DE102019008575A1 - Hybrider Solarkollektor zur Dacheindeckung - Google Patents
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Abstract
Die Erfindung betrifft einen hybriden Solarkollektor (1) zur Dacheindeckung aufweisend in einem Körper zusammengefasst Photovoltaikzellen (6) zur Stromerzeugung und mindestens einen Kollektor (7) zur Wärmeerzeugung, wobei der Solarkollektor (1) auf der der Sonne zugewandten Seite eine Doppelschicht (4) aus Glas oder Plexiglas mit einem flächigen Hohlraum (5) zwischen den Schichten aufweist, wobei der Hohlraum (5) mit einem Edelgas gefüllt oder vakuumiert ist, nachfolgend sich an die Doppelschicht (4) in Richtung Dach eine Schicht aus Photovoltaikzellen (6) zur Stromerzeugung und eine Schicht aus einem Metall mit hoher Wärmeleitfähigkeit oder ein oder mehrere Kälterohre (3) jeweils als Kollektor (7) und eine Isolationsschicht (8) anschließen, wobei das Metall mit der hohen Wärmeleitfähigkeit oder die Kälterohre (3) verbunden sind mit einem Rohrsystem aus Rohrleitungen (2), das von einer Flüssigkeit durchströmt wird, die die Wärme des Metalls bzw. der Kälterohre (3) abführt.
Description
- Die Erfindung betrifft einen hybriden Solarmodul, der zur Gewinnung von Strom und Wärme eingesetzt wird und die Funktion einer Dacheindeckung, vorzugsweise eines Dachziegels erfüllt.
- Derartige hybride Solarkollektoren sind aus der
DE 10 2004 010 653 B4 und derDE 10 2011 105 309 A1 bekannt. - Die
DE 10 2011 105 309 A1 verwendet den Hybridkollektor in einem Wärmepumpenkreislauf, wobei der Hybridkollektor ein glasloses Photovoltaik-Laminat, einen rückseitigen Wärmetauscher und die Dachdeckung zu einem Bauteil zusammenfasst. - Im Mittepunkt der
DE 10 2004 010 653 B4 steht die Hinterlüftung, wodurch nur Warmwasser mit niedrigen Temperaturen gewinnbar ist. - Beide Lösungen versuchen den Widerspruch zu lösen, der sich aus der Wechselwirkung: hohe Flüssigkeitstemperatur des Kollektors, geringe Stromausbeute bei den Photovoltaikzellen und umgekehrt ergibt.
- Aufgabe der Erfindung ist es, den genannten Widerspruch effektiver zu lösen, indem bei höherer Stromausbeute hohe Kollektortemperaturen erreicht werden, wobei die Wärme schnell abgeführt werden soll.
- Gelöst wird diese Aufgabe mit den Merkmalen des Anspruches 1 oder des Anspruches 2. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind Gegenstand der Unteransprüche.
- Für einen hybriden Solarkollektor zur Dacheindeckung aufweisend in einem Körper zusammengefasst Photovoltaikzellen zur Stromerzeugung und mindestens einen Kollektor zur Wärmeerzeugung, wird erfindungsgemäß bei einer ersten Ausführung vorgeschlagen, dass der Solarkollektor auf der der Sonne zugewandten Seite eine Doppelschicht aus Glas oder Plexiglas mit einem flächigen Hohlraum zwischen den Schichten aufweist, wobei der Hohlraum mit einem Edelgas gefüllt oder vakuumiert ist, nachfolgend sich an die Doppelschicht in Richtung Dach eine Schicht aus Photovoltaikzellen zur Stromerzeugung anschließt dann eine Schicht aus einem Metall mit hoher Wärmeleitfähigkeit oder ein oder mehrere Kälterohre als Kollektor folgt und abschließend eine Isolationsschicht angeordnet ist, wobei das Metall mit der hohen Wärmeleitfähigkeit oder die Kälterohre zusammen wirken mit einem Rohrsystem aus Rohrleitungen, das von einer Flüssigkeit durchströmt wird, die die Wärme des Metalls oder aus den Kälterohren abführen.
- Der hybride Solarkollektor zur Dacheindeckung aufweisend in einem Körper zusammengefasst Photovoltaikzellen zur Stromerzeugung und mindestens einen Kollektor zur Wärmeerzeugung, sieht in einer weiteren Ausführung vor, dass der Solarkollektor einen mehrschichtigen Aufbau in parallelen Ebenen zum Dach verlaufend aufweist mit einer Schicht auf der der Sonne zugewandten Seite aus Glas oder Plexiglas, nachfolgend sich an diese Schicht in Richtung Dach anschließend eine Schicht aus Photovoltaikzellen zur Stromerzeugung und mindestens eine Schicht aus einem Metall mit hoher Wärmeleitfähigkeit oder ein oder mehrere Kälterohre jeweils als Kollektor und eine Isolationsschicht, wobei das Metall mit der hohen Wärmeleitfähigkeit oder die Kälterohre verbunden sind mit einem Rohrsystem aus Rohrleitungen, das von einer Flüssigkeit durchströmt wird, die die Wärme des Metalls bzw. der Kälterohre abführt und wobei die Schicht aus Glas bzw. Plexiglas mit einer weiteren Schicht einen flächigen Hohlraum bildet, der mit einem Edelgas gefüllt oder vakuumiert ist. Die weitere Schicht kann durch das Metall mit der hohen Wärmeleitfähigkeit oder die Schicht aus Photovoltaikzellen gebildet sein.
- Durch den flächigen Hohlraum zwischen den Schichten, der mit einem Edelgas, vorzugsweise Argon oder Helium, gefüllt oder vakuumiert ist, werden schnelle Reaktionen auf Temperaturänderungen vermieden.
- Bei der Schicht aus Photovoltaikzellen handelt es sich bevorzugt um eine Folie, die beim Vorhandensein einer Doppelschicht mit dieser verklebt sein kann.
- Als Metall mit hoher Wärmeleitfähigkeit finden vor allem Kupfer, eine Kupferlegierung oder Aluminium oder eine Aluminiumlegierung Anwendung.
- Die Flüssigkeit im Rohrsystem zur Ableitung der Wärme ist bei einer bevorzugten Ausführung Glykol. Die schnelle Ableitung der Wärme wird durch eine oder mehrere Pumpen unterstützt. In einem Wärmetauscher wird die abgeleitete Wärme dann in Nutzwärme für z.B. die Heizung oder zur Erwärmung von Brauchwasser genutzt.
- Bei dem eingesetzten Isoliermaterial als letzte Schicht handelt es sich bevorzugt um Armaflex.
- Der Solarkollektor weist die gewellte Form eines Dachziegels mit seitlichen Anschlussnuten und Stegen auf und ist so in vorteilhafter Weise in jedes Dach integrierbar. Die Schicht aus Metall oder den Kälterohren besitzen kopfseitig mindestens einen Zapfen vorzugsweise zwei, die in jeweils einen Nippel der Rohrleitungen dichtend einsteckbar sind, so dass der hybride Solarkollektor lagefixiert ist.
- Die Rohrleitungen sind an Dachlatten der Dacheindeckung fixiert oder bei einem vorzugsweise vollflächigen Dach aus hybriden Solarkollektoren werden Dachlatten der Dacheindeckung aus den Rohrleitungen gebildet.
- Die Rohrleitungen weisen einen kreisförmigen, quadratischen oder rechteckigen Querschnitt auf und sind mit den Nippeln zur Fixierung der Solarkollektoren versehen.
- Die Erfindung soll anhand zweier Ausführungsbeispiele erläutert werden.
1 zeigt einen hybriden Solarkollektor1 im Schnitt senkrecht zu seiner flächigen Ausdehnung mit einer Rohrleitung2 zur Abführung der Wärme aus dem Kollektor7 ,2 einen hybriden Solarkollektor1 , der Kälterohre3 als Kollektor7 nutzt und3 einen Solarkollektor1 mit nur einer Schicht4 aus Glas oder Plexiglas. - Die beiden Solarkollektoren
1 in den1 und2 besitzen den schichtweisen Aufbau aus einer Doppelschicht4 aus Glas mit einem flächigen Hohlraum5 , der mit einem Edelgas gefüllt oder vakuumieret ist. Durch diese Anordnung wird das Reagieren auf schnelle Temperaturänderungen gebremst. - An die Doppelschicht
4 aus Glas schließt sich eine Folie mit Photovoltaikzellen6 an. Diese ist bevorzugt auf die Glasschicht aufgeklebt. - An die Folie mit den Photovoltaikzellen
6 schließt sich der Kollektor7 an. Dieser besteht in1 aus einer Kupfer- oder Aluminiumschicht, da diese sich durch eine gute Wärmeleitfähigkeit auszeichnen, oder aus Kälterohren3 wie in2 gezeigt wird. - Die Kupfer- oder Aluminiumschicht bzw. die Kälterohre
3 weist am oberen - bezogen auf die Dachneigung- Abschnitt zwei Zapfen10 auf, die im Nippel der Rohrleitung2 dichtend einsetzbar sind. Auf diese Weise sind die Solarkollektoren1 fixiert und die Kollektoren7 können ihre Wärme leicht an das die Rohrleitung2 durchströmende Glykol abgeben. - Den Abschluss des schichtweisen Aufbaus bildet eine Isolationsschicht
8 . Diese gewährleistet einen hohen Nutzungsgrad der Wärme der Kollektoren7 und isoliert gleichzeitig das Dach. - Die Rohrleitungen
2 können an den Dachlatten eines Daches befestigt sein oder übernehmen die Funktion von Dachlatten. - Die hybriden Sonnenkollektoren
1 weisen seitliche Verbindungsmittel11 zum benachbarten Dachziegel bzw. Sonnenkollektor1 auf - eine heute übliche Dachziegelverbindung. - Der hybride Sonnenkollektor
1 in3 unterscheidet sich von den vorangegangenen dadurch, dass nur eine Schicht4 aus Glas genutzt wird. Die Schicht4 bildet mit einer weiteren Schicht, vorzugsweise mit der Schicht aus dem Metall mit der hohen Wärmeleitfähigkeit oder der Schicht aus den Photovoltaikzellen6 , einen flächigen Hohlraum5 , der mit einem Edelgas gefüllt oder vakuumiert ist. Natürlich ist es auch möglich eine weitere Schicht anzuordnen. Die Schichten werden bevorzugt in den durch das Glas oder Plexiglas gebildeten Rahmen eingeklebt. - Der Vorteil dieser Ausführung besteht darin, dass sie kostengünstiger herstellbar ist.
- Bezugszeichenliste
-
- 1
- hybrider Solarkollektor
- 2
- Rohrleitung
- 3
- Kälterohr
- 4
- Doppelschicht/ Schicht aus Glas oder Plexiglas
- 5
- Hohlraum
- 6
- Photovoltaikzellen
- 7
- Kollektor
- 8
- Isolationsschicht
- 9
- Nippel in der Rohrleitung
- 10
- Zapfen
- 11
- Seitliche Verbindungsmittel zum nächsten Dachziegel
- 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
-
- DE 102004010653 B4 [0002, 0004]
- DE 102011105309 A1 [0002, 0003]
Claims (12)
- Hybrider Solarkollektor (1) zur Dacheindeckung aufweisend in einem Körper zusammengefasst Photovoltaikzellen (6) zur Stromerzeugung und mindestens einen Kollektor (7) zur Wärmeerzeugung, dadurch gekennzeichnet, dass der Solarkollektor (1) auf der der Sonne zugewandten Seite eine Doppelschicht (4) aus Glas oder Plexiglas mit einem flächigen Hohlraum (5) zwischen den Schichten aufweist, wobei der Hohlraum (5) mit einem Edelgas gefüllt oder vakuumiert ist, nachfolgend sich an die Doppelschicht (4) in Richtung Dach eine Schicht aus Photovoltaikzellen (6) zur Stromerzeugung und eine Schicht aus einem Metall mit hoher Wärmeleitfähigkeit oder ein oder mehrere Kälterohre (3) jeweils als Kollektor (7) und eine Isolationsschicht (8) anschließen, wobei das Metall mit der hohen Wärmeleitfähigkeit oder die Kälterohre (3) verbunden sind mit einem Rohrsystem aus Rohrleitungen (2), das von einer Flüssigkeit durchströmt wird, die die Wärme des Metalls bzw. der Kälterohre (3) abführt.
- Hybrider Solarkollektor (1) zur Dacheindeckung aufweisend in einem Körper zusammengefasst Photovoltaikzellen (6) zur Stromerzeugung und mindestens einen Kollektor (7) zur Wärmeerzeugung, dadurch gekennzeichnet, dass der Solarkollektor (1) einen mehrschichtigen Aufbau in parallelen Ebenen zum Dach verlaufend aufweist mit einer Schicht (4) auf der der Sonne zugewandten Seite aus Glas oder Plexiglas, nachfolgend sich an die Schicht (4) in Richtung Dach anschließend eine Schicht aus Photovoltaikzellen (6) zur Stromerzeugung und mindestens eine Schicht aus einem Metall mit hoher Wärmeleitfähigkeit oder ein oder mehrere Kälterohre (3) jeweils als Kollektor (7) und eine Isolationsschicht (8), wobei das Metall mit der hohen Wärmeleitfähigkeit oder die Kälterohre (3) verbunden sind mit einem Rohrsystem aus Rohrleitungen (2), das von einer Flüssigkeit durchströmt wird, die die Wärme des Metalls bzw. der Kälterohre (3) abführt und wobei die Schicht (4) mit einer weiteren Schicht einen flächigen Hohlraum (5) bildet, der mit einem Edelgas gefüllt oder vakuumiert ist.
- Hybrider Solarkollektor (1) nach
Anspruch 2 , dadurch gekennzeichnet, dass die weitere Schicht durch das Metall mit der hohen Wärmeleitfähigkeit oder die Schicht aus Photovoltaikzellen (6) gebildet ist. - Hybrider Solarkollektor (1) nach einem der
Ansprüche 1 bis3 , dadurch gekennzeichnet, dass das Edelgas Argon oder Helium ist. - Hybrider Solarkollektor (1) nach einem der
Ansprüche 1 bis4 , dadurch gekennzeichnet, dass die Schicht aus Photovoltaikzellen eine Folie ist. - Hybrider Solarkollektor (1) nach einem der
Ansprüche 1 bis5 , dadurch gekennzeichnet, dass das Metall mit hoher Wärmeleitfähigkeit Kupfer, eine Kupferlegierung oder Aluminium oder eine Aluminiumlegierung ist. - Hybrider Solarkollektor (1) nach einem der
Ansprüche 1 bis6 , dadurch gekennzeichnet, dass die Flüssigkeit in dem Rohrsystem Glykol ist. - Hybrider Solarkollektor (1) nach einem der
Ansprüche 1 bis7 , dadurch gekennzeichnet, dass das Isoliermaterial Armaflex ist. - Hybrider Solarkollektor (1) nach einem der
Ansprüche 1 bis8 , dadurch gekennzeichnet, dass der Solarkollektor (1) die gewellte Form eines Dachziegels mit seitlichen Verbindungsmitteln (11) in Form von Anschlussnuten und Stegen aufweist und die Schicht aus dem Metall mit hoher Wärmeleitfähigkeit oder die Kälterohre (3) kopfseitig mindestens einen Zapfen (10) besitzt, der in einen Nippel (9) der Rohrleitungen (2) dichtend einsteckbar ist, so dass der hybride Solarkollektor (1) lagefixiert ist. - Hybrider Solarkollektor (1) nach einem der
Ansprüche 1 bis9 , dadurch gekennzeichnet, dass die Rohrleitungen (2) an Dachlatten der Dacheindeckung fixiert sind. - Hybrider Solarkollektor (1) nach einem der
Ansprüche 1 bis9 , dadurch gekennzeichnet, dass Dachlatten der Dacheindeckung aus den Rohrleitungen (2) gebildet sind. - Hybrider Solarkollektor (1) nach einem der
Ansprüche 1 bis11 , dadurch gekennzeichnet, dass die Rohrleitungen (2) einen kreisförmigen, quadratischen oder rechteckigen Querschnitt aufweisen.
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