DE102013201940A1 - Receiver für Solaranlagen, Solaranlage und Fassadenisolierung - Google Patents
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Abstract
Die Erfindung betrifft einen Receiver (1) zur Umwandlung von Sonnenstrahlung in nutzbare Energie umfassend ein transparentes Hüllrohr (2) und wenigstens eine im Hüllrohr (2) angeordnete Solarzelle (3). Das Hüllrohr (2) ist erfindungsgemäß mit Wärmeträgerfluid (4) gefüllt und weist Zufuhr- und Auslassöffnungen für Wärmeträgerfluid (4) zur Erzeugung einer Durchströmung des Hüllrohrs (2) auf. Die wenigstens eine Solarzelle (3) wird dabei von dem Wärmeträgerfluid (4) umströmt. Die Erfindung betrifft weiterhin eine Solaranlage (10) mit einem linienförmig fokussierenden optischen Element (12), in dessen Fokuslinie ein erfindungsgemäßer Receiver (1) angeordnet ist. Die Erfindung betrifft weiterhin eine Fassadenisolierung (20) mit einer Dämmstoffschicht (21) und wenigstens einem auf der Dämmstoffschicht (21) angeordneten, erfindungsgemäßen Receiver (1).
Description
- Die Erfindung betrifft einen Receiver zur Umwandlung von Sonnenstrahlung in nutzbare Energie. Darüber hinaus betrifft die Erfindung eine Solaranlage sowie eine Fassadenisolierung mit wenigstens einem erfindungsgemäßen Receiver.
- Es ist weithin bekannt, Photovoltaikzellen zur Umwandlung von Sonnenstrahlung in elektrische Energie zu verwenden. Entsprechende Photovoltaikzellen weisen eine aktive Fläche auf und liefern, wenn Sonnenstrahlung auf diese aktive Fläche auftrifft, elektrische Energie.
- Zur Effizienzsteigerung ist weiterhin bekannt Sonnenstrahlung, bevor sie auf eine Photovoltaikzelle auftrifft, mithilfe eines optischen Elementes – beispielsweise einer Linse oder eines gekrümmten Spiegels – zu bündeln. Wird eine Photovoltaikzelle im Fokus eines entsprechenden optischen Elementes angeordnet, ist die Strahlungsintensität der auf die aktive Fläche der Zelle auftretenden Sonnenstrahlung erhöht und es kann mehr elektrische Energie gewonnen werden.
- Insbesondere bei Photovoltaikzellen, die im Fokus eines optischen Elementes angeordnet sind, können aufgrund der Strahlungsintensität der auf die Photovoltaikzelle auftreffenden Sonnenstrahlung Temperaturen auftreten, welche die Photovoltaikzelle beschädigen oder gar zerstören können.
- Im Stand der Technik ist es bekannt, auf der von dem optischen Element abgewandten Seite einer Photovoltaikzelle und somit an einer nicht-aktiven Fläche der Photovoltaikzelle eine Kühlleitung vorzusehen, die mit der Photovoltaikzelle wärmeleitend verbunden ist und von einem Wärmeträgerfluid durchströmt wird. Bei einer entsprechenden Anordnung wird die an der Photovoltaikzelle entstehende Wärme durch das Wärmeträgerfluid abtransportiert. Das Wärmeträgerfluid wird dabei erwärmt, wobei diese Wärme als thermische Energie nutzbar gemacht werden kann. Entsprechende Vorrichtungen sind beispielsweise aus der
WO 2007/021325 A1 WO 2012/055055 A1 - Nachteilig an diesem Stand der Technik ist, dass die Photovoltaikzelle vor äußeren Einflüssen ungeschützt auf einer Kühlleitung angeordnet ist und der Wärmeübergang zwischen Photovoltaikzelle und das die Kühlleitung durchströmende Wärmeträgerfluid nicht optimal ist.
- Der Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, einen gegenüber dem Stand der Technik verbesserten Receiver zur Umwandlung von Sonnenstrahlung in nutzbare Energie sowie eine verbesserte Solaranlage und eine verbesserte Fassadenisolierung zu schaffen.
- Diese Aufgabe wird gelöst durch einen Receiver gemäß dem Hauptanspruch sowie eine Solaranlage und eine Fassadenisolierung gemäß den nebengeordneten Ansprüchen. Vorteilhafte Weiterbildungen sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.
- Demnach betrifft die Erfindung einen Receiver zur Umwandlung von Sonnenstrahlung in nutzbare Energie umfassend ein transparentes Hüllrohr und wenigstens eine im Hüllrohr angeordnete Solarzelle, wobei das Hüllrohr mit Wärmeträgerfluid gefüllt ist und Zufuhrund Auslassöffnungen für Wärmeträgerfluid zur Erzeugung einer Durchströmung des Hüllrohrs aufweist, bei der die wenigstens eine Solarzelle von dem Wärmeträgerfluid umströmt wird.
- Die Erfindung betrifft weiterhin eine Solaranlage mit einem linienförmig fokussierenden optischen Element, in dessen Fokuslinie ein erfindungsgemäßer Receiver angeordnet ist.
- Die Erfindung betrifft weiterhin eine Fassadenisolierung mit einer Dämmstoffschicht und wenigstens einem auf der Dämmstoffschicht angeordneten, erfindungsgemäßen Receiver.
- Bei dem erfindungsgemäßen Receiver kann mithilfe der wenigstens einen Solarzelle auf den Receiver auftreffende Sonnenstrahlung in elektrische Energie umgewandelt werden. Es können auch mehrere Solarzellen entlang des Hüllrohrs angeordnet sein, wobei die Solarzellen dann bevorzugt in Reihe geschaltet sind. Es entsteht so ein langgestreckter Receiver, der sich besonders für den Einsatz in Solaranlagen mit einem linienförmig fokussierenden optischen Element eignet. Auch ist es möglich mehrere Solarzellen entlang des Hüllrohres beabstandet voneinander anzuordnen. Ein entsprechender Receiver eignet sich bspw. für die Verwendung in einer Solaranlage mit nebeneinander angeordneten punktförmig fokussierenden optischen Elementen, wobei die Solarzellen im Hüllrohr des Receivers dann so ausgeordnet sind, dass sich jeweils eine Solarzelle im Fokus eines optischen Elementes befindet. Auch hier können die Solarzellen bevorzugt in Reihe geschaltet sein. Durch eine Reihenschaltung der Solarzellen wird die durch einen Receiver erzeugbare Spannung erhöht, wodurch Leitungsverluste reduziert werden können.
- Bei der wenigstens einen Solarzelle kann es sich um Photovoltaik- oder Thermovoltaikzellen handeln, die jeweils wenigstens eine aktive Fläche aufweisen, die zur Umwandlung von darauf auftreffender Sonnenstrahlung in elektrische Energie ausgebildet ist.
- Die an den Solarzellen entstehende Wärme kann über das Wärmeträgerfluid, mit dem das Hüllrohr gefüllt ist bzw. von dem das Hüllrohr durchströmt wird, abgeführt und als Wärmeenergie nutzbar gemacht werden.
- Indem das Wärmeträgerfluid aufgrund der Umströmung der wenigstens einen Solarzelle in direktem thermischen Kontakt zu dieser steht und insbesondere kein gesonderter Wärmeleiter dazwischen angeordnet ist, ist der Wärmeübergang von Solarzelle zum Wärmeträgerfluid gegenüber dem Stand der Technik verbessert. Darüber hinaus sind die aktiven Flächen der wenigstens einen Solarzelle durch das Hüllrohr, in dem die wenigstens eine Solarzelle angeordnet ist, gut vor äußeren Einflüssen geschützt.
- Es ist bevorzugt, wenn die wenigstens eine Solarzelle einen oder mehrere flexible Halter aufweist, die sich an der Innenwand des Hüllrohrs verschiebbar abstützen. Mithilfe dieser Halter kann eine Solarzelle im Hüllrohr gehaltert werden, wobei wenigstens ein Teil der Haltekraft durch die Rückstellkraft der flexiblen Halter aufgebracht werden kann. In diesem Fall wird die wenigstens eine Solarzelle mithilfe der Halter also klemmend in dem Hüllrohr fixiert. Indem sich die Halter der Solarzelle verschiebbar an der Innenwand des Hüllrohres abstützen, können Spannungen aufgrund unterschiedlicher Wärmeausdehnung des Hüllrohrs einerseits und der Solarzelle bzw. der Halter andererseits vermieden oder zumindest reduziert werden.
- Es ist weiter bevorzugt, wenn der oder wenigstens ein Teil der flexiblen Halter zusammen mit der wenigstens einen Solarzelle den Innenraum des Hüllrohrs in zwei Teilräume unterteilt, die dann fluiddicht voneinander getrennt sind. Eine entsprechende Halterung kann bspw. als zwei sich über die gesamte Länge des Hüllrohrs erstreckende Dichtlippen ausgebildet sein, die an einer Seite fest mit der Solarzelle verbunden sind und mit ihrem freien Ende jeweils an der Innenwand des Hüllrohrs anliegen.
- Insbesondere ist bevorzugt, wenn die Unterteilung des Innenraums des Hüllrohrs in zwei Teilräume durch den Halter derart erfolgt, dass die aktive Fläche der wenigstens einen Solarzelle vollständig Teil der Begrenzung eines der beiden Teilräume ist, während die Begrenzung des anderen Teilraumes keine aktive Fläche einer Solarzelle umfasst.
- Es ist möglich, die aktive Fläche der wenigstens einen Solarzelle unmittelbar angrenzend an das Hüllrohr anzuordnen. Durch eine entsprechende Anordnung wird das von den Sonnenstrahlen zwischen Hüllrohr und Solarzelle zu durchquerende Volumen an Wärmeträgerfluid minimiert oder ist überhaupt nicht vorhanden. Es ist besonders bevorzugt, wenn das Hüllrohr in diesem Bereich eben ausgestaltet ist. Das angesprochene, von den Sonnenstrahlen zu durchquerende Volumen von Wärmeträgerfluid kann so bei kostengünstigen ebenen Solarzellen weiter reduziert oder vollständig vermieden werden.
- Es kann vorgesehen sein, ein optisches Element am Receiver vorzusehen, mit dem auf den Receiver auftreffende Strahlung auf einer Fokuslinie gebündelt wird, wobei dann die wenigstens eine Solarzelle auf diese Fokuslinie mit der aktiven Seite zum optischen Element hin gerichtet angeordnet ist. Das optische Element kann bspw. eine spiegelnde Beschichtung eines Abschnitts des Hüllrohrumfangs sein. Bei einer solchen Ausführung tritt die Strahlung zunächst in das Hüllrohr ein, durchquert das Hüllrohr bis sie auf die spiegelnde Beschichtung auftrifft, wodurch sie dann auf die aktive Fläche der wenigstens einen Solarzelle umgelenkt wird. Ein vergleichbarer Strahlengang lässt sich auch mit einem außerhalb des Hüllrohrs angeordneten Spiegelelement erreichen. Das Spiegelelement oder das Hüllrohr im Bereich der spiegelnden Beschichtung weist vorzugsweise auf der von der spiegelnden Fläche abgewandten Seite eine thermische Isolierung auf.
- Es kann auch vorgesehen sein, wenigstens ein optisches Element am Receiver vorzusehen, mit dem auf den Receiver auftreffende Strahlung auf mehrere Fokuspunkte entlang des Receivers gebündelt wird und jeweils wenigstens eine Solarzelle in diesen Fokuspunkten mit der aktiven Seite zu dem optischen Element hin gerichtet angeordnet ist. Ist die auf den Receiver auftreffende Strahlung bereits linienförmig fokussiert und befindet sich der Receiver in dieser Fokuslinie kann das wenigstens eine optische Element auch als auf jeweils eine oder mehrere voneinander beabstandete Fokuslinien senkrecht zur Länge des Receivers ausgebildet sein. Durch eine so erreichte zweifache linienförmige Fokussierung, bei der die Fokuslinien der ersten Fokussierung auf den Receiver und der zweiten Fokussierung durch das wenigstens eine optische Element senkrecht zueinander stehen, ergibt sich ebenfalls eine Mehrzahl von Fokuspunkten. In diesen Fokuspunkten ist dann jeweils wenigstens eine Solarzelle angeordnet.
- Es kann vorgesehen sein, dass das Wärmeträgerfluid zumindest in dem Bereich vor der aktiven Seite der wenigstens einen Solarzelle einen Brechungsindex aufweist, aufgrund dessen die einfallende Strahlung auf die wenigstens eine Solarzelle umgelenkt oder konzentriert wird. Je nach Formgebung des Hüllrohres und des gegebenenfalls durch andere optische Elemente beeinflussten Strahlengangs der Sonnenstrahlung, kann durch eine geeignete Wahl des Brechungsindex’ des Wärmeträgerfluids eine (ggf. weitere) Bündelung der Strahlung auf die wenigstens eine Solarzelle erreicht werden.
- Es kann auch vorgesehen sein, dass das Wärmeträgerfluid zumindest in dem Bereich vor der aktiven Seite der wenigstens einen Solarzelle Schwebeteilchen aufweist, mit denen die das Wärmeträgerfluid durchquerende Strahlung homogenisiert wird. Durch eine entsprechende Homogenisierung kann der Wirkungsgrad der Solarzellen erhöht werden.
- Es ist bevorzugt, wenn das Wärmeträgerfluid in dem von der aktiven Seite der Solarzellen abgewandten Bereich strahlungsabsorbierende Schwebeteilchen aufweist. In diesen Bereich des Receivers gelangende Strahlung kann so effektiv in Wärmeenergie umgesetzt werden. Für die Gewährleistung, dass Wärmeträgerfluid mit entsprechenden strahlungsabsorbierenden Schwebeteilchen nicht in den Bereich vor der aktiven Seite der Solarzellen gelangt, ist ein in zwei Teilräume unterteilter Innenraum des Hüllrohrs – wie er bspw. durch die oben beschriebenen Halterung erreicht wird – bevorzugt.
- Sofern das verwendete Wärmeträgerfluid nicht vollständig elektrisch isolierend wirkt, ist es erforderlich, die Solarzellen mit einer Kapselung zu versehen. Mit einer entsprechenden Kapselung werden ein direkter Kontakt der Solarzellen mit dem Wärmeträgerfluid und eine daraus resultierende Kurzschlussgefahr vermieden. Durch eine entsprechende Kapselung wird der Wärmeübergang von Solarzellen zum Wärmeträgerfluid aber nur minimal beeinträchtigt. Sofern die Solarzelle ein oder mehrere flexible Halter aufweist (siehe oben), sind diese Halter vorzugsweise einstückig mit der Kapselung ausgebildet.
- Die Kapselung ist vorzugsweise aus Fluorpolymerfolien (wie bspw. Ethylen-Tetrafluorethylenfolie), Polyimiden (wie bspw. Kapton von der Firma Dupont) und/oder Dünnglasscheiben. Auch ist bevorzugt, wenn an der wenigstens einen Solarzelle Strömungselemente angeformt sind, die eine Verwirbelung des Wärmeträgerfluids bei Umströmung der Solarzellen bewirken. Der Wirkungsgrad der Wärmeübertragung von Solarzellen auf das Wärmeträgerfluid kann dadurch erhöht werden. Die Strömungselemente können auch einstückig mit einer Kapselung ausgeführt sein.
- Sofern das verwendete Wärmeträgerfluid vollständig elektrisch isolierend ist, kann auf eine Verkapselung der wenigstens einen Solarzelle verzichtet werden.
- Um Wärmeverluste beim erfindungsgemäßen Receiver weiter zu reduzieren, ist es bevorzugt, wenn das Hüllrohr doppelwandig ausgestaltet ist, wobei zwischen den einzelnen Wänden des Hüllrohrs vorzugsweise ein Vakuum herrscht.
- Das Hüllrohr kann auch als Teil einer Stegplatte ausgebildet sein. Das Hüllrohr ist dann eine zu zwei Seiten offene Hohlkammer einer Stegplatte. Das Hüllrohr oder die Stegplatte ist bevorzugt aus PMMA oder Polycarbonat, welches vorzugsweise UV-geschützt ist.
- Bei dem verwendeten Wärmeträgerfluid handelt es sich bevorzugt um eine Calciumchloridlösung, die ggf. mit Schwebeteilchen versetzt ist (siehe oben). Alternativ können Thermoöle, vorzugsweise elektrisch isolierende Thermoöle, als Wärmeträgerfluid verwendet werden.
- Der erfindungsgemäße Receiver wird bevorzugt in einer Solaranlage eingesetzt, die ein linienförmig fokussierendes optisches Element umfasst, in dessen Fokuslinie ein erfindungsgemäßer Receiver angeordnet ist. Eine entsprechende Solaranlage ist Gegenstand des nebengeordneten Anspruchs. Zur Erläuterung der Solaranlage wird auf die oben stehenden Ausführungen verwiesen. Das linienförmig fokussierende optische Element kann bspw. eine Spiegelrinne oder eine lineare Fresnellinse sein. Unter entsprechende Solaranlagen fallen auch solche, die eine Reihe von punktförmig fokussierenden optischen Elementen aufweisen, deren Fokuspunkte auf einer geraden Linie liegen, wobei sich der Receiver entlang der Linie an Fokuspunkten erstreckt. Ein entsprechendes Fokusmuster wird bspw. durch nebeneinander in einer Reihe angeordnete punktförmig fokussierende Fresnellinsen erreicht. Die aktive Fläche der wenigstens einen Solarzelle des Receivers ist in der Regel dem optischen Element zugewandt.
- Es ist bevorzugt, wenn die Solaranlage einen Stirling Motor, eine Organic Rankine Cycle (ORC) Anlage oder eine thermische Kältemaschine umfasst, die mit im Receiver erwärmtem Wärmeträgerfluid betrieben wird.
- Die Solaranlage ist bevorzugt einachsig (hinsichtlich der Elevation) oder zweiachsig (hinsichtlich der Elevation und des Azimut) der Sonne nachführbar. Dadurch kann gewährleistet werden, dass sich der Receiver im Tagesverlauf in der Fokuslinie des linienförmig fokussierenden optischen Elements befindet.
- Sofern eine Solaranlage zwei Receiver oder mehr aufweist, können diese bevorzugt parallel – bspw. mit einer Tichelmann-Schaltung – angebunden sein.
- Die Erfindung betrifft weiterhin eine Fassadenisolierung mit einer Dämmstoffschicht mit wenigstens einem auf der Dämmstoffschicht angeordneten erfindungsgemäßen Receiver. Die aktive Fläche der wenigstens einen Solarzelle des Receivers kann von der Dämmstoffschicht weg weisen.
- Vorzugsweise ist zwischen Dämmstoffschicht und dem wenigstens einen Receiver wenigstens ein auf eine vertikale oder horizontale Linie fokussierendes Spiegelelement vorgesehen, wobei der wenigstens eine Receiver in der Fokuslinie wenigstens eines Spiegelelementes angeordnet ist. Die aktive Fläche der wenigstens einen Solarzelle des Receivers ist bei dieser Ausführung in der Regel dem optischen Spiegelelement zugewandt. Die vertikale oder horizontale Anordnung der Fokuslinie des Spiegelelementes bezieht sich dabei auf den ordnungsgemäß angebrachten Zustand der Fassadenisolierung an einer Fassade.
- Die Erfindung wird nun anhand vorteilhafter Ausführungsformen unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen beispielhaft beschrieben. Es zeigen:
-
1 ein erstes Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Receivers; -
2 ein zweites Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Receivers; -
3 ein drittes Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Receivers; -
4 ein erstes Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Solaranlage; -
5 ein erstes Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Fassadenisolierung; und -
6 ein zweites Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Fassadenisolierung. -
1 zeigt eine Detaildarstellung eines ersten Ausführungsbeispiels eines erfindungsgemäßen Receivers1 zur Umwandlung von Sonnenstrahlung in nutzbare Energie. - Der Receiver
1 umfasst ein transparentes Hüllrohr2 und im Hüllrohr2 angeordnete Solarzellen3 . Das Hüllrohr2 ist langgestreckt, mit Wärmeträgerfluid4 gefüllt und weist an seinen Enden jeweils Öffnungen auf (nicht dargestellt), durch die Wärmeträgerfluid4 in das Hüllrohr2 eingebracht und aus diesem abgeführt werden kann, so dass sich eine Durchströmung des Hüllrohres2 mit Wärmeträgerfluid4 ergibt. - Die im Hüllrohr
2 angeordneten Solarzellen3 weisen jeweils eine aktive Fläche5 auf. Trifft Sonnenstrahlung auf diese aktive Fläche5 auf, so kann sie in elektrische Energie umgewandelt werden. Die einzelnen Solarzellen3 sind über eine Leitung6 elektrisch miteinander verbunden. Die Solarzellen3 werden von dem das Hüllrohr2 durchströmenden Wärmeträgerfluid4 vollständig umströmt. Das Wärmeträgerfluid4 ist dabei elektrisch isolierend und schadet den Zellen und ihrer Verschaltung auch nicht in anderer Weise, so dass auf Maßnahmen, die Solarzellen3 vor dem Wärmeträgerfluid4 zu schützen, um bspw. Kurzschlüsse zu vermeiden, verzichtet werden kann. Das Wärmeträgerfluid4 ist weiterhin transparent und weist einen Brechungsindex auf, aufgrund dessen wenigstens ein Teil der einfallenden Sonnenstrahlung auf eine Solarzelle3 umgelenkt wird. Ein entsprechender beispielhafter Strahlengang ist mit Ziffer90 bezeichnet. - Die einzelnen Solarzellen
3 weisen flexible Halter7 auf, mit denen sie im Hüllrohr2 gehaltert werden. Die Halter7 stützen sich an der Innenwand des Hüllrohrs2 ab und sind in der dargestellten Position derart vorgespannt, dass sie gegen die Innenwand des Hüllrohrs2 drücken. Sie sind entlang dieser Innenwand dennoch grundsätzlich verschiebbar, d.h. die Solarzellen3 sind gegenüber der Innenwand des Hüllrohres2 allein aufgrund von Reibschluss zwischen Hüllrohr2 und Halter7 fixiert. - Bei der Verwendung des Receivers
1 aus1 gelangt auf den Receiver1 auftreffende Sonnenstrahlung durch das Hüllrohr2 zu den aktiven Flächen5 der Solarzellen3 und wird dort in elektrische Energie umgewandelt. Die bei dieser Umwandlung entstehende Wärme wird durch das Wärmeträgerfluid4 abtransportiert und kann nutzbar gemacht werden. -
2 zeigt eine Detaildarstellung eines zweiten Ausführungsbeispiels eines erfindungsgemäßen Receivers1 . Der Receiver1 umfasst ein Hüllrohr2 , wie dieses auch beim Ausführungsbeispiel gemäß1 verwendet wird. Es wird daher auf die oben stehenden Erläuterungen zum Hüllrohr2 verwiesen. - Die Solarzellen
3 sind über eine Leiterplatte auf der von der aktiven Flächen5 abgewandten Seite (nicht dargestellt) zu einem Solarzellenstreifen zusammengefasst, der sich entlang des Hüllrohrs2 erstreckt. Um direkten Kontakt der Solarzellen3 mit dem Wärmeträgerfluid4 und damit ggf. einhergehende Kurzschlussgefahr zu vermeiden, sind die Solarzellen mit einer Kapselung8 versehen. Einstückig mit dieser Kapselung8 sind die Halter7 ausgebildet, wobei die Halter7 als Dichtlippen ausgebildet sind, die sich über die gesamte Länge des Hüllrohrs2 erstrecken und dessen Innenraum in zwei Teilräume unterteilen. In dem Teilraum, der wenigstens teilweise von den aktiven Flächen5 der Solarzellen3 begrenzt ist, ist das Wärmeträgerfluid4 transparent, im anderen Teilraum ist das Wärmeträgerfluid4 mit strahlungabsorbierenden Schwebeteilchen versetzt. - Im Ausführungsbeispiel gemäß
2 ist es aufgrund der Kapselung8 nicht erforderlich, dass das Wärmeträgerfluid4 elektrisch isolierend ist. - In
3 ist ein drittes Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Receivers in einer Detaildarstellung gezeigt. Das Hüllrohr2 ist, wie in den vorangegangenen Ausführungsbeispielen langgestreckt, mit Wärmeträgerfluid4 gefüllt und weist an seinen Enden jeweils Öffnungen auf (nicht dargestellt), durch die Wärmeträgerfluid4 in das Hüllrohr2 eingebracht und aus diesen abgeführt werden kann, so dass sich eine Durchströmung des Hüllrohres2 mit Wärmeträgerfluid4 ergibt. Das Hüllrohr2 ist in diesem Ausführungsbeispiel doppelwandig ausgestaltet, womit sich eine bessere Wärmeisolierung gegenüber der Umgebung ergibt. In einem Abschnitt über den Umfang gesehen weist das Hüllrohr2 an seiner Innenseite eine spiegelnde Beschichtung als optisches Element9 auf. - Die Solarzellen
3 sind wie im zweiten Ausführungsbeispiel zu einem Solarzellenstreifen zusammengefasst, wobei der Solarzellenstreifen mit Haltern7 gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel versehen ist. Zur Erläuterung wird auf die obigen Ausführungen verwiesen. Auf der Rückseite der Solarzellen3 sind Strömungselemente3’ angeformt, die eine Verwirbelung des Wärmeträgerfluides4 bei Umströmung der Solarzellen3 bewirken. - Die aktive Fläche
5 der Solarzellen3 ist der spiegelnden Beschichtung9 zugewandt. Das Wärmeträgerfluid4 ist elektrisch isolierend (weshalb auf eine Kapselung der Solarzellen3 verzichtet werden kann) und transparent. Auf den Receiver1 auftreffende Sonnenstrahlung kann daher das Hüllrohr2 durchqueren, bevor es durch die spiegelnde Beschichtung9 auf die aktive Fläche5 der Solarzellen umgelenkt wird. Ein entsprechender Strahlengang ist exemplarisch dargestellt (Bezugsziffer90 ). - In
4 ist eine erfindungsgemäße Solaranlage10 dargestellt. Die Solaranlage10 umfasst eine Kollektoreinheit11 mit einem linienförmig fokussierenden Element12 und einem langgestreckten Receiver1 , der gemäß einer der1 bis3 ausgestaltet ist. Der Receiver1 ist entlang der Fokuslinie des linienförmig fokussierenden Elements12 angeordnet und wird dort mithilfe von Tragarmen13 gehalten. Bei dem linienförmig fokussierenden Element12 handelt es sich um eine halbparaboloide Spiegelrinne. Die Zu- und Ableitungen für das Wärmeträgerfluid sind aus Gründen der Übersichtlichkeit nicht dargestellt. - Die Kollektoreinheit
11 umfassend das linienförmig fokussierende Element12 und den Receiver1 ist um eine Schwenkachse14 schwenkbar gelagert, wobei die Schwenkachse14 entlang einer Kante des linienförmig fokussierenden Elements12 verläuft. Über ein Antriebselement15 lässt sich die Kollektoreinheit11 um die Schwenkachse14 verschwenken. Die Kollektoreinheit11 lässt sich so hinsichtlich der Elevation dem Stand der Sonne nachführen. - Die Kollektoreinheit
11 ist weiterhin auf einem Drehwerk16 angeordnet. Mithilfe dieses Drehwerkes16 lässt sich die Kollektoreinheit11 um eine Achse17 senkrecht zu der Schwenkachse14 der Kollektoreinheit11 drehen. Durch das Verschwenken der Kollektoreinheit11 einerseits und das Drehen derselben um die Drehachse17 des Drehwerks16 andererseits wird eine zweiachsige Nachführung erreicht, nämlich hinsichtlich der Elevation und des Azimuts. - In
5 ist ein erstes Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Fassadenisolierung20 in einer Schnittansicht dargestellt. Die Fassadenisolierung20 umfasst eine Dämmstoffschicht21 und eine darauf angeordnete Stegplatte22 . Einige der Hohlkammern23 der Stegplatte22 bilden ein Hüllrohr2 eines erfindungsgemäßen Receivers1 . Der Receiver1 ist gemäß dem Ausführungsbeispiel aus1 ausgestaltet. Es wird daher auf die obenstehenden Erläuterungen verwiesen. - In
6 ist ein zweites Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Fassadenisolierung20 ebenfalls in einer Schnittansicht dargestellt. Die Fassadenisolierung20 umfasst eine Dämmstoffschicht21 und darauf angeordnete Spiegelrinnen24 , d.h. optische Elemente. Vor den Spiegelrinnen24 ist eine im Wesentlichen transparente Stegplatte22 angeordnet, wobei diejenigen Hohlkammern23 , die nahe der Fokuslinie einer Spiegelrinne24 liegen, Hüllrohre2 erfindungsgemäßer Receiver1 sind. Ein beispielhafter Strahlengang der auf eine Spiegelrinne24 auftreffenden Sonnenstrahlung ist mit Ziffer90 bezeichnet. - Die Receiver
1 sind im Wesentlichen gemäß2 ausgebildet. Die Solarzellen3 weisen jedoch beidseitig aktive Flächen5 auf. Eine aktive Fläche5 der Solarzellen3 der Receiver1 sind den Spiegelrinnen24 zugewandt, die andere aktive Fläche5 weist in die entgegen gesetzte Richtung. Im Übrigen wird auf die Ausführungen zu2 verwiesen. - ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
- Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
- Zitierte Patentliteratur
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- WO 2007/021325 A1 [0005]
- WO 2012/055055 A1 [0005]
Claims (17)
- Receiver (
1 ) zur Umwandlung von Sonnenstrahlung in nutzbare Energie umfassend ein transparentes Hüllrohr (2 ) und wenigstens eine im Hüllrohr (2 ) angeordnete Solarzelle (3 ), dadurch gekennzeichnet, dass das Hüllrohr (2 ) mit Wärmeträgerfluid (4 ) gefüllt ist und Zufuhr- und Auslassöffnungen für Wärmeträgerfluid (4 ) zur Erzeugung einer Durchströmung des Hüllrohrs (2 ) aufweist, bei der die wenigstens eine Solarzelle (3 ) von dem Wärmeträgerfluid (4 ) umströmt wird. - Receiver nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die wenigstens eine Solarzelle (
3 ) einen oder mehrere flexible Halter (7 ) aufweist, die sich an der Innenwand des Hüllrohrs (2 ) verschiebbar abstützen. - Receiver nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der flexible Halter (
7 ) oder wenigstens ein Teil der flexiblen Halter (7 ) zusammen mit der wenigstens einen Solarzelle (3 ) den Innenraum des Hüllrohrs (2 ) in zwei Teilräume unterteilt, die fluiddicht voneinander getrennt sind. - Receiver nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die aktive Fläche (
5 ) der wenigstens einen Solarzelle (3 ) unmittelbar angrenzend an das Hüllrohr (2 ) angeordnet ist, wobei das Hüllrohr (2 ) in diesem Bereich vorzugsweise eben ausgestaltet ist. - Receiver nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein optisches Element (
9 ) vorgesehen ist, mit dem auf den Receiver (1 ) auftreffende Strahlung auf eine Fokuslinie gebündelt wird und die wenigstens eine Solarzelle (3 ) auf dieser Fokuslinie mit der aktiven Seite (5 ) zum optischen Element (9 ) hin gerichtet angeordnet ist. - Receiver nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein optisches Element vorgesehen ist, mit dem auf den Receiver (
1 ) auftreffende Strahlung auf mehrere Fokuspunkte entlang des Receivers (1 ) gebündelt werden und jeweils wenigstens eine Solarzelle (3 ) in diesen Fokuspunkten mit der aktiven Seite (5 ) zum optischen Element (9 ) hin gerichtet angeordnet ist. - Receiver nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Wärmeträgerfluid (
4 ) zumindest in dem Bereich vor der aktiven Fläche (5 ) der wenigstens einen Solarzelle (3 ) einen Brechungsindex aufweist, aufgrund dessen die einfallende Strahlung auf die wenigstens eine Solarzelle (3 ) umgelenkt wird. - Receiver nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Wärmeträgerfluid (
4 ) zumindest in dem Bereich vor der aktiven Fläche (5 ) der wenigstens einen Solarzelle (3 ) Schwebeteilchen aufweist, mit denen die das Wärmeträgerfluid (4 ) durchquerende Strahlung homogenisiert wird. - Receiver nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Wärmeträgerfluid (
4 ) in dem von der aktiven Fläche (5 ) der wenigstens einen Solarzelle (3 ) abgewandten Bereich strahlungsabsorbierende Schwebeteilchen aufweist. - Receiver nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die wenigstens eine Solarzelle (
3 ) mit einer Kapselung (8 ) versehen ist, wobei die Kapselung (8 ) vorzugsweise aus Fluorpolymerfolien, Polyimiden und/oder Dünnglasscheiben ist. - Receiver nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass an der wenigstens einen Solarzelle (
3 ) Strömungselemente (3’ ) angeformt sind, die eine Verwirbelung des Wärmeträgerfluides (4 ) bei Umströmung bewirken. - Receiver nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Hüllrohr (
2 ) doppelwandig ausgestaltet ist, wobei zwischen den beiden Wänden des Hüllrohrs (2 ) vorzugsweise ein Vakuum herrscht. - Receiver nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Hüllrohr (
2 ) als Teil einer Stegplatte (23 ) ausgebildet ist. - Receiver nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Receiver (
1 ) wenigstens zwei Solarzellen (3 ) aufweist und die Solarzellen (3 ) in Reihe geschaltet sind. - Solaranlage (
10 ) umfassend ein linienförmig fokussierendes optisches Element (12 ), in dessen Fokuslinie ein Receiver (1 ) angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, dass der Receiver (1 ) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 14 ausgestaltet ist. - Fassadenisolierung (
20 ) mit einer Dämmstoffschicht (21 ) mit wenigstens einem auf der Dämmstoffschicht (20 ) angeordneten Receiver (1 ), dadurch gekennzeichnet, dass der Receiver (1 ) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 14 ausgestaltet ist. - Fassadenisolierung nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen Dämmstoffschicht (
21 ) und dem wenigstens einen Receiver (1 ) wenigstens ein auf eine vertikale oder horizontale Linie fokussierendes Spiegelelement (24 ) vorgesehen ist, wobei der wenigstens eine Receiver (1 ) in der Fokuslinie wenigstens eines Spiegelelementes (24 ) angeordnet ist.
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