DE102021104205A1

DE102021104205A1 - Device for converting solar energy into electrical energy and heat

Info

Publication number: DE102021104205A1
Application number: DE102021104205.4A
Authority: DE
Inventors: Holger Mesle
Original assignee: Ebm Papst St Georgen GmbH and Co KG
Current assignee: Ebm Papst St Georgen GmbH and Co KG
Priority date: 2021-02-23
Filing date: 2021-02-23
Publication date: 2022-08-25
Also published as: WO2022179778A1

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung (10) aufweisend wenigstens ein Photovoltaikmodul (11) und wenigstens einem Modulgehäuse (14), das über einen Strömungseingang (24) und einen Strömungsausgang (26) zur Hindurchleitung einer Luftströmung (L) durch das Modulgehäuse (14) mit einem Strömungskanal (32) verbunden ist. In jedem vorhandenen Modulgehäuse (14) ist wenigstens ein Photovoltaikmodul (11) derart angeordnet, dass auf beiden entgegengesetzten Seiten des Photovoltaikmoduls (11) jeweils ein Strömungsraum (30, 31) gebildet ist, durch den die Luftströmung (L) strömen kann. Im Strömungskanal (32) wird an einer Wärmeabgabestelle (29) zumindest einen Teil der Wärme oder der Luftströmung (L) abgegeben. Mittels einer Steuereinrichtung (35) wird eine Ventilatoreinheit (34) zur Erzeugung der Luftströmung (L) derart gesteuert, dass eine Lufttemperatur (T) der Luftströmung (L) an der Wärmeabgabestelle (29) innerhalb einer vorgegebenen Minimaltemperatur (Tmin) bis (Tmax) liegt. Dadurch lässt sich eine sehr gute Gesamtenergieeffizienz erreichen.The invention relates to a device (10) having at least one photovoltaic module (11) and at least one module housing (14), which has a flow inlet (24) and a flow outlet (26) for passing an air flow (L) through the module housing (14). a flow channel (32) is connected. At least one photovoltaic module (11) is arranged in each existing module housing (14) in such a way that a flow space (30, 31) through which the air flow (L) can flow is formed on both opposite sides of the photovoltaic module (11). At least part of the heat or the air flow (L) is released at a heat release point (29) in the flow channel (32). A fan unit (34) for generating the air flow (L) is controlled by means of a control device (35) in such a way that an air temperature (T) of the air flow (L) at the heat emission point (29) is within a predetermined minimum temperature (Tmin) to (Tmax). lies. This allows a very good overall energy efficiency to be achieved.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung, die dazu eingerichtet ist, die Energie des Sonnenlichts teilweise in elektrische Energie und teilweise Wärme umwandeln zu können.The present invention relates to a device which is set up to be able to convert the energy of the sunlight partly into electrical energy and partly into heat.

Es ist bekannt, über Solaranlagen die vom Sonnenlicht erzeugte Wärme auf ein Fluid zu übertragen und das erwärmte Fluid weiter zu fördern, beispielsweise zu Heizzwecken. Bei der luftgeführten Solarthermie wird Luft als Wärmetransportmedium verwendet. Solche Solaranlagen können zusätzlich über Photovoltaikmodule verfügen, um den erforderlichen Strom für die Solaranlage bereit zu stellen, so dass sich die Solaranlage autark mit elektrische Energie versorgen kann. Mit der warmen Luft aus der Solaranlage können beispielsweise Wohnräume belüftet und mithin geheizt werden.It is known to transfer the heat generated by sunlight to a fluid via solar systems and to further promote the heated fluid, for example for heating purposes. With air-guided solar thermal energy, air is used as the heat transport medium. Such solar systems can also have photovoltaic modules in order to provide the necessary electricity for the solar system, so that the solar system can supply itself with electrical energy independently. With the warm air from the solar system, for example, living spaces can be ventilated and therefore heated.

In der Praxis sind auch sogenannte PVT-Module bekannt, bei denen zur Kühlung eines Photovoltaikmoduls ein Kühlkreislauf vorhanden ist, durch den eine Kühlflüssigkeit strömt. Durch das Kühlen der Photovoltaikmodule mit der Kühlflüssigkeit kann deren Wirkungsgrad verbessert werden. Die von der Kühlflüssigkeit aufgenommene Wärme kann zur Beheizung gewonnen werden.So-called PVT modules are also known in practice, in which there is a cooling circuit for cooling a photovoltaic module, through which a cooling liquid flows. By cooling the photovoltaic modules with the coolant, their efficiency can be improved. The heat absorbed by the coolant can be recovered for heating.

Beispielsweise offenbart WO 2018/232537 A1 ein Modul, das als Hybridkollektor bezeichnet wird. Die Temperatur des Photovoltaikmoduls wird dabei von einem Medium, vorzugsweise Wasser an der Rückseite der Photovoltaikzellen durchströmt. An der Vorderseite ist ein abgedichteter luftgefüllter Raum gebildet, wobei die Luftschicht eine Wärmeisolationsschicht bildet.For example disclosed WO 2018/232537 A1 a module called a hybrid collector. A medium, preferably water, flows through the temperature of the photovoltaic module on the rear side of the photovoltaic cells. A sealed air-filled space is formed at the front, with the air layer forming a thermal insulation layer.

Die Firma Puren bietet außerdem einen für schräggeneigte Dächer eingerichteten Luftkollektor an, der in Kombination mit der Aufsparrendämmung eine geschlossene Dachhaut bildet. Die Luft kann an der unteren Dachkante in den Luftkollektor strömen und sich beim Aufsteigen durch den Luftkollektor erwärmen. Die erwärmte Luft wird anschließend durch einen Wärmetauscher geleitet, um in einem Gebäude für Heizzwecke verwendet zu werden.Puren also offers an air collector designed for sloping roofs, which forms a closed roof skin in combination with the above-rafter insulation. The air can flow into the air collector at the lower edge of the roof and heat up as it rises through the air collector. The heated air is then passed through a heat exchanger to be used in a building for heating purposes.

Bei den bekannten Systemen ist die Effizienz der parallelen Gewinnung von Wärme und elektrischer Energie noch unbefriedigend. Es kann daher als Aufgabe der vorliegenden Erfindung angesehen werden, eine Vorrichtung zu schaffen, die die Energie des Sonnenlichts zumindest zum Teil in Wärme und zumindest zum Teil in elektrische Energie umwandelt und dabei mit einem einfachen Aufbau eine hohe Effizienz erreicht.In the known systems, the efficiency of the parallel generation of heat and electrical energy is still unsatisfactory. It can therefore be regarded as an object of the present invention to create a device that converts the energy of the sunlight at least partly into heat and at least partly into electrical energy and, in doing so, achieves high efficiency with a simple structure.

Diese Aufgabe wird durch eine Vorrichtung mit den Merkmalen des Patentanspruches 1 gelöst.This object is achieved by a device having the features of patent claim 1.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung ist dazu eingerichtet, einen Teil der Energie des Sonnenlichts in elektrische Energie und einen Teil der Energie des Sonnenlichts in Wärme umzuwandeln. Somit kann gleichzeitig elektrische Energie oder Wärme gewonnen werden. Optional kann abhängig von den Umgebungsbedingungen in anderen Betriebszuständen zumindest zeitweise nur elektrische Energie oder nur Wärme gewonnen werden.The device according to the invention is set up to convert part of the energy of the sunlight into electrical energy and part of the energy of the sunlight into heat. Electrical energy or heat can thus be obtained at the same time. Optionally, depending on the ambient conditions in other operating states, only electrical energy or only heat can be obtained at least temporarily.

Die Vorrichtung weist ein Photovoltaikmodul auf, das in einem Modulgehäuse angeordnet ist. Das Modulgehäuse hat eine Vorderwand, eine mit Abstand zur Vorderwand angeordnete Rückwand und wenigstens eine Seitenwand. Das Modulgehäuse umgibt einen Innenraum. Der Innenraum ist gegenüber der Umgebung derart fluiddicht abgeschlossen, dass eine Luftströmung von einem Strömungseingang zu einem Strömungsausgang durch das Modulgehäuse geleitet wird.The device has a photovoltaic module which is arranged in a module housing. The module housing has a front wall, a rear wall spaced apart from the front wall, and at least one side wall. The module housing surrounds an interior space. The interior is sealed off from the environment in such a fluid-tight manner that an air flow is directed from a flow inlet to a flow outlet through the module housing.

In der Vorderwand ist ein Lichteintrittsfenster angeordnet, das beispielsweise durch eine Glasscheibe oder eine andere Scheibe gebildet ist, die aus einem Material besteht, das für einen Lichtwellenlängenbereich transparent ist, der durch das Photovoltaikmodul empfangen und in elektrische Energie umgewandelt werden kann. Insbesondere ist das Lichteintrittsfenster transparent für Lichtwellenlängen des sichtbaren Lichts bzw. Sonnenlichts.A light entry window is arranged in the front wall, which is formed, for example, by a pane of glass or another pane made of a material that is transparent to a light wavelength range that can be received by the photovoltaic module and converted into electrical energy. In particular, the light entry window is transparent to light wavelengths of visible light or sunlight.

Das Photovoltaikmodul ist im Modulgehäuse derart mit Abstand zur Vorderwand und zur Rückwand angeordnet, dass zwischen der Vorderwand und dem Photovoltaikmodul ein erster Strömungsraum und zwischen der Rückwand und dem Photovoltaikmodul ein zweiter Strömungsraum gebildet ist. Die beiden Strömungsräume sind derart ausgebildet, dass eine Luftströmung vom Strömungseingang des Modulgehäuses zum Strömungsausgang des Modulgehäuses durch beide Strömungsräume strömen kann. Dabei gelangt die Luftströmung sowohl im ersten Strömungsraum, als auch im zweiten Strömungsraum in Kontakt mit dem Photovoltaikmodul und kann zumindest einen Teil der im Modulgehäuse entstehenden Wärme aufnehmen, insbesondere auch Wärme, die durch den Betrieb des Photovoltaikmoduls entsteht.The photovoltaic module is arranged in the module housing at a distance from the front wall and the rear wall such that a first flow space is formed between the front wall and the photovoltaic module and a second flow space is formed between the rear wall and the photovoltaic module. The two flow spaces are designed in such a way that an air flow can flow from the flow inlet of the module housing to the flow outlet of the module housing through both flow spaces. The air flow comes into contact with the photovoltaic module both in the first flow space and in the second flow space and can absorb at least part of the heat generated in the module housing, in particular heat generated by the operation of the photovoltaic module.

Jeder Teil der Luftströmung kann bei einigen Ausführungsbeispielen vom Strömungseingang zum Strömungsausgang entweder durch den ersten Strömungsraum oder den zweiten Strömungsraum strömen. Alternativ kann im Modulgehäuse, insbesondere im Bereich einer oder beider Seitenwände eine Strömungsverbindung vorhanden sein, an der die Luft vom ersten Strömungsraum in den zweiten Strömungsraum geleitet wird oder umgekehrt.Each portion of the air flow may flow from flow input to flow output through either the first flow space or the second flow space in some embodiments. Alternatively, a flow connection can be present in the module housing, in particular in the area of one or both side walls, on which the Air is passed from the first flow space into the second flow space or vice versa.

Der Strömungseingang und der Strömungsausgang können in einer Erstreckungsrichtung parallel zum Photovoltaikmodul an entgegengesetzten Seitenwänden des Modulgehäuses angeordnet sein. Bei einem weiteren Ausführungsbeispiel können der Strömungseingang und der Strömungsausgang mit Abstand zu den Seitenwänden, beispielsweise mittig, an einer Rückwand des Modulgehäuses angeordnet sein. Bei allen Ausführungsbeispielen kann auch mehr als ein Strömungseingang und/oder mehr als ein Strömungsausgang vorhanden sein. Bei den verschiedenen Ausführungsbeispielen der Vorrichtung kann in der Ventilatoreinheit wenigstens ein Axial-, Radial- oder Querstromventilator zur Erzeugung der Luftströmung eingesetzt werden.The flow inlet and the flow outlet can be arranged in a direction of extension parallel to the photovoltaic module on opposite side walls of the module housing. In a further exemplary embodiment, the flow inlet and the flow outlet can be arranged at a distance from the side walls, for example in the middle, on a rear wall of the module housing. In all of the exemplary embodiments, there can also be more than one flow inlet and/or more than one flow outlet. In the various exemplary embodiments of the device, at least one axial, radial or cross-flow fan can be used in the fan unit to generate the air flow.

Die Luftströmung durch das Modulgehäuse wird mittels einer Ventilatoreinheit erzeugt. Die Ventilatoreinheit und das Modulgehäuse sind fluidisch mittels eines Strömungskanals miteinander verbunden. Der Strömungskanal ist mit dem Strömungseingang und dem Strömungsausgang des Modulgehäuses fluidisch verbunden.The air flow through the module housing is generated by a fan unit. The fan unit and the module housing are fluidically connected to one another by means of a flow channel. The flow channel is fluidically connected to the flow inlet and the flow outlet of the module housing.

Innerhalb des Strömungskanals ist eine Wärmeabgabestelle vorhanden. An der Wärmeabgabestelle ist vorzugsweise ein erster Wärmeübertrager angeordnet. Bei einem Ausführungsbeispiel weist die Vorrichtung lediglich einen einzigen Wärmeübertrager, nämlich den ersten Wärmeübertrager auf. Weitere Wärmeübertrager sind optional. Der erste Wärmeübertrager ist dazu eingerichtet, Wärme aus der Luftströmung entlang des Strömungskanals aufzunehmen und an einen Wärmepumpenkreislauf zu übertragen. Der Wärmepumpenkreislauf ist fluidisch von der Luftströmung getrennt, die von der Ventilatoreinheit erzeugt wird. Bei einem anderen Ausführungsbeispiel kann zumindest ein Teil der Luftströmung an der Wärmeabgabestelle entnommen und zur Heizung mit Heißluft an ein Heißluftheizsystem abgegeben werden. Der Wärmeübertrager an der Wärmeabgabestelle ist dabei optional und kann entfallen.A heat dissipation point is present within the flow channel. A first heat exchanger is preferably arranged at the heat emission point. In one embodiment, the device has only a single heat exchanger, namely the first heat exchanger. Other heat exchangers are optional. The first heat exchanger is set up to absorb heat from the air flow along the flow channel and to transfer it to a heat pump circuit. The heat pump circuit is fluidically separated from the air flow generated by the fan unit. In another embodiment, at least part of the air flow can be extracted at the heat emission point and delivered to a hot air heating system for heating with hot air. The heat exchanger at the heat emission point is optional and can be omitted.

Zu der Vorrichtung gehört außerdem eine Steuereinrichtung. Die Steuereinrichtung ist dazu eingerichtet, die Ventilatoreinheit zu steuern, so dass eine Lufttemperatur der Luftströmung an der Wärmeabgabestelle, beispielsweise am ersten Wärmeübertrager, in einem Temperatursollbereich liegt. Der Temperatursollbereich kann durch eine Minimaltemperatur und eine Maximaltemperatur definiert werden, beispielsweise einen Temperatursollwert und eine davon zulässige Abweichung zu höheren und zu geringeren Temperaturwerten.The device also includes a controller. The control device is set up to control the fan unit, so that an air temperature of the air flow at the heat emission point, for example at the first heat exchanger, is within a target temperature range. The desired temperature range can be defined by a minimum temperature and a maximum temperature, for example a desired temperature value and a permissible deviation therefrom in relation to higher and lower temperature values.

Die durch die Ventilatoreinheit erzeugte Luftströmung strömt somit durch den ersten und zweiten Strömungsraum im Modulgehäuse, nimmt dort Wärme auf, die durch die Sonneneinstrahlung und das Photovoltaikmodul erzeugt werden und transportiert die Wärme entlang des Strömungskanals zur Wärmeabgabestelle . Dort kann z.B. der erste Wärmeübertrager zumindest einen Teil der Wärme der hindurchströmenden Luft aufnehmen und zumindest einen Teil der Wärme zum Wärmepumpenkreislauf übertragen. Alternativ oder zusätzlich wird an der Wärmeabgabestelle Heißluft zum Heizen entnommen. Dabei wird die Lufttemperatur der Luftströmung an der Wärmeabgabestelle gesteuert und vorzugsweise geregelt. Die Lufttemperatur wird im Wesentlichen konstant gehalten. Der vorgegebene Temperatursollbereich ist entsprechend klein.The air flow generated by the fan unit thus flows through the first and second flow space in the module housing, where it absorbs heat generated by solar radiation and the photovoltaic module and transports the heat along the flow channel to the heat emission point. There, for example, the first heat exchanger can absorb at least part of the heat from the air flowing through and transfer at least part of the heat to the heat pump circuit. Alternatively or additionally, hot air is taken from the heat emission point for heating. The air temperature of the air flow at the heat emission point is controlled and preferably regulated. The air temperature is kept essentially constant. The specified temperature setpoint range is correspondingly small.

Insbesondere kann somit die Wärmemenge bekannt, die an der Wärmeabgabestelle abgegeben wird, beispielsweise vom ersten Wärmeübertrager an den Wärmepumpenkreislauf oder am direkt an ein Heißluftheizsystem übertragen wird. Der Betriebszustand des Wärmepumpenkreislaufs bzw. des Heizsystems kann daher optimal auf die übertragene Wärmemenge angepasst werden. Die Effizienz der Nutzung der im Modulgehäuse erzeugten Wärme ist optimiert. Die an der Vorderseite und Rückseite des Photovoltaikmoduls vorbeiströmende Luft kühlt das Photovoltaikmodul ausreichend und sorgt außerdem für eine hohe Effizienz beim Umwandeln der Energie des Sonnenlichts in elektrische Energie. Gleichzeitig ist der Gesamtaufbau der Vorrichtung mit verfügbaren Standardkomponenten möglich.In particular, the amount of heat that is emitted at the heat emission point can thus be known, for example from the first heat exchanger to the heat pump circuit or directly to a hot-air heating system. The operating status of the heat pump circuit or the heating system can therefore be optimally adapted to the amount of heat transferred. The efficiency of using the heat generated in the module housing is optimized. The air flowing past the front and rear of the photovoltaic module sufficiently cools the photovoltaic module and also ensures high efficiency in converting the energy of sunlight into electrical energy. At the same time, the overall construction of the device is possible with available standard components.

Dadurch, dass als Wärmeträger Luft verwendet wird, kann auch an warmen, sonnigen Tagen im Sommer, wenn wenig Wärme benötigt wird, ohne Weiteres genügend Wärme aus dem Modulgehäuse und somit vom Photovoltaikmodul abgeführt werden. Beispielsweise kann zumindest ein Teil der warmen Luftströmung an die Umgebung und/oder ein externes mit Heißluft betriebenes Heizsystem (Heißluftheizsystem) abgegeben werden und/oder es kann Wärme an einen Pufferspeicher übertragen werden. Dabei kann zum Beispiel kühlere Luft von einer geeigneten Stelle angesaugt und dem Strömungskanal bzw. der Luftströmung zugeführt werden.Due to the fact that air is used as the heat carrier, even on warm, sunny days in summer, when little heat is required, sufficient heat can easily be dissipated from the module housing and thus from the photovoltaic module. For example, at least part of the warm air flow can be released to the environment and/or an external heating system operated with hot air (hot air heating system) and/or heat can be transferred to a buffer store. In this case, for example, cooler air can be sucked in from a suitable point and fed to the flow channel or the air flow.

Die Vorrichtung ist für den Einsatz an unterschiedlichen Aufstellungsorten geeignet, beispielsweise auf einem Dach, an einer Hauswand, an einer Balkonbrüstung, usw.The device is suitable for use in different locations, for example on a roof, on a house wall, on a balcony parapet, etc.

Es ist vorteilhaft, wenn die Lufttemperatur der Luftströmung an der Wärmeabgabestelle mittels eines Temperatursensors im Strömungskanal erfasst wird. Der Temperatursensor kann ein Temperatursignal erzeugen, das die Lufttemperatur beschreibt. Das Temperatursignal kann zur Regelung der Lufttemperatur an die Steuereinrichtung übertragen werden. Alternativ dazu kann die Lufttemperatur an der Wärmeabgabestelle auch indirekt aus anderen Messwerten und/oder Daten ermittelt in der Steuereinrichtung verwendet werden.It is advantageous if the air temperature of the air flow at the heat release point is recorded by means of a temperature sensor in the flow channel becomes. The temperature sensor can generate a temperature signal that describes the air temperature. The temperature signal can be transmitted to the control device to regulate the air temperature. As an alternative to this, the air temperature at the heat emission point can also be used in the control device, determined indirectly from other measured values and/or data.

Die Vorrichtung kann bei einer bevorzugten Ausführungsform einen Wärmespeicher aufweisen, der als Pufferspeicher eingesetzt werden kann. Der Wärmespeicher ist dazu eingerichtet, Wärme von zumindest einen Teil der Luftströmung aufzunehmen bzw. zumindest einen Teil der gespeicherten Wärme an die Luftströmung abzugeben. Beispielsweise kann der Wärmespeicher mittels eines zweiten Wärmeübertragers mit zumindest einem Teil der Luftströmung gekoppelt sein. Die Energieeffizienz wird durch die Pufferung von überschüssiger Wärme an warmen Tagen verbessert, die an kalten Tagen mit geringer Sonneneinstrahlung entnommen und verwendet werden kann, um den Wärmepumpenkreislauf weiter im gewünschten Betriebsbereich betreiben zu können.In a preferred embodiment, the device can have a heat accumulator which can be used as a buffer accumulator. The heat accumulator is set up to absorb heat from at least part of the air flow or to release at least part of the stored heat to the air flow. For example, the heat accumulator can be coupled to at least part of the air flow by means of a second heat exchanger. Energy efficiency is improved by buffering excess heat on warm days, which can be extracted on cold days with little solar radiation and used to keep the heat pump circuit running in the desired operating range.

Vorzugsweise weist die Vorrichtung einen Verteiler auf, der im Strömungskanal angeordnet ist. Der Verteiler ist dazu eingerichtet, die Luftströmung aufzuteilen. Die Luftströmung strömt im Strömungskanal in den Verteiler und kann dort entweder in einem einzigen Luftstrom oder unterteilt in mehrere Teilströme abgegeben werden. Zu diesem Zweck kann der Verteiler an mehrere Leitungen angeschlossen sein, die jeweils die gesamte Luftströmung oder einen Teilstrom weiterleiten können. Durch diese Ausgestaltung muss nicht die gesamte Luftströmung entlang der Wärmeabgabestelle strömen, sondern kann abhängig von äußeren Umständen umgeleitet oder aufgeteilt werden.The device preferably has a distributor which is arranged in the flow channel. The distributor is configured to split the air flow. The air flow flows in the flow channel into the distributor and can be released there either in a single air flow or divided into several partial flows. For this purpose, the distributor can be connected to several lines, each of which can forward the entire air flow or a partial flow. With this configuration, the entire air flow does not have to flow along the heat emission point, but can be diverted or divided depending on external circumstances.

Bei einem Ausführungsbeispiel ist der Verteiler über eine erste Leitung des Strömungskanals fluidisch mit der Wärmeabgabestelle (z.B. dem ersten Wärmeübertrager) verbindbar und über eine zweite Leitung des Strömungskanals fluidisch mit dem zweiten Wärmeübertrager verbindbar. Dadurch kann die Luftströmung entweder nur dem zur Wärmeabgabestelle (z.B. dem ersten Wärmeübertrager) oder nur dem zweiten Wärmeübertrager zugeführt werden oder es können ein erster Teilstrom zur Wärmeabgabestelle (z.B. zum ersten Wärmeübertrager) und ein zweiter Teilstrom zum zweiten Wärmeübertrager geleitet werden.In one embodiment, the manifold is fluidically connectable to the heat dissipation point (e.g., the first heat exchanger) via a first line of the flow channel and fluidly connectable to the second heat exchanger via a second line of the flow channel. As a result, the air flow can either only be fed to the heat emission point (e.g. the first heat exchanger) or only to the second heat exchanger, or a first partial flow can be directed to the heat emission point (e.g. to the first heat exchanger) and a second partial flow to the second heat exchanger.

Es ist außerdem vorteilhaft, wenn der Verteiler über eine dritte Leitung fluidisch mit der Umgebung verbindbar ist. Wenn weder an der Wärmeabgabestelle, noch über den zweiten Wärmeübertrager ausreichend Wärme abgeführt werden kann, kann Warmluft über die dritte Leitung an die Umgebung abgegeben werden. Dadurch wird das Photovoltaikmodul auch an sonnigen heißen Tagen vor Überhitzung geschützt.It is also advantageous if the distributor can be fluidically connected to the environment via a third line. If sufficient heat cannot be dissipated either at the heat emission point or via the second heat exchanger, warm air can be released to the environment via the third line. This protects the photovoltaic module from overheating even on sunny, hot days.

Es ist zusätzlich oder alternativ möglich, dass der Verteiler über eine vierte Leitung fluidisch mit einem Heißluftheizsystem verbindbar ist. Dadurch kann Heißluft beispielsweise direkt über das Heißluftheizsystem zum Heizen von Räumen verwendet werden. Ein derartiges Heißluftheizsystem kann alternativ oder zusätzlich zum ersten Wärmeübertrager auch mit der Wärmeabgabestelle verbunden sein.It is additionally or alternatively possible for the distributor to be fluidically connectable to a hot-air heating system via a fourth line. This means that hot air can be used directly via the hot air heating system to heat rooms, for example. Such a hot-air heating system can also be connected to the heat emission point as an alternative or in addition to the first heat exchanger.

Es sei darauf hingewiesen, dass die Nummerierung der Leitungen nur zur Unterscheidbarkeit erfolgt und nicht das Vorhandensein anderer Leitungen voraussetzt. Die zweite Leitung und/oder die die dritte Leitung und/oder die vierte Leitung können in beliebiger Kombination zusätzlich zur ersten Leitung vorhanden sein.It should be noted that the lines are numbered for purposes of differentiation only and do not imply the presence of other lines. The second line and/or the third line and/or the fourth line can be present in any combination in addition to the first line.

Bei einer bevorzugten Ausführungsform weist die Vorrichtung eine Benutzerschnittstelle auf, die mit der Steuereinrichtung kommunikationsverbunden ist. Ein Benutzer kann über die Benutzerschnittstelle ein Bediensignal an die Steuereinrichtung übertragen und/oder Informationen von der Steuereinrichtung erhalten. Die Benutzerschnittstelle kann ein berührungsempfindlicher Bildschirm sein, beispielsweise an einem mobilen Gerät oder alternativ fest in einem mit der Vorrichtung ausgestatteten Gebäude installiert sein. Über das Bediensignal kann ein Benutzer einen Sollbetriebszustand der Vorrichtung und/oder Informationen anfordern.In a preferred embodiment, the device includes a user interface that is communicatively coupled to the controller. A user can transmit an operating signal to the control device via the user interface and/or receive information from the control device. The user interface can be a touch-sensitive screen, for example on a mobile device, or alternatively can be permanently installed in a building equipped with the device. A user can request a target operating state of the device and/or information via the operating signal.

Die Steuereinrichtung kann den Betriebszustand der Vorrichtung basierend auf dem Bediensignal steuern oder regeln. Beispielsweise kann das Bediensignal die Umleitung bzw. Aufteilung der Luftströmung im Verteiler beeinflussen oder vorgeben und/oder den Betriebszustand der Ventilatoreinheit, beispielsweise den erzeugten Volumenstrom oder Massenstrom der Ventilatoreinheit beeinflussen oder vorgeben.The controller can control or regulate the operating state of the device based on the operating signal. For example, the operating signal can influence or specify the diversion or division of the air flow in the distributor and/or influence or specify the operating state of the fan unit, for example the generated volume flow or mass flow of the fan unit.

Die Steuereinrichtung kann zusätzlich oder alternativ auch dazu eingerichtet sein, Wettervorhersagedaten zu empfangen, beispielsweise über ein drahtloses und/oder drahtgebundenes Netzwerk. Die Steuereinrichtung kann den Betriebszustand der Vorrichtung basierend auf den Wettervorhersagedaten steuern. Auch hierbei können der Betriebszustand des Verteilers und/oder der Ventilatoreinheit basierend auf den Wettervorhersagedaten beeinflusst oder vorgegeben werden.In addition or as an alternative, the control device can also be set up to receive weather forecast data, for example via a wireless and/or wired network. The controller may control the operation state of the device based on the weather forecast data. Here, too, the operating state of the distributor and/or the fan unit can be influenced or specified based on the weather forecast data.

Die Luftströmung entlang des Strömungskanals kann einen geschlossenen Strömungskreislauf bilden. Insbesondere bei Ausführungsbeispielen, bei denen die Möglichkeit zur Abgabe von warmer Luft aus dem Strömungskanal an die Umgebung vorgesehen ist, kann der Strömungskanal einen Luftzufuhranschluss aufweisen, der fluidisch mit der Umgebung und/oder einer daran angeschlossenen Lüftungsanlage verbunden ist. Auf diese Weise kann zusätzliche Luft für die Luftströmung entlang des Strömungskanals zugeführt werden.The air flow along the flow channel can form a closed flow circuit form. Particularly in exemplary embodiments in which the possibility of discharging warm air from the flow duct to the environment is provided, the flow duct can have an air supply connection which is fluidically connected to the environment and/or to a ventilation system connected thereto. In this way, additional air can be supplied for the air flow along the flow channel.

Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den abhängigen Ansprüchen, der Beschreibung und den Zeichnungen. Nachfolgend werden bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand der beigefügten Zeichnungen im Einzelnen erläutert. In den Zeichnungen zeigen:

1 und 2 jeweils ein Blockschaltbild eines Ausführungsbeispiels einer erfindungsgemäßen Vorrichtung,
3, 4 und 5 jeweils ein Blockschaltbild eines Ausführungsbeispiels eines Modulgehäuses für ein Photovoltaikmodul der Vorrichtung aus 1 und 2 und
6 ein Ausführungsbeispiel eines Verfahrens zur Umwandlung von Sonnenlicht in elektrische Energie und Wärme, das beispielsweise mit der Vorrichtung gemäß der 1 und 2 durchgeführt werden kann.

Advantageous configurations of the invention result from the dependent claims, the description and the drawings. Preferred exemplary embodiments of the invention are explained in detail below with reference to the attached drawings. In the drawings show:

1 and 2 each a block diagram of an embodiment of a device according to the invention,
3 , 4 and 5 each a block diagram of an embodiment of a module housing for a photovoltaic module of the device 1 and 2 and
6 an embodiment of a method for converting sunlight into electrical energy and heat, for example with the device according to the 1 and 2 can be carried out.

1 zeigt ein Blockschaltbild eines Ausführungsbeispiels einer Vorrichtung 10 zur Umwandlung von in einfallendem Sonnenlicht S enthaltener Energie in elektrische Energie und in Wärme. 1 FIG. 1 shows a block diagram of an exemplary embodiment of a device 10 for converting energy contained in incident sunlight S into electrical energy and into heat.

Zur Umwandlung der im Sonnenlicht S enthaltenen Energie in elektrische Energie weist die Vorrichtung 10 wenigstens ein Photovoltaikmodul 11 auf. Das Photovoltaikmodul 11 ist über einen Wandlerschaltkreis 12 mit einer elektrischen Last 13 verbunden. Der Wandlerschaltkreis 12 ist dazu eingerichtet, die von dem wenigstens einen Photovoltaikmodul 11 bereitgestellte Gleichspannung in eine geeignete Wechselspannung umzuwandeln und der elektrischen Last 13 zur Verfügung zu stellen. Die elektrische Last 13 kann ein Verbraucher sein oder ein elektrische Netz eines Gebäudes oder ein Energieversorgungsnetz eines Energieversorgungsunternehmens.The device 10 has at least one photovoltaic module 11 for converting the energy contained in the sunlight S into electrical energy. The photovoltaic module 11 is connected to an electrical load 13 via a converter circuit 12 . The converter circuit 12 is set up to convert the DC voltage provided by the at least one photovoltaic module 11 into a suitable AC voltage and to make it available to the electrical load 13 . The electrical load 13 can be a consumer or an electrical network of a building or an energy supply network of an energy supply company.

Jedes vorhandene Photovoltaikmodul 11 ist in einem Modulgehäuse 14 angeordnet. Dabei kann für jedes Photovoltaikmodul 11 ein separates Modulgehäuse 14 vorhanden sein oder es können auch mehrere Photovoltaikmodule 11 in einem gemeinsamen Modulgehäuse 14 angeordnet werden. Das Modulgehäuse 14 ist in 1 lediglich in einer Prinzipdarstellung schematisiert dargestellt und in 3 schematisiert in Draufsicht gezeigt. Jedes Modulgehäuse 14 hat eine Vorderwand 15, eine Rückwand 16 und wenigstens eine Seitenwand 17. Bei dem hier veranschaulichten Ausführungsbeispiel (3) hat das dargestellte Modulgehäuse 14 eine quaderförmige Gestalt mit vier Seitenwänden 17. Die Vorderwand 15 jedes Modulgehäuses 14 weist ein Lichteintrittsfenster 18 auf, das in den 1 und 2 schematisch punktiert dargestellt ist. Durch das Lichteintrittsfenster 18 kann Sonnenlicht S hindurchgelangen und auf das Photovoltaikmodul 11 im Modulgehäuse 14 auftreffen. Das Lichteintrittsfenster 18 kann durch eine für den Wellenlängenbereich des Sonnenlichts S oder einen Teil davon transparent sein und zum Beispiel durch eine Glasscheibe oder eine Kunststoffscheibe gebildet sein. Das Lichteintrittsfenster 18 ist dazu eingerichtet, zumindest den Wellenlängenbereich des Sonnenlichts S hindurchzulassen, den die Zellen des Photovoltaikmoduls 11 im Modulgehäuse 14 in elektrische Energie umwandeln können.Each existing photovoltaic module 11 is arranged in a module housing 14 . A separate module housing 14 can be present for each photovoltaic module 11 or several photovoltaic modules 11 can also be arranged in a common module housing 14 . The module housing 14 is in 1 only shown schematically in a schematic representation and in 3 shown schematically in top view. Each module housing 14 has a front wall 15, a rear wall 16 and at least one side wall 17. In the exemplary embodiment illustrated here ( 3 ) The module housing 14 shown has a cuboid shape with four side walls 17. The front wall 15 of each module housing 14 has a light entry window 18 in the 1 and 2 is shown schematically dotted. Sunlight S can pass through the light entry window 18 and impinge on the photovoltaic module 11 in the module housing 14 . The light entry window 18 can be transparent for the wavelength range of the sunlight S or a part thereof and can be formed, for example, by a glass pane or a plastic pane. The light entry window 18 is set up to let through at least the wavelength range of the sunlight S that the cells of the photovoltaic module 11 in the module housing 14 can convert into electrical energy.

Das Modulgehäuse 14 umgibt einen Innenraum 22 und trennt diesen fluidisch von der Umgebung 23 des Modulgehäuses 14 ab. Zur Durchströmung des Modulgehäuses 14 mit einer Luftströmung L ist das Modulgehäuse 14 an einem Strömungseingang 24 mit einer Eingangsleitung 25 und an einem Strömungsausgang 26 mit einer Ausgangsleitung 27 fluidisch verbunden. Die Luftströmung L kann daher über die Eingangsleitung 25 und den Strömungseingang 24 in das Modulgehäuse 14 einströmen und durch den Strömungsausgang 26 aus dem Modulgehäuse 14 in die Ausgangsleitung 27 strömen. Abhängig von der Dimension und der Form des Modulgehäuses 14 können der Strömungseingang 24 und der Strömungsausgang 26 derart ausgestaltet werden, dass das Photovoltaikmodul 11 im Innenraum 22 des Modulgehäuses 14 möglichst gleichmäßig von der Luftströmung L umströmt wird.The module housing 14 surrounds an interior space 22 and separates it fluidically from the surroundings 23 of the module housing 14 . In order for an air flow L to flow through the module housing 14 , the module housing 14 is fluidically connected to an inlet line 25 at a flow inlet 24 and to an outlet line 27 at a flow outlet 26 . The air flow L can therefore flow into the module housing 14 via the inlet line 25 and the flow inlet 24 and flow out of the module housing 14 through the flow outlet 26 into the outlet line 27 . Depending on the dimensions and shape of the module housing 14 , the flow inlet 24 and the flow outlet 26 can be designed in such a way that the air flow L flows around the photovoltaic module 11 in the interior 22 of the module housing 14 as uniformly as possible.

Wie es in den 1 und 2 veranschaulicht ist, ist das Photovoltaikmodul 11 im Modulgehäuse 14 sowohl mit Abstand zur Vorderwand 15, als auch mit Abstand zur Rückwand 16 angeordnet. Dadurch ist zwischen dem Photovoltaikmodul 11 und der Vorderwand 15 ein erster Strömungsraum 30 und zwischen dem Photovoltaikmodul 11 und der Rückwand 16 ein zweiter Strömungsraum 31 gebildet. Die beiden Strömungsräume 30, 31 werden unmittelbar durch das Photovoltaikmodul 11 begrenzt, so dass durch den ersten Strömungsraum 30 strömende Luft unmittelbar an der der Vorderwand 15 zugewandten vorderen Seite des Photovoltaikmoduls 11 entlangströmt und Luft, die durch den zweiten Strömungsraum 31 strömt, unmittelbar an der der Rückwand 16 zugewandten Seite des Photovoltaikmoduls 11 entlangströmt. Dadurch wird im Photovoltaikmodul 11 bei der Umwandlung von Solarenergie in elektrische Energie erzeugte Wärme zumindest teilweise an die Luftströmung L abgegeben und das Photovoltaikmodul 11 gekühlt.Like it in the 1 and 2 is illustrated, the photovoltaic module 11 is arranged in the module housing 14 both at a distance from the front wall 15 and at a distance from the rear wall 16 . As a result, a first flow space 30 is formed between the photovoltaic module 11 and the front wall 15 and a second flow space 31 is formed between the photovoltaic module 11 and the rear wall 16 . The two flow spaces 30, 31 are delimited directly by the photovoltaic module 11, so that air flowing through the first flow space 30 flows directly along the front side of the photovoltaic module 11 facing the front wall 15 and air flowing through the second flow space 31 flows directly along the flows along the side of the photovoltaic module 11 facing the rear wall 16 . As a result, heat generated in the photovoltaic module 11 during the conversion of solar energy into electrical energy is at least partially given off to the air flow L and the photovoltaic module 11 is cooled.

Die Luftströmung durch den ersten Strömungsraum 30 und den zweiten Strömungsraum 31 nimmt zumindest auch teilweise Wärme der Vorderwand 15 und/oder der Rückwand 16 und/oder der wenigstens einen Seitenwand 17 des Modulgehäuses 14 auf, das sich aufgrund der Einstrahlung des Sonnenlichts S erwärmen kann.The air flow through the first flow space 30 and the second flow space 31 also at least partially absorbs heat from the front wall 15 and/or the rear wall 16 and/or the at least one side wall 17 of the module housing 14, which can heat up due to the insolation of the sunlight S.

Wie es in 3 schematisch veranschaulicht ist, kann der Strömungseingang 24 mehrere an einer Seitenwand 17 vorhandene Anschlüsse aufweisen, um die Luftströmung L in das Modulgehäuse 14 einzuleiten. Zusätzlich oder alternativ können auch andere Strömungsleiteinrichtungen, insbesondere im Bereich zwischen der Eingangsleitung 25 und dem Strömungseingang 24 angeordnet sein, um die Luftströmung L gleichmäßig durch die Strömungsräume 30, 31 zu leiten. Wie es in 3 schematisch veranschaulicht ist, erstreckt sich der Strömungsausgang 26 vorzugsweise im Wesentlichen über den gesamten Querschnitt des ersten Strömungsraums 30 sowie des zweiten Strömungsraums 31, um die Luftströmung aus dem Modulgehäuse 14 möglichst gleichmäßig weiterzuleiten. Die Ausgangsleitung 27 kann sich im Verbindungsbereich zum Strömungsausgang 26 aufweiten bzw. über ein sich aufweitendes Anschlussstück mit dem Modulgehäuse 14 verbunden sein.like it in 3 is illustrated schematically, the flow inlet 24 can have a plurality of connections present on a side wall 17 in order to introduce the air flow L into the module housing 14 . In addition or as an alternative, other flow guide devices can also be arranged, in particular in the area between the inlet line 25 and the flow inlet 24, in order to guide the air flow L evenly through the flow spaces 30, 31. like it in 3 is illustrated schematically, the flow outlet 26 preferably extends essentially over the entire cross section of the first flow space 30 and the second flow space 31 in order to forward the air flow from the module housing 14 as evenly as possible. The outlet line 27 can widen in the connection area to the flow outlet 26 or be connected to the module housing 14 via a widening connecting piece.

Die Eingangsleitung 25 und die Ausgangsleitung 27 sind Bestandteil eines Strömungskanals 32, innerhalb dem die Luftströmung L strömen kann. Der Strömungskanal 32 hat eine erste Leitung 33, die fluidisch mit der Eingangsleitung 25 verbunden ist und die beispielsgemäß fluidisch mit der Ausgangsleitung 27 verbunden werden kann. Zur Erzeugung der Luftströmung L ist mit dem Strömungskanal 32 und beispielsgemäß der ersten Leitung 33 eine Ventilatoreinheit 34 verbunden. Die Ventilatoreinheit 34 weist wenigstens einen Ventilator auf, der beispielsweise als Axial- oder Radialventilator ausgebildet sein kann. Beispielsgemäß ist die Ventilatoreinheit 34 in der ersten Leitung 33 angeordnet. Die Ventilatoreinheit 34 wird über eine Steuereinrichtung 35 gesteuert. Hierzu erzeugt die Steuereinrichtung 35 ein erstes Ausgangssignal A1, das der Ventilatoreinheit 34 übermittelt wird.The inlet line 25 and the outlet line 27 are part of a flow channel 32 within which the air flow L can flow. The flow channel 32 has a first line 33 which is fluidly connected to the input line 25 and which can be fluidly connected to the output line 27 according to the example. To generate the air flow L, a fan unit 34 is connected to the flow channel 32 and, for example, to the first line 33 . The fan unit 34 has at least one fan, which can be designed, for example, as an axial or radial fan. According to the example, the fan unit 34 is arranged in the first line 33 . The fan unit 34 is controlled via a control device 35 . For this purpose, the control device 35 generates a first output signal A1, which is transmitted to the fan unit 34.

Alternativ zu den in den 1-3 veranschaulichten Ausführungsbeispielen können der Strömungseingang 24 und der Strömungsausgang 26 relativ zueinander bzw. relativ zum Modulgehäuse 14 auch anders angeordnet sein, wie es beispielhaft schematisch in den 4 und 5 veranschaulicht ist. Bei dem Ausführungsbeispiel gemäß der 1-3 waren der Strömungseingang 24 und der Strömungsausgang 26 an sich in Strömungsrichtung entgegengesetzten Enden des Modulgehäuses 14 angeordnet, so dass ein Teil der Luftströmung L ausschließlich durch den ersten Strömungsraum 30 und ein anderer Teil der Luftströmung L ausschließlich durch den zweiten Strömungsraum 31 strömt. Im Unterschied dazu sind der Strömungseingang 24 und der Strömungsausgang 26 beim Ausführungsbeispiel gemäß 4 an einer gemeinsamen Seite des Modulgehäuses 14 und beispielsgemäß an einer Seitenwand 17 angeordnet. Die Luftströmung L strömt zunächst durch einen der beiden Strömungsräume 30 oder 31 bis zu einer Umlenkstelle und wird dort in den jeweils anderen Strömungsraum 31 bzw. 30 geleitet. Anschließend strömt die Luft ausgehend von dieser Umlenkstelle zum Strömungsausgang 26. Somit wird die gesamte Luftströmung L zunächst durch einen der beiden Strömungsräume und beispielsgemäß den ersten Strömungsraum 30 geführt und anschließend durch den jeweils anderen Strömungsraum und beispielsgemäß den zweiten Strömungsraum 31. Die Luftströmung L könnte auch zunächst durch den zweiten Strömungsraum 31 und anschließend durch den ersten Strömungsraum 30 strömen. Der Strömungseingang 24 und der Strömungsausgang 26 sind bei dem in 4 veranschaulichten Ausführungsbeispiel übereinander an einer gemeinsamen Seitenwand 17 angeordnet, während zwischen dem Photovoltaikmodul 11 und der gegenüberliegenden Seitenwand 17 ein Durchgang zur Strömungsverbindung zwischen dem ersten Strömungsraum 30 und dem zweiten Strömungsraum 31 gebildet ist, der hier als Umlenkstelle zum Umlenken der Luftströmung L dient.As an alternative to those in the 1-3 In the exemplary embodiments illustrated, the flow inlet 24 and the flow outlet 26 can also be arranged differently relative to one another or relative to the module housing 14, as is shown schematically by way of example in FIGS 4 and 5 is illustrated. In the embodiment according to the 1-3 the flow inlet 24 and the flow outlet 26 are arranged at opposite ends of the module housing 14 in the flow direction, so that part of the air flow L flows exclusively through the first flow space 30 and another part of the air flow L flows exclusively through the second flow space 31. In contrast to this, the flow inlet 24 and the flow outlet 26 in the exemplary embodiment according to FIG 4 arranged on a common side of the module housing 14 and, for example, on a side wall 17 . The air flow L first flows through one of the two flow chambers 30 or 31 to a deflection point and is guided there into the other flow chamber 31 or 30, respectively. The air then flows from this deflection point to the flow outlet 26. The entire air flow L is thus first guided through one of the two flow spaces and, for example, the first flow space 30 and then through the other flow space and, for example, the second flow space 31. The air flow L could also flow first through the second flow space 31 and then through the first flow space 30 . The flow inlet 24 and the flow outlet 26 are in FIG 4 illustrated embodiment are arranged one above the other on a common side wall 17, while a passage for the flow connection between the first flow space 30 and the second flow space 31 is formed between the photovoltaic module 11 and the opposite side wall 17, which passage serves here as a deflection point for deflecting the air flow L.

In 5 ist ein weiteres Ausführungsbeispiel eines Modulgehäuses 14 veranschaulicht, bei dem Strömungseingang 24 und der Strömungsausgang 26 in die Rückwand 16 des Modulgehäuses 14 einmünden. Der Strömungseingang 24 steht mit einem der beiden Strömungsräume und beispielsgemäß dem ersten Strömungsraum 30 in Fluidverbindung. Der andere Strömungsraum, beispielsgemäß der zweite Strömungsraum 31, steht mit dem Strömungsausgang 26 in Fluidverbindung. Die Luftströmung L strömt zunächst in den ersten Strömungsraum 30 und im Bereich der Seitenwände 17 vom ersten Strömungsraum 30 in den zweiten Strömungsraum 31. Ähnlich wie beim Ausführungsbeispiel gemäß 4 ist hier eine Strömungsverbindung bzw. Umlenkstelle für die Luftströmung L gebildet. Durch den zweiten Strömungsraum 31 strömt die Luft zum Strömungsausgang 26.In 5 Another exemplary embodiment of a module housing 14 is illustrated, in which the flow inlet 24 and the flow outlet 26 open into the rear wall 16 of the module housing 14 . The flow inlet 24 is in fluid connection with one of the two flow spaces and, for example, with the first flow space 30 . The other flow space, for example the second flow space 31, is in fluid communication with the flow outlet 26. The air flow L first flows into the first flow space 30 and in the area of the side walls 17 from the first flow space 30 into the second flow space 31. Similar to the exemplary embodiment according to FIG 4 a flow connection or deflection point for the air flow L is formed here. The air flows through the second flow space 31 to the flow outlet 26.

Bei sämtlichen Ausführungsbeispielen kann auch mehr als ein Strömungseingang 24 und mehr als ein Strömungsausgang 26 vorhanden sein. Beispielsweise können bei dem in 5 dargestellten Ausführungsbeispiel an der Rückwand 16 ein zentraler Strömungseingang 24 und zwei oder mehr versetzt dazu angeordnete Strömungsausgänge 26 vorhanden sein. Alternativ zu der in 5 schematisch dargestellten Ausführungsform kann der wenigstens eine Strömungseingang 24 und der wenigstens eine Strömungsausgang 26 rechtwinklig zur Zeichenebene versetzt und bezogen auf die Zeichenebene an derselben Stelle, beispielsweise mittig, angeordnet sein. Bei der Ausgestaltung des Modulgehäuses 14 und dem Anordnen des wenigstens einen Strömungseingangs 24 sowie des wenigstens einen Strömungsausgangs 26 bestehen vielfältige Abwandlungsmöglichkeiten, wobei die vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispiele auch miteinander kombiniert werden können.In all of the exemplary embodiments, more than one flow inlet 24 and more than one flow outlet 26 can also be present. For example, at the in 5 illustrated embodiment on the rear wall 16, a central flow inlet 24 and two or more flow outlets 26 offset to be present. As an alternative to the in 5 Schematically illustrated embodiment, the at least one flow inlet 24 and the at least one Flow outlet 26 offset at right angles to the plane of the drawing and based on the plane of the drawing at the same point, for example in the middle. In the design of the module housing 14 and the arrangement of the at least one flow inlet 24 and the at least one flow outlet 26, there are many possible modifications, with the exemplary embodiments described above also being able to be combined with one another.

Insbesondere beim Ausführungsbeispiel nach 5 kann als Ventilatoreinheit 34 ein Querstromventilator verwendet werden.In particular in the embodiment according to 5 a tangential fan can be used as the fan unit 34 .

Die Luftströmung L durch den Strömungskanal 32 strömt an einer Wärmeabgabestelle 29 durch einen ersten Wärmeübertrager 36. Der erste Wärmeübertrager 36 ist beispielsgemäß in der ersten Leitung 33 angeordnet. Es ist vorteilhaft, wenn die Ventilatoreinheit 34 und der erste Wärmeübertrager 36 unmittelbar benachbart in der ersten Leitung 33 angeordnet sind. Insbesondere kann zwischen der Ventilatoreinheit 34 und dem ersten Wärmeübertrager 36 ausschließlich eine Rohrverbindung der ersten Leitung 33 vorhanden sein. Beim Ausführungsbeispiel ist der erste Wärmeübertrager 36 stromabwärts der Ventilatoreinheit 34 angeordnet, wobei in Abwandlung hierzu auch die Möglichkeit besteht, den ersten Wärmeübertrager 36 stromaufwärts der Ventilatoreinheit 34 anzuordnen.The air flow L through the flow channel 32 flows at a heat emission point 29 through a first heat exchanger 36. The first heat exchanger 36 is arranged in the first line 33, for example. It is advantageous if the fan unit 34 and the first heat exchanger 36 are arranged directly adjacent in the first line 33 . In particular, only a pipe connection of the first line 33 can be present between the fan unit 34 and the first heat exchanger 36 . In the exemplary embodiment, the first heat exchanger 36 is arranged downstream of the fan unit 34 , with a modification to this also being the possibility of arranging the first heat exchanger 36 upstream of the fan unit 34 .

Der erste Wärmeübertrager 36 erzeugt eine Wärmekopplung zwischen der Luftströmung L durch den Strömungskanal 32 und einem Wärmepumpenkreislauf 37. Durch den Wärmepumpenkreislauf 37 zirkuliert ein Fluid F, das innerhalb des Wärmepumpenkreislaufs 37 abhängig von seinem Druck entweder flüssig oder gasförmig ist. Das gasförmige Fluid F nimmt beim Strömen durch den ersten Wärmeübertrager 36 Wärme auf, den der Wärmeübertrager 36 aus der Luftströmung L entnimmt und zumindest teilweise auf das Fluid F überträgt. Das erwärmte Fluid F wird dann über einen Verdichter 38 verdichtet und durch die Druckerhöhung findet ein Phasenübergang in den flüssigen Zustand statt. Das flüssige Fluid strömt zunächst durch einen Kondensator 39, der beispielsweise durch einen Wärmeübertrager gebildet sein kann, und gibt dabei Wärme ab, beispielsweise an ein Heizsystem 40 eines Gebäudes. Stromabwärts des Kondensators 39 strömt das Fluid F durch eine Drossel 41, wobei eine Druckreduzierung und ein dadurch verursachter Phasenübergang vom flüssigen Zustand in den gasförmigen Zustand F stattfindet. Das abgekühlte, gasförmige Fluid F strömt dann wieder zur Wärmeaufnahme durch den ersten Wärmeübertrager 36.The first heat exchanger 36 generates a heat coupling between the air flow L through the flow channel 32 and a heat pump circuit 37. A fluid F circulates through the heat pump circuit 37, which is either liquid or gaseous within the heat pump circuit 37 depending on its pressure. The gaseous fluid F absorbs heat as it flows through the first heat exchanger 36, which the heat exchanger 36 removes from the air flow L and at least partially transfers to the fluid F. The heated fluid F is then compressed by a compressor 38 and the pressure increase causes a phase transition into the liquid state. The liquid fluid first flows through a condenser 39, which can be formed by a heat exchanger, for example, and in the process gives off heat, for example to a heating system 40 of a building. The fluid F flows downstream of the condenser 39 through a throttle 41, with a pressure reduction and a phase transition from the liquid state to the gaseous state F taking place as a result. The cooled, gaseous fluid F then flows again through the first heat exchanger 36 to absorb heat.

Um die Wärmekopplung zwischen der Luftströmung L im Strömungskanal 32 und dem Wärmepumpenkreislauf 37 zu optimieren, steuert die Steuereinrichtung 35 die Ventilatoreinheit 34 derart, dass eine Lufttemperatur T der Luftströmung L am ersten Wärmeübertrager 36 möglichst konstant ist und insbesondere innerhalb eines Temperatursollbereichs bleibt: T_min ≤ T ≤ T_max. Die Lufttemperatur T ist somit mindestens so groß wie eine Minimaltemperatur Tmin und höchstens so groß wie eine Maximaltemperatur Tmax.In order to optimize the thermal coupling between the air flow L in the flow duct 32 and the heat pump circuit 37, the control device 35 controls the fan unit 34 in such a way that an air temperature T of the air flow L at the first heat exchanger 36 is as constant as possible and in particular remains within a target temperature range: T _min ≤ T ≤ T _max . The air temperature T is therefore at least as high as a minimum temperature Tmin and at most as high as a maximum temperature Tmax.

Zur Messung der Lufttemperatur T ist ein Temperatursensor 45 an der Wärmeabgabestelle 29 angeordnet. Beim Ausführungsbeispiel ist der Temperatursensor 45 am ersten Wärmeübertrager 36 und beispielsgemäß in der ersten Leitung 33 angeordnet. Der Temperatursensor 45 erzeugt ein Temperatursignal Tm, das die Lufttemperatur T der Luft an der Wärmeabgabestelle 29 beschreibt, also beispielsgemäß der durch den ersten Wärmeübertrager 36 strömenden Luft.A temperature sensor 45 is arranged at the heat emission point 29 to measure the air temperature T. In the exemplary embodiment, the temperature sensor 45 is arranged on the first heat exchanger 36 and, for example, in the first line 33 . The temperature sensor 45 generates a temperature signal Tm, which describes the air temperature T of the air at the heat release point 29, ie, for example, the air flowing through the first heat exchanger 36.

Bei dem in 1 und 2 veranschaulichten Ausführungsbeispiel der Vorrichtung 10 ist ein Verteiler 46 in die fluidische Verbindung zwischen der Ausgangsleitung 27 und der ersten Leitung 33 eingesetzt. Mittels des Verteilers 46 kann die Fluidverbindung zwischen der Ausgangsleitung 27 und der ersten Leitung 33 hergestellt werden, so dass die durch die Ausgangsleitung 27 strömende Luft in die erste Leitung 33 geleitet wird.At the in 1 and 2 In the illustrated embodiment of the device 10, a distributor 46 is inserted into the fluidic connection between the output line 27 and the first line 33. The fluid connection between the outlet line 27 and the first line 33 can be established by means of the distributor 46 , so that the air flowing through the outlet line 27 is conducted into the first line 33 .

An den Verteiler 46 ist außerdem eine zweite Leitung 47 fluidisch angeschlossen, in der ein zweiter Wärmeübertrager 48 angeordnet ist. Der zweite Wärmeübertrager 48 ist dazu eingerichtet, zumindest einen Teil der Wärme der Luftströmung durch die zweite Leitung 47 aufzunehmen und an ein Wärmespeichermedium in einem Wärmespeicher 49 zu übertragen. Der zweite Wärmeübertrager 48 kann auch dazu eingerichtet sein, Wärme des Wärmespeichermediums im Wärmespeicher 49 aufzunehmen und an eine durch die zweite Leitung 47 strömende Luftströmung L abzugeben. Somit kann eine durch die zweite Leitung 47 strömende Luftströmung L entweder gekühlt oder gewärmt werden. Stromabwärts des zweiten Wärmeübertragers 48 ist die zweite Leitung 47 entweder mit dem Verteiler 46 oder mit einer anderen Stelle des Strömungskanals 32 fluidisch verbunden, beispielsweise mit der ersten Leitung 33.In addition, a second line 47 is fluidly connected to the distributor 46 and a second heat exchanger 48 is arranged in it. The second heat exchanger 48 is set up to absorb at least part of the heat from the air flow through the second line 47 and to transfer it to a heat storage medium in a heat accumulator 49 . The second heat exchanger 48 can also be set up to absorb heat from the heat storage medium in the heat accumulator 49 and to release it to an air flow L flowing through the second line 47 . Thus, an airflow L flowing through the second line 47 can be either cooled or heated. Downstream of the second heat exchanger 48, the second line 47 is fluidically connected either to the distributor 46 or to another point in the flow channel 32, for example to the first line 33.

Bei dem hier veranschaulichten Ausführungsbeispiel ist der Verteiler 46 außerdem an eine dritte Leitung 50 fluidisch angeschlossen, über die zumindest ein Teil der Luftströmung L an die Umgebung 23 abgegeben werden kann.In the exemplary embodiment illustrated here, the distributor 46 is also fluidly connected to a third line 50 via which at least part of the air flow L can be released to the environment 23 .

Außerdem kann der Verteiler 46 an eine vierte Leitung 51 angeschlossen sein, die den Strömungskanal 32 fluidisch mit einem Heißluftheizsystem 52 verbindet. Zumindest ein Teil der Luftströmung L kann dem Heißluftheizsystem 52 über die vierte Leitung 51 zugeführt werden, beispielsweise um Räume eines Gebäudes direkt über die warme Luftströmung L zu heizen, die über die vierte Leitung 51 zugeführt wird. Das Heißluftheizsystem 52 kann Bestandteil des Heizsystems 40 sein.In addition, the manifold 46 can be connected to a fourth line 51 that fluidly connects the flow channel 32 to a hot air heating system 52 . At least part of the airflow tion L can be supplied to the hot-air heating system 52 via the fourth line 51, for example to heat rooms in a building directly via the warm air flow L, which is supplied via the fourth line 51. The hot air heating system 52 can be part of the heating system 40 .

Der Verteiler 46 ist beim Ausführungsbeispiel mit der Steuereinrichtung 35 kommunikationsverbunden. Die Steuereinrichtung 35 erzeugt ein zweites Ausgangssignal A2 zur Ansteuerung des Verteilers 46. Der Verteiler 46 kann mittels des zweiten Ausgangssignals A2 in einen gewünschten Zustand geschaltet werden, so dass die in den Verteiler 46 strömende Luftströmung L entweder insgesamt an die erste Leitung 33, die zweite Leitung 47, die dritte Leitung 50 oder die vierte Leitung 51 abgegeben wird oder alternativ in zwei oder mehr Teilströme unterteilt wird, die unterschiedlichen Leitungen 33, 47, 50, 51 zugeführt werden.In the exemplary embodiment, the distributor 46 is communicatively connected to the control device 35 . The control device 35 generates a second output signal A2 for controlling the distributor 46. The distributor 46 can be switched to a desired state by means of the second output signal A2, so that the air flow L flowing into the distributor 46 is either sent to the first line 33, the second Line 47, the third line 50 or the fourth line 51 is discharged or alternatively divided into two or more partial streams, the different lines 33, 47, 50, 51 are supplied.

Die Erzeugung des ersten Ausgangssignals A1 und/oder des zweiten Ausgangssignals A2 erfolgt basierend auf dem Temperatursignal Tm des Temperatursensors 45, das der Steuereinrichtung 35 übermittelt wird. Zusätzlich können der Steuereinrichtung 35 Wettervorhersagedaten W übermittelt werden, die optional zusätzlich bei der Ermittlung des ersten Ausgangssignals A1 und/oder des zweiten Ausgangssignals A2 berücksichtigt werden können. Dadurch ist beispielsweise eine vorausschauende Steuerung des Betriebszustands der Vorrichtung 10 basierend auf dem prognostizierten Wetter möglich. Die Wettervorhersagedaten W können der Steuereinrichtung 35 beispielsweise über das Internet bereitgestellt werden.The generation of the first output signal A1 and/or the second output signal A2 takes place based on the temperature signal Tm of the temperature sensor 45, which is transmitted to the control device 35. In addition, weather forecast data W can be transmitted to the control device 35, which can optionally also be taken into account when determining the first output signal A1 and/or the second output signal A2. As a result, for example, a predictive control of the operating state of the device 10 based on the forecast weather is possible. The weather forecast data W can be made available to the control device 35 via the Internet, for example.

Bei dem in 1 und 2 veranschaulichten Ausführungsbeispiel kann die Vorrichtung 10 außerdem eine Benutzerschnittstelle 53 aufweisen. Die Benutzerschnittstelle 53 kann dazu eingerichtet sein, Informationen für einen Benutzer auszugeben und/oder für das Eingeben von Daten eingerichtet sein. Beispielsweise kann mittels der Benutzerschnittstelle 53 ein Bediensignal B für die Steuereinrichtung 35 generiert werden. Die Steuereinrichtung 35 kann das Bediensignal B bei der Ermittlung des ersten Ausgangssignals A1 und/oder des zweiten Ausgangssignals A2 berücksichtigen.At the in 1 and 2 In the illustrated embodiment, device 10 may also include a user interface 53 . The user interface 53 can be set up to output information for a user and/or set up to input data. For example, an operating signal B for the control device 35 can be generated by means of the user interface 53 . The control device 35 can take the operating signal B into account when determining the first output signal A1 and/or the second output signal A2.

Alle Signale (z.B. Ausgangssignale A1, A2 und Bediensignal B) und Daten (z.B. Wettervorhersagedaten W) können drahtgebunden und/oder drahtlos übertragen werden.All signals (e.g. output signals A1, A2 and operating signal B) and data (e.g. weather forecast data W) can be transmitted wired and/or wirelessly.

Insbesondere bei einer Ausgestaltung des Strömungskanals 32 bzw. der Vorrichtung 10, bei der ein Teil der Luft bzw. der Luftströmung L an externe Systeme 40, 52 oder an die Umgebung 23 abgegeben werden kann, kann an den Strömungskanal 32 ein Luftzufuhranschluss 54 fluidisch angeschlossen sein, um Luft in den Strömungskanal 32 einzuleiten, beispielsweise aus der Umgebung 23 oder einem externen System, beispielsweise im Heißluftheizsystem 52 oder einem anderen Lüftungssystem strömende oder zirkulierende Luft.In particular in an embodiment of the flow channel 32 or the device 10 in which part of the air or the air flow L can be released to external systems 40, 52 or to the environment 23, an air supply connection 54 can be fluidly connected to the flow channel 32 to introduce air into the flow channel 32, e.g. air flowing or circulating from the environment 23 or an external system, e.g. in the hot air heating system 52 or other ventilation system.

Die Steuereinrichtung 35 erzeugt das erste Ausgangssignal A1 für die Ventilatoreinheit 34, zumindest basierend auf der ermittelten Lufttemperatur T, beispielsgemäß dem Temperatursignal Tm. Der Betriebszustand der Ventilatoreinheit 34 wird derart gesteuert, dass die Lufttemperatur T am ersten Wärmeübertrager 36 im Wesentlichen konstant ist und zumindest der Minimaltemperatur Tmin und höchstens der Maximaltemperatur Tmax entspricht. Dadurch kann der erste Wärmeübertrager 36 und der Wärmepumpenkreislauf 37 optimal an die an der Wärmeabgabestelle 29 herrschende Lufttemperatur T angepasst werden, wodurch eine sehr hohe Gesamtenergieeffizienz der Vorrichtung 10 erreicht wird. Über das erste Ausgangssignal A1 kann beispielsweise die Drehzahl der Ventilatoreinheit 34 angepasst werden. Wenn die Ventilatoreinheit 34 mehrere Ventilatoren aufweist, kann über das erste Ausgangssignal A1 auch die Anzahl der aktuell angetriebenen Ventilatoren gewählt werden. Jedenfalls kann der Betriebszustand der Ventilatoreinheit 34 über das erste Ausgangssignal A1 derart eingestellt werden, dass ein Volumenstrom dV der Luftströmung L erhöht wird, um die Lufttemperatur T zu senken und/oder dass ein Volumenstrom dV der Luftströmung L verringert wird, um die Lufttemperatur T zu erhöhen.The control device 35 generates the first output signal A1 for the fan unit 34, at least based on the determined air temperature T, for example the temperature signal Tm. The operating state of the fan unit 34 is controlled in such a way that the air temperature T at the first heat exchanger 36 is essentially constant and corresponds at least to the minimum temperature Tmin and at most to the maximum temperature Tmax. As a result, the first heat exchanger 36 and the heat pump circuit 37 can be optimally adapted to the air temperature T prevailing at the heat emission point 29, as a result of which a very high overall energy efficiency of the device 10 is achieved. For example, the speed of the fan unit 34 can be adjusted via the first output signal A1. If the fan unit 34 has several fans, the number of fans currently being driven can also be selected via the first output signal A1. In any case, the operating state of the fan unit 34 can be set via the first output signal A1 in such a way that a volume flow dV of the air flow L is increased in order to lower the air temperature T and/or that a volume flow dV of the air flow L is reduced in order to increase the air temperature T raise.

Zusätzlich zu der Steuerung der Ventilatoreinheit 34 kann auch der Verteiler 46 gesteuert werden, um die warme Luftströmung L zu leiten bzw. zu verteilen.In addition to the control of the fan unit 34, the distributor 46 can also be controlled in order to direct or distribute the warm air flow L.

An sonnigen, warmen Tagen kann die Temperatur der Luftströmung L auch dadurch reduziert werden, dass überschüssige Wärme über die zweite Leitung 47 und den zweiten Wärmeübertrager 48 an den Wärmespeicher 49 abgegeben wird. Die Steuereinrichtung 35 kann den Verteiler 46 mittels des zweiten Ausgangssignals A2 entsprechend steuern. Die Wärme im Wärmespeicher 49 kann an bedeckten, kühlen Tagen verwendet werden, um die Luftströmung L zu erwärmen und den Wärmepumpenkreislauf 37 zu betreiben.On sunny, warm days, the temperature of the air flow L can also be reduced in that excess heat is released to the heat accumulator 49 via the second line 47 and the second heat exchanger 48 . The control device 35 can correspondingly control the distributor 46 by means of the second output signal A2. The heat in the heat accumulator 49 can be used to heat the airflow L and operate the heat pump circuit 37 on overcast, cool days.

Eine weitere Option besteht darin, überschüssige Wärme dadurch abzuführen, dass zumindest ein Teil der Luftströmung L direkt über die dritte Leitung 50 an die Umgebung 23 und/oder über die vierte Leitung 51 an das Heißluftheizsystem 52 geleitet wird.Another option is to dissipate excess heat by directing at least part of the air flow L directly to the environment 23 via the third line 50 and/or to the hot-air heating system 52 via the fourth line 51 .

In 2 ist ein Blockschaltbild eines weiteren Ausführungsbeispiels der Vorrichtung 10 veranschaulicht. Die Ausgestaltung entspricht im Wesentlichen der Vorrichtung 10 gemäß 1, so dass auf die vorstehende Beschreibung verwiesen werden kann. Nachfolgend werden die Unterschiede des zweiten Ausführungsbeispiels gemäß 2 gegenüber dem ersten Ausführungsbeispiel gemäß 1 erläutert.In 2 A block diagram of another embodiment of the device 10 is illustrated. The configuration essentially corresponds to the device 10 according to FIG 1 , so that reference can be made to the description above. The differences between the second exemplary embodiment are explained below 2 compared to the first embodiment according to 1 explained.

Der wesentliche Unterschied besteht darin, dass an der Wärmeabgabestelle 29 auf einen Wärmetauscher 36 verzichtet wird. Das Heizsystem 40 ist hierbei als Heißluftheizsystem ausgestaltet. An der Wärmeabgabestelle 29 kann ein Ventil 55 vorhanden sein, um zumindest einen Teil der Luftströmung L durch den Strömungskanal 32 bzw. durch die erste Leitung 33 zu entnehmen und zu einem als Heißluftheizsystem ausgebildeten Heizsystem 40 zu leiten. Das Heizsystem 40 kann in diesem Fall ähnlich ausgebildet sein, wie das Heißluftheizsystem 52 gemäß 1.The main difference is that there is no heat exchanger 36 at the heat emission point 29 . The heating system 40 is designed as a hot air heating system. A valve 55 can be present at the heat emission point 29 in order to remove at least part of the air flow L through the flow channel 32 or through the first line 33 and to conduct it to a heating system 40 designed as a hot-air heating system. In this case, the heating system 40 can be designed similarly to the hot-air heating system 52 according to FIG 1 .

In 6 ist schematisch ein Ausführungsbeispiel eines Verfahrens veranschaulicht, das mittels der Steuereinrichtung 35 zur Steuerung der Luftströmung L durch den Strömungskanal 32 und damit zum Betreiben der Vorrichtung 10 ausgeführt werden kann.In 6 an exemplary embodiment of a method is schematically illustrated, which can be carried out by means of the control device 35 for controlling the air flow L through the flow channel 32 and thus for operating the device 10 .

Das Verfahren startet in einem ersten Verfahrensschritt V1. In einem zweiten Verfahrensschritt V2 veranlasst die Steuereinrichtung 35 über das erste Ausgangssignal A1 das Erzeugen einer Luftströmung L durch den Strömungskanal 32 und somit auch durch das Modulgehäuse 14. Die Luftströmung L wird beim Durchströmen des Modulgehäuses 14 erwärmt und kann zumindest einen Teil dieser Wärme mittels des ersten Wärmeübertragers 36 an den Wärmepumpenkreislauf 37 übertragen und/oder zumindest einen Teil der Luftströmung an der Wärmeabgabestelle 29 an ein als Heißluftheizsystem ausgebildetes Heizsystem 40 abgeben.The method starts in a first method step V1. In a second method step V2, the control device 35 uses the first output signal A1 to cause an air flow L to be generated through the flow duct 32 and thus also through the module housing 14. The air flow L is heated as it flows through the module housing 14 and can absorb at least part of this heat by means of the first heat exchanger 36 to the heat pump circuit 37 and/or release at least part of the air flow at the heat emission point 29 to a heating system 40 designed as a hot-air heating system.

Während des Erzeugens der Luftströmung L wird die Lufttemperatur T an der Wärmeabgabestelle 29 (beispielsweise am ersten Wärmeübertrager 36) gemessen und an die Steuereinrichtung 35 übermittelt (dritter Verfahrensschritt V3). Daraufhin wird in einem vierten Verfahrensschritt V4 geprüft, ob die Lufttemperatur T größer ist als die Maximaltemperatur Tmax. Ist dies nicht der Fall (Verzweigung NOK aus dem vierten Verfahrensschritt V4), wird in einem fünften Verfahrensschritt V5 geprüft, ob die Lufttemperatur T kleiner ist als eine Minimaltemperatur Tmin. Außerdem kann optional geprüft werden, ob der Volumenstrom dV der Luftströmung L, der durch die Ventilatoreinheit 34 erzeugt wird, größer ist als ein Minimum (z.B. Null). Treffen beide Voraussetzungen zu (Verzweigung OK aus dem fünften Verfahrensschritt V5), wird das Verfahren in einem sechsten Verfahrensschritt V6 fortgesetzt, indem die Luftströmung L, also deren Volumenstrom dV verringert wird, um die Lufttemperatur T zumindest bis zur Minimaltemperatur Tmin zu erhöhen. Nach dem sechsten Verfahrensschritt V6 wird das Verfahren wieder im dritten Verfahrensschritt V3 fortgesetzt.While the air flow L is being generated, the air temperature T is measured at the heat emission point 29 (for example at the first heat exchanger 36) and transmitted to the control device 35 (third method step V3). A fourth method step V4 then checks whether the air temperature T is greater than the maximum temperature Tmax. If this is not the case (NOK branch from the fourth method step V4), a check is carried out in a fifth method step V5 to determine whether the air temperature T is lower than a minimum temperature Tmin. In addition, it can optionally be checked whether the volume flow dV of the air flow L, which is generated by the fan unit 34, is greater than a minimum (e.g. zero). If both conditions apply (branch OK from the fifth method step V5), the method is continued in a sixth method step V6 in which the air flow L, i.e. its volume flow dV, is reduced in order to increase the air temperature T at least to the minimum temperature Tmin. After the sixth method step V6, the method is continued again in the third method step V3.

Wird im fünften Verfahrensschritt V5 bereits erkannt, dass die Lufttemperatur T zumindest so groß ist wie die Minimaltemperatur Tmin oder optional, dass der Volumenstrom dV bereits auf ein Minimum (z.B. Null) reduziert wurde (Verzweigung NOK aus dem fünften Verfahrensschritt V5), wird das Verfahren im dritten Verfahrensschritt V3 fortgesetzt, da eine weitere Verringerung des Volumenstroms dV der Luftströmung entweder nicht notwendig ist (T ≥ T_min) oder nicht möglich ist (dV ist bereits minimal).If it is already recognized in the fifth method step V5 that the air temperature T is at least as high as the minimum temperature Tmin or optionally that the volume flow dV has already been reduced to a minimum (e.g. zero) (branch NOK from the fifth method step V5), the method continued in the third method step V3, since a further reduction in the volume flow dV of the air flow is either not necessary (T≧T _min ) or not possible (dV is already minimal).

Wenn im vierten Verfahrensschritt V4 festgestellt wurde, dass die Lufttemperatur T die Maximaltemperatur Tmax überschreitet (Verzweigung OK aus dem vierten Verfahrensschritt V4), wird in einem siebten Verfahrensschritt V7 geprüft, ob der Volumenstrom dV der Luftströmung L kleiner ist als ein Maximalvolumenstrom dV_max. Trifft dies zu (Verzweigung OK aus dem siebten Verfahrensschritt V7), kann der Volumenstrom dV der Luftströmung L in einem achten Verfahrensschritt V8 erhöht werden. Ist hingegen bereits der maximal mögliche Maximalvolumenstrom dV_max der Ventilatoreinheit 34 eingestellt und eine weitere Erhöhung daher nicht möglich (Verzweigung NOK aus dem siebten Verfahrensschritt V7), wird das Verfahren in einem neunten Verfahrensschritt V9 fortgesetzt und ein Teil der in der Luftströmung L enthaltenen Wärme wird zusätzlich zu der Wärmeübertragung oder Luftausleitung an der Wärmeabgabestelle 29 an ein weiteres externes System abgegeben.If it was determined in the fourth method step V4 that the air temperature T exceeds the maximum temperature Tmax (branch OK from the fourth method step V4), a seventh method step V7 checks whether the volume flow dV of the air flow L is less than a maximum volume flow dV _max . If this is the case (branch OK from the seventh method step V7), the volume flow dV of the air flow L can be increased in an eighth method step V8. If, on the other hand, the maximum possible maximum volume flow dV _max of the fan unit 34 has already been set and a further increase is therefore not possible (NOK branch from the seventh method step V7), the method is continued in a ninth method step V9 and part of the heat contained in the air flow L is in addition to the heat transfer or air discharge at the heat release point 29 to another external system.

Zur Abgabe von überschüssiger Wärme, die an der Wärmeabgabestelle 29 nicht abgegeben wird (z.B. vom den Wärmepumpenkreislauf 37 bzw. dem Heizsystem 40 nicht benötigt wird), bestehen mehrere Möglichkeiten. In einem einfachen Fall kann zumindest ein Teil der warmen Luftströmung L über die dritte Leitung 50 an die Umgebung 23 abgegeben werden. Alternativ oder zusätzlich kann zumindest ein Teil der warmen Luftströmung L über die vierte Leitung 51 an das Heißluftheizsystem 52 abgegeben werden. Es ist alternativ oder zusätzlich auch möglich, einen Teil der warmen Luftströmung L durch die zweite Leitung 47 zu führen und dabei einen Teil der Wärme über den zweiten Wärmeübertrager 48 in den Wärmespeicher 49 zu übertragen, sofern der Wärmespeicher 49 noch Wärme aufnehmen kann. Durch eine oder mehrere dieser Maßnahmen wird verhindert, dass die Temperatur im Modulgehäuse 14 zu groß wird, wodurch die Leistung des Photovoltaikmoduls 11 beeinträchtigt werden kann. Außerdem kann die gewünschte Lufttemperatur T aufrechterhalten werden, um die Energieeffizienz bei der Nutzung der Wärme im Wärmepumpenkreislauf 37 in einem optimalen Bereich zu halten.There are several options for releasing excess heat that is not released at the heat release point 29 (for example, it is not required by the heat pump circuit 37 or the heating system 40). In a simple case, at least part of the warm air flow L can be released to the environment 23 via the third line 50 . Alternatively or additionally, at least part of the warm air flow L can be delivered to the hot-air heating system 52 via the fourth line 51 . Alternatively or additionally, it is also possible to route part of the warm air flow L through the second line 47 and thereby to transfer part of the heat via the second heat exchanger 48 into the heat accumulator 49 if the heat accumulator 49 can still absorb heat. One or more of these measures prevent the temperature in the module housing 14 from becoming too high, which can impair the performance of the photovoltaic module 11 . Except the desired air temperature T can be maintained in order to keep the energy efficiency when using the heat in the heat pump circuit 37 in an optimal range.

Bei einer abgewandelten Ausführungsform kann der Verteiler 46 entfallen. Wenn ein Verteiler 46 vorgesehen ist, so ist neben der ersten Leitung 33 zumindest eine der weiteren Leitungen 47, 50, 51 angeschlossen. Die Nummerierung der Leitungen dient hier nur zur Unterscheidung und das Vorhandensein der dritten Leitung 50 oder der vierten Leitung 51 erfordert nicht das Vorhandensein der zweiten Leitung 47 bzw. der dritten Leitung 50. Vielmehr können die beschriebenen Möglichkeiten, die Luftströmung L über einen Verteiler 46 in Teilströme zu unterteilen oder in eine der vorhandenen Leitungen 33, 47, 50, 51 einzuleiten, beliebig miteinander kombiniert werden.In a modified embodiment, the distributor 46 can be omitted. If a distributor 46 is provided, at least one of the further lines 47, 50, 51 is connected in addition to the first line 33. The numbering of the lines is used here only for differentiation and the presence of the third line 50 or the fourth line 51 does not require the presence of the second line 47 or the third line 50. Rather, the options described, the air flow L via a distributor 46 in To subdivide partial flows or to introduce them into one of the existing lines 33, 47, 50, 51, can be combined with one another as desired.

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung 10 aufweisend wenigstens ein Photovoltaikmodul 11 und wenigstens einem Modulgehäuse 14, das über einen Strömungseingang 24 und einen Strömungsausgang 26 zur Hindurchleitung einer Luftströmung L durch das Modulgehäuse 14 mit einem Strömungskanal 32 verbunden ist. In jedem vorhandenen Modulgehäuse 14 ist wenigstens ein Photovoltaikmodul 11 derart angeordnet, dass auf beiden entgegengesetzten Seiten des Photovoltaikmoduls 11 jeweils ein Strömungsraum 30, 31 gebildet ist, durch den die Luftströmung L strömen kann. Im Strömungskanal ist eine Wärmeabgabestelle 29 vorhanden, an der ein erster Wärmeübertrager 36 mit dem Strömungskanal 32 gekoppelt sein kann. An der Wärmeabgabestelle 29 wird zumindest einen Teil der Wärme, die die Luftströmung L beim Durchströmen des Modulgehäuses 14 aufnimmt, an einen Wärmepumpenkreislauf 37 übertragen und/oder direkt zumindest ein Teil der heißen Luftströmung L an ein mit Heißluftheizsystem abgegeben. Mittels einer Steuereinrichtung 35 wird eine Ventilatoreinheit 34 zur Erzeugung der Luftströmung L derart gesteuert, dass eine Lufttemperatur T der Luftströmung L an der Wärmeabgabestelle 29 - insbesondere durch den ersten Wärmeübertrager 36 - innerhalb eines vorgegebenen Minimaltemperatur Tmin bis Tmax liegt. Dadurch lässt sich eine sehr gute Gesamtenergieeffizienz erreichen.The invention relates to a device 10 having at least one photovoltaic module 11 and at least one module housing 14, which is connected to a flow channel 32 via a flow inlet 24 and a flow outlet 26 for the passage of an air flow L through the module housing 14. At least one photovoltaic module 11 is arranged in each existing module housing 14 in such a way that a flow space 30, 31 is formed on both opposite sides of the photovoltaic module 11, through which the air flow L can flow. A heat dissipation point 29 is present in the flow channel, at which point a first heat exchanger 36 can be coupled to the flow channel 32 . At the heat emission point 29, at least part of the heat that the air flow L absorbs as it flows through the module housing 14 is transferred to a heat pump circuit 37 and/or at least part of the hot air flow L is emitted directly to a hot-air heating system. A fan unit 34 for generating the air flow L is controlled by a control device 35 in such a way that an air temperature T of the air flow L at the heat emission point 29 - in particular through the first heat exchanger 36 - is within a predetermined minimum temperature Tmin to Tmax. This allows a very good overall energy efficiency to be achieved.

BezugszeichenlisteReference List

1010: Vorrichtungcontraption
1111: Photovoltaikmodulphotovoltaic module
1212: Wandlerschaltkreisconverter circuit
1313: elektrische Lastelectrical load
1414: Modulgehäusemodule housing
1515: Vorderwandfront wall
1616: Rückwandback panel
1717: SeitenwandSide wall
1818: Lichteintrittsfenster light entry window
2222: Innenrauminner space
2323: Umgebungvicinity
2424: Strömungseingangflow input
2525: Eingangsleitunginput line
2626: Strömungsausgangflow outlet
2727: Ausgangsleitung output line
2929: Wärmeabgabestelleheat dissipation point
3030: erster Strömungsraumfirst flow space
3131: zweiter Strömungsraumsecond flow space
3232: Strömungskanalflow channel
3333: erste Leitungfirst line
3434: Ventilatoreinheitfan unit
3535: Steuereinrichtungcontrol device
3636: erster Wärmeübertragerfirst heat exchanger
3737: Wärmepumpenkreislaufheat pump circuit
3838: Verdichtercompressor
3939: Kondensatorcapacitor
4040: Heizsystemheating system
4141: Drosselthrottle
4545: Temperatursensortemperature sensor
4646: Verteilerdistributor
4747: zweite Leitungsecond line
4848: zweiten Wärmeübertragersecond heat exchanger
4949: Wärmespeicherheat accumulator
5050: dritte Leitungthird line
5151: vierte Leitungfourth line
5252: Heißluftheizsystemhot air heating system
5353: Benutzerschnittstelleuser interface
5454: Luftzufuhranschlussair supply connection
5555: Ventil Valve
A1A1: erstes Ausgangssignalfirst output signal
A2A2: zweites Ausgangssignalsecond output signal
BB: Bediensignaloperating signal
dVdV: Volumenstrom der LuftströmungVolume flow of the air flow
dVmaxdVmax: Maximalvolumenstrommaximum flow rate
Ff: FluidFluid
LL: Luftströmungairflow
SS: Sonnenlichtsunlight
TT: Lufttemperaturair temperature
Tmtom: Temperatursignaltemperature signal
TmaxTmax: Minimaltemperaturminimum temperature
Tminmin: Maximaltemperaturmaximum temperature
V1V1: erster Verfahrensschrittfirst step in the process
V2v2: zweiter Verfahrensschrittsecond process step
V3V3: dritter Verfahrensschrittthird step
V4V4: vierter Verfahrensschrittfourth step
V5V5: fünfter Verfahrensschrittfifth step
V6V6: sechster Verfahrensschrittsixth step
V7V7: siebter Verfahrensschrittseventh step
V8V8: achter Verfahrensschritteighth step
V9V9: neunter Verfahrensschrittninth step
WW: Wettervorhersagedatenweather forecast data

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNGQUOTES INCLUDED IN DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturPatent Literature Cited

WO 2018/232537 A1 [0004]

Claims

Device (10) for converting energy contained in sunlight (S) into electrical energy or heat, comprising: - at least one photovoltaic module (11), - at least one module housing (14), which has a front wall (15), a rear wall ( 16) and at least one side wall (17) which enclose an interior space (22) with respect to the surroundings (23), a light entry window (18) being arranged in the front wall (15), and the at least one photovoltaic module (11) being arranged in such a way is arranged at a distance from the front wall (15) and the rear wall (16) in the at least one module housing (14), that between the at least one photovoltaic module (11) and the front wall (15) a first flow space (30) and between the at least one photovoltaic module (11) and the rear wall (16) a second flow space (31) is formed, - a fan unit (34) which is set up to generate an air flow (L) along a flow channel (32) which is fluidically connected to the first line is connected to the opening space (30) and the second flow space (31), - a heat release point (29) on the flow channel (32) at which the heat contained in the air flow (L) is transferred to a first heat exchanger (36) coupled to the air flow (L). is transmitted or at which at least part of the air flow (L) is given to a heating system (40) - a control device (35) which is set up to control the fan unit (34) so that an air temperature (T) of the air flow (L) at the heat dissipation point (29) is in a desired temperature range (T _min to T _max ).

device after claim 1 , The first heat exchanger (36) being set up to absorb heat from the air flow (L) and to release it to a heat pump circuit (37).

device after claim 1 or 2 , Having a temperature sensor (45) in the flow channel (32), which is set up to generate a temperature signal (Tm) describing the air temperature (T) of the air flow (L) at the first heat exchanger (36), and which is used to transmit the temperature signal ( Tm) is connected to the control device (35).

Device according to one of the preceding claims, having a heat accumulator (49) which is set up to store heat from at least part of the air flow (L) and/or which is set up to release heat to at least part of the air flow (L).

device after claim 4 , wherein the heat accumulator (49) is coupled via a second heat exchanger (48) with at least part of the air flow (L) through the flow channel (32).

Device according to one of the preceding claims, comprising a distributor (46) which is arranged in the flow channel (32) and is set up to deliver the incoming air flow (L) in a single flow or in several partial flows.

device after claim 5 and 6 , wherein the distributor (46) can be fluidically connected to the heat dissipation point (29) via a first line (33) of the flow channel (32) and to the second heat exchanger (48) via a second line (47) of the flow channel (32).

device after claim 6 or 7 , wherein the distributor (46) via a third line (50) of the flow channel (32) is fluidly connected to the environment (23).

Device according to one of Claims 6 until 8th , wherein the distributor (46) via a fourth line (51) of the flow channel (32) can be fluidically connected to a hot-air heating system (52).

Device according to one of Claims 5 until 7 , The control device (35) being communicatively connected to the distributor (46), so that the distributor (46) can be controlled by means of the control device (35).

Device according to one of the preceding claims, having a user interface (53) which is communicatively connected to the control device (35), wherein the control device (35) is set up to receive an operating signal (B) from the user interface (53) which indicates a target operating state for the device (10) specifies, and to control the operating state of the device (10) based on the operating signal (B).

Device according to one of the preceding claims, wherein the control device (35) is set up to receive weather forecast data (W) and to control the operating state of the device (10) based on the weather forecast data (W).

Device according to one of the preceding claims, wherein the flow channel (32) has an air supply connection (54) which is fluidically connected to the environment (23) and/or a ventilation system.