DE102021005785A1

DE102021005785A1 - Energiewürfel

Info

Publication number: DE102021005785A1
Application number: DE102021005785.6A
Authority: DE
Inventors: Bernhard Pelzer
Original assignee: Be Mo Ug Haftungsbeschraenkt; BeMo Ug Haftungsbeschraenkt
Current assignee: Be Mo Ug Haftungsbeschraenkt; BeMo Ug Haftungsbeschraenkt
Priority date: 2021-11-20
Filing date: 2021-11-20
Publication date: 2023-05-25

Abstract

Der Energiewürfel dient der effizienten Wärme- und Stromerzeugung mit Luft und Solarstrahlung für die Raumheizung, Warmwasser- Bereitung und Stromversorgung in Gebäuden.Die PV- Module (1) und der thermische Solarkollektor (2) werden zu einem Quader, in dem eine Luft- Wärmepumpe (3) installiert ist, angeordnet. Der Quader wird von der Ansaugluft der LuftWärmepumpe (3) durchströmt und kühlt die PV- Module (1) sowie den thermischen Solar - kollektor (2). Die erwärmte Ansaugluft erhöht den COP der Luftwärmepumpe (3). Die Ausrichtung nach den Himmelsrichtungen und Nachführung der PV- Module (1) nach dem Sonnenstand steigert und bewirkt einen gleichmäßigen Stromertrag über den Tag.

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung die aus Luftwärme und Solarstrahlung mit einer Luft- Wärmepumpe (3) Wärme für die Raumheizung und Warmwasserbereitung sowie mit PV- Modulen (1) Strom erzeugt.
Es ist bekannt, dass PV- Module zur Kühlung und Wärmegewinnung mit Wärmetauschern und nachgeordnet mit Wärmepumpen zur Temperaturanhebung versehen sind ( DE2018/000031 , EP2017/069742 , DE 20 2006 016 299 , WO 2018/033 409 A1 ). Zur Wärmeübertragung wird ein Kanal zur Leitung eines Fluides am PV- Modul angebracht ( WO 2015/157 875 A1 ). Eine Schallschutzwand besteht aus einem Solarkollektor der als Thermie- und Photovoltaik- Kollektor ausgebildet ist und eine Kühleinrichtung aufweist ( DE 20 2006 016 299 U1 ). Offenbart wird ein PV- Modul mit Wärmetauscher und Wärmepumpe zur Kühlung ( CH 11 04 25 771 A ). Zur Erhöhung des Wirkungsgrades einer Luftwärmepumpe wird die Luft in einem Kanal des PV- Moduls erwärmt. Der Stromertrag des PV- Moduls wir erhöht ( CN 11 05 18 877 (A ).
PV- Module werden für den maximalen Stromertrag auf dem Dach nach Süden ausgerichtet. Ein hoher Stromertrag wird zeitlich begrenzt in den Mittagsstunden erzielt. Stromspeicher mit hohen Investitionskosten und Energieverlusten ermöglichen die Nutzung des Solarstroms auch im weiteren Tagesverlauf mit geringer Solarstrahlung.
Bei hoher Lufttemperatur und intensiver Solarstrahlung in den Mittagsstunden steigt die Temperatur der PV- Module und der Stromertrag sinkt. Insbesondere bei zusammenhängenden großflächigen PV- Anlagen auf Dächern mit geringer Hinterlüftung wird in den Sommermonaten der erwartete Stromertrag nicht erzielt.
Auch die Verschmutzung der PV- Module lässt den Stromertrag sinken.
Die Installation der PV- Module auf dem Dach ist mit einem hohen handwerklichen Aufwand verbunden.
Die energetische Effizienz COP von Luftwärmepumpen wird von der Außentemperatur bestimmt. Bei Temperaturen unter - 15°C wird eine E- Zusatzheizung zugeschaltet. In der Praxis übersteigen die Stromkosten bei unsanierten Altbauten ohne Niedertemperatur-Heizungsanlage oftmals die bisherigen Öl- und Gaskosten.
Nach dem Stand der Technik erzeugt keine Vorrichtung Wärme mit einer LuftWärmepumpe (3) für die Raumheizung und Warmwasser- Bereitung aus mit dem thermischen Solarkollektor (2) und den PV- Modulen (1), die für einen gleichmäßigen hohen Stromertrag über den Tag nach den Himmelsrichtungen ausgerichtet sind und dem Sonnenstand nachgeführt werden sowie durch den Luftstrom im Energiewürfel gekühlt werden, für einen hohen COP der Wärmepumpe (3) aufgeheizten Außenluft. Die vorliegende Erfindung ermöglicht einen hohen gleichmäßigen Stromertrag über den Tag und einen niedrigen Stromverbrauch der Luft- Wärmepumpe (3).
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass die PV- Module (1) zu einem Quader angeordnet sind und die Sonnenstrahlung über den gesamten Tagesverlauf nutzen. Zusätzlich wird der Stromertrag mit der vertikalen Nachführung der PV- Module (1) nach dem Sonnenstand gesteigert.
Mit der Hinterlüftung der PV- Module (1) wirken diese zusätzlich als thermische Absorber.
Der thermische Solarkollektor (2) wärmt die Außenluft auf und senkt damit den Stromverbrauch der Luft- Wärmepumpe (3). Das Umlenkblech (4) steigert die Wärmeabgabe des thermischen Solarkollektors (2) an die Luft.
Ist die Luft- Wärmepumpe (3) nicht in Betrieb, bewirkt der thermische Auftrieb der Luft die Kühlung der PV- Module (1).
Mit der Kühlung der PV- Module (1) wird auch in den Sommermonaten ein hoher Stromertrag bewirkt.
Mit der Aufstellung des Energiewürfels z. B. auf dem Erdreich ist eine Reinigung der PV-Module (1) und des thermischen Solarkollektors (2) leicht möglich.
Der Energiewürfel wird vorteilhaft für die Wärme- und Stromversorgung von Einfamilienhäusern eingesetzt. Der erzeugte Solarstrom wird überwiegend im Eigenverbrauch genutzt.
Mit der möglichen industriellen Fertigung werden die Herstellungskosten erheblich gesenkt.
Der Energiewürfel besteht nach der 1 aus einem Installationsgerüst an dem die PV- Module (1), der thermische Solarkollektor (2), die Luft- Wärmepumpe (3) und die Umlenkbleche (4) befestigt werden.
Bezugszeichenliste

Figur 1: Ansicht mit Schnitt
1: PV- Modul
2: Solarkollektor, thermisch
3: Luft- Wärmepumpe, Außeneinheit
4: Umlenkblech
Figur 2: Solarkollektor, thermisch, Detailschnitt
5: Glasscheibe
6: Absorberblech

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 2018/000031 [0002]
EP 2017/069742 [0002]
DE 202006016299 [0002]
WO 2018/033409 A1 [0002]
WO 2015/157875 A1 [0002]
DE 202006016299 U1 [0002]
CH 110425771 A [0002]
CN 110518877 A [0002]

Claims

Energiewürfel zur Gewinnung von Strom und Wärme aus Luft und Solarstrahlung mit PV- Modulen (1), dem thermischen Solarkollektor (2), der Luft- Wärmepumpe (3) und der Nachführeinrichtung für PV- Modul (1), dadurch gekennzeichnet, dass die PV- Module (1) und der thermische Solarkollektor (2) zu einem Quader angeordnet sind, die Luft- Wärmepumpe (3) mit der Luftansaugung im Quader und der Ausblasöffnung an der Vorderkante in der unteren Hälfte des Quaders aufgestellt ist.
Energiewürfel nach Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die PV- Module (1) auf der vertikalen Achse dem Sonnenstand nachgeführt werden.
Energiewürfel nach Patentanspruch (1), dadurch gekennzeichnet, dass die Ansaugluft der Wärmepumpe (3) oberhalb der PV- Module (1) in den Energiewürfel eintritt.
Energiewürfel nach Patentanspruch (1), dadurch gekennzeichnet, dass das Umlenkblech (4) den in den Energiewürfel horizontal eintretenden Luftstrom an die Unterseite des thermischen Solarkollektors umlenkt.
Energiewürfel nach Patentanspruch (1), dadurch gekennzeichnet, dass der thermische Solarkollektor aus dem Absorberblech (6) und der Glasscheibe (5) mit zwischenliegendem Luftraum besteht.