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Die vorliegende Erfindung betrifft einen Hybrid-Solarmodul mit einer Deckschicht, einer eine Vielzahl von Solarzellen aufweisenden Mittelschicht, einer Rückschicht und einem mit der Rückschicht verbundenen Wärmetauscher, der eine Vielzahl von in einzelnen Kanalelementen angeordneten Kanälen zur Durchleitung eines Wärmeträgermediums umfasst.
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Derartige Hybrid-Solarmodule sind bekannt. Sie dienen einerseits zur Stromerzeugung über die im oberen Bereich des Solarmoduls vorgesehenen Solarzellen und andererseits auf solarthermische Weise zur Erwärmung eines Wärmeträgermediums über den im unteren Bereich des Solarmoduls vorgesehenen Wärmetauscher, der mit der Rückschicht (Backsheet) des Solarmoduls verbunden ist.
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So ist beispielsweise aus der
DE 296 21 380 U1 ein Fotovoltaik-Kollektor bekannt, in dessen Oberseite Solarzellen für die Stromerzeugung installiert sind und bei dem die Einstrahlwärme durch eine Abdeck- bzw. Montagefläche in darunter bündig angeordnete Flüssigkeitskanäle bzw. Rohre oder Hohlprofile geführt wird. Über die spezielle Ausbildung der Flüssigkeitskanäle bzw. Rohre oder Rohrprofile ist in dieser Veröffentlichung nichts ausgesagt.
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Ferner ist ein Hybrid-Solarmodul bekannt (betriebsinterner Stand der Technik), der einen mit der Rückschicht des Solarmoduls verklebten Wärmetauscher aufweist, welcher eine Metallplatte besitzt, mit der im Abstand voneinander angeordnete Kanalelemente verklebt oder verlötet sind, welche Kanäle zur Durchleitung eines Wärmeträgermediums besitzen. Bei der Metallplatte kann es sich hierbei um eine solche aus Aluminium handeln, die über eine Klebeschicht mit der Rückschicht des Solarmoduls verbunden ist. Bei dieser Ausführungsform bilden daher Metallplatte und Kanalelemente eine Einheit, wobei die Metallplatte als Trägerplatte für die Kanalelemente vorgesehen ist, um diese zu fixieren und um der gebildeten Wärmetauschereinheit die erforderliche Stabilität zu verleihen.
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Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Hybrid-Solarmodul der eingangs beschriebenen Art zu schaffen, der sich bei guter Stabilität seines Wärmetauschers besonders kostengünstig herstellen lässt.
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß bei einem Hybrid-Solarmodul der angegebenen Art dadurch gelöst, dass die Kanalelemente ohne Zwischenschaltung einer Trägerplatte direkt mit der Rückschicht des Hybrid-Solarmoduls verbunden sind.
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Bei der erfindungsgemäßen Lösung kommt daher eine Trägerplatte zur Fixierung der einzelnen Kanalelemente in Fortfall. Vielmehr sind die Kanalelemente selbst oder über Zwischenstücke miteinander verbunden und bilden insgesamt ohne Trägerplatte eine stabile Einheit, die mit der Rückschicht des Solarmoduls verbunden ist. Auf eine spezielle Trägerplatte zur Anordnung der Kanalelemente kann daher verzichtet werden, wodurch sich der Hybrid-Solarmodul besonders kostengünstig herstellen lässt. Die Kanalelemente müssen nicht mehr mit einer Trägerplatte verschweißt werden, so dass Materialkosten und Arbeitskosten reduziert werden können.
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Hinzu kommt der weitere Vorteil, dass durch den Wegfall einer speziellen Trägerplatte ein besonders guter Wärmeübergang zwischen der Rückschicht des Solarmoduls und dem Wärmeträgermedium erreicht wird. Die Kanalelemente sind bei der erfindungsgemäßen Lösung direkt mit der Rückschicht des Hybrid-Solarmoduls verbunden, so dass der vorstehend beschriebene gute Wärmeübergang erreicht wird.
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Wie der Wärmetauscher bzw. dessen Kanalsystem im Einzelnen ausgebildet ist, spielt für die vorliegende Erfindung nur eine untergeordnete Rolle. Dieser kann beispielsweise endseitig mit geeigneten Sammlern (Headern) versehen sein, in die die Kanäle münden. Es kann aber auch beispielsweise ein Kanalsystem in Form einer Rohrschlange angeordnet sein. Wesentlich ist, dass die die Kanäle enthaltenen Kanalelemente direkt oder über Zwischenstücke, d. h. ohne Trägerplatte, miteinander verbunden sind, um eine stabile Einheit zu bilden, bei der auf eine besondere Trägerplatte zur Fixierung der Kanalelemente verzichtet werden kann.
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Die Kanalelemente sind mit der Rückschicht des Hybrid-Solarmoduls vorzugsweise verklebt. Andere Verbindungsarten sind ebenfalls möglich, wobei insbesondere auch eine Verlötung in Frage kommt, wenn beispielsweise die Rückschicht mit einer dünnen Metallfolie versehen ist.
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Um eine Trägerplatte zu vermeiden, sind die Kanalelemente vorzugsweise direkt oder über Zwischenstücke miteinander verbunden. Wenn nachfolgend von einer Verbindung der Kanalelemente untereinander die Rede ist, so schließt eine derartige Verbindung auch die Verbindung der Kanalelemente über Zwischenstücke ein. Diese Zwischenstücke können beliebige Formen besitzen, haben aber, wenn sie Anwendung finden, vorzugsweise an die Kanalelemente angepasste Formen und Maße.
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Die Verbindung der Kanalelemente untereinander kann beispielsweise so realisiert sein, dass die Kanalelemente miteinander verklebt sind. Dies ist besonders geeignet für eine Ausführungsform, bei der die Kanalelemente aus einem geeigneten Kunststoff hergestellt sind. Natürlich können aber auch Kanalelemente aus Metall miteinander verklebt sein.
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Bei einer anderen Ausführungsform sind die Kanalelemente miteinander verlötet. Die Kanalelemente bestehen dann aus geeigneten lötbaren Metallen.
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Was die Querschnittsform der Kanalelemente anbetrifft, so können alle geeigneten Querschnittsformen Anwendung finden, die eine Verbindung der Kanalelemente zu einer stabilen Einheit ermöglichen, ohne dass eine spezielle Trägerplatte erforderlich ist. So können beispielsweise geeignete Rechteckquerschnitte einschließlich quadratischer Querschnitte, aber auch Querschnitte mit vor- und zurückspringenden Abschnitten Anwendung finden.
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Eine besonders bevorzugte Ausführungsform der Erfindung zeichnet sich dadurch aus, dass die Kanalelemente formschlüssig miteinander verbunden sind. Hierbei wird eine Ausführungsform besonders bevorzugt, bei der die Kanalelemente über Steckverbindungen miteinander verbunden sind. Hierbei besitzen die Kanalelemente insbesondere vor- und/oder zurückspringende Abschnitte, mittels denen die Kanalelemente miteinander verbunden sind.
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Eine Verbindung der Kanalelemente untereinander (auch mit Zwischenstücken) kann auch durch Kraftschluss erfolgen. Hierbei können die Kanalelemente mit oder ohne Zwischenstücken gegeneinander gepresst sein und mit der Rückschicht des Solarmoduls verklebt sein.
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Bei dieser Ausführungsform mit Formschluss werden daher die einzelnen Kanalelemente durch Eingriff der vor- und/oder zurückspringenden Abschnitte zusammengesteckt, so dass eine plattenförmige Einheit gebildet wird, die dann mit der Rückschicht des Solarmoduls verbunden, insbesondere verklebt, wird. Diese von den Kanalelementen selbst gebildete Einheit ist ausreichend stabil, so dass eine spezielle Trägerplatte entfallen kann, und bietet darüber hinaus den Vorteil eines besonders guten Wärmeübergangs zum restlichen Teil des Solarmoduls ohne erforderliche Zwischenschicht.
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Eine spezielle Ausführungsform der Erfindung zeichnet sich dadurch aus, dass die Kanalelemente einen einen Kanal aufweisenden Mittelabschnitt und mindestens einen seitlichen kanalfreien Verbindungsabschnitt für benachbarte Kanalelemente aufweisen. Der hier verwendete Begriff „Kanalelement” deckt daher auch solche Elemente ab, die seitliche Abschnitte bzw. Ansätze aufweisen, welche keine kanalbildenden Hohlräume besitzen und lediglich mit speziellen Verbindungskonfigurationen versehen sein können, beispielsweise vor- und zurückspringenden Abschnitten. So weisen bei einer besonders bevorzugten Ausführungsform diese seitlichen kanalfreien Verbindungsabschnitte auf der einen Seite einen vorstehenden Abschnitt und auf der anderen Seite einen zurückspringenden Abschnitt auf, die mit entsprechenden Abschnitten eines benachbarten Kanalelementes, das dann vorzugsweise umgedreht angeordnet wird, in Eingriff gebracht werden, um insgesamt eine plattenförmige Einheit zu bilden, die dann mit der Rückschicht des Solarmoduls verbunden wird.
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Der erfindungsgemäß ausgebildete Hybrid-Solarmodul ist sowohl für Niederdruckkanäle als auch für Hochdruckkanäle geeignet.
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Die Erfindung betrifft ferner ein Verfahren zur Herstellung eines Hybrid-Solarmoduls der vorstehend beschriebenen Art.
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Bei einer ersten Variante dieses Verfahrens werden die Kanalelemente zum Wärmetauscher verbunden, und dieser wird dann mit der Rückschicht des Hybrid-Solarmoduls verbunden, insbesondere verklebt. Hierbei werden die Kanalelemente vorzugsweise zum Wärmetauscher zusammengesteckt, und dieser wird dann mit der Rückschicht verbunden.
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Bei dieser Ausführungsform wird daher aus den einzelnen Kanalelementen eine plattenförmige Einheit hergestellt, die danach mit der Rückschicht des Solarmoduls verbunden wird. Die Kanalelemente können hierbei lediglich zusammengesteckt werden, um die plattenförmige Einheit zu bilden. Sie können aber auch zusammengesteckt und danach noch verklebt oder zusammengelötet werden. Auch sind Ausführungsformen möglich, bei denen die Kanalelemente ohne Aneinanderstecken nur miteinander verklebt oder verlötet oder kraftschlüssig aneinander gepresst werden.
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Bei einer anderen Variante werden die Kanalelemente einzeln mit der Rückschicht des Hybrid-Solarmoduls verbunden. Hierbei werden die einzelnen Kanalelemente auf der Rückschicht des Solarmoduls aneinandergesetzt und mit der Rückschicht verbunden. Auch hierbei können die Kanalelemente nur zusammengesteckt, nur miteinander verklebt oder nur miteinander verlötet oder kraftschlüssig aneinandergepresst werden oder es können kombinierte Verbindungstechniken Anwendung finden.
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Es lässt sich daher zusammenfassen, dass erfindungsgemäß ein Hybrid-Solarmodul erhalten wird, bei dem das aus einzelnen Kanalelementen bestehende Wärmetauschersystem ohne Verwendung einer Trägerplatte mit der Rückschicht des Solarmoduls verbunden ist bzw. wird. Je nach Ausbildung des Wärmetauschers können beispielsweise nach dem Verkleben der einzelnen Kanalelemente mit der Rückschicht Header für den Wärmetauscher an die Kanalelemente angesteckt oder auf andere Weise damit verbunden werden, beispielsweise durch Anlöten, um den Hybrid-Solarmodul zu vervollständigen. Auch bei Ausbildung des Solarmoduls in der Form einer Rohrschlange können endseitig entsprechende Endstücke der Rohrschlange angesteckt oder auf andere Weise damit verbunden werden.
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Die Erfindung wird nachfolgend anhand eines Ausführungsbeispiels in Verbindung mit der Zeichnung im Einzelnen erläutert. Es zeigen:
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1 einen schematischen Vertikalschnitt durch eine Ausführungsform eines Hybrid-Solarmoduls;
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2 eine Unteransicht des Solarmoduls der 1; und
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3 eine vergrößerte schematische Darstellung, die den Zusammenbau der einzelnen Kanalelemente des Wärmetauschers des Solarmoduls zeigt.
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Der in 1 dargestellte Hybrid-Solarmodul weist in der Reihenfolge von oben nach unten eine Deckschicht 1, die beispielsweise aus Glas bestehen kann, eine Mittelschicht 2, in die eine Vielzahl von Solarzellen (bei 3 schematisch angedeutet) eingebettet ist und die beispielsweise aus EVA bestehen kann, und eine Rückschicht 4 (Backsheet), die als Isolationsschicht vorgesehen ist, auf. Insofern ist der Hybrid-Solarmodul von herkömmlicher Bauart, so dass auf die Beschreibung von Einzelheiten dieser Schichten verzichtet werden kann.
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Mit der Unterseite der Rückschicht 4 des Solarmoduls ist über eine Klebeschicht 5 ein Wärmetauscher 6 verbunden, der eine Vielzahl von Kanälen umfasst, die von einem Wärmeträgermedium durchströmt werden. Durch die über die Rückschicht 4 auf die Kanäle des Wärmetauschers 6 geleitete Strahlungswärme findet eine Erwärmung des die Kanäle durchströmenden Wärmeträgermediums statt, wobei die erzeugte Wärme einer weiteren Nutzung zugeführt werden kann.
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Der Wärmetauscher 6 setzt sich aus einer Vielzahl von nebeneinander angeordneten und miteinander verbundenen Kanalelementen 7 zusammen, die eine plattenförmige Einheit bilden, welche mit der Rückschicht 4 des Solarmoduls verklebt ist. Einzelheiten in Bezug auf den Aufbau des Wärmetauschers 6 sind in 3 dargestellt. In der oberen Darstellung sind zwei Kanalelemente 7 gezeigt, die zur Bildung der plattenförmigen Einheit aneinandergesteckt werden. Die einzelnen Kanalelemente 11 weisen dabei einen mittleren Abschnitt 11 auf, der den eigentlichen vom Wärmeträgermedium durchströmten Kanal enthält, sowie zwei seitliche Abschnitte 12, die als Verbindungsabschnitte der Kanalelemente untereinander dienen. Auf der Oberseite des jeweiligen Verbindungsabschnittes 12 des in der Figur dargestellten linken Kanalelementes 7 befindet sich auf dem linken Verbindungsabschnitt 12 ein nach oben vorstehender Abschnitt 13, während sich auf dem rechten Verbindungsabschnitt 12 eine entsprechend ausgebildete Ausnehmung 14 befindet. Die Kanalelemente 7 werden zusammengesteckt, indem das benachbarte Kanalelement im umgedrehten Zustand mit dem ersten Kanalelement verrastet wird (durch Einsetzen des vorstehenden Abschnittes 13 in die Ausnehmung 14). Die entsprechende Steckverbindung kann hier so gestaltet sein, dass sich ein fester Eingriff der Kanalelemente miteinander ergibt, der zu einer stabilen plattenförmigen Einheit führt.
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In der unteren Darstellung von 3 sind zwei benachbarte Kanalelemente im zusammengesteckten Zustand gezeigt.
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Es können so viele Kanalelemente zusammengesteckt werden, bis die Unterseite der Rückschicht 4 des Solarmoduls mit Kanalelementen bedeckt ist.
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2 zeigt eine Ansicht auf den mit dem Wärmetauscher versehenen Solarmodul von unten. Die einzelnen zusammengesteckten Kanalelemente 7 sind hier nur schematisch dargestellt. Endseitig sind die Kanalelemente mit Sammlern (Headern) 8 versehen, die über geeignete Maßnahmen mit den Kanalelementen verbunden sein können, beispielsweise durch Stecken, Verkleben, Verlöten etc. Die Sammler weisen eine Eintrittsöffnung 9 und eine Austrittsöffnung 10 für das Wärmeträgermedium auf.
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Dadurch, dass die Kanalelemente 7 selbst im zusammengesteckten Zustand den Wärmetauscher bilden und für die Anordnung der Kanalelemente keine Trägerplatte mehr erforderlich ist, wird ein besonders guter Wärmeübergang zur Rückschicht des Solarmoduls erreicht. Ferner werden die Herstellungskosten und der Herstellungsaufwand reduziert, da eine Trägerplatte und das Anlöten der Kanalelemente an die Trägerplatte entfallen können.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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