DE102012209322B4

DE102012209322B4 - Solar collector and method of making the same

Info

Publication number: DE102012209322B4
Application number: DE102012209322.2A
Authority: DE
Inventors: Johann Dieter Hemmetzberger; Karin Potje-Kamloth; Sabine Brunklaus; Jens Wüsten
Original assignee: Fraunhofer Gesellschaft zur Forderung der Angewandten Forschung eV
Current assignee: Fraunhofer Gesellschaft zur Forderung der Angewandten Forschung eV
Priority date: 2012-06-01
Filing date: 2012-06-01
Publication date: 2018-04-12
Anticipated expiration: 2032-06-02
Also published as: DE102012209322A1

Abstract

Sonnenkollektor (10) mit folgenden Merkmalen: einem Thermogenerator (12), der ausgebildet ist, um einen ersten Teil einer Strahlungsenergie einer auf einer erste Seite (12a) einstrahlenden Strahlung (16) in elektrische Energie zu wandeln und um einen zweiten Teil der Strahlungsenergie als thermische Energie auf einer der ersten Seite (12a) gegenüberliegenden zweiten Seite (12b) bereitzustellen; und einem Wärmetauscher (14), der mit dem Thermogenerator (12) auf der zweiten Seite (12b) gekoppelt ist und der ausgebildet ist, um zumindest einen Teil der thermischen Energie in ein in dem Wärmetauscher (14) zirkulierendes Medium (18) zu übertragen; wobei der Thermogenerator (12) als Polymerelektronik ausgeführt ist; wobei der Thermogenerator (12) mindestens ein Thermoelement (34) aufweist, welches zwei unterschiedliche Thermomaterialen (38a, 38b) umfasst, die entgegengesetzte Seebeck-Koeffizienten haben und so angeordnet sind, dass sie einen Materialübergang ausbilden; wobei das Thermoelement (34) zwei auf einem Substrat (36) übereinander angeordnete Schichten (38a, 38b) aufweist, wobei die erste Schicht (38a) das erste Thermomaterial (38a) und die zweite Schicht (38b) das zweite Thermomaterial (38b) aufweist; oder wobei der Thermogenerator (12) mindestens ein Thermoelement (44) aufweist, welches zwei unterschiedliche Thermomaterialen (48a, 48b) umfasst, die entgegengesetzte Seebeck-Koeffizienten haben und so angeordnet sind, dass sie einen Materialübergang ausbilden; wobei das erste Thermomaterial (48a) neben dem zweiten Thermomaterial (48b) auf einer ersten Hauptoberfläche des Substrats (46) angeordnet ist und wobei das erste Thermomaterial (48a) mittels einer ersten Metallisierung (50a) und das zweite Thermomaterial (48b) mittels einer zweiten Metallisierung (50b) verbunden ist, wobei die erste und die zweite Metallisierung (50a, 50b) auf einer der ersten Hauptoberfläche gegenüberliegenden zweiten Hauptoberfläche angeordnet sind, und wobei das erste und das zweite Thermomaterial (48a, 48b) durch das Substrat (46) durchkontaktiert sind.A solar collector (10) comprising: a thermal generator (12) adapted to convert a first portion of radiant energy of radiation (16) incident on a first side (12a) into electrical energy and a second portion of radiant energy provide thermal energy on a second side (12b) opposite the first side (12a); and a heat exchanger (14) coupled to the thermal generator (12) on the second side (12b) and configured to transmit at least a portion of the thermal energy to a medium (18) circulating in the heat exchanger (14) ; wherein the thermal generator (12) is designed as polymer electronics; wherein the thermal generator (12) comprises at least one thermocouple (34) comprising two different thermal materials (38a, 38b) having opposite Seebeck coefficients and arranged to form a material junction; wherein the thermocouple (34) comprises two layers (38a, 38b) arranged one above the other on a substrate (36), wherein the first layer (38a) comprises the first thermal material (38a) and the second layer (38b) comprises the second thermal material (38b) ; or wherein the thermal generator (12) comprises at least one thermocouple (44) comprising two different thermal materials (48a, 48b) having opposite Seebeck coefficients and arranged to form a material junction; wherein the first thermal material (48a) is disposed adjacent to the second thermal material (48b) on a first major surface of the substrate (46) and wherein the first thermal material (48a) is metallized by a first metallization (50a) and the second thermal material (48b) Metallization (50b), wherein the first and second metallizations (50a, 50b) are disposed on a second major surface opposite the first major surface, and wherein the first and second thermal materials (48a, 48b) are plated through the substrate (46) are.

Description

Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung beziehen sich auf einen Sonnenkollektor oder auf ein Verfahren zur Herstellung desselben sowie auf die Verwendung eines als Polymerelektronik ausgeführten Thermogenerators.Embodiments of the present invention relate to a solar collector or to a method of manufacturing the same and to the use of a thermal generator designed as polymer electronics.

Sonnenkollektoren dienen zur Gewinnung von Energie aus einer einfallenden Sonnenstrahlung. Bei wolkenlosem Himmel kann je nach Standort des Sonnenkollektors bis 1000 W/m² Energie gewonnen werden. Zur Energiegewinnung werden beispielsweise thermische oder elektrische Sonnenkollektoren eingesetzt.Solar panels are used to recover energy from incident solar radiation. In cloudless skies, depending on the location of the solar collector, up to 1000 W / m ^{2 of} energy can be obtained. For energy generation, for example, thermal or electric solar panels are used.

Thermische Sonnenkollektoren werden zur Gewinnung von thermischer Energie, z. B. für die Beheizung von Häusern, verwendet und basieren darauf, dass in dem Sonnenkollektor ein Medium, wie z. B. Wasser, erwärmt wird. Um die Wärme bzw. thermische Energie von dem Ort der Entstehung (z. B. dem Hausdach, auf dem der Sonnenkollektor angebracht ist) an den Ort der Nutzung (z. B. Wohnraum) zu befördern, wird häufig ein Wasserkreislauf aufgebaut, der die Wärme in einen Wärmespeicher transportiert. Um ausreichend Leistung (z. B. zum Erwärmen eines Hauses) zur Verfügung zu stellen, werden bevorzugterweise große Kollektorflächen mit mehreren Sonnenkollektoren eingesetzt.Thermal solar panels are used to obtain thermal energy, eg. B. for the heating of houses, and based on the fact that in the solar collector, a medium such. As water is heated. In order to transport the heat or thermal energy from the place of origin (eg the roof on which the solar collector is mounted) to the place of use (eg living space), a water circuit is often constructed that uses the water Heat transported in a heat storage. In order to provide sufficient power (eg for heating a house), large collector areas with several solar collectors are preferably used.

Die elektrische Energiegewinnung bzw. Wandlung von sichtbarem Licht (Strahlungsenergie) in elektrische Energie wird durch Solarzellen, die beispielsweise zu einer Photovoltaikanlage zusammengeschaltet sind, ermöglicht. Solarzellen basieren typischerweise auf Halbleitern, wobei für Solarzellen beispielsweise ein monokristallines, polykristallines oder amorphes Siliziummaterial zum Einsatz kommt. Der Wirkungsgrad von Solarzellen liegt je nach Aufbau im Bereich von 3% bis 25%, wobei sich dieser bei zunehmender Erwärmung der Solarzelle verschlechtern kann.The electrical energy production or conversion of visible light (radiation energy) into electrical energy is made possible by solar cells, which are interconnected, for example, to a photovoltaic system. Solar cells are typically based on semiconductors, wherein for solar cells, for example, a monocrystalline, polycrystalline or amorphous silicon material is used. The efficiency of solar cells is depending on the structure in the range of 3% to 25%, which can deteriorate with increasing warming of the solar cell.

Außerdem kann die Wandlung der Strahlungsenergie in Wärmeenergie und anschließend in elektrischer Energie durch Thermoelemente erfolgen, wobei der Wirkungsgrad abhängig ist von den eingesetzten Materialien (hocheffiziente Halbleiter, z. B. Wismuttelluride) und dem Carnot-Wirkungsgrad.In addition, the conversion of the radiant energy into heat energy and then into electrical energy can be effected by thermocouples, wherein the efficiency depends on the materials used (high-efficiency semiconductors, eg bismuth tellurides) and the Carnot efficiency.

Im Stand der Technik sind einige thermische Sonnenkollektoren bekannt. Die EP 1 818 992 A1 beschreibt ein thermisch isolierendes thermoelektrisches Dachelement. Die DE 100 38 891 A beschreibt ein Thermoelement mit einer Vielzahl sich durch ein Substrat erstreckender Löcher. Die DE 10 2010 031 829 A1 beschreibt ein thermoelektrisches Bauelement mit dünnen Schichten. Die DE 10 2006 055 120 A1 beschreibt ein thermoelektrisches Element mit einer porösen Matrix bzw. einem porösen Substrat. Die WO 99/04439 A1 beschreibt ein thermoelektrisches Wandlerelement mit hohem Wirkungsgrad. Die DE 10 2007 055 937 A1 beschreibt einen Thermogenerator mit einem thermischen Akkumulator und einem thermischen Diffusor. Die DE 195 19 978 A1 beschreibt einen thermoelektrischen Sonnenkollektor als Mittel zur gleichzeitigen Nutzung der Solarstrahlung für thermische Zwecke und zur Erzeugung elektrischer Energie. Die GB 2 384 113 A beschreibt ein hybrides Photovoltaikelement. Die WO 2004/004016 A1 beschreibt eine Vorrichtung zur Umwandlung von Sonnenenergie und Wärmeenergie in nutzbare Energie.In the prior art, some thermal solar panels are known. The EP 1 818 992 A1 describes a thermally insulating thermoelectric roof element. The DE 100 38 891 A describes a thermocouple having a plurality of holes extending through a substrate. The DE 10 2010 031 829 A1 describes a thermoelectric device with thin layers. The DE 10 2006 055 120 A1 describes a thermoelectric element with a porous matrix or a porous substrate. The WO 99/04439 A1 describes a thermoelectric transducer element with high efficiency. The DE 10 2007 055 937 A1 describes a thermal generator with a thermal accumulator and a thermal diffuser. The DE 195 19 978 A1 describes a thermoelectric solar collector as a means for the simultaneous use of solar radiation for thermal purposes and for generating electrical energy. The GB 2 384 113 A describes a hybrid photovoltaic element. The WO 2004/004016 A1 describes a device for converting solar energy and heat energy into usable energy.

Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, einen Sonnekollektor zu schaffen, der in einem breiten Einsatzbereich hinsichtlich Effizienz verbessert ist.The object of the present invention is to provide a solar collector which is improved in efficiency in a wide range of applications.

Die Aufgabe wird durch einen Sonnekollektor gemäß Anspruch 1 und ein Verfahren zur Herstellung eines Sonnekollektors gemäß Anspruch 9 gelöst.The object is achieved by a solar collector according to claim 1 and a method for producing a solar collector according to claim 9.

Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung schaffen einen Sonnenkollektor mit einem Thermogenerator und einem Wärmetauscher, wobei der Thermogenerator als Polymerelektronik ausgeführt ist. Der Thermogenerator ist ausgebildet, um einen ersten Teil einer Strahlungsenergie auf einer ersten der einfallenden Strahlung zugewandten Seite in elektrische Energie zu verwandeln und um einen zweiten Teil der Strahlungsenergie als thermische Energie auf einer der ersten Seite gegenüberliegenden zweiten Seite bereitzustellen. Der Wärmetauscher ist mit dem Thermogenerator auf der zweiten Seite gekoppelt und ausgebildet, um zumindest einen Teil der thermischen Energie in ein in dem Wärmetauscher zirkulierendes Medium zu übertragen.Embodiments of the present invention provide a solar collector with a thermogenerator and a heat exchanger, wherein the thermogenerator is designed as polymer electronics. The thermal generator is configured to convert a first portion of radiant energy on a first side facing the incident radiation into electrical energy and to provide a second portion of the radiant energy as thermal energy on a second side opposite the first side. The heat exchanger is coupled to the thermogenerator on the second side and configured to transmit at least a portion of the thermal energy into a medium circulating in the heat exchanger.

Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung basieren darauf, dass erkannt wurde, dass ein Thermogenerator, der als Polymerelektronik ausgeführt ist, mit einem Wärmetauscher, wie er z. B. in thermischen Sonnenkollektoren eingesetzt wird, kombiniert werden kann. Durch diese Kombination ist insbesondere für Sonnekollektoren eine Effizienzsteigerung möglich, da sowohl thermische als auch elektrische Energie auf Basis der Sonneneinstrahlung gewonnen werden kann. Der als Polymerelektronik ausgeführte Thermogenerator ermöglicht hierbei den großflächigen Einsatz desselben, wobei der Thermogenerator beispielsweise als Folie oder als Beschichtung direkt mit dem Wärmetauscher gekoppelt ist bzw. auf diesen aufgebracht ist. Ein weiterer wesentlicher Vorteil liegt darin, dass Thermogeneratoren im Gegensatz zu Solarzellen auch bei hohen Temperaturen, wie sie typischerweise in thermischen Sonnekollektoren vorkommen, eine hohe elektrische Effizienz aufweisen.Embodiments of the present invention are based on the fact that it has been recognized that a thermogenerator, which is designed as a polymer electronics, with a heat exchanger, as z. B. is used in thermal solar panels can be combined. This combination makes it possible to increase efficiency, in particular for solar collectors, since both thermal and electrical energy can be obtained on the basis of solar radiation. The thermogenerator embodied as polymer electronics allows the same to be used over a large area, with the thermogenerator being coupled, for example as a foil or as a coating, directly to the heat exchanger or being applied thereto. Another significant advantage is that thermal generators, in contrast to solar cells, even at high temperatures, as they typically occur in thermal solar collectors, have a high electrical efficiency.

Erfindungsgemäß weist der Thermogenerator mindestens ein, bevorzugt aber mehrere Thermoelemente auf, die jeweils zwei unterschiedliche Thermomaterialien (mit unterschiedlichen Seebeck-Koeffizienten) umfassen. Als Thermomaterialien kommen bei diesem Ausführungsbeispiel bevorzugt organische Halbleiter zum Einsatz, da diese gut auf großen Flächen zu verarbeiten sind. According to the invention, the thermal generator has at least one, but preferably a plurality of thermocouples, each comprising two different thermal materials (with different Seebeck coefficients). As thermal materials, organic semiconductors are preferably used in this embodiment, since they are easy to process on large areas.

Entsprechend einem weiteren Ausführungsbeispiel weist der Thermogenerator zur weiteren Wirkungsgradsteigerung ferner ein oder mehrere Photovoltaikelemente auf, so dass eine dreifache Kombination aus Photovoltaikelement, Thermoelement und Wärmetauscher geschaffen wird.According to a further embodiment, the thermal generator for further increasing the efficiency further comprises one or more photovoltaic elements, so that a triple combination of photovoltaic element, thermocouple and heat exchanger is provided.

Entsprechend weiteren Ausführungsbeispielen schafft die vorliegende Erfindung ein Verfahren zur Herstellung eines Sonnekollektors mit den Schritten des Bereitstellens des Wärmetauschers und des Aufbringens des als Polymerelektronik ausgeführten Thermogenerators. Hierbei wird der Thermogenerator auf den Wärmetauscher so aufgebracht, dass dieser mit einer ersten Seite einer einstrahlenden Strahlung zugewandt ist und auf einer der ersten Seite gegenüberliegenden zweiten Seite mit dem Wärmetauscher gekoppelt ist Das Aufbringen des Thermogenerators kann entsprechend einem ersten Ausführungsbeispiel durch direktes Beschichten der Thermoelemente des Thermogenerators auf den Wärmetauscher erfolgen. Bei dieser großflächigen Beschichtung wird vorteilhafterweise eine Mischung aus Polymer und Thermoelektrika verwendet, wobei die Thermoelektrika beispielsweise organische Materialien sowie Graphit bzw. Kohlenstoffnanoröhrchen aufweisen können. Entsprechend einem weiteren Ausführungsbeispiel kann der Thermogenerator auch erst auf einer Folie erzeugt werden, bevor die die Thermoelemente aufweisende Folie auf den Wärmetauscher aufgebracht wird. Da hierbei ebenso der Thermogenerator auf der Technologie der Polymerelektronik basiert (also organische Halbleitermaterialien aufweist), zeichnet sich der Thermogenerator durch eine hohe Material-Flexibilität aus, was ein gutes Aufbringen desselben auf den Wärmetauscher und eine gute Kopplung zu dem Wärmetauscher ermöglicht.According to further exemplary embodiments, the present invention provides a method for producing a solar collector comprising the steps of providing the heat exchanger and applying the thermal generator designed as polymer electronics. Here, the thermogenerator is applied to the heat exchanger so that it faces with a first side of a radiating radiation and is coupled on a first side opposite the second side with the heat exchanger The application of the thermal generator can according to a first embodiment by direct coating of the thermocouples of Thermogenerators take place on the heat exchanger. In this large-area coating advantageously a mixture of polymer and thermoelectrics is used, wherein the thermoelectrics may include, for example, organic materials and graphite or carbon nanotubes. According to a further embodiment, the thermogenerator can also be generated only on a film before the film having the thermocouples is applied to the heat exchanger. Since the thermogenerator is likewise based on the technology of polymer electronics (that is, has organic semiconductor materials), the thermogenerator is characterized by high material flexibility, which allows it to be applied well to the heat exchanger and to be well coupled to the heat exchanger.

Entsprechend weiteren Ausführungsbeispielen schafft die vorliegende Erfindung eine Verbindung eines oben beschriebenen Thermogenerators in Kombination mit einem Wärmetauscher. Also kann mittels eines als Polymerelektronik ausgeführten und auf einem Wärmetauscher aufgebrachten Thermogenerator eine elektrische Energie beispielsweise auf Basis einer Strahlungsenergie oder auf Basis einer thermischen Energie bereitgestellt werden.According to further embodiments, the present invention provides a combination of a thermal generator described above in combination with a heat exchanger. Thus, by means of a thermoelectric generator designed as polymer electronics and applied to a heat exchanger, an electrical energy can be provided, for example based on a radiation energy or based on a thermal energy.

Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung werden nachfolgend anhand der beiliegenden Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:Embodiments of the present invention will be explained in more detail with reference to the accompanying drawings. Show it:

1 eine schematische Darstellung eines Sonnekollektors mit einem Thermogenerator und einem Wärmetauscher gemäß einem Ausführungsbeispiel; 1 a schematic representation of a solar collector with a thermal generator and a heat exchanger according to an embodiment;

2 eine schematische Darstellung eines weiteren Sonnekollektors mit einem Thermogenerator und einem Wärmetauscher gemäß einem Ausführungsbeispiel; 2 a schematic representation of another solar collector with a thermogenerator and a heat exchanger according to an embodiment;

3 eine exemplarische Darstellung eines Herstellungsverfahren eines Sonnenkollektors gemäß einem Ausführungsbeispiel; 3 an exemplary representation of a manufacturing method of a solar collector according to an embodiment;

4a–4b schematische Darstellungen von Thermoelementen eines Thermogenerators zur Illustration des Aufbaus und der Funktionsweise derselben; und 4a - 4b schematic representations of thermocouples of a thermal generator for illustrating the construction and the operation thereof; and

5a–5b schematische Darstellungen von Thermoelementen eines als Polymerelektronik ausgeführten Thermogenerators gemäß Ausführungsbeispielen. 5a - 5b schematic representations of thermocouples designed as a polymer electronics thermal generator according to embodiments.

Bevor nachfolgende Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung anhand der Figuren näher erläutert werden, wird darauf hingewiesen, dass gleiche bzw. gleichwirkende Elemente mit gleichen Bezugszeichen versehen sind, so dass die Beschreibung derer austauschbar bzw. aufeinander anwendbar ist.Before following embodiments of the present invention will be explained in more detail with reference to the figures, it is pointed out that identical or equivalent elements are provided with the same reference numerals, so that the description of which is interchangeable or mutually applicable.

1 zeigt einen Sonnekollektor 10 mit einem Thermogenerator 12 und einem Wärmetauscher 14. Der Thermogenerator 12 ist mit einer ersten Seite 12a einer einstrahlenden Strahlung 16, z. B. einer Sonnenstrahlung zugewandt. Mit einer zweiten Seite 12b, die der ersten Seite 12a gegenüberliegt, ist der flächige Thermogenerator 12 thermisch, z. B. durch direkten Oberflächenkontakt, mit dem Wärmetauscher 14 verbunden. Um eine möglichst gute thermische Kopplung von dem Wärmetauscher 14 zu dem Thermogenerator 12 herzustellen, ist der Thermogenerator 12 als Polymerelektronik ausgeführt. Polymerelektronik hat den Vorteil einer flexiblen Formgebung, so dass der Thermogenerator 12 auf nichtplanaren Oberflächen, wie sie z. B. bei Wärmetauschern 14 aufgrund einer inneren Verrohrung vorkommen, flächig angeordnet werden kann. Durch die flexibel anpassbare Formgebung des Thermogenerators 12 kann derselbe großflächig (mit einem maximalen Oberflächenanteil) mit dem Wärmetauscher 14 gekoppelt werden. 1 shows a solar collector 10 with a thermogenerator 12 and a heat exchanger 14 , The thermogenerator 12 is with a first page 12a an incoming radiation 16 , z. B. facing a solar radiation. With a second page 12b that's the first page 12a is opposite, is the areal thermogenerator 12 thermally, for. B. by direct surface contact, with the heat exchanger 14 connected. To achieve the best possible thermal coupling of the heat exchanger 14 to the thermogenerator 12 is the thermogenerator 12 designed as polymer electronics. Polymer electronics have the advantage of a flexible shaping, so that the thermogenerator 12 on non-planar surfaces, such as. B. in heat exchangers 14 occur due to an inner casing, can be arranged flat. Due to the flexibly adaptable shape of the thermogenerator 12 It can be the same large area (with a maximum surface portion) with the heat exchanger 14 be coupled.

Bei Einstrahlung der Strahlung 16 auf die Oberfläche bzw. Seite 12a des Thermogenerators 12 erfolgt eine Absorption der Strahlung 16 und eine Erwärmung der Seite 12a, so dass hieraus eine Temperaturdifferenz ΔT zwischen der Seite 12a und der Seite 12b resultiert. Als Folge dieser Temperaturdifferenz ΔT wird eine Thermospannung V in dem Thermogenerator 12 bereitgestellt, die über Anschlüsse (nicht dargestellt) abgegriffen werden kann. In anderen Worten ausgedrückt heißt das, dass der Thermogenerator 12 zumindest einen Teil der Strahlungsenergie der einfallenden Strahlung 16 zuerst in thermische Energie und dann (teilweise) in elektrische Energie umwandelt. In Folge der Erwärmung der ersten Seite 12a erfolgt auch eine (gegebenenfalls verzögerte) Erwärmung der zweiten Seite 12b des Thermogenerators 12.Upon irradiation of the radiation 16 on the surface or side 12a of the thermogenerator 12 there is an absorption of the radiation 16 and a warming of the page 12a , resulting in a temperature difference ΔT between the page 12a and the page 12b results. As a result of this Temperature difference .DELTA.T becomes a thermal voltage V in the thermal generator 12 provided, which can be tapped via terminals (not shown). In other words, that means that the thermogenerator 12 at least part of the radiation energy of the incident radiation 16 first converted into thermal energy and then (partially) into electrical energy. As a result of warming the first page 12a There is also an (possibly delayed) heating of the second side 12b of the thermogenerator 12 ,

Da der Wärmetauscher 14 über die zweite Seite 12b mit dem Thermogenerator 12 thermisch gekoppelt ist, wird der Wärmetauscher 14 und damit ein in dem Wärmetauscher 14 zirkulierendes Medium 18, wie z. B. Wasser oder Luft, erwärmt. Insofern erfolgt unter Zuhilfenahme des Thermogenerators 12, der als Absorber (Wandlung der Strahlungsenergie der Strahlung 16 in thermische Energie) bzw. als Absorberfläche wirkt, eine Energiewandlung von Strahlungsenergie in thermische Energie, die auf das Medium 18 übertragen wird und mittels dieses zu einem Verbraucher transportiert werden kann. Durch die doppelte Energiewandlung wird die Gesamtenergieeffizienz des Sonnenkollektors 10 insgesamt erhöht.As the heat exchanger 14 on the second page 12b with the thermogenerator 12 is thermally coupled, the heat exchanger 14 and thus one in the heat exchanger 14 circulating medium 18 , such as As water or air, heated. In this respect, with the aid of the thermogenerator 12 as an absorber (conversion of radiation energy of radiation 16 in thermal energy) or as an absorber surface, an energy conversion of radiant energy into thermal energy, which acts on the medium 18 is transmitted and can be transported by this to a consumer. Due to the double energy conversion becomes the total energy efficiency of the solar collector 10 increased overall.

2 zeigt eine Schnittdarstellung eines weiteren Ausführungsbeispiels eines Sonnenkollektors 10 mit einem Thermogenerator 12 und einem Wärmetauscher 14. Der Thermogenerator 12 und der Wärmetauscher 14 sind zusammen in ein Gehäuse 20 eingebettet, wobei das Gehäuse 20 auf der der Strahlung 16 zugewandten Seite (vgl. Seite 12a) ein für die Strahlung 16 (z. B. sichtbares Licht) durchlässiges Fenster 22 aufweist. Ferner ist auf der der Strahlung 16 abgewandten Seite, also auf der Rückseite, eine Isolierung 24 zur Reduzierung von Wärmeverlusten im Gehäuse 20 vorgesehen, auf welcher der Wärmetauscher 14 angeordnet ist. Bei diesem Ausführungsbeispiel ist der Wärmetauscher 14 als Anordnung einer Mehrzahl parallel verlaufender und miteinander verbundener Rohre 14a ausgeführt, durch die das zu erwärmende Medium 18 fließen bzw. in welchen das zu erwärmende Medium 18 zirkulieren kann. Aufgrund des Rohrsystems 14a weist der Wärmetauscher 14 eine wellige Oberfläche auf, auf welche der auf organischen Halbleitern basierende Thermogenerator 12 großflächig aufgebracht ist. Der Thermogenerator 12 weist mindestens eins, aber bevorzugt eine Vielzahl von Thermoelementen (nicht dargestellt) auf, die zwei unterschiedliche, organische Thermomaterialien, d. h. Materialien mit unterschiedlichen bzw. entgegengesetzten Seebeck-Koeffizienten, umfassen. 2 shows a sectional view of another embodiment of a solar collector 10 with a thermogenerator 12 and a heat exchanger 14 , The thermogenerator 12 and the heat exchanger 14 are together in a housing 20 embedded, with the case 20 on the radiation 16 facing side (see page 12a ) one for the radiation 16 (eg visible light) permeable window 22 having. Further, on the radiation 16 opposite side, so on the back, an insulation 24 to reduce heat losses in the housing 20 provided, on which the heat exchanger 14 is arranged. In this embodiment, the heat exchanger 14 as an arrangement of a plurality of parallel and interconnected pipes 14a executed, through which the medium to be heated 18 flow or in which the medium to be heated 18 can circulate. Due to the pipe system 14a has the heat exchanger 14 a wavy surface on which the organic semiconductors based thermogenerator 12 is applied over a large area. The thermogenerator 12 comprises at least one but preferably a plurality of thermocouples (not shown) comprising two different organic thermal materials, ie materials having different or opposite Seebeck coefficients.

Entsprechend dem Ausführungsbeispiel aus 1 dient der Thermogenerator 14 einerseits der Umwandlung von Strahlungsenergie in elektrische Energie und andererseits zur Umwandlung von Strahlungsenergie in thermische Energie, um diese dem Wärmetauscher 14 zur Erwähnung des Mediums 18 zur Verfügung zu stellen. Mittels des erwärmten Mediums 18, welches entweder selbständig durch die Rohre 14a zirkuliert oder mittels einer Pumpe durch die Rohre 14 gepumpt wird, wird die thermische Energie z. B. über einen angeschlossenen Wasserkreislauf bzw. allgemein über einen Zu- und Ablauf (nicht dargestellt) nach Außen befördert. Durch das Abführen der Wärme bleibt die Temperatur an der mit dem Thermogenerator 12 gekoppelten Seite und damit an der zweiten Seite 12b des Thermogenerators 12 näherungsweise konstant, so dass sich die für die Erzeugung der elektrischen Energie wichtige (ausreichend hohe) Temperaturdifferenz ΔT zwischen der ersten Seite 12a und der zweiten Seite 12b dauerhaft einstellt.According to the embodiment of 1 serves the thermogenerator 14 on the one hand the conversion of radiant energy into electrical energy and on the other hand, the conversion of radiant energy into thermal energy to this the heat exchanger 14 to the mention of the medium 18 to provide. By means of the heated medium 18 , which either independently through the pipes 14a circulated or by means of a pump through the pipes 14 is pumped, the thermal energy z. B. via an attached water cycle or generally via an inlet and outlet (not shown) transported to the outside. By dissipating the heat, the temperature at the remains with the thermogenerator 12 coupled side and thus on the second page 12b of the thermogenerator 12 approximately constant, so that the important for the generation of electrical energy (sufficiently high) temperature difference .DELTA.T between the first page 12a and the second page 12b permanently set.

3 illustriert exemplarisch ein Herstellungsverfahren des Sonnenkollektors 10 mit den Schritten des Bereitstellens des Wärmetauschers 14 (Schritt 15) und des Aufbringens des Thermogenerators 12 bzw. der Thermomaterialien des Thermogenerators 12 (Schritt 17). Die Thermomaterialien werden beispielsweise mittels Beschichten direkt auf die Oberfläche des Wärmetauschers 14 aufgebracht, so dass die einzelnen Thermoelemente des Thermogenerators 12 ausgebildet werden. Insbesondere bei Verwendung von organischen Materialien, wie sie bei Polymerelektronik eingesetzt werden, bzw. bei Verwendung von einer Mischung aus Polymer und Thermoelektrika können großflächige Thermogeneratoren 12 erzeugt werden. Das Aufbringen bzw. die Beschichtung kann hierbei beispielsweise mittels des Siebdruckverfahrens erfolgen. Entsprechend einem weiteren Ausführungsbeispiel ist es auch möglich, dass eine großflächig mit Thermoelementen beschichtete Folie als Substrat eingesetzt wird, die dann auf den Wärmetauscher 14 aufgebracht bzw. aufgeklebt wird. Diese beiden genannten Herstellungsverfahren zeichnen sich insbesondere durch die kostengünstige Herstellung der Polymer-aufgebauten Thermoelemente aus. 3 exemplifies a manufacturing process of the solar collector 10 with the steps of providing the heat exchanger 14 (Step 15 ) and the application of the thermal generator 12 or the thermal materials of the thermal generator 12 (Step 17 ). The thermal materials are, for example, by means of coating directly on the surface of the heat exchanger 14 applied so that the individual thermocouples of the thermogenerator 12 be formed. Especially when using organic materials, such as those used in polymer electronics, or when using a mixture of polymer and thermoelectrics, large-area thermal generators can be used 12 be generated. The application or the coating can be effected for example by means of the screen printing process. According to a further embodiment, it is also possible that a film coated over a large area with thermocouples is used as substrate, which then onto the heat exchanger 14 is applied or glued. These two mentioned production methods are characterized in particular by the cost-effective production of the polymer-based thermocouples.

Im Folgenden wird nun Bezug nehmend auf 4a und 4b das Prinzip von einem herkömmlichen Thermogenerator bzw. von einem herkömmlichen Thermoelement erläutert, wobei Bezug nehmend 4a und 4b zwei Ausführungsbeispiele der in dieser Erfindung zur Anwendung kommenden Realisierung der Thermoelemente erörtert werden.In the following, reference will now be made to 4a and 4b the principle of a conventional thermogenerator or of a conventional thermocouple explained by reference 4a and 4b two embodiments of the realization of the thermoelements used in this invention will be discussed.

4a zeigt den Aufbau eines Thermoelements 28, welches zwei parallel angeordnete Leiter 28a und 28b aus unterschiedlichen, elektrisch leitfähigen Materialien mit unterschiedlichen Seebeck-Koeffizienten (d. h. Seebeck-Koeffizienten mit unterschiedlichen Vorzeichen) aufweist. An einem Ende der zwei Leiter 28a und 28b sind dieselben mit einer elektrisch leitfähigen Verbindung 28c verbunden. Auf der gegenüberliegenden Seite sind die Enden nicht miteinander verbundenen und dienen so als Kontakt zum Abgriff der Thermospannung des Thermoelements 28. 4a shows the structure of a thermocouple 28 , which two parallel conductors 28a and 28b of different, electrically conductive materials with different Seebeck coefficients (ie Seebeck coefficients with different signs). At one end of the two ladders 28a and 28b are the same with one electrically conductive connection 28c connected. On the opposite side, the ends are not connected to each other and thus serve as a contact for tapping the thermoelectric voltage of the thermocouple 28 ,

Die elektrisch leitfähige Verbindung 28c bzw. die zwei verbundenen Enden der Leiter 28a und 28b liegen auf einer ersten Seite in einem ersten Temperaturbereich T1, während die zwei Kontakte der Leiter 28a und 28b in einem zweiten Temperaturbereich T2 angeordnet sind. Wenn zwischen den zwei Temperaturbereichen T1 und T2 eine Temperaturdifferenz ΔT vorherrscht, wird zwischen den zwei Kontakten der Leiter 28a und 28b eine Spannung V, die sogenannte Thermospannung V, bereitgestellt bzw. aufgebaut. Die Thermospannung V und damit die bereitgestellte elektrische Energie ist umso höher, je höher die Temperaturdifferenz ΔT (ΔT = T2 – T1) ist.The electrically conductive connection 28c or the two connected ends of the conductors 28a and 28b lie on a first side in a first temperature range T1, while the two contacts of the conductors 28a and 28b are arranged in a second temperature range T2. If a temperature difference .DELTA.T prevails between the two temperature ranges T1 and T2, the conductor becomes between the two contacts 28a and 28b a voltage V, the so-called thermoelectric voltage V, provided or built up. The higher the temperature difference .DELTA.T (.DELTA.T = T2 - T1) is the higher the thermal voltage V and thus the electrical energy provided.

4b zeigt eine Mehrzahl von in Reihe geschalteten Thermoelementen 28, deren Leiter 28a und 28b jeweils auf einer ersten Seite über die elektrischen Verbindungen 28c verbunden sind. Auf einer zweiten der ersten gegenüberliegenden Seite ist jeweils der zweite Leiter 28b mit dem ersten Leiter 28a des benachbarten Thermoelements verbunden, um so die Serienschaltung auszubilden. Bei diesem Ausführungsbeispiel ist sowohl auf der ersten als auch auf der zweiten Seite jeweils eine Deckplatte 30, welche beispielsweise aus Keramik ausgeführt sein kann und somit thermisch hoch leitfähig ist, für den Thermogenerator vorgesehen. 4b shows a plurality of series-connected thermocouples 28 whose leader 28a and 28b each on a first page about the electrical connections 28c are connected. On a second of the first opposite side is in each case the second conductor 28b with the first conductor 28a of the adjacent thermocouple so as to form the series circuit. In this embodiment, both on the first and on the second side in each case a cover plate 30 , which may for example be made of ceramic and thus thermally highly conductive, provided for the thermogenerator.

Die Funktionalität des dargestellten Thermogenerators entspricht der Funktionalität des in 4a dargestellten Thermogenerators, so dass also bei einer Temperaturdifferenz ΔT zwischen den zwei Seiten (vgl. Platten 30) zwischen der ersten und der letzten elektrischen Kontaktierung 28d die elektrische Thermospannung V abgegriffen werden kann. Durch die Reihenschaltung der einzelnen Thermoelemente 28 kann die Spannung erhöht bzw. multipliziert werden. Es sein ferner angemerkt, dass entsprechend einem weiteren Ausführungsbeispiel der Thermogenerator eine Vielzahl von parallelgeschalteten Thermoelementen 28 aufweisen kann, wobei durch eine Parallelschaltung die Gesamtstromstärke des Thermogenerators verstärkt wird.The functionality of the illustrated thermal generator corresponds to the functionality of in 4a shown thermogenerator, so that at a temperature difference .DELTA.T between the two sides (see plates 30 ) between the first and the last electrical contact 28d the electrical thermoelectric voltage V can be tapped. Through the series connection of the individual thermocouples 28 the voltage can be increased or multiplied. It should also be noted that according to a further embodiment of the thermal generator, a plurality of parallel-connected thermocouples 28 may be, with a parallel circuit, the total current of the thermogenerator is amplified.

5a zeigt ein Ausführungsbeispiel eines Thermoelements 34 eines als Polymerelektronik ausgeführten Thermogenerators, wie er bei Ausführungsbeispielen von 1 und 2 einsetzbar ist. Das Thermoelement 34 ist auf ein flexibles Substrat, wie z. B. eine Folie 36 oder PET-Folie, PI-Folie oder andere Kunststoff-Folien aufgebracht und weist zwei schichtweise angeordnete Thermomaterialien 38a und 38b auf. Hierdurch wird ein großflächiger Materialübergang zwischen den zwei Thermomaterialien 38a und 38b ausgebildet, wobei das weiter von dem Substrat 36 entfernte Thermomaterial 38b so ausgeführt ist, dass es das Thermomaterial 38a vollständig bedeckt. Somit weist der Bereich des Thermomaterials 38b gegenüber dem Bereich des Thermomaterials 38a eine größere laterale Ausdehnung auf. Beide Thermomaterialien 38a und 38b sind jeweils über einen Anschluss 40a bzw. 40b kontaktierbar, die hier als strukturierte Metallisierungsschicht zwischen dem Substrat 36 und dem Thermomaterial 38a und 38b ausgeführt ist. Zur Isolation der zwei Anschlüsse 40a und 40b ist ein Dielektrikum 42 zwischen denselben und zwischen der Metallisierungsebene und den Thermomaterialien 38a und 38b vorgesehen ist. Dieses Dielektrikum 42 ist in bestimmten Bereichen geöffnet, in denen das jeweilige Thermomaterial 38a bzw. 38b zu den Anschlüssen 40a und 40b durchkontaktiert ist. 5a shows an embodiment of a thermocouple 34 a designed as polymer electronics thermal generator, as in embodiments of 1 and 2 can be used. The thermocouple 34 is on a flexible substrate, such. B. a slide 36 or PET film, PI film or other plastic films applied and has two layered thermo materials 38a and 38b on. This results in a large-area material transition between the two thermal materials 38a and 38b formed, the farther from the substrate 36 removed thermal material 38b designed so that it is the thermal material 38a completely covered. Thus, the area of the thermal material indicates 38b opposite the area of the thermal material 38a a greater lateral extent. Both thermo materials 38a and 38b are each via a connection 40a respectively. 40b Contactable here as a structured metallization between the substrate 36 and the thermal material 38a and 38b is executed. For isolation of the two connections 40a and 40b is a dielectric 42 between them and between the metallization level and the thermal materials 38a and 38b is provided. This dielectric 42 is opened in certain areas where the respective thermal material 38a respectively. 38b to the connections 40a and 40b is plated through.

Das Thermoelement 34 entspricht hinsichtlich der grundsätzlichen Funktionalität dem in 4a bzw. 4b dargestellten Thermoelement, wobei hier bei einer Temperaturdifferenz ΔT zwischen der obersten Schicht (vgl. Thermomaterial 38b) und der untersten Schicht (vgl. Substrat 36) eine Thermospannung V zwischen den Anschlüssen 40a und 40b bereitgestellt wird. Hinsichtlich des Aufbaus und insbesondere hinsichtlich der verwendeten Materialien unterscheidet sich das dargestellte Thermoelement 34 von dem in 4a und 4b dargestellten Thermoelementen. Als Materialien können beispielsweise siebdruckfähige Pastenformulierungen aus Polymer-Vehikeln mit eingearbeiteten feinkörnigen Thermoelektrika (Korngröße bis 30 μm) verwendet werden. Beispielsweise kann das erste Thermomaterial 38a ein organisches Ladungstransfersalz mit negativem Seebeck-Koeffizienten, wie z. B. Tetrahiofulvalen-7,7,8,8-Tetracyanochinodimethan (TTF-TCNQ), sein. Das zweite Thermomaterial 38b kann beispielsweise eine Polymerdruckpaste mit einem positiven Seebeck-Effekt sein, wobei positive Seebeck-Effekte durch Einbringen von Graphitpartikeln (z. B. mit einer Korngröße von 400 nm oder 20 μm) bzw. durch Einbringen von einwandigen Kohlenstoffnanoröhren erreicht werden. Als polymere Trägerpaste (Vehikel) kann beispielsweise eine Terpineol-basierte Paste oder gelöste Polymere wie PVC oder Ethylcellulose verwendet werden.The thermocouple 34 corresponds in terms of basic functionality to the in 4a respectively. 4b shown here at a temperature difference .DELTA.T between the uppermost layer (see 38b ) and the lowest layer (see Substrate 36 ) a thermoelectric voltage V between the terminals 40a and 40b provided. With regard to the structure and in particular with regard to the materials used, the illustrated thermocouple differs 34 from the in 4a and 4b shown thermocouples. As materials, for example, screen printable paste formulations of polymer vehicles with incorporated fine-grained thermoelectrics (grain size up to 30 microns) can be used. For example, the first thermal material 38a an organic charge transfer salt having a negative Seebeck coefficient such. Tetrahydrofulvalene-7,7,8,8-tetracyanoquinodimethane (TTF-TCNQ). The second thermal material 38b may be, for example, a polymer printing paste having a positive Seebeck effect, wherein positive Seebeck effects are achieved by introducing graphite particles (eg with a particle size of 400 nm or 20 μm) or by introducing single-walled carbon nanotubes. As a polymeric carrier paste (vehicle), for example, a terpineol-based paste or dissolved polymers such as PVC or ethyl cellulose can be used.

Die Herstellung eines derartigen Thermoelements 34 erfolgt dadurch, dass zuerst die Folie bzw. das Substrat 36 mit einer Metallisierung (vgl. Anschlüsse 40a und 40b) versehen wird. Nach dem Aufbringen wird die Materialisierungsebene strukturiert, um die Anschlüsse 40a und 40b voneinander zu isolieren zu. In diese Zwischenräume und auf die Metallisierungsebene wird das Dielektrikum 42 aufgebracht, welches zur Durchkontaktierung vor dem strukturierten Aufbringen des ersten und zweiten Thermomaterials 38a und 38b geöffnet wird. Die Thermomaterialien 38a und 38b werden nacheinander also schichtweise aufgebracht, so dass der größtenteils horizontale Materialübergang ausgebildet wird. Es sei ferner angemerkt, dass die zwei Thermomaterialien 38a und 38b jeweils so aufgebracht werden, dass diese in den geöffneten Bereichen des Dielektrikums 42 angeordnet sind und so durch dieses mit den Anschlüssen 40a bzw. 40b verbunden sind. Für das strukturierte Aufbringen der zwei Thermomaterialien 38a und 38b eignen sich als Herstellungsverfahren insbesondere Siebdruck und Dispension.The production of such a thermocouple 34 takes place in that first the film or the substrate 36 with a metallization (see connections 40a and 40b ). After application, the materialization plane is structured around the connections 40a and 40b to isolate from each other. In these spaces and on the metallization is the dielectric 42 applied, which for the via before the structured application of the first and second thermal material 38a and 38b is opened. The thermal materials 38a and 38b are thus successively applied in layers, so that the largely horizontal material transition is formed. It should also be noted that the two thermal materials 38a and 38b each applied so that these in the opened areas of the dielectric 42 are arranged and so through this with the connections 40a respectively. 40b are connected. For the structured application of the two thermal materials 38a and 38b are suitable as a production process, in particular screen printing and dispensing.

5b zeigt ein weiteres Thermoelement 44, welches einen sogenannten Mäanderaufbau aufweist. Dieses Thermoelement 44 ist ebenfalls auf einem Substrat 46 bzw. einer Kunststoff-Folie gebildet, wobei hier die zwei Thermomaterialien 48a und 48b nebeneinander angeordnet sind. Die Thermomaterialien 48a und 48b, die mit den Thermomaterialien 38a und 38b aus 5a vergleichbar sind, sind in Gräben oder Öffnungen des (perforierten) Substrats 46 angeordnet, also durch dieses durchkontaktiert. Ferner sind die zwei Thermomaterialien 48a und 48b auf einer ersten Seite des Substrats 46 elektrisch leitend miteinander verbunden. Bei diesen Ausführungsbeispiel ist eine elektrische Verbindung 48c als Metallisierungsebene zwischen dem Substrat 46 und den Thermomaterialien 48a und 48b ausgeführt. Es sei ferner angemerkt, dass die Metallisierungsebene für die elektrische Verbindung 48c in den Bereichen der Substratöffnungen auch geöffnet ist, so dass die auf der Metallisierungsebene angeordneten Thermomaterialien 48a und 48b ebenfalls durch die Metallisierungsebene durchkontaktiert sind. Auf einer zweiten Seite des Substrats 46 sind die Anschlüsse 50a und 50b zur elektrischen Kontaktierung der zwei Thermomaterialien 38a und 38b angeordnet. Diese zwei Anschlüsse 50a und 50b sind entsprechend dem Ausführungsbeispiel aus 5a durch ein Dielektrikum 52 voneinander isoliert. 5b shows another thermocouple 44 which has a so-called meander structure. This thermocouple 44 is also on a substrate 46 or a plastic film, in which case the two thermal materials 48a and 48b are arranged side by side. The thermo materials 48a and 48b that with the thermo materials 38a and 38b out 5a are in trenches or openings of the (perforated) substrate 46 arranged, so durchkontaktiert through this. Further, the two thermal materials 48a and 48b on a first side of the substrate 46 electrically connected to each other. In this embodiment, an electrical connection 48c as a metallization level between the substrate 46 and the thermal materials 48a and 48b executed. It should also be noted that the metallization level for the electrical connection 48c is also open in the regions of the substrate openings, so that the arranged on the metallization thermal materials 48a and 48b are also plated through the metallization. On a second side of the substrate 46 are the connections 50a and 50b for electrical contacting of the two thermal materials 38a and 38b arranged. These two connections 50a and 50b are according to the embodiment of 5a through a dielectric 52 isolated from each other.

Auch wenn hier die Thermomaterialpaare 48a und 48b vertikal angeordnet sind, entspricht die Funktionalität grundsätzlich dem Thermoelement 34. Durch das zweiseitige Anordnen der einzelnen Schichten, die teilweise durch das perforierte Substrat 46 durchkontaktiert sind, kann ein flexibler und zuverlässiger Aufbau (ohne Ablösungen) gewährleistet werden.Even if the thermo couples here 48a and 48b are arranged vertically, the functionality basically corresponds to the thermocouple 34 , Due to the two-sided arrangement of the individual layers, partially through the perforated substrate 46 Through-plated, a flexible and reliable structure (without detachment) can be ensured.

Bei der Herstellung eines derartigen Thermoelements 44 wird bevorzugterweise eine strukturierte bzw. perforierte Substratfolie 46 verwendet, die von der ersten und der zweiten Seite metallisiert wird. Diese Metallisierungen (vgl. elektrische Verbindung 38c und Anschlüsse 50a und 50b) können nach dem Aufbringen (z. B. Aufdampfen) mittels photolithographischer Verfahren strukturiert werden, bevor dann die Thermomaterialien 48a und 48b aufgebracht werden. Das Aufbringen der Thermomaterialien 48a und 48b kann z. B. Mittels Siebdruckverfahren erfolgen, wobei angemerkt wird, dass die beiden Thermomaterialien 48a und 48b sowohl gleichzeitig als auch nacheinander aufgebracht bzw. in das perforierte Substrat 46 eingebracht werden können.In the manufacture of such a thermocouple 44 is preferably a structured or perforated substrate film 46 used, which is metallized from the first and the second side. These metallizations (see electrical connection 38c and connections 50a and 50b ) can be patterned after application (eg vapor deposition) by means of photolithographic processes, before then the thermal materials 48a and 48b be applied. The application of thermal materials 48a and 48b can z. B. be done by screen printing, it being noted that the two thermal materials 48a and 48b both simultaneously and successively applied or in the perforated substrate 46 can be introduced.

Bezug nehmend auf 2 wird ferner angemerkt, dass der Sonnenkollektor 10 entsprechend einem alternativen Ausführungsbeispiel zusätzlich ein oder mehrere Photovoltaikelemente aufweisen kann, die auf der ersten Seite 12a des Thermogenerators 12, also zwischen dem Thermogenerator 12 und der Glasscheibe 22, angeordnet sind. Diese Photovoltaikelemente sind dazu ausgebildet, um mittels des Photoeffekts die Strahlungsenergie direkt in elektrische Energie zu wandeln. Also bilden bei diesem Ausführungsbeispiel die ein oder mehreren Photovoltaikelemente die Absorberfläche (sowohl für den Thermogenerator 12 als auch für den Wärmetauscher 14), die die Strahlungsenergie in thermische Energie wandelt, auf Basis der durch den Thermogenerator 12 die elektrische Energie bereitgestellt wird bzw. die mittels des Wärmetauschers 14 in das Medium 18 übertragen wird. Es sei ferner angemerkt, dass die ein oder mehreren Photovoltaikelemente bevorzugterweise organische Halbleitermaterialien aufweisen, so dass diese Elemente zusammen mit den Thermoelementen des Thermogenerators 12 hergestellt werden können und eine Einheit bilden. Durch diese dreistufigen Aufbau des Sonnenkollektors kann der Wirkungsgrad weiter gesteigerten werden, da so auf Basis von zwei unterschiedlichen physikalischen Mechanismen der erste Teil der Strahlungsenergie als elektrische Energie bzw. als elektrische Spannung bereitgestellt wird und der zweite Teil mittels des Wärmetauschers 14 zur direkten Wärmegewinnung genutzt werden kann.Referring to 2 it is further noted that the solar collector 10 according to an alternative embodiment may additionally comprise one or more photovoltaic elements on the first side 12a of the thermogenerator 12 So between the thermogenerator 12 and the glass pane 22 , are arranged. These photovoltaic elements are designed to convert the radiation energy directly into electrical energy by means of the photoeffect. Thus, in this embodiment, the one or more photovoltaic elements form the absorber surface (both for the thermal generator 12 as well as for the heat exchanger 14 ), which converts the radiant energy into thermal energy, based on that by the thermogenerator 12 the electrical energy is provided or by means of the heat exchanger 14 into the medium 18 is transmitted. It should also be noted that the one or more photovoltaic elements preferably comprise organic semiconductor materials, so that these elements together with the thermocouples of the thermal generator 12 can be made and form a unit. By this three-stage structure of the solar collector, the efficiency can be further increased, since the first part of the radiant energy is provided as electrical energy or as electrical voltage based on two different physical mechanisms and the second part by means of the heat exchanger 14 can be used for direct heat production.

Bezug nehmend auf 5a und 5b wird ferner angemerkt, dass der Aufbau der Thermoelemente 34 bzw. 44 auch variieren kann. So kann der als Polymerelektronik ausgeführte Thermogenerator beispielsweise eine Vielzahl von nebeneinander angeordneten Thermoelementen 34 bzw. 44 aufweisen, die als Parallelschaltung oder als Reihenschaltung miteinander verbunden sind.Referring to 5a and 5b It is further noted that the construction of the thermocouples 34 respectively. 44 can also vary. For example, the thermal generator designed as polymer electronics can have a multiplicity of thermocouples arranged next to one another 34 respectively. 44 have, which are connected to each other as a parallel connection or as a series circuit.

Auch wenn bei den vorhandenen Ausführungsbeispielen insbesondere die Kombination eines als Polymerelektronik ausgeführten Thermogenerators mit einem Wärmetauscher eines Sonnenkollektors erläutert wurde, wird an dieser Stelle angemerkt, dass ein als Polymerelektronik ausgeführter Thermogenerator ebenso mit andersartigem Wärmetauscher, wie sie z. B. bei Heizungen eingesetzt werden, erfindungsgemäß kombiniert werden kann. Also bezieht sich ein weiteres Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung auf die Verwendung eines als Polymerelektronik ausgeführten Thermogenerators in Kombination mit einer Kühlanlage, einem Heizkörper, einer Heizfläche oder allgemein mit einem Wärmetauscher. Hierbei ist es vorteilhaft, dass der als Polymerelektronik ausgeführte Thermogenerator beispielsweise mittels Beschichtung oder als flexible Folie auf der Oberfläche eines jeglichen Wärmetauschers aufgebracht werden kann, um so auf Basis eines Wärmeenergietransports elektrische Energie zu generieren.Although in the existing embodiments, in particular the combination of running as a polymer electronics thermogenerator with a heat exchanger of a solar collector has been explained, it is noted at this point that executed as a polymer electronics thermogenerator as well with andersartigem heat exchanger, as z. B. used in heaters, can be combined according to the invention. Thus, another embodiment of the present invention relates to the use of a thermal polymer designed as a polymer electronics in combination with a cooling system, a radiator, a heating surface or generally with a heat exchanger. In this case, it is advantageous that the thermal generator embodied as polymer electronics can be applied to the surface of any heat exchanger, for example by means of coating or as a flexible film, so as to generate electrical energy on the basis of thermal energy transport.

Claims

Solar panel ( 10 ) having the following features: a thermal generator ( 12 ) configured to receive a first portion of radiant energy of a first side ( 12a ) radiating radiation ( 16 ) to convert into electrical energy and a second part of the radiation energy as thermal energy on one of the first side ( 12a ) opposite second side ( 12b ) to provide; and a heat exchanger ( 14 ) connected to the thermogenerator ( 12 ) on the second page ( 12b ) and is adapted to at least a portion of the thermal energy in a in the heat exchanger ( 14 ) circulating medium ( 18 ) transferred to; the thermogenerator ( 12 ) is designed as polymer electronics; the thermogenerator ( 12 ) at least one thermocouple ( 34 ), which has two different thermal materials ( 38a . 38b ) having opposite Seebeck coefficients and arranged to form a material junction; where the thermocouple ( 34 ) two on a substrate ( 36 ) superimposed layers ( 38a . 38b ), wherein the first layer ( 38a ) the first thermal material ( 38a ) and the second layer ( 38b ) the second thermal material ( 38b ) having; or wherein the thermal generator ( 12 ) at least one thermocouple ( 44 ), which has two different thermal materials ( 48a . 48b ) having opposite Seebeck coefficients and arranged to form a material junction; the first thermal material ( 48a ) next to the second thermal material ( 48b ) on a first major surface of the substrate ( 46 ) and wherein the first thermal material ( 48a ) by means of a first metallization ( 50a ) and the second thermal material ( 48b ) by means of a second metallization ( 50b ), the first and second metallizations ( 50a . 50b ) are disposed on a second major surface opposite the first major surface, and wherein the first and second thermal materials ( 48a . 48b ) through the substrate ( 46 ) are plated through.

Solar panel ( 10 ) according to claim 1, wherein the thermal generator ( 12 ) as a foil ( 36 ; 46 ) carried out substrate ( 36 ; 46 ) having.

Solar panel ( 10 ) according to claim 2, wherein the thermocouple ( 34 ; 44 ) is adapted to be at a temperature difference (.DELTA.T) between the first and the second side ( 12a . 12b ) of the thermal generator ( 12 ) to generate a thermoelectric voltage (V).

A solar collector according to claim 2 or 3, wherein at least one of the thermal materials ( 38a . 38b ; 48a . 48b ) comprises an organic semiconductor.

Solar panel ( 10 ) according to one of claims 1 to 4, wherein the thermal generator ( 12 ) an organic charge transfer salt as the first thermal material ( 38a . 48a ) and / or a polymer printing paste with incorporated graphite or carbon nanotubes as a second thermal material ( 38b . 48b ).

Solar panel ( 10 ) according to claim 5, wherein the first layer ( 38a ), which from the second layer ( 38b ), with a first metallization ( 40a ), which between the substrate ( 36 ) and the first layer ( 38a ), and wherein the second layer ( 38b ) with a second metallization ( 40b ) connected is.

Solar panel ( 10 ) according to one of the preceding claims, wherein the thermal generator ( 12 ) is executed flat and a plurality of juxtaposed thermocouples ( 28 . 34 . 44 ) having.

Solar panel ( 10 ) according to one of the preceding claims, wherein the thermal generator ( 12 ) has on the first side one or more photovoltaic elements and is designed to convert the first part of the radiation energy partly based on the photoeffect and partly on the basis of thermal effect into electrical energy.

Method for producing a solar collector ( 10 ), comprising the following steps: providing a heat exchanger ( 14 ); and applying a thermoelectric generator designed as polymer electronics ( 12 ) on the heat exchanger ( 14 ), so that this with a first page ( 12a ) of incident radiation ( 16 ) and on one of the first pages ( 12a ) opposite second side ( 12b ) with the heat exchanger ( 14 ) is coupled; the thermogenerator ( 12 ) is adapted to convert a first part of a radiation energy into electrical energy and to provide a second part of the radiation energy as thermal energy, and wherein the thermal generator ( 12 ) is adapted to at least a portion of the thermal energy in a in the heat exchanger ( 14 ) circulating medium ( 18 ) transferred to; the thermogenerator ( 12 ) at least one thermocouple ( 34 ), which has two different thermal materials ( 38a . 38b ), which have opposite Seebeck coefficients and are arranged to form a material junction; where the thermocouple ( 34 ) two on a substrate ( 36 ) superimposed layers ( 38a . 38b ), wherein the first layer ( 38a ) the first thermal material ( 38a ) and the second layer ( 38b ) the second thermal material ( 38b ) having.; or wherein the thermal generator ( 12 ) at least one thermocouple ( 44 ), which has two different thermal materials ( 48a . 48b ) having opposite Seebeck coefficients and arranged to form a material junction; the first thermal material ( 48a ) next to the second thermal material ( 48b ) on a first major surface of the substrate ( 46 ) and wherein the first thermal material ( 48a ) by means of a first metallization ( 50a ) and the second thermal material ( 48b ) by means of a second metallization ( 50b ), the first and second metallizations ( 50a . 50b ) are disposed on a second major surface opposite the first major surface, and wherein the first and second thermal materials ( 48a . 48b ) through the substrate ( 46 ) are plated through.

Method according to claim 9, wherein the step of applying a thermoelectric generator designed as polymer electronics ( 12 ) a sub-step of coating the heat exchanger ( 14 ) with two different thermal materials ( 38a . 38b . 48a . 48b ), wherein the coating is carried out such that at least one thermocouple ( 34 . 44 ) is formed.

A method according to claim 10, wherein the coating is by screen printing.

The method of claim 9, wherein the applying step comprises a sub-step of adhering one to two different thermal materials ( 38a . 38b . 48a . 48b ) coated film ( 36 . 46 ) having.