DE102022123915A1 - Photovoltaic thermal module - Google Patents
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Abstract
Es wird ein Photovoltaik-thermisches Modul (100) angegeben mit
- einer Vielzahl von Solarzellen (2), und
- einem Flächenkühlkörper (10), wobei
- der Flächenkühlkörper (10) auf mindestens einem anorganischen Material basiert und eine Vielzahl von Kühlkanälen (10c) beinhaltet, wobei der Flächenkühlkörper zwei Platten (10a, 10b) aufweist, zwischen denen die Kühlkanäle (10c) gebildet sind, wobei eine erste der Platten (10a), die den Solarzellen (2) zugewandt ist, plan ist, wobei durch eine zweite der Platten (10b), die den Solarzellen (2) abgewandt ist, die Kühlkanäle (10c) definiert sind, und wobei die zweite Platte (10b) auf einer Hauptfläche (11) der ersten Platte (10a) angeordnet ist, sodass ein erster Bereich (12) der ersten Platte (10a) von der zweiten Platte (10b) abgedeckt ist und ein zweiter Bereich (13) der ersten Platte (10a) frei von der zweiten Platte (10b) ist.
A photovoltaic thermal module (100) is specified
- a variety of solar cells (2), and
- a surface heat sink (10), whereby
- the surface heat sink (10) is based on at least one inorganic material and contains a plurality of cooling channels (10c), the surface heat sink having two plates (10a, 10b) between which the cooling channels (10c) are formed, a first of the plates ( 10a), which faces the solar cells (2), is planar, wherein the cooling channels (10c) are defined by a second of the plates (10b), which faces away from the solar cells (2), and wherein the second plate (10b) is arranged on a main surface (11) of the first plate (10a), so that a first area (12) of the first plate (10a) is covered by the second plate (10b) and a second area (13) of the first plate (10a) is free from the second plate (10b).
Description
Es wird ein Photovoltaik-thermisches Modul angegeben.A photovoltaic thermal module is specified.
Die Druckschrift
Es ist wünschenswert, ein Photovoltaik-thermisches Modul anzugeben, das effizient herstellbar ist und wirtschaftlich betreibbar ist.It is desirable to provide a photovoltaic thermal module that can be manufactured efficiently and operated economically.
Ausführungsformen der Offenbarung betreffen ein Photovoltaik-thermisches Modul.Embodiments of the disclosure relate to a photovoltaic thermal module.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform umfasst das Photovoltaik-thermische Modul, kurz PVT-Modul, eine Vielzahl von Solarzellen. Die Solarzellen basieren zum Beispiel auf Silizium und/oder auf Germanium und/oder auf einem Verbindungshalbleitermaterial wie CdTe oder wie CuInGaS, kurz CIGS, oder CuInS, kurz CIS. Ebenso können die Solarzellen auf Perovskit oder zumindest einem organischen, fotoaktiven Material basieren. Bei Dünnschichtmodulen, insbesondere basierend auf CdTe, CIGS, CIS, amorphem Si oder Perovskit, liegen die fotoaktiven Schichten bevorzugt in Streifen vor, zum Beispiel mit einer Breite von mindestens 3 mm und/oder von höchstens 3 cm.According to at least one embodiment, the photovoltaic thermal module, PVT module for short, comprises a plurality of solar cells. The solar cells are based, for example, on silicon and/or on germanium and/or on a compound semiconductor material such as CdTe or such as CuInGaS, CIGS for short, or CuInS, CIS for short. The solar cells can also be based on perovskite or at least an organic, photoactive material. In the case of thin-film modules, in particular based on CdTe, CIGS, CIS, amorphous Si or perovskite, the photoactive layers are preferably in strips, for example with a width of at least 3 mm and/or at most 3 cm.
Es ist möglich, dass mehrere verschieden Arten von Solarzellen oder Halbleitermaterialien in dem PVT-Modul miteinander kombiniert sind, um eine höhere Effizienz zu erreichen. Beispielsweise weisen die einzelnen, zum Beispiel kristallinen Solarzellen einen mittleren Durchmesser von mindestens 5 cm oder von mindestens 10 cm und/oder von höchstens 50 cm auf. Der mittlere Durchmesser D ergibt sich aus einer Fläche A der Solarzelle beispielsweise wie folgt: D = (4A/π)0.5.It is possible that several different types of solar cells or semiconductor materials are combined in the PVT module to achieve higher efficiency. For example, the individual, for example crystalline, solar cells have an average diameter of at least 5 cm or at least 10 cm and/or at most 50 cm. The average diameter D results from an area A of the solar cell, for example, as follows: D = (4A/π) 0.5 .
Es ist auch möglich, dass die Zellen halbiert oder gedrittelt und so weiter oder in Streifen geschnitten sind. Damit stellen die kristallinen Solarzellen dann keine Quadrate oder Pseudo-Quadrate, sondern Rechtecke dar.It is also possible that the cells are halved or thirds and so on, or cut into strips. This means that the crystalline solar cells do not represent squares or pseudo-squares, but rather rectangles.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform umfasst das PVT-Modul einen oder mehrere Flächenkühlkörper. Der bevorzugt genau eine Flächenkühlkörper kann auch als Kühlplatte oder als Rückseitenkühler bezeichnet werden. Der Flächenkühlkörper basiert auf mindestens einem anorganischen Material, wie einem Glas oder einem Metall, zum Beispiel Aluminium. Der Begriff basierend auf mindestens einem anorganischen Material' bedeutet zum Beispiel, dass mindestens 80 Gewichts-% oder mindestens 90 Gewichts-% oder mindestens 98 Gewichts-% des Flächenkühlkörpers durch das mindestens eine anorganische Material gebildet sind. Dies schließt nicht aus, dass kleine Komponenten des Flächenkühlkörpers, insbesondere nicht mechanisch tragende Komponenten wie Dichtungen oder Etiketten, aus organischen Materialien gebildet sein können.According to at least one embodiment, the PVT module comprises one or more surface heat sinks. The preferably exactly one surface heat sink can also be referred to as a cooling plate or as a back cooler. The surface heat sink is based on at least one inorganic material, such as a glass or a metal, for example aluminum. The term "based on at least one inorganic material" means, for example, that at least 80% by weight or at least 90% by weight or at least 98% by weight of the surface heat sink is formed by the at least one inorganic material. This does not rule out the possibility that small components of the surface heat sink, in particular non-mechanically load-bearing components such as seals or labels, can be made from organic materials.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform umfasst der Flächenkühlkörper eine Vielzahl von Kühlkanälen. Die Kühlkanäle sind dazu eingerichtet, von einer Kühlflüssigkeit durchströmt zu werden.According to at least one embodiment, the surface heat sink comprises a plurality of cooling channels. The cooling channels are designed to allow a coolant to flow through them.
Der Flächenkühlkörper erstreckt sich beispielsweise zusammenhängend über die betreffenden Solarzellen oder Teile von Solarzellen. Beispielsweise sind also alle Solarzellen des PVT-Moduls mit einem einzigen gemeinsamen Flächenkühlkörper gekoppelt, der zum Beispiel frei von Lücken oder Löchern ist.The surface heat sink extends, for example, coherently over the relevant solar cells or parts of solar cells. For example, all solar cells in the PVT module are coupled to a single common surface heat sink, which is free of gaps or holes, for example.
Der Flächenkühlkörper weist mindestens zwei Platten auf, zwischen denen die Kühlkanäle gebildet sind. Damit ist es möglich, dass der Flächenkühlkörper ein abgeschlossenes, dichtes System ist, das ohne weitere Komponenten tauglich ist, von der Kühlflüssigkeit durchströmt zu werden. Insbesondere sind die Kühlkanäle vollständig durch die Platten definiert, optional zusammen mit einem Verbindungsmittel zwischen den Platten und/oder zum Zusammenhalten der Platten.The surface heat sink has at least two plates between which the cooling channels are formed. This makes it possible for the surface heat sink to be a closed, sealed system through which the coolant can flow without any additional components. In particular, the cooling channels are completely defined by the plates, optionally together with a connecting means between the plates and/or for holding the plates together.
Die Kühlkörperplatten sind beispielsweise jeweils durch Metallplatten gebildet, zum Beispiel durch Aluminiumplatten. Alternativ sind die Kühlkörperplatten durch Glasplatten gebildet, sodass der Flächenkühlkörper lichtdurchlässig sein kann. Es ist auch möglich, die Platten aus Kunststoff und/oder Folien auszubilden.The heat sink plates are each formed, for example, by metal plates, for example aluminum plates. Alternatively, the heat sink plates are formed by glass plates, so that the surface heat sink can be translucent. It is also possible to make the panels from plastic and/or foil.
Eine erste der Platten, die den Solarzellen zugewandt ist, ist plan. Durch eine zweite der Platten, die den Solarzellen abgewandt ist, sind die Kühlkanäle definiert. Die Kühlkanäle können also in der zweiten Platte geformt sein.The first of the plates, which faces the solar cells, is flat. The cooling channels are defined by a second of the plates, which faces away from the solar cells. The cooling channels can therefore be formed in the second plate.
Die zweite Platte ist auf einer Hauptfläche der ersten Platte angeordnet. Ein erster Bereich der ersten Platte ist so von der zweiten Platte abgedeckt. Ein zweiter Bereich der ersten Platte ist frei von der zweiten Platte. Insbesondere ist ein Randbereich der ersten Platte frei von der zweiten Platte. Beispielsweise erstreckt sich die erste Platte vollständig über die Solarzellen. Die zweite Platte erstreckt sich nur teilweise über die Solarzellen. Beispielsweise ist die erste Platte an mindestens 80 % oder mindestens 90 % oder mindestens 95 % der Fläche aller Solarzellen zusammengenommen angebracht. Die zweite Platte ist an einer entsprechend kleineren Fläche aller Solarzellen zusammengenommen angebracht, sodass ein Randbereich der ersten Platte frei bleibt und nicht von der zweiten Platte bedeckt ist. Die erste Platte erstreckt sich beispielsweise also über die größere Fläche als die zweite Platte. Beispielsweise weist der zweite Bereich eine Breite von mehreren Millimetern auf, beispielsweise mehr als 5 mm, beispielsweise eine Breite zwischen 5 mm und 15 mm, insbesondere beispielsweise in etwa 10 mm.The second plate is arranged on a main surface of the first plate. A first area of the first plate is thus covered by the second plate. A second area of the first plate is free of the second plate. In particular, an edge region of the first plate is free of the second plate. For example, the first plate extends completely over the solar cells. The second plate only partially extends over the solar cells. For example, the first plate is attached to at least 80% or at least 90% or at least 95% of the area of all solar cells combined. The second plate is attached to a correspondingly smaller area of all solar cells combined, so that an edge area of the first plate remains free and is not covered by the second plate. For example, the first plate extends over a larger area than the second plate. For example, the second region has a width of several millimeters, for example more than 5 mm, for example a width between 5 mm and 15 mm, in particular, for example, approximately 10 mm.
Somit ist es möglich, den zweiten Bereich frei von Kühlkanälen auszubilden. Somit können an dem zweiten Bereich des Flächenkühlkörpers beispielsweise mechanische Angriffspunkte ausgebildet werden, insbesondere zum Verbinden einzelner Elemente des PVT-Moduls oder zum Anbringen weiterer Elemente wie beispielsweise Befestigungselemente oder Klemmelemente. Eine Beschädigung der Kühlkanäle im Randbereich kann so vermieden werden. Dennoch ist es möglich, eine zuverlässige Verbindung zwischen den beiden Platten auszugestalten und die Kühlkanäle können sich nahezu über die gesamte Fläche der zweiten Platte erstrecken. Insbesondere ist es möglich, die Kühlkanäle bis an den Rand der zweiten Platte auszubilden, sodass beispielsweise nur maximal 3 bis 4 mm am Rand der zweiten Platte ohne Kühlkanäle ausgestaltet sind. Dies ermöglicht eine vergleichsweise einfache Herstellung des Flächenkühlkörpers beim Verbinden der beiden Platten. Alternativ oder zusätzlich ermöglicht dies eine verlässliche Verbindung der beiden Platten. Die beiden Platten sind beispielsweise mittels einer Lötverbindung miteinander verbunden, sodass die zweite Platte verlässlich an der ersten Platte gehalten ist.It is therefore possible to design the second area to be free of cooling channels. Thus, for example, mechanical points of attack can be formed on the second region of the surface heat sink, in particular for connecting individual elements of the PVT module or for attaching further elements such as fastening elements or clamping elements. Damage to the cooling channels in the edge area can thus be avoided. Nevertheless, it is possible to design a reliable connection between the two plates and the cooling channels can extend almost over the entire surface of the second plate. In particular, it is possible to form the cooling channels up to the edge of the second plate, so that, for example, only a maximum of 3 to 4 mm on the edge of the second plate are designed without cooling channels. This enables comparatively simple production of the surface heat sink when connecting the two plates. Alternatively or additionally, this enables a reliable connection of the two plates. The two plates are connected to one another, for example, by means of a solder connection, so that the second plate is reliably held on the first plate.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform umgibt der zweite Bereich die erste Platte umlaufend um die zweite Platte. Der Flächenkühlkörper weist also den zweiten Bereich rahmenartig auf. An allen vier Längsseiten des rechteckförmigen Flächenkühlkörpers ist somit der zweite Bereich ausgebildet, der frei von der zweiten Platte ist. Es ist auch möglich, dass der zweite Bereich lediglich an einem Teil der vier Längsseiten ausgebildet ist, beispielsweise an lediglich zwei sich gegenüberliegenden Längsseiten.According to at least one embodiment, the second region surrounds the first plate all the way around the second plate. The surface heat sink therefore has the second area in a frame-like manner. The second region, which is free of the second plate, is thus formed on all four long sides of the rectangular surface heat sink. It is also possible for the second region to be formed only on part of the four long sides, for example on only two opposite long sides.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform weist das PVT-Modul einen Trägerrahmen auf. Der Trägerrahmen ist ausgebildet, das PVT-Modul mechanisch zu tragen. Der Trägerrahmen ist in Kontakt mit dem zweiten Bereich der ersten Platte. Insbesondere dient der Trägerrahmen auch dazu, den Verbund zwischen den Solarzellen und dem Flächenkühlkörper zusätzlich zu unterstützen. In dem zweiten Bereich, in dem keine Kühlkanäle ausgebildet sind, ist es möglich, die erste Platte und die Solarzellen mittels des Trägerrahmens zusammenzudrücken. Das PVT-Modul ist so in den Trägerrahmen eingespannt. Die kleinere zweite Platte ist insbesondere nicht in direktem Kontakt mit dem Trägerrahmen. Eine Beschädigung oder Beeinflussung der Kühlkanäle durch die mechanischen Kräfte des Trägerrahmens wird so vermieden.According to at least one embodiment, the PVT module has a support frame. The support frame is designed to mechanically support the PVT module. The support frame is in contact with the second area of the first plate. In particular, the support frame also serves to additionally support the connection between the solar cells and the surface heat sink. In the second area, in which no cooling channels are formed, it is possible to press the first plate and the solar cells together using the support frame. The PVT module is clamped into the support frame. The smaller second plate is in particular not in direct contact with the support frame. Damage or influence of the cooling channels by the mechanical forces of the support frame is thus avoided.
Der Trägerrahmen ist insbesondere ausgebildet, die Solarzellen und die erste Platte miteinander zu verklemmen. Dies unterstützt zusätzlich die Verbindung zwischen den Solarzellen und dem Flächenkühlkörper. Beispielsweise sind die Solarzellen und die erste Platte mittels einer Laminationsfolie miteinander verbunden. Mittels des Trägerrahmens wird diese Verbindung zusätzlich mechanisch unterstützt.The support frame is designed in particular to clamp the solar cells and the first plate together. This additionally supports the connection between the solar cells and the surface heat sink. For example, the solar cells and the first plate are connected to one another using a lamination film. This connection is additionally supported mechanically by means of the support frame.
Gemäß weiterer Ausführungsformen weist der Flächenkühlkörper zwei Platten auf, zwischen denen die Kühlkanäle gebildet sind. Eine erste der Platten ist den Solarzellen zugewandt und eine zweite der Platten ist den Solarzellen abgewandt. Durch die zweite der Platten sind die Kühlkanäle definiert. Die erste Platte weist eine Folie oder einen Lack auf.According to further embodiments, the surface heat sink has two plates between which the cooling channels are formed. A first of the plates faces the solar cells and a second of the plates faces away from the solar cells. The cooling channels are defined by the second of the plates. The first plate has a foil or a varnish.
Beispielsweise ist die erste Platte mittels einer Folie oder eines Lacks gebildet. Beispielsweise ist die erste Platte durch eine anorganische Folie, zum Beispiel aus PET (Polyethylenterephthalat) oder einem anderen Kunststoff gebildet. Alternativ oder zusätzlich ist die erste Platte aus einem Lack, beispielsweise einem Klarlack, gebildet. Der Lack ist beispielsweise auf die Solarzellen aufgesprüht.For example, the first plate is formed using a film or a varnish. For example, the first plate is formed by an inorganic film, for example made of PET (polyethylene terephthalate) or another plastic. Alternatively or additionally, the first plate is formed from a varnish, for example a clear varnish. For example, the paint is sprayed onto the solar cells.
Die erste Platte aus der Folie oder dem Lack dient auch zur elektrischen Isolation gegenüber den Solarzellen, beispielsweise zur elektrischen Isolation der zweiten Platte gegenüber den Solarzellen.The first plate made of the film or the lacquer also serves for electrical insulation from the solar cells, for example for electrical insulation of the second plate from the solar cells.
Der Flächenkühlkörper ist vergleichsweise einfach herstellbar und weist ein geringeres Gewicht auf als ein Flächenkühlkörper aus zwei Metallplatten. Eine verlässliche Verbindung der zwei Platten ist auch ohne einen Lötprozess realisierbar. Insbesondere ist es so auch möglich, die beiden Platten gleich groß oder nahezu gleich groß auszubilden, sodass beide Platten im Wesentlichen die gleiche Fläche der Solarzellen abdecken.The surface heat sink is comparatively easy to produce and has a lower weight than a surface heat sink made of two metal plates. A reliable connection of the two plates can also be achieved without a soldering process. In particular, it is also possible to make the two plates the same size or almost the same size, so that both plates essentially cover the same area of the solar cells.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform sind die Folie und die zweite Platte mittels einer Klebeverbindung miteinander verbunden. Der Flächenkühlkörper weist somit beispielsweise einen PET-Aluminium-Klebeverbund auf. Es ist auch möglich, die zweite Platte aus Glas bereitzustellen, sodass der Flächenkühlkörper beispielsweise einen PET-Glas-Klebeverbund aufweist. Alternativ oder zusätzlich weist der Flächenkühlkörper den Lack auf, der beispielsweise zusätzlich in dem Verbund vorgesehen ist. Es ist auch möglich, dass der Lack statt der Folie vorgesehen ist, sodass der Flächenkühlkörper den Lack-Aluminiumverbund oder Lack-Glasverbund aufweist.According to at least one embodiment, the film and the second plate are connected to one another by means of an adhesive connection. The surface heat sink therefore has, for example, a PET-aluminum adhesive composite. It is also possible to provide the second plate made of glass, so that the surface heat sink has, for example, a PET-glass adhesive composite. Alternatively or additionally, the surface heat sink has the paint, which is additionally provided in the composite, for example. It is also possible that the paint is provided instead of the film, so that the surface heat sink has the paint-aluminum composite or paint-glass composite.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform ist die Folie unmittelbar auf den Solarzellen angeordnet. Die Folie dient somit sowohl zum Abschließen und Abdichten der Kühlkanäle als auch zum Befestigen der Flächenkühlkörpers an den Solarzellen. Die Folie ist somit in direktem Kontakt mit den Solarzellen und auch mit der zweiten Platte.According to at least one embodiment, the film is arranged directly on the solar cells. The film is therefore used to close and seal the cooling channels as well as to attach the surface heat sink to the solar cells. The film is therefore in direct contact with the solar cells and also with the second plate.
Alternativ oder zusätzlich dient der Lack zum Einbetten der Solarzellen, sodass diese von dem Lack gehalten werden. Der Lack dient in diesem Fall beispielsweise also als Stabilisator und Träger für die Solarzellen und gleichzeitig als Abdeckung und Verbindung für die zweite Platte. Auf zusätzliche Laminationsfolien kann in dieser Ausführungsform verzichtet werden. Während der Herstellung muss kein Laminationsschritt mehr erfolgen.Alternatively or additionally, the varnish serves to embed the solar cells so that they are held by the varnish. In this case, the paint serves, for example, as a stabilizer and support for the solar cells and at the same time as a cover and connection for the second plate. Additional lamination films can be dispensed with in this embodiment. There is no longer any lamination step required during production.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform weist das PVT-Modul eine Frontbeschichtung auf, die auf einer dem Flächenkühlkörper abgewandten Seite der Solarzellen angeordnet ist und die die Solarzellen abdeckt. Die Frontbeschichtung ist mittels einer Folie oder mittels eines Lacks gebildet. Die Frontbeschichtung ersetzt beispielsweise ein Frontglas. Die Frontbeschichtung ist im Betrieb der Sonne zugewandt und ist strahlungsdurchlässig. Die Frontbeschichtung ist im Vergleich zum Frontglas deutlich leichter. Beispielsweise ist die Frontbeschichtung aus dem Lack gebildet, in dem auch die Solarzellen eingebettet sind. Es ist auch möglich, unterschiedliche Lacke zu verwenden, beispielsweise einen ersten Lack zum Einbetten der Solarzellen und zum Anbinden an die zweite Platte und einen weiteren Lack als Frontbeschichtung.According to at least one embodiment, the PVT module has a front coating which is arranged on a side of the solar cells facing away from the surface heat sink and which covers the solar cells. The front coating is formed using a film or using a varnish. The front coating replaces a front glass, for example. During operation, the front coating faces the sun and is transparent to radiation. The front coating is significantly lighter compared to the front glass. For example, the front coating is formed from the paint in which the solar cells are embedded. It is also possible to use different varnishes, for example a first varnish for embedding the solar cells and for bonding to the second plate and another varnish as a front coating.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform weist das PVT-Modul einen Schichtstapel auf. Der Schichtstapel weist in einer Stapelrichtung auf: die zweite Platte, die die Kühlkanäle definiert, den Lack, der als Schicht ausgebildet ist und in dem die Solarzellen eingebettet sind, die Frontbeschichtung, die den Lack abdeckt. Insbesondere weist der Schichtstapel keine wesentlichen weiteren Elemente auf, insbesondere kein Frontglas auf der der zweiten Platte abgewandten Seite der Solarzellen und keine Laminationsfolie.According to at least one embodiment, the PVT module has a layer stack. The layer stack has in one stacking direction: the second plate, which defines the cooling channels, the paint, which is formed as a layer and in which the solar cells are embedded, the front coating, which covers the paint. In particular, the layer stack does not have any significant additional elements, in particular no front glass on the side of the solar cells facing away from the second plate and no lamination film.
Gemäß weiterer Ausführungsformen weist das PVT-Modul den Flächenkühlkörper auf, der zwei Platten aufweist zwischen denen die Kühlkanäle gebildet sind. Die erste der Platten ist den Solarzellen zugewandt und die zweite der Platten ist den Solarzellen abgewandt. Durch die zweite der Platten sind die Kühlkanäle definiert. Die erste Platte, die den Solarzellen zugewandt ist, ist plan. Die erste Platte und die zweite Platte basieren jeweils auf mindestens einem anorganischen Material, wie einem Glas oder einem Metall, zum Beispiel Aluminium. Das PVT-Modul weist eine Lackschicht auf, in der die Solarzellen eingebettet sind. Der Flächenkühlkörper ist an der Lackschicht befestigt. Optional ist zwischen dem Flächenkühlkörper und der Lackschicht zur elektrischen Isolation eine Kunststofffolie angeordnet. Insbesondere weist das PVT-Modul die Frontbeschichtung auf, die auf einer dem Flächenkühlkörper abgewandten Seite der Solarzellen angeordnet ist und die die Solarzellen abdeckt, wobei die Frontbeschichtung mittels einer Folie oder eines Lack gebildet ist.According to further embodiments, the PVT module has the surface heat sink, which has two plates between which the cooling channels are formed. The first of the plates faces the solar cells and the second of the plates faces away from the solar cells. The cooling channels are defined by the second of the plates. The first plate, which faces the solar cells, is flat. The first plate and the second plate are each based on at least one inorganic material, such as a glass or a metal, for example aluminum. The PVT module has a layer of lacquer in which the solar cells are embedded. The surface heat sink is attached to the lacquer layer. Optionally, a plastic film is arranged between the surface heat sink and the lacquer layer for electrical insulation. In particular, the PVT module has the front coating, which is arranged on a side of the solar cells facing away from the surface heat sink and which covers the solar cells, the front coating being formed by means of a film or a varnish.
Beispielsweise basiert die erste Platte auf einem anorganischen Material, insbesondere aus Aluminium oder Glas. Eine Folie und/oder ein Lack, die/der zusätzlich zu dem anorganischen Material vorgesehen ist, dient insbesondere als Zwischenschicht zwischen dem Lack, in dem die Solarzellen eingebettet sind, und der anorganischen Platte des Flächenkühlkörpers. Die erste Platte weist auf einer der zweiten Platte abgewandten Seite die Folie auf. Die Folie, die beispielsweise eine PET-Folie ist, ist an dem Lack befestigt. Die Folie dient zur elektrischen Isolation zwischen dem Flächenkühlkörper und den Solarzellen.For example, the first plate is based on an inorganic material, in particular aluminum or glass. A film and/or a lacquer, which is provided in addition to the inorganic material, serves in particular as an intermediate layer between the lacquer in which the solar cells are embedded and the inorganic plate of the surface heat sink. The first plate has the film on a side facing away from the second plate. The film, which is for example a PET film, is attached to the paint. The film serves for electrical insulation between the surface heat sink and the solar cells.
Weitere Vorteile, Merkmale und Weiterbildungen werden nachfolgend unter Bezugnahme auf die Zeichnungen erläutert. Gleiche Bezugszeichen geben dabei gleiche Elemente in den einzelnen Figuren an. Es sind dabei keine maßstäblichen Bezüge dargestellt, vielmehr können einzelne Elemente zum besseren Verständnis übertrieben groß dargestellt sein.Further advantages, features and further developments are explained below with reference to the drawings. The same reference numbers indicate the same elements in the individual figures. No references to scale are shown; rather, individual elements may be shown exaggeratedly large for better understanding.
Es zeigen:
-
1 eine schematische Schnittdarstellung eines PVT-Moduls gemäß einem Ausführungsbeispiel, -
2 eine schematische Schnittdarstellung eines PVT-Moduls gemäß einem Ausführungsbeispiel, -
3 eine schematische Schnittdarstellung eines PVT-Moduls gemäß einem Ausführungsbeispiel, und -
4 eine schematische Schnittdarstellung eines PVT-Moduls gemäß einem Ausführungsbeispiel.
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1 a schematic sectional view of a PVT module according to an exemplary embodiment, -
2 a schematic sectional view of a PVT module according to an exemplary embodiment, -
3 a schematic sectional view of a PVT module according to an exemplary embodiment, and -
4 a schematic sectional view of a PVT module according to an exemplary embodiment.
Ein Photovoltaik-thermisches Modul 100, kurz PVT-Modul genannt, kombiniert Photovoltaik-Module zur Stromerzeugung mit der Nutzung der Abwärme der Module. PVT-Module wandeln somit eingestrahlte Sonnenenergie in elektrischen Strom um und die dabei auftretende Abwärme wird nutzbar gemacht. Neben elektrischer Energie produzieren solche PVT-Module gleichzeitig auch Wärme, beispielsweise in Form von Warmwasser oder anderen Kühlflüssigkeiten. Ein Beispiel für ein derartiges PVT-Modul ist in den
An einer dem Frontglas 1 gegenüberliegenden Seite der Laminationsfolie 4 befindet sich eine Rückwand 6, insbesondere eine Rückwandfolie, zum Beispiel eine Polyvenylfluoridfolie, kurz PVF-Folie, wie eine Tedlarfolie, oder alternativ ein Rückglas. Der Flächenkühlkörper ist insbesondere auf die Rückwand 6 aufgeklebt oder auflaminiert, beispielsweise mittels einer Haftschicht 7. Die Haftschicht 7 ist zum Beispiel aus einem Kleber oder durch eine weitere EVA-Folie gebildet. Mittels der Haftschicht 7 ist der Flächenkühlkörper 10 an dem sogenannten PV-Modul oder PV-Laminat angebunden.On a side of the
Das PVT-Modul 100 weist einen Rahmen 5 auf. Der Rahmen 5, beispielsweise aus Aluminium, trägt das PVT-Modul 100 mechanisch, insbesondere das PV-Laminat und den Flächenkühlkörper 10.The
Der Rahmen 5 weist eine obere Halterung 5a und eine untere Halterung 5b auf, die beispielsweise jeweils horizontal vorspringen. Durch die obere Halterung 5a und die untere Halterung 5b wird eine Klemmverbindung 5c ausgebildet. Mittels der Klemmverbindung 5c wird ein Schichtstapel 25 entlang einer Stapelrichtung 26 zusammengedrückt und verklemmt. Der Schichtstapel 25 umfasst insbesondere das Frontglas 1 und den Flächenkühlkörper 10 sowie die dazwischen angeordneten Schichten, die entlang der Stapelrichtung 26 aufeinander angeordnet sind.The
Der Flächenkühlkörper 10 weist insbesondere zwei dünne Aluminiumbleche 10a, 10b auf, die miteinander verbunden sind. Beispielsweise ist in eine der beiden Platten 10b durch einen Stanzvorgang eine Kanalstruktur mit einer Vielzahl von Kühlkanälen 10c eingeprägt. Diese Kanalstruktur besteht aus vielen Verästelungen und ist darauf optimiert, möglichst effizient Wärme abzuführen und möglichst niedrige Druckverluste zu ermöglichen.The
Die zweite Platte 10b mit den Kühlkanälen 10c wird mittels eines Lötprozesses mit der ersten Platte 10a verbunden. Die zweite Platte 10b ist auf einer den Solarzellen 2 abgewandten Hauptfläche 11 der ersten Platte 10a angeordnet. Die Hauptfläche 11 weist eine größere Ausdehnung auf als die quer dazu angeordneten Seitenflächen oder Randflächen der ersten Platte 10a.The
Die zweite Platte 10b ist in einem ersten Bereich 12 der ersten Platte 10a angeordnet. Der erste Bereich 12 ist insbesondere ein mittiger Bereich der ersten Platte 10a. Der erste Bereich 12 ist lateral von einem zweiten Bereich 13 umgeben. Der zweite Bereich 13 ist nicht von der zweiten Platte 10b bedeckt. Die zweite Platte 10b ist nur in dem mittigen ersten Bereich 12 angeordnet und insbesondere von einem Rand 15 des Schichtstapels 25 beabstandet.The
Zwischen dem seitlichen Rand 15, der in der Schnittansicht entlang der Stapelrichtung 26 verläuft, und der zweiten Platte 10b ist quer zur Stapelrichtung 26 der zweite Bereich 13 vorgesehen, an dem die erste Platte 10a insbesondere nicht bedeckt ist. Die zweite Platte 10b weist somit einen Abstand 14, der quer zur Stapelrichtung 26 entlang der Hauptfläche 11 gemessen ist, auf. Beispielsweise ist der Abstand 14 in einem Bereich von mehr als 5 mm bis zu 20 mm, insbesondere zwischen 7 mm und 15 mm, insbesondere zwischen 9 und 11 mm, beispielsweise 10 mm. Die zweite Platte 10b ist seitlich also mit dem Abstand 14 von dem Rand 15 beabstandet angeordnet.Between the
Die erste Platte 10a deckt die Solarzellen 2 flächig, insbesondere vollständig oder nahezu vollständig ab. Die zweite Platte 10b ist im Vergleich dazu kleiner ausgebildet. Insbesondere ist die von der zweiten Platte 10b abgedeckte Fläche kleiner als die von der ersten Platte 10a abgedeckte Fläche.The
Der Rahmen 5 ist im zweiten Bereich 13 in Kontakt mit dem Flächenkühlkörper 10. Der Rahmen 5 kontaktiert die erste Platte 10a im zweiten Bereich 13. Die zweite Platte 10b wird insbesondere nicht direkt von dem Rahmen 5 berührt. Die Klemmverbindung 5c ist zwischen der ersten Platte 10a und dem Frontglas 1 ausgebildet. Die zweite Platte bleibt von mechanischen Belastungen, die direkt von der unteren Halterung 5b ausgewirkt werden, unbeeinträchtigt. Dazu ist die zweite Platte 10b kleiner ausgebildet als die erste Platte 10a, sodass der zweite Bereich 13 ausgebildet ist. Die Klemmverbindung 5c ist somit mit der ersten Platte 10a ausgebildet, die keine Kühlkanäle 10c aufweist, sondern insbesondere plan ausgebildet ist.The
Die zweite Platte 10b, die die Kühlkanäle 10c aufweist, kann ohne die unmittelbare Einwirkung der Klemmverbindung 5c an der ersten Platte 10a befestigt werden. Dies ermöglicht eine besonders verlässliche Verbindung zwischen der ersten Platte 10a und der zweiten Platte 10b mittels eines Lots. Die Kühlkanäle 10c können auf der zweiten Platte 10b beliebig verteilt werden und insbesondere auch nah an einen seitlichen Rand geführt werden, was für die verlässliche Lotverbindung nutzbringend ist. Eine Beschädigung der Kühlkanäle 10c durch die Klemmverbindung 5c, insbesondere die untere Halterung 5b, ist so vermeidbar.The
Die erste Platte 10a ist umlaufend um die zweite Platte 10b beispielsweise zirka 10 mm größer. Somit ist es möglich, die erste Platte 10a in die Lücke des Rahmens 5 zwischen der oberen Halterung 5a und der unteren Halterung 5b einzufügen. Die zweite Platte 10b gerät dabei nicht in Konflikt und/oder Kontakt mit dem Rahmen 5. Aufgrund der verlässlichen Lötverbindung zwischen den beiden Platten 10a, 10b stellt es keine Beeinträchtigung der Stabilität dar, dass die zweite Platte 10b nicht in die Lücke zwischen der oberen Halterung 5a und der unteren Halterung 5b eingeführt ist.The
Durch das Einspannen der ersten Platte 10a in die Lücke des Rahmens 5 wird zusätzlich zu der Haftschicht 7 die Verbindung zwischen der ersten Platte 10a und dem PV-Laminat verstärkt. Das PV-Laminat und der Flächenkühlkörper 10 werden mittels des Rahmens, insbesondere mittels der oberen Halterung 5a und der unteren Halterung 5b, zusammengedrückt und verpresst. Die erste Platte 10a wird von der unteren Halterung 5b in Richtung des Frontglases 1 gedrückt. Der Flächenkühlkörper 10 kann mit der ersten Platte 10a in die Lücke zwischen der oberen Halterung 5a und der unteren Halterung 5b des Rahmens 5 eingefügt werden. Dadurch wird zusätzlich zum Kleben/Laminieren noch ein weiter Fixierungsprozess bewerkstelligt. Die Flächenkühlkörper 10 hält besser und stabiler auf der PV-Struktur. Durch das Einspannen der ersten Platte 10a in die Lücke des Rahmens 5 wird eine zusätzliche widerstandfähige Verbindung zum PV-Laminat realisiert.By clamping the
Die Kühlkanäle sind in der zweiten Platte 10b ausgebildet und können insbesondere mit einem geringen Abstand zum seitlichen Rand der zweiten Platte 10b ausgebildet werden, beispielsweise mit einem Abstand von maximal 3 bis 4 mm. Trotz dieses geringen Abstands zum seitlichen Rand der zweiten Platte 10b werden die Kühlkanäle 10c beim Verklemmen des Schichtstapels 25 im Rahmen 5 nicht beschädigt, da die zweite Platte 10b in Bezug auf die erste Platte 10a zurückgezogen ausgebildet ist. Die erste Platte 10a springt lateral über die zweite Platte 10b vor, um den Kontaktbereich 12 auszubilden.The cooling channels are formed in the
Das PVT-Modul 100 gemäß dem Ausführungsbeispiel der
Die erste Platte 10a, die in Kontakt mit der Laminationsfolie 4 der Solarzellen 2 ist, ist nicht aus Aluminium oder Glas ausgebildet. Die erste Platte 10a weist eine Folie 21 auf oder besteht aus der Folie 21 beziehungsweise ist aus der Folie 21 gebildet. Die Folie 21 ist insbesondere eine anorganische Folie, beispielsweise eine Kunststofffolie, insbesondere eine PET-Folie.The
Die Folie 21 schließt die Kühlkanäle 10c der zweiten Platte 10b ab. Zusätzlich verbindet die Folie 21 die zweite Platte 10b mit dem PV-Laminat, insbesondere mit den Solarzellen 2. Zusätzlich trägt die Folie 21 zur elektrischen Isolation zwischen der zweiten Platte 10b und den Solarzellen 2 bei.The
Die Folie 21 und die zweite Platte 10b sind mittels einer Klebeverbindung 22 miteinander verbunden. Da kein Lötprozess zum Verbinden der beiden Platten 10a, 10b des Flächenkühlkörpers 10 stattfindet, kann die zweite Platte 10b anders als im Ausführungsbeispiel der
Die Klebeverbindung 22 und der verwendete Kleber werden so gewählt, dass die zweite Platte 10b ausreichend stark mit der Folie 21 verbunden ist, auch um beispielsweise einen Überdruck von 0,5 bar auszuhalten, mit dem Kühlmittel typischerweise durch die Kühlkanäle 10c fließt. Die Folie 21 ist so ausgebildet und gewählt, dass sie resistent gegen das Kühlmittel ist, das beispielsweise ein Glykolwassergemisch ist. Die Folie 21 ist so ausgebildet, dass die Folie als Feuchtigkeitsbarriere dient und keine Feuchtigkeit zu den Solarzellen 2 lässt.The
In der Herstellung ist es möglich, den Flächenkühlkörper 10 mit der Folie 21 direkt in einem einzigen Laminationsprozess zusammen mit den Solarzellen 2 und der Laminationsfolie 4 zusammen zu laminieren. Dies spart insbesondere die Rückwandfolie 6 gemäß dem Ausführungsbeispiel der
Es ist auch möglich, das Frontglas 1 durch eine Frontbeschichtung 23 zu ersetzen. Diese besteht beispielsweise aus einer weiteren Folie oder einer transparenten Lackschicht. Die weitere Folie ist beispielsweise eine flexible transparente Folie, beispielsweise eine PET-Folie. Die Frontbeschichtung 23 ermöglicht ein leichtes PVT-Modul 100. Zudem lässt sich das PVT-Modul 100 einfacher herstellen, da es keine unterschiedlichen Ausdehnungskoeffizienten zwischen dem Frontglas 1 und der zweiten Platte 10b aus Aluminium mehr auszugleichen gibt.It is also possible to replace the front glass 1 with a
Es ist auch möglich, im Ausführungsbeispiel gemäß
Das PVT-Modul 100 mit der Folie 21 und der Frontbeschichtung 23 aus einer Folie lässt sich mittels einer einzigen Lamination herstellen, bei der die Solarzellen 2, die Folie 23, die Laminationsfolie 4 und die Folie 21 mit der zweiten Platte 10b in einem einzigen Schritt miteinander verbunden werden. Als Laminationsfolie dient dazu bevorzugt EVA.The
Die Solarzellen 2 sind nicht mehr in der Laminationsfolie 4 eingebettet, sondern in einer Lackschicht 24. Die Lackschicht 24 befestigt die Solarzellen 2 und umgibt diese. Die Lackschicht 24 wird so aufgebracht, dass insbesondere die Einstrahlungsseite der Solarzellen 2 nicht von der Lackschicht 24 bedeckt ist. Die Lackschicht 24 umformt und umgibt die Solarzellen 2, sodass diese ausreichend mechanisch stabilisiert werden. Zudem wirkt die Lackschicht 24 als Kleber beziehungsweise Haftschicht zum Anbinden der zweiten Platte 10b. Die Lackschicht 24 dient somit auch als erste Platte 10a. Die Lackschicht 24 erfüllt somit die Funktionalität der Laminationsfolie 4 und der ersten Platte 10a im Ausführungsbeispiel gemäß
Die Kühlkanäle 10c sind in der zweiten Platte 10b gebildet zwischen der zweiten Platte 10b und der Lackschicht 24. An der der zweiten Platte 10b abgewandten Seite der Solarzellen 2 wird die Frontbeschichtung 23, also insbesondere der Klarlack, aufgesprüht.The cooling
Das Ausführungsbeispiel des PVT-Moduls 100 gemäß
Der Flächenkühlkörper 10 ist weist insbesondere zwei dünne Aluminiumbleche 10a, 10b auf, die miteinander verbunden sind, beispielsweise miteinander verlötet. In die zweite Platte 10b ist durch einen Stanzvorgang die Kanalstruktur mit der Vielzahl von Kühlkanälen 10c eingeprägt. Die erste Platte 10a ist mit der Lackschicht 24 verbunden. Die zweite Platte 10b reicht gemäß Ausführungsbeispielen wie im Ausführungsbeispiel gemäß
Gemäß weiteren Ausführungsbeispielen ist die zweite Platte 10b wie im Ausführungsbeispiel gemäß
Gemäß dem in
Das Ausführungsbeispiel des PVT-Moduls 100 gemäß
Anwendungsgebiete für die hier beschriebenen PVT-Module 100 sind Solarzellen 2 aller Art, zum Beispiel kristalline oder bifaziale kristalline Module oder Dünnschichtmodule. Weiterhin kommen insbesondere folgende Einsatzgebiete der Module 100 in Betracht: Aufdach, Industrie, Freifläche, Niedertemperatur-Wärmenetze, schwimmende Anlagen, große Freiflächen-Solarparks, insbesondere in heißen Gegenden wie USA, Indien, Spanien, Arabien, Australien, Chile.Areas of application for the
Das PVT-Modul 100 gemäß der verschiedenen Ausführungsbeispiele ist vergleichsweise kostengünstig herstellbar. Prozesszeiten und Herstellungskomplexität können verringert werden. Dies führt zu einer erhöhten Wirtschaftlichkeit der PVT-Module 100 insbesondere im Unterschied zu herkömmlichen PVT-Modulen mit Kupferrohren.The
Das PVT-Modul 100 gemäß der verschiedenen Ausführungsbeispiele zeichnet sich aus durch eine verbesserte Zuverlässigkeit und Qualität auf Grund der doppelte Fügeverbindung mittels Klebung/Lamination und Klemmung im Rahmen 5. Zudem sind deutliche Vereinfachungen im Produktionsprozess möglich. Wesentlich weniger Einsatz von teuren Materialien ist realisierbar. Niedrigere Kosten und höhere Wirtschaftlichkeit sind somit möglich.The
BezugszeichenReference symbols
- 100100
- Photovoltaik-thermisches Modul (PVT-Modul)Photovoltaic thermal module (PVT module)
- 11
- FrontglasFront glass
- 22
- SolarzelleSolar cell
- 33
- elektrischer Zellverbinderelectrical cell connector
- 44
- LaminationsfolieLamination film
- 55
- RahmenFrame
- 5a5a
- obere Halterungtop bracket
- 5b5b
- untere Halterunglower bracket
- 5c5c
- KlemmverbindungClamp connection
- 66
- RückwandBack wall
- 77
- HaftschichtAdhesive layer
- 1010
- FlächenkühlkörperSurface heat sink
- 10a10a
- erste Platte, den Solarzellen zugewandtfirst plate, facing the solar cells
- 10b10b
- zweite Platte, den Solarzellen abgewandtsecond plate, facing away from the solar cells
- 10c10c
- KühlkanalCooling channel
- 1111
- Hauptflächemain area
- 1212
- erster Bereichfirst area
- 1313
- zweiter Bereichsecond area
- 1414
- AbstandDistance
- 2121
- Foliefoil
- 2222
- KlebeverbindungAdhesive connection
- 2323
- FrontbeschichtungFront coating
- 2424
- Lackschichtvarnish layer
- 2525
- SchichtstapelLayer stack
- 2626
- StapelrichtungStacking direction
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNGQUOTES INCLUDED IN THE DESCRIPTION
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Zitierte PatentliteraturCited patent literature
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- DE 1020211230004 [0032]DE 1020211230004 [0032]
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