connection for the removal of heated fluid. The fluid used is preferably a liquid, such as, for example, water or a heat transfer fluid specially tailored to the field of application. It can also be a gas, such as air used.
Die Dicke des Hybridkollektors ist im Verhältnis zu seinen übrigen Ausmaßen gering. Insbesondere ist es bevorzugt, dass die Dicke des Hybridkollektors geringer ist als 50 mm, insbesondere geringer als 40 mm. Besonders bevorzugt ist eine Dicke von 38 mm. Vorzugsweise hat ein erfindungsgemäßer Hybridkollektor eine flächige Ausdehnung von ca. 2 bis 4 qm.The thickness of the hybrid collector is small in relation to its other dimensions. In particular, it is preferred that the thickness of the hybrid collector is less than 50 mm, in particular less than 40 mm. Particularly preferred is a thickness of 38 mm. Preferably, a hybrid collector according to the invention has a surface area of about 2 to 4 square meters.
Für die Ausbildung des erfindungsgemäßen Hybridkollektors sind insbesondere leichte Materialien mit hoher Festigkeit bevorzugt, um in den mobilen Anwendungsgebieten für ein möglichst geringes zusätzliches Gewicht zu sorgen und gleichzeitig eine hohe Lebensdauer zu sichern.For the formation of the hybrid collector according to the invention in particular lightweight materials with high strength are preferred to provide in the mobile application areas for the lowest possible additional weight while ensuring a long service life.
Die Erfindung kann dadurch fortgebildet werden, dass der Hybridkollektor eine Form aufweist, die einem räumlich gekrümmten Schalenabschnitt entspricht.The invention can be further developed in that the hybrid collector has a shape which corresponds to a spatially curved shell section.
Vorzugsweise ist die Form des Hybridkollektors auf die Form des jeweiligen Anwendungsgebiets, beispielsweise eines Autodachs oder eines Yachtdecks, angepasst. Insbesondere haben sich dafür einfach, doppelt oder beliebig räumlich gekrümmte Schalenabschnitte erwiesen.Preferably, the shape of the hybrid collector is adapted to the shape of the respective field of application, for example a car roof or a yacht deck. In particular, have proven simple, double or arbitrarily spatially curved shell sections.
Ferner ist besonders bevorzugt, dass das Fluidleitungssystem und/oder die Isolierschicht und/oder der Rahmen, einen Faser-Matrix-Verbund, vorzugsweise glasfaser- oder kohlenstofffaserverstärkten Kunststoff, aufweisen oder daraus bestehen.Further, it is particularly preferred that the fluid conduit system and / or the insulating layer and / or the frame, a fiber-matrix composite, preferably glass fiber or carbon fiber reinforced plastic, comprise or consist of.
Insbesondere ist es bevorzugt, dass das Fluidleitungssystem aus kohlenstofffaserverstärktem Kunststoff und der Rahmen aus glasfaserverstärktem Kunststoff bestehen.In particular, it is preferred that the fluid conduit system be made of carbon fiber reinforced plastic and the frame of glass fiber reinforced plastic.
Der Einsatz von Faserverbundwerkstoffen, insbesondere faserverstärktem Kunststoff, hat den Vorteil, dass hohe Festigkeiten mit geringem Gewicht kombiniert werden. Es hat sich jedoch auch herausgestellt, dass insbesondere mit einem Fluidleitungssystem aus kohlenstofffaserverstärktem Kunststoff eine verbesserte Wärmeabfuhr über das in dem Fluidleitungssystem strömende Fluid erzielt werden kann. Dies ist insbesondere von Vorteil, um die im Hybridkollektor entstehende Wärme schnell und zuverlässig auf das Fluid zu übertragen und aus dem Hybridkollektor abzuführen, um den Wirkungsgrad der Solarzellen nicht durch zu große Wärme negativ zu beeinträchtigen.The use of fiber composites, in particular fiber-reinforced plastic, has the advantage that high strengths are combined with low weight. However, it has also been found that, in particular with a fluid conduit system made of carbon-fiber-reinforced plastic, improved heat removal via the fluid flowing in the fluid conduit system can be achieved. This is particularly advantageous for transferring the heat arising in the hybrid collector quickly and reliably to the fluid and removing it from the hybrid collector in order not to adversely affect the efficiency of the solar cells due to excessive heat.
Gleichzeitig ermöglichen es Faserverbundwerkstoffe, insbesondere kohlenstofffaserverstärkter Kunststoff, die gewünschte Flexibilität insbesondere des Fluidleitungssystems zu gewährleisten und mit Materialeigenschaften zu verbinden, die eine hohe Lebensdauer und Widerstandsfähigkeit des Hybridkollektors gerade auch in den mobilen Anwendungsbereichen gewährleisten.At the same time, fiber composite materials, in particular carbon fiber reinforced plastic, make it possible to ensure the desired flexibility, in particular of the fluid conduit system, and to combine it with material properties which ensure a long service life and resistance of the hybrid collector, especially in mobile application areas.
Vorzugsweise wird die Erfindung dadurch fortgebildet, dass das Fluidleitungssystem eine, vorzugsweise zumindest abschnittsweise mäanderförmig angeordnete, Leitung aufweist, die vorzugsweise mit der zweiten Scheibe verbunden ist.Preferably, the invention is further developed in that the fluid line system one, preferably at least in sections Has meandering, line, which is preferably connected to the second disc.
In dieser Fortbildungsform weist das Fluidleitungssystem eine Rohrleitung in Form eines Hohlrohrs oder Hohlzylinders auf.In this further development form, the fluid line system has a pipeline in the form of a hollow tube or hollow cylinder.
Die Leitung ist vorzugsweise mit der zweiten Scheibe fluiddicht verbunden, vorzugsweise mit einer der den Solarzellen abgewandten Seite der zweiten Scheibe. Die Verbindung ist vorzugsweise fluiddicht, beispielsweise stoffschlüssig durch Kleben hergestellt. Besonders bevorzugt ist der Einsatz einer wärmeleitfähigen Verbindung, beispielsweise durch Wärmeleitklebstoffe, um den Wärmetransport von der Glasscheibe zum Fluidleitungssystem und dem darin strömenden Fluid zu verbessern. Vorzugsweise ist die Leitung zumindest abschnittsweise mäanderförmig oder auch in Harfenform ausgebildet angeordnet.The line is preferably fluid-tightly connected to the second disc, preferably with one side of the second disc facing away from the solar cells. The connection is preferably fluid-tight, for example produced by adhesive bonding. Particularly preferred is the use of a thermally conductive compound, for example by Wärmeleitklebstoffe to improve the heat transfer from the glass to the fluid conduit system and the fluid flowing therein. Preferably, the line is at least partially meander-shaped or formed in harp shape.
Diese Fortbildungsform hat zum einen den Vorteil, dass die Wärmeabfuhr werter verbessert werden kann und andererseits die Bauhöhe des Hybridkollektors reduziert wird.This further development has the advantage that the heat dissipation can be improved value and on the other hand, the height of the hybrid collector is reduced.
Die Erfindung kann dadurch fortgebildet werden, dass der Hybridkollektor zumindest eine gebogene Randseite aufweist.The invention can be further developed in that the hybrid collector has at least one curved edge side.
Zur weiteren Verbesserung der Anpassbarkeit des erfindungsgemäßen Hybridkollektors ist es bevorzugt, dass der Hybridkollektor nicht notwendigerweise eine rechteckige Grundform mit vier geraden Randseiten aufweist, sondern zumindest eine der Randseiten zumindest abschnittsweise bogenförmig oder gerundet ausgebildet ist. Besonders bevorzugt ist beispielsweise eine Grundform mit zwei geraden Randseiten und drei Ecken, wobei zwei der drei Ecken durch eine zumindest abschnittsweise gebogene Randseite ausgebildet ist. In einer bevorzugten Ausbildung weist ein Umfang des Hybridkollektors somit nicht mehr als drei Ecken auf. Möglich ist auch eine Variante, bei der ein Umfang des Hybridkollektors vier Ecken aufweist und eine oder mehrere gebogene Randseiten hat.To further improve the adaptability of the hybrid collector according to the invention, it is preferred that the hybrid collector does not necessarily have a rectangular basic shape with four straight edge sides, but at least one of the edge sides is at least partially arcuate or rounded. Particularly preferred is, for example, a basic shape with two straight edge sides and three corners, wherein two of the three corners is formed by an at least partially curved edge side. In a preferred embodiment, therefore, a circumference of the hybrid collector does not have more than three corners. Also possible is a variant in which a circumference of the hybrid collector has four corners and has one or more curved edge sides.
Die Erfindung kann dadurch fortgebildet werden, dass zwei, mehrere oder alle der Komponenten miteinander stoffschlüssig und/oder fluiddicht verbunden sind, vorzugsweise durch Kleben.The invention can be further developed in that two, several or all of the components are connected to one another in a material-bonded and / or fluid-tight manner, preferably by gluing.
Insbesondere ist bevorzugt, dass die zwei Scheiben und die dazwischen angeordneten Solarzellen als Laminat ausgebildet sind. Weiter ist bevorzugt, dass das Fluidleitungssystem mit der Isolierschicht auf dem Rahmen verklebt ist. Ferner ist es bevorzugt, dass diese beiden Verbundteile ebenfalls miteinander verklebt werden, so dass insbesondere eine Leitung des Fluidleitungssystems mit einer den Solarzellen abgewandten Seite der zweiten Scheibe verbunden wird.In particular, it is preferred that the two disks and the solar cells arranged therebetween are formed as a laminate. It is further preferred that the fluid conduit system is glued to the insulating layer on the frame. Furthermore, it is preferred that these two composite parts are also glued together, so that in particular a line of the fluid line system is connected to a side facing away from the solar cell of the second disc.
Die Erfindung kann dadurch fortgebildet werden, dass die Solarzellen in einer Folie, vorzugsweise einer Silikonfolie, eingebettet sind.The invention can be developed by the fact that the solar cells are embedded in a foil, preferably a silicone foil.
Die Einbettung der Solarzellen in eine, vorzugsweise flexible, Folie, beispielsweise eine Silikonfolie, hat den Vorteil, dass diese Folie mit den Solarzellen ebenfalls sehr leicht eine gewünschte, räumlich gekrümmte Form einnehmen kann. Weiterhin lässt sich so in vorteilhafter Weise ein gewünschter Verbund, insbesondere ein Laminat, aus den beiden Scheiben und der Folie mit den Solarzellen herstellen.The embedding of the solar cells in a, preferably flexible, film, for example a silicone film, has the advantage that this film can also very easily assume a desired, spatially curved shape with the solar cells. Furthermore, it is thus advantageously possible to produce a desired composite, in particular a laminate, from the two panes and the film with the solar cells.
Die Erfindung ist ferner vorzugsweise gekennzeichnet durch eine, vorzugsweise als Siebdruck auf eine der beiden Scheiben aufgebrachte, UV-Schutzschicht, die derart ausgebildet und angeordnet ist, dass sie UV-Lichteinfall auf die Solarzellen nicht behindert.The invention is further preferably characterized by a, preferably as a screen printing applied to one of the two panes, UV protection layer, which is designed and arranged such that it does not hinder UV light incidence on the solar cells.
Die UV-Schutzschicht dient dazu, die nicht von Solarzellen bedeckte Fläche des Hybridkollektors abzudecken und ist beispielsweise gitterartig aufgebaut, so dass eine gleichmäßige, matrixförmige Anordnung der Solarzellen zwischen den Gitterstreifen der UV-Schutzschicht möglich ist. Besonders bevorzugt ist eine Aufbringung auf eine der den Solarzellen zugewandten Seite einer der beiden Scheiben, vorzugsweise auf der den Solarzellen zugewandten Seite der ersten Scheibe.The UV protective layer serves to cover the surface of the hybrid collector which is not covered by solar cells and is constructed, for example, in the manner of a grid, so that a uniform, matrix-like arrangement of the solar cells between the grid strips of the UV protective layer is possible. Particularly preferred is an application to one of the solar cells facing side of one of the two panes, preferably on the solar cell facing side of the first disc.
Die Erfindung kann dadurch fortgebildet werden, dass die erste und/oder die zweite lichtdurchlässige Scheibe als Glasscheibe, vorzugsweise als gehärtete, insbesondere chemisch gehärtete, Glasscheibe ausgebildet ist bzw. sind.The invention can be further developed in that the first and / or the second translucent disc is or are formed as a glass pane, preferably as a hardened, in particular chemically hardened, glass pane.
Die Verwendung gehärteter Glasscheiben hat den Vorteil, dass diese Scheiben in der Herstellung gebogen werden können, um eine gewünschte räumlich gekrümmte Hybridkollektor-Geometrie abzubilden. Wenn beide Scheiben entsprechend gekrümmt ausgebildet werden, können die Solarzellen, insbesondere wenn sie in einer Folie eingebettet sind, so dazwischen angeordnet und mit den beiden Scheiben zusammen laminiert werden, dass ein erster Verbund mit der gewünschten räumlichen Krümmung entsteht.The use of tempered glass has the advantage that these disks can be bent in fabrication to form a desired spatially-curved hybrid collector geometry. If both slices are made correspondingly curved, the solar cells, in particular if they are embedded in a foil, can be arranged therebetween and laminated together with the two slices so as to form a first bond with the desired spatial curvature.
Vorzugsweise werden Scheiben mit einer Stärke von 1 bis 19 mm eingesetzt, besonders bevorzugt für bestimmte Anwendungsfälle ist eine Stärke von weniger als 10 mm, insbesondere von 2 mm zur Sonne zugewandten Seite.It is preferable to use disks having a thickness of 1 to 19 mm, particularly preferred for certain applications being a thickness of less than 10 mm, in particular of 2 mm facing the sun.
Die Erfindung kann dadurch fortgebildet werden, dass das Fluidleitungssystem, vorzugsweise die zuvor beschriebene Leitung, und die Isolierschicht derart ausgebildet und angeordnet sind, dass das Fluidleitungssystem, vorzugsweise die zuvor beschriebene Leitung, im Wesentlichen innerhalb der Isolierschicht angeordnet ist. The invention can be further developed in that the fluid conduit system, preferably the previously described conduit, and the insulating layer are designed and arranged such that the fluid conduit system, preferably the previously described conduit, is arranged substantially inside the insulating layer.
Die Isolierschicht ist vorzugsweise so auf das Fluidleitungssystem angepasst, dass das Fluidleitungssystem derart in der Isolierschicht angeordnet werden kann, dass die kombinierte Bauhöhe von Fluidleitungssystem und Isolierschicht im Wesentlichen der Bauhöhe der Isolierschicht alleine entspricht. Dies kann vorzugsweise dadurch erzeugt werden, dass die Isolierschicht Ausnehmungen aufweist, die in ihrer Form an das Fluidleitungssystem angepasst sind, so dass das Fluidleitungssystem in den Ausnehmungen der Isolierschicht aufgenommen werden kann. Vorzugsweise erstrecken sich die Ausnehmungen über die gesamte Höhe der Isolierschicht, so dass die Isolierschicht im Wesentlichen nur zwischen den, beispielsweise mäanderförmig angeordneten, Abschnitten des Fluidleitungssystems angeordnet ist.The insulating layer is preferably adapted to the fluid line system, that the fluid conduit system can be arranged in the insulating layer, that the combined height of fluid conduit system and insulating layer substantially corresponds to the height of the insulating layer alone. This can preferably be produced by the insulating layer having recesses which are adapted in their shape to the fluid conduit system, so that the fluid conduit system can be received in the recesses of the insulating layer. Preferably, the recesses extend over the entire height of the insulating layer, so that the insulating layer is arranged substantially only between, for example meandering arranged, sections of the fluid conduit system.
Die Erfindung kann ferner dadurch fortgebildet werden, dass der Rahmen als Schale mit einer Rückwand und einem Rand ausgebildet ist, wobei vorzugsweise eine Flächenausdehnung der Rückwand im Wesentlichen einer Flächenausdehnung des Hybridkollektors und eine Höhenausdehnung des Rands im Wesentlichen einer zur Flächenausdehnung rechtwinkligen Höhenausdehnung des Hybridkollektors entspricht.The invention may be further developed in that the frame is designed as a shell with a rear wall and an edge, wherein preferably a surface extent of the rear wall substantially corresponds to a surface extent of the hybrid collector and a height extent of the edge substantially corresponds to a perpendicular to the surface extent height extent of the hybrid collector.
In dieser Fortbildungsform ist es bevorzugt, dass die Komponenten schichtweise so angeordnet sind, dass ihre kombinierte Bauhöhe bzw. Dicke der Bauhöhe bzw. Höhenausdehnung des Rahmenrands entspricht. Auf diese Weise lässt sich in vorteilhafter Weise eine geschlossene und versiegelte Konstruktion herstellen. Ferner hat diese Fortbildungsform, insbesondere auch in Kombination mit der zuvor beschriebenen Fortbildungsform, den Vorteil, dass die Rückwand des Rahmens eine stabile Fläche zur Auflage der Isolierschicht und des Fluidleitungssystems darstellt.In this embodiment, it is preferred that the components are arranged in layers so that their combined height or thickness corresponds to the height or height extent of the frame edge. In this way, a closed and sealed construction can be produced in an advantageous manner. Furthermore, this further development form, in particular also in combination with the further development form described above, has the advantage that the rear wall of the frame represents a stable surface for supporting the insulating layer and the fluid line system.
Ein weiterer Aspekt der Erfindung betrifft ein Hybridkollektorsystem mit einem erfindungsgemäßen Hybridkollektor oder einem seiner zuvor beschriebenen Fortbildungen sowie mindestens einer Steuereinheit, die ausgebildet ist, einen Anschluss des Hybridkollektors zur Abfuhr erzeugten Stroms wahlweise mit einem Stromverbraucher oder mit einer Stromspeichereinrichtung zu verbinden und/oder einen Anschluss des Hybridkollektors zur Abfuhr erwärmten Fluids wahlweise mit einem System zum Gebrauch der Wärmeenergie, beispielsweise einem Warmwasserbereiter, oder einem Speicher zur Speicherung der Wärmeenergie zu verbinden.A further aspect of the invention relates to a hybrid collector system with a hybrid collector according to the invention or one of its developments described above and at least one control unit, which is designed to selectively connect a connection of the hybrid collector to the discharge with a current consumer or to a current storage device and / or a connection the hybrid collector for discharging heated fluid optionally with a system for using the heat energy, such as a water heater, or a storage to store the heat energy to connect.
Insbesondere in den mobilen Anwendungsgebieten ist es bevorzugt, dass der erzeugte Strom entweder direkt verbraucht oder gespeichert werden kann und/oder erwärmtes Fluid direkt oder indirekt verwendet wird, beispielsweise zur Warmwasseraufbereitung oder gespeichert wird, beispielsweise durch Übertragung der Wärme des erwärmten Fluids über einen Wärmetauschen an ein Speichermedium. Hierzu ist vorzugsweise eine Steuereinheit vorgesehen, welche die Umschaltung vornimmt, beispielsweise durch manuelle, zeit- oder ereignisgesteuerte Auslösung. Alternativ können auch zwei getrennte Steuereinheiten vorgesehen sein.Particularly in mobile applications, it is preferred that the power generated be either directly consumed or stored and / or heated fluid used directly or indirectly, for example for hot water preparation or storage, for example by transferring the heat of the heated fluid via heat exchange a storage medium. For this purpose, a control unit is preferably provided, which performs the switching, for example by manual, time or event-triggered release. Alternatively, two separate control units can be provided.
Gemäß eines weiteren Aspekts der Erfindung wird die Aufgabe gelöst durch ein Verfahren zur Herstellung eines Hybridkollektors, insbesondere eines zuvor beschriebenen erfindungsgemäßen Hybridkollektors oder einer seiner Fortbildungen, zur kombinierten Nutzung von Sonnenenergie durch Photovoltaik und Solarthermie in mobilen Anwendungen, umfassend die Schritte: Herstellen eines ersten Verbunds von zwei lichtdurchlässigen Scheiben mit einer oder mehreren dazwischen angeordneten Solarzellen, Herstellen eines zweiten Verbunds von einem Rahmen, einer Isolierschicht und einem Fluidleitungssystem aus einem flexiblen Material zur Führung eines fluiden Mediums durch den Hybridkollektor, Verbinden des ersten und zweiten Verbunds.According to a further aspect of the invention, the object is achieved by a method for producing a hybrid collector, in particular a hybrid collector according to the invention described above or one of its further developments, for the combined use of solar energy by photovoltaic and solar thermal in mobile applications, comprising the steps: producing a first composite of two translucent sheets having one or more solar cells interposed therebetween, forming a second composite of a frame, an insulating layer, and a fluid conduit system of a flexible material for conducting a fluid medium through the hybrid collector, joining the first and second interconnections.
Das erfindungsgemäße Verfahren hat den Vorteil, dass durch die Herstellung von zunächst zwei separaten Verbundkonstruktionen die Herstellung von sowohl planen als auch räumlich gekrümmten Hybridkollektoren ermöglicht und vereinfacht wird. Der erste Verbund wird vorzugsweise als Laminat von zwei Scheiben mit dazwischen angeordneten Solarzellen, vorzugsweise in einer Folienschicht eingebettet, hergestellt. Dabei ist es, insbesondere bei Verwendung von Glasscheiben, möglich, eine räumlich gekrümmte erste Verbundstruktur zu schaffen. Durch die Verwendung eines flexiblen Fluidleitungssystems im zweiten Verbund ist es möglich, auch diesen zweiten Verbund plan oder räumlich gekrümmt, insbesondere passend zum ersten Verbund, herzustellen. Insbesondere wenn im ersten und zweiten Verbund unterschiedliche Materialien eingesetzt werden, ist die getrennte Herstellung des ersten und zweiten Verbunds mit Vorteilen verbunden. Diese beiden Verbundkonstruktionen, die vorzugsweise in ihrer Form zueinander passend ausgebildet sind, werden anschließend ebenfalls miteinander verbunden, vorzugsweise durch einen Stoffschluss, insbesondere durch Kleben.The method according to the invention has the advantage that the production of initially two separate composite structures makes possible and simplifies the production of both planar and spatially curved hybrid collectors. The first composite is preferably produced as a laminate of two panes with solar cells arranged between them, preferably embedded in a foil layer. It is possible, in particular when using glass panes, to create a spatially curved first composite structure. By using a flexible fluid conduit system in the second composite, it is also possible to make this second composite flat or spatially curved, in particular matching the first composite. In particular, if different materials are used in the first and second composite, the separate production of the first and second composite is associated with advantages. These two composite structures, which are preferably designed to match each other in shape, are then also connected to each other, preferably by a material bond, in particular by gluing.
Durch dieses Herstellungsverfahren lassen sich insbesondere auch individuell geformte Hybridkollektoren mit geringem Aufwand bereitstellen, die beispielsweise als Nachrüstlösung für verschiedene Fahrzeugtypen oder auf individuelle Anwendungsgeometrien angepasst sein können.By this manufacturing process can be especially individually shaped Provide hybrid panels with little effort, which can be adapted for example as a retrofit solution for different vehicle types or individual application geometries.
Das erfindungsgemäße Verfahren kann insbesondere fortgebildet werden, um die zuvor beschriebenen Fortbildungsformen des erfindungsgemäßen Hybridkollektors herzustellen. Zu den Vorteilen, Ausführungsvarianten und Ausführungsdetails dieser Verfahrensfortbildungen wird auf die vorangegangene Beschreibung zu den entsprechenden Vorrichtungsmerkmalen verwiesen.The method according to the invention can be developed in particular in order to produce the above-described forms of further development of the hybrid collector according to the invention. For the advantages, design variants and execution details of these method developments, reference is made to the preceding description of the corresponding device features.
Ein weiterer Aspekt der Erfindung betrifft die Verwendung eines erfindungsgemäßen Hybridkollektors oder einer seiner zuvor beschriebenen Fortbildungen in mobilen Anwendungen, insbesondere für ein Land- oder Wasserfahrzeug. Dabei ist es besonders bevorzugt, dass der Hybridkollektor auf einer Außenfläche eines Land- oder Wasserfahrzeugs angeordnet ist, insbesondere bei Nachrüstlösungen, oder, insbesondere bei Erstausrüstungen, in die Außenfläche eines Land- oder Wasserfahrzeugs integriert ist. Auf diese Weise lassen sich aerodynamisch besonders günstige Strukturen schaffen.Another aspect of the invention relates to the use of a hybrid collector according to the invention or one of its previously described developments in mobile applications, in particular for a land or watercraft. It is particularly preferred that the hybrid collector is arranged on an outer surface of a land vehicle or watercraft, in particular in retrofit solutions, or, in particular in original equipment, is integrated into the outer surface of a land or watercraft. In this way aerodynamically very favorable structures can be created.
Insbesondere bei Nachrüstlösungen ist es bevorzugt, einen oder mehrere erfindungsgemäße Hybridkollektoren auf einer Unterkonstruktion anzuordnen, die auf einer Außenfläche eines Land- oder Wasserfahrzeugs angeordnet und mit dieser sicher verbunden wird. Auf diese Weise kann zu einem ein aerodynamisch günstiger Übergang zwischen Außenfläche des Land- oder Wasserfahrzeugs und der Oberfläche der Hybridkollektoren geschaffen werden und andererseits der Verbindungsaufwand, insbesondere bei mehreren Hybridkollektoren, auf der Außenfläche eines Fahrzeugs minimiert werden.Particularly in the case of retrofit solutions, it is preferable to arrange one or more hybrid collectors according to the invention on a substructure which is arranged on an outer surface of a land vehicle or watercraft and securely connected thereto. In this way, an aerodynamically favorable transition between the outer surface of the land vehicle or watercraft and the surface of the hybrid collectors can be created and, on the other hand, the connection effort, in particular in the case of several hybrid collectors, on the outer surface of a vehicle can be minimized.
Bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung werden beispielhaft anhand der beiliegenden Figuren beschrieben. Es zeigen:Preferred embodiments of the invention will be described by way of example with reference to the accompanying figures. Show it:
Der in
Die gitterförmig ausgebildete UV-Schutzschicht
Der Rahmen
Das Fluidleitungssystem
Die Isolierschicht
Das Fluidleitungssystem
In
Die Hybridkollektoren
Durch die erfindungsgemäße Bauform der Hybridkollektoren
Der Anschluss
Alternativ können die beiden Steuereinheiten
Claims (15)
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DE102011085120A DE102011085120A1 (en) | 2011-10-24 | 2011-10-24 | Hybrid collector e.g. hybrid absorber, for integrating in watercraft for combined utilization of solar energy by photovoltaic and solar thermal energy systems, has conduit system for guiding fluid medium and made from flexible material |
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Cited By (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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CN107553760A (en) * | 2017-10-30 | 2018-01-09 | 镇江环太硅科技有限公司 | A kind of guide rail integral structure |
WO2018098600A1 (en) * | 2016-12-02 | 2018-06-07 | Scheller Luzius | Flexible, thermally-insulated hybrid collectors |
US10505492B2 (en) | 2016-02-12 | 2019-12-10 | Solarcity Corporation | Building integrated photovoltaic roofing assemblies and associated systems and methods |
DE102019008575A1 (en) * | 2019-12-05 | 2021-06-10 | Eugeniusz Stepniewski | Hybrid solar collector for roofing |
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2011
- 2011-10-24 DE DE102011085120A patent/DE102011085120A1/en not_active Withdrawn
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