DE10322048A1

DE10322048A1 - Vorrichtung zur Gewinnung von thermischer und elektrischer Energie aus Sonnenenergie

Info

Publication number: DE10322048A1
Application number: DE10322048A
Authority: DE
Inventors: Manfred Jezerkowsky
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2002-05-16
Filing date: 2003-05-15
Publication date: 2003-11-27

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Erzeugung von Energie aus Sonnenenergie, wobei ein Modul, bestehend aus zumindest einem Absorber (16) zur Gewinnung von thermischer Energie und zumindest einem Solarmodul (17) zur Gewinnung von elektrischer Energie, vorgesehen ist.

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung, insbesondere zur kostenlosen und umweltfreundlichen Energiegewinnung aus der Sonnenenergie.
Die Sonnenenergie wird zur Erzeugung von Wärme und elektrischem Strom genutzt. Beispielsweise werden Solarzellen zur Erzeugung von Strom eingesetzt, welche die im Sonnenlicht enthaltene Energie direkt in elektrischen Strom umwandeln. Derartige Photovoltaikmodule werden zumeist auf Hausdächern vorgesehen, um die kostenlos zur Verfügung stehende Energie im Sonnenlicht in Strom umzuwandeln, um Verbraucher zu versorgen und um gegebenenfalls in ein Stromnetz einzuspeisen.
Des weiteren sind sogenannte Solarkollektoren für die Heizungsunterstützung und Warmwasserbereitung bekannt. Bei der Heizungsunterstützung kann sowohl Wasser als auch Luft als thermisches Trägermedium vorgesehen sein. Für die Warmwasseraufbereitung ist insbesondere Wasser vorgesehen, welches die Kollektoren durchströmt und durch die solare Energie aufgeheizt wird. Beide Systeme sowohl die Solarmodule als auch die Solarkollektoren werden als Module hergestellt, welche getrennt voneinander, zumeist auf Hausdächern installiert werden.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Nutzung der Sonnenenergie zu erhöhen. Diese Aufgabe wird durch die Merkmale des Hauptanspruchs gelöst.
Die erfindungsgemäße Vorrichtung weist sowohl zumindest einen Absorber zur Gewinnung von thermischer Energie als auch zumindest ein Solarmodul zur Gewinnung von elektrischer Energie auf, die in einer platzsparenden Anordnung in einem Modul gemeinsam vereint oder kombiniert sind. Gleichzeitig kann die Ausgestaltung von isolierenden Zwischenräumen, zwischen Absorber und Solarmodul, welche zumindest als Wärmeisolator wirken und die Effektivität des Moduls verringern, vermieden werden. Dadurch kann bei geringerem Platzbedarf der Vorrichtung eine höhere Energieerzeugung erzielt werden. Da derartige Vorrichtungen zumeist auf Dachflächen montiert werden, deren freie Fläche durch die Hausgröße begrenzt ist, kann die maximal erzielbare Energiemenge erhöht und eine höhere Energieausbeute ermöglicht sein. Darüber hinaus ist eine Einsparung von Bauteilen bei der Herstellung einer derartigen Vorrichtung gegeben. Gleichzeitig wird die Montage vereinfacht und er fordert einen geringen Zeitaufwand, da beide Energieumwandler in einer Vorrichtung vorgesehen sind, so dass neben einer Verringerung der Herstellungskosten auch eine Einsparung bei der Installation gegeben ist.
Darüber hinaus weist die erfindungsgemäße Kombination von zumindest einem Absorber und zumindest einem Solarmodul in einem Modul den Vorteil auf, dass die Eintrittstemperatur des Trägermediums, die bei Zulauf in den Absorber wesentlich geringer ist als die Austrittstemperatur, die in dem Solarmodul erzeugte Wärmeenergie abgeführt wird. Dadurch kann einerseits eine Kühlung des Solarmoduls erzielt werden, wodurch eine Erhöhung der elektrischen Kennwerte beziehungsweise eine Erzeugung von elektrischer Energie erzielt wird. Gleichzeitig wird die geringere Eintrittstemperatur vorgewärmt beziehungsweise aufgewärmt und ermöglicht dadurch auch eine Erhöhung der Austrittstemperatur aus dem Absorber. Der Wirkungsgrad des zumindest einen Solarmoduls und Absorber wird somit erhöht.
Nach einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass der zumindest eine Absorber in Strahlungsrichtung der Sonnenenergie gesehen, zumindest teilweise hinter einem Solarmodul angeordnet ist. Dadurch kann ein hoher Energieeintrag der Strahlungsenergie auf das zumindest eine Solarmodul gegeben sein. Durch die Aufheizung des zumindest einen Solarmoduls kann durch Wärmestrahlung das an der Rückseite entlang geführte Trägermedium aufgeheizt werden. Alternativ kann vorgesehen sein, dass der zumindest eine Absorber in Strahlrichtung gesehen vor dem zumindest einen Solarmodul angeordnet ist oder dieses zumindest teilweise überdeckt. An entsprechende Anwendungen angepasste Konstruktionen können verschiedentliche Anordnungen oder Kombinationen hiervon umfassen.
Vorteilhafterweise ist das zumindest eine Solarmodul transparent ausgebildet. Bei dieser Ausführungsform ist das zumindest eine Solarmodul bevorzugt vor dem Absorber vorgesehen und überdeckt diesen zumindest teilweise.
Vorzugsweise ist die elektrisch isolierende Schicht aus einem zumindest gering, vorzugsweise hoch wärmeleitfähigen Material ausgebildet. Der Verlust bei der Wärmeübertragung an den Grenzschichten kann verringert werden. Die elektrisch isolierende Schicht ist beispielsweise als Kunststofffolie ausgebildet, welche auf das Solarmodul und/oder den Solarkollektor aufgeklebt, aufgeschweißt oder aufgelegt sein kann.
Ebenso kann die elektrisch isolierende Schicht auf die Solarzelle und/oder den Solarkollektor aufgesprüht, aufgedampft, aufgetragen oder dergleichen sein oder als wärmeleitfähige Zwischenschicht, wie beispielsweise Glas oder sonstige elektrische Isolatoren ausgebildet sein.
Beispielsweise kann eine pastöse Masse oder Medium zwischen Solarzelle und Solarmodul vorgesehen sein. Dieses Medium weist gleichzeitig den Vorteil auf, dass die Solarzelle sicher aufgenommen und eingebettet ist.
Auch kann der Solarkollektor beispielsweise aus einem gezogenen Aluminiumkörper oder einer Aluminiumlegierung ausgebildet sein, die eine der oben genannten elektrisch isolierenden Schichten aufweist oder beispielsweise eloxiert ist. Eloxalschichten haben ebenfalls elektrisch isolierende Eigenschaften.
Nach einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass das zumindest eine Solarmodul oder der zumindest eine Solarkollektor aus einem elektrisch isolierenden Material hergestellt ist. Dadurch kann die elektrisch isolierende Eigenschaft in dem Bauteil integriert sein, wodurch bei der Montage mit dem weiteren Bauteil eine elektrisch leitende Verbindung verhindert wird und wodurch Herstellungskosten durch die Integration der elektrisch isolierenden Eigenschaften in einem Bauteil reduziert werden können. Als elektrisch isolierende Materialien sind vorteilhafterweise SiO₂-Verbindungen, Gas, Quarzglas oder dergleichen vorgesehen. Bevorzugt werden derartige Materialien ausgewählt, die eine gute Wärmeleitfähigkeit aufweisen und zumindest teilweise transparent ausgebildet sind.
Alternativ kann auch vorgesehen sein, dass das Solarmodul und der Solarkollektor aus einem Körper oder Gehäuse hergestellt sind, bei dem die elektrisch isolierende Schicht integriert ist oder durch die Materialauswahl und -anordnung oder durch Einsetzen von elektrisch isolierendem Material erfolgt. Dabei kann vorgesehen sein, dass der Körper, welcher das Solarmodul und den Solarkollektor umfasst, aus einem elektrisch nicht leitenden Material hergestellt ist. Ebenso kann eine Sandwich- Konstruktion vorgesehen sein, bei der relevante Bereich durch das elektrisch isolierende Material getrennt werden. Dadurch ergeben sich mehrere Möglichkeiten des Aufbaus. Beispielsweise kann eine Solarzelle in einen Körper eingesetzt werden, der vollständig aus Glas als Trägermaterial ausgebildet ist. Des weiteren kann vorgesehen sein, dass das Solarmodul aus einem elektrisch isolierenden Material ausgebildet und der Solarkollektor mit einem artgleichen oder artfremden Material zu einem Gehäuse zusammengesetzt wird. Das Gehäuse kann dabei zur Aufnahme des Solarmoduls einen Wandabschnitt des Solarkollektors bilden oder auch Kühlkanäle für das Durchströmen des Trägermediums aufweisen.
Nach einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass die erzeugte elektrische Energie zur Versorgung einer Steuerung der Vorrichtung vorgesehen ist. Dadurch können autarke Systeme bereitgestellt werden, welche in unterschiedlichen Bereichen, beispielsweise in der Freizeitindustrie oder in der Forschung, eingesetzt werden können. Beispielsweise beim Camping oder für Caravane können derartige modulare Einheiten vorgesehen sein, wodurch einerseits Energie für die Aufladung von Batterien bereitgestellt werden kann und andererseits eine Brauchwassererwärmung oder Heizungsunterstützung erfolgen kann. Auch in der Schwimmbadtechnik, insbesondere in Freibädern, sind diese Systeme besonders geeignet.
Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen sind in den weiteren Ansprüchen angegeben.
In der nachfolgenden Beschreibung, den Zeichnungen und Ansprüchen werden bevorzugte Ausführungsbeispiele näher beschrieben. Es zeigen:
Fig. 1 einen schematischen Querschnitt einer erfindungsgemäßen Vorrichtung mit einem Absorber und einem Solarmodul als Flachkollektor,
Fig. 2 eine schematische Schnittdarstellung einer alternativen Ausführungsform der Erfindung als Röhrenkollektor,
Fig. 3 eine schematische Schnittdarstellung einer alternativen Ausführungsform gemäß Fig. 1,
Fig. 4a + b eine schematische Schnittdarstellung weiterer alternativen Ausführungsformen zu Fig. 1 und
Fig. 5 eine schematische Schnittdarstellung einer weiteren alternativen Ausführungsform zu Fig. 1.
In Fig. 1 ist ein schematischer Querschnitt einer erfindungsgemäßen Vorrichtung 11 dargestellt. Diese Vorrichtung 11 entspricht im Format und Aufbau einem thermischen Flachkollektor. Diese Vorrichtung 11 weist ein Gehäuse 12 auf, welches einen Rahmen 13 und ein Glashalteprofil 14 umfasst. In dem Rahmen 13 ist eine Wärmedämmung 15 und/oder Isolierung vor gesehen. Auf dieser Wärmedämmung 15 liegt ein Absorber 16. Darüber befindet sich ein Solarmodul 17. Das Solarmodul 17 als auch der Absorber 16 sind durch eine Glasabdeckung 18 vor Witterungseinflüssen geschützt. Die Glasabdeckung 18 wird über das Glashalteprofil 14 zum Rahmen 13 fixiert.
An dem Rahmen 13 sind zusätzliche Befestigungswinkel oder Befestigungselemente 19 vorgesehen, um die Vorrichtung 11 an ihrem Einsatzort zu installieren und zu befestigen. An dem Rahmen 13 sind des weiteren Anschlüsse 21 für das Solarmodul 17 vorgesehen. Des weiteren ist eine Zuführleitung 22 und eine Abführleitung 23 für das thermische Trägermedium zum und vom Absorber 16 vorgesehen. Zwischen der Zuführleitung 22 und der Abführleitung 23 ist nicht näher dargestellt ein Wärmetauscher vorgesehen. Zusätzlich kann auch eine Umwälzpumpe integriert sein, welche durch den von der Vorrichtung 11 erzeugten Strom angetrieben werden kann und das Trägermedium, wie beispielsweise Luft oder Wasser, umwälzt.
Das Solarmodul 17, welches auch als Photovoltaikmodul oder Solarzelle bezeichnet wird, kann beispielsweise durch Mehrschichtsolarzellen oder dergleichen aufgebaut sein. Vorteilhafterweise ist das Solarmodul 17 transparent ausgebildet, so dass die Sonnenstrahlung das Solarmodul 17 durchdringen und auf den Absorber 16 einwirken kann. Das Solarmodul 17 ist im Ausführungsbeispiel als ein Modul dargestellt. Es versteht sich, dass dieses Modul 17 auch aus mehreren einzelnen Modulen zusammengesetzt sein kann. Dies gilt ebenso für den Absorber 16, der in diesem Ausführungsbeispiel als ein Absorber dargestellt ist. Beispielsweise können auch Fahnen-Absorber, Rollbond-Absorber oder dergleichen aus geeigneten Materialkombinationen eingesetzt werden.
Zwischen dem Absorber 16 und dem Solarmodul 17 ist eine elektrisch isolierende Schicht 26 vorgesehen, welche das Solarmodul 17 und den Absorber 16 trennt. Vorteilhafterweise stehen Absorber 16, elektrisch isolierende Schicht 26 und das Solarmodul 17 miteinander in Verbindung, wodurch eine besonders gute Wärmeableitung aus dem Solarmodüi 17 zum Absorber 16 erzielt wird. Dadurch kann eine kompakte Bauweise des gesamten Moduls erzielt und die Effektivität des Solarmoduls 17 erhöht werden, da bei einer geringeren Arbeitstemperatur eine höhere Leistung pro m² zu erzielen ist. Gleichzeitig wird die durch den Wärmetauscher oder einen sonstigen Verbraucher abgekühlte Temperatur des Trägermediums vorgewärmt bzw. aufgewärmt und zusätzlich über die Sonnenenergie aufgeheizt, wodurch eine höhere Ausgangstemperatur des Trägermedium aus dem Absorber 16 erzielt wird.
Insbesondere bei transparenten Solarmodulen 17 können die Absorber 16 zusätzlich mit Absorberbeschichtungen versehen werden, um einen höheren Absorptionsgrad der eingestrahlten Solarstrahlung zu erzielen, wodurch die Energieumwandlung erhöht wird.
Vorteilhafterweise ist auf der Wärmedämmung 14 eine reflektierende und isolierende Schicht vorgesehen, welche nicht nur die Sonnenstrahlung, sondern auch die Wärmestrahlung reflektiert, um einen hohen Absorptionsgrad zu erzielen.
In einem Innenraum 27 der Vorrichtung 11 zwischen der Glasabdeckung 18 und der Wärmedämmung 14 ist vorteilhafterweise eine Teilevakuierung oder ein Vakuum vorgesehen, um eine Luftschicht als Isolator zu vermeiden. Alternativ kann der Innenraum 27 mit einem Edelgas gefüllt sein.
Die vorliegende Vorrichtung 11 kann auch als Kombikollektor bezeichnet werden, welcher gleichzeitig die Sonnenenergie sowohl in thermische und elektrische Energie umwandelt. Die thermische Energie kann durch ein gasförmiges oder flüssiges Trägermedium aufgenommen und an einen Wärmetauscher zur Brauchwasseraufwärmung, Heizungsunterstützung oder dergleichen weitergeleitet werden oder direkt verwendet werden.
Die Vorrichtung 11 beziehungsweise das Gehäuse 12 kann in unterschiedlichen Größen beziehungsweise Rastermaßen als auch verschiedenen Materialien, wie Holz, Aluminium, Aluminiumlegierungen, Stahl oder Edelstahl, ausgebildet sein. Vorteilhafterweise sind Kontaktstellen beziehungsweise Anschlussstellen in normierter Weise vorgesehen, um eine einfache Verbindung und Verkettung von mehreren Modulen zu erzielen. Hier können beispielsweise sogenannte Plug-In-Verbindungen vorgesehen sein, um sowohl die Anschlüsse der Solarmodule, als auch der Absorber miteinander zu verbinden und vorzugsweise die Gehäuse zueinander zu fixieren.
Das Gehäuse 12 kann beispielsweise aus gezogenen Aluminiumprofilen bestehen, welche Röhren oder Durchgänge zur Führung und Aufheizung des Trägermediums 20 aufweisen und an einer Außenseite Aufnahmen oder Vertiefungen zur Anordnung der Solarzellen 17 umfassen. Durch das Auftragen einer elektrisch isolierenden Schicht, wie beispielsweise einer pastösen Masse in oder auf die Aufnahmen, erfolgt eine gut wärmeleitfähige Verbindung von Solarzelle 17 und Absorber 16 sowie eine kompakte Bauweise.
Alternativ zu der in Fig. 1 dargestellten Anordnung von Solarmodul 17 und Absorber 16 kann eine Vertauschung der Anordnung vorgesehen sein. Des weiteren kann ebenso vorgesehen sein, dass beispielsweise eine mehrlagige Anordnung von Solarmodulen 17 und Absorbern 16 vorgesehen ist, wobei deren Anzahl und Abfolge in der Anordnung zueinander oder übereinander in jeglicher Kombination möglich ist.
Alternativ kann auch vorgesehen sein, dass die elektrische Abschirmung an Kontakt- oder Übergabestellen des Solarkollektors zu weiteren Anschlüssen erfolgt.
Der Volumendurchsatz für das Trägermedium 20 in dem Absorber 16 kann an die Wärmeleistung des Solarmoduls 17 angepasst sein. Dadurch können die Größenverhältnisse innerhalb eines Gehäuses von Solarmodul und Absorber voneinander abweichen, jedoch ein optimaler Wirkungsgrad beider Komponenten erzielt werden.
Die Integration von Solarmodulen 17 auf der Basic von Flachkollektoren weist den Vorteil auf, dass durch das zumeist stabile und verbindungssteife Gehäuse des Flachkollektors eine sichere Aufnahme für die teils bruchempfindlichen Solarmodule gegeben ist. Dadurch kann auch eine einfache Herstellung und Montage der erfindungsgemäßen Vorrichtung gegeben sein.
Vorteilhafterweise kann vorgesehen sein, dass an die Vorrichtung 11 neben einem Wärmetauscher und gegebenenfalls einer Umwälzpumpe eine Batterie angeschlossen und eine Steuerung integriert ist. Dadurch kann eine autarke Einheit mit vielen Anwendungsbereichen und Einsatzgebieten ausgebildet sein. Durch die Erzeugung von Strom aus Sonnenenergie kann die Steuerung mit Energie versorgt werden und die autarke Einheit steuern und überwachen. Die erzeugte Energie kann in Akkumulatoren gespeichert werden, so dass bei Dunkelheit eine Energieversorgung für eine Beleuchtung gewährleistet ist. Zusätzlich kann die im Wärmetauscher gespeicherte Energie dazu genutzt werden, um zusätzlich elektrische Energie wiederum zur Verfügung zu stellen.
In Fig. 2 ist ein schematischer Querschnitt einer alternativen Ausführungsform einer Vorrichtung 11 zu Fig. 1 dargestellt. Diese Vorrichtung 11 ist als Röhrenkollektor ausgebildet, der im prinzipiellen Aufbau dem Flachkollektor entspricht. Der Röhrenkollektor umfasst ein Glasrohr 31, welches den Absorber 16 umgibt. Der Röhrenkollektor ist durch eine nicht näher dargestellte Abschlusskappe verschlossen. Aus dieser werden der Zulauf und Ablauf für das Trägermedium sowie der Anschluss für das Solarmodul 17 hinein- und herausgeführt. Das Solarmodul 17 ist beispielsweise beidseitig des Absorbers 16 angeordnet. Alternativ kann das Solarmodul 17 auch nur an einer der beiden Seiten des Absorbers 16 vorgesehen sein. Zwischen dem Absorber 16 und dem Solarmodul 17 ist wiederum eine elektrisch nicht leitende Schicht 26 vorgesehen. Außerhalb des Röhrenkollektors ist ein Reflektor 32 angeordnet. Dieser bewirkt, dass zusätzliche nicht unmittelbar auf den Röhrenkollektor eintreffende Sonnenstrahlung in Richtung auf den Röhrenkollektor reflektiert wird, um die Leistung zu erhöhen.
Die in Fig. 1 genannten vorteilhaften Ausführungen, Abwandlungen oder Kombinationen gelten auch für den Röhrenkollektor gemäß Fig. 2.
In Fig. 3 ist eine alternative Ausführungsform der Vorrichtung 11 gemäß Fig. 1 dargestellt. Bei dieser Ausführungsform überdeckt das Solarmodul 17 nur teilweise den Absorber 16. Diese Ausführungsform kann beispielsweise bei einem nicht transparenten Solarmodul vorgesehen sein. Einerseits wird eine Kühlung des Solarmoduls 17 durch den Absorber 16 erzielt und andererseits durch die frei bestrahlbare Fläche des Absorbers 16 ein hoher Wirkungsgrad für die Aufheizung des Trägermediums erzielt.
Alternativ kann des weiteren vorgesehen sein, dass der Absorber 16 zumindest teilweise in einer Trägerschicht des Solarmoduls 17 integriert oder an dieser angebracht ist, wodurch die Wärmeverluste verringert werden können.
In Fig. 4a ist eine alternative Ausführungsform der Erfindung dargestellt. Das Solarmodul 17 ist an einen Körper 41 vorgesehen, welcher aus einem elektrisch isolierenden Material ausgebildet ist. In diesem Körper 41 ist der Solarkollektor 16 integriert. Aufgrund der isolierenden Eigenschaften des Materials für den Körper 41 kann in dieser Ausführungsform eine zusätzliche elektrische nicht leitende Schicht 26 entfallen. Alternativ kann vorgesehen sein, dass das Gehäuse 12 aus einer Materialkombination mit wenigstens zwei Komponenten hergestellt ist, wobei der zur Aufnahme des Solarmoduls 17 vorgesehene Bereich aus einem elektrisch isolierenden Material ausgebildet ist. Dieses Material kann auch separat hergestellt sein, welches vor dem Einbringen des Solarmoduls 17 montiert wird. Auf dem Solarmodul 17 kann eine Schutzschicht 42 vorgesehen sein, um das Solarmodul 17 vor Witterungseinflüssen zu schützen. Derartige Einheiten sind einfach im Aufbau und ermöglichen sowohl die Gewinnung von thermischer als auch elektrischer Energie. Alternativ kann auch vorgesehen sein, dass der Absorber 16 an das Solarmodul 17 bzw. die elektrisch isolierende Schicht 26 angrenzt.
In Fig. 4b ist eine alternative Ausführungsform zu Fig. 4a dargestellt. Beispielsweise ist der Körper 41 zweigeteilt in einen das Solarmodul 17 aufnehmenden Körperabschnitt 41a und einen den Solarkollektor 16 umfassenden Körperabschnitt 41b. Der Körperabschnitt 41a ist beispielsweise aus einem hochwärmeleitfähigen Material hergestellt. Dieses Material kann beispielsweise elektrisch leitend sein. In diesem Fall ist in dem Körperabschnitt 41a zusätzlich eine elektrisch isolierende Schicht 26 eingebracht, welche das Solarmodul 17 aufnimmt. Fakultativ kann eine Schutzschicht 42 auf das Solarmodul 17 aufgebracht sein. In dem Körperabschnitt 41b sind Kühlkanäle vorgesehen, die zusammen mit einem Wandabschnitt 43 des Körperabschnitts 41a eine geschlossene Führung für das thermische Trägermedium bilden. Diese Ausgestaltung weist den Vorteil auf, dass die Körperabschnitte 41a und 41b jeweils getrennt für sich austauschbar sind. Darüber hinaus können die Materialien der Körperabschnitte 41a und b optimiert und auch unterschiedlich gewählt werden.
In Fig. 5 ist eine weitere alternative Ausführungsform der Erfindung dargestellt. Diese Ausführungsform umfasst einen Körper 41, welcher aus thermoplastischem oder duroplastischem Kunststoff oder aus Kunststoffschäumen oder einer Kombination hiervon ausgebildet ist. Alternativ kann vorgesehen sein, dass der Körper 41 aus weiteren zumindest thermisch isolierenden Materialien ausgebildet ist. Der Körper 41 umfasst einen Absorber 16, der durch eine Vertiefung 61 ausgebildet ist. Diese Vertiefung 61 ist mit einem Zulauf 62 und einem Ablauf 63 für das thermische Trägermedium vorgesehen. Die Vertiefung 61 weist eine umlaufende Schulter 64 auf, welche zur Aufnahme des Solarmoduls 17 ausgebildet ist. Dadurch wird die Vertiefung 61 vollständig geschlossen, so dass das Trägermedium die Rückseite des Solarmoduls 17 anströmt.
Das Solarmodul 17 ist in diesem Ausführungsbeispiel durch zumindest eine Solarzelle 20 ausgebildet, welche in eine obere und untere isolierende Schicht 26' und 26" eingebettet ist. Diese elektrisch isolierende Schicht 26', 26" ist im Ausführungsbeispiel als Glaskörper ausgebildet. Somit kann die Solarzelle 20 zwischen den beiden Glaskörpern eingebettet sein oder in einen Freiraum des Glaskörpers eingesetzt werden. Ebenso kann vorgesehen sein, dass eine elektrisch isolierende Schicht 26", welche auch aus einem anderen Material als Glas ausgebildet sein kann, die Solarzelle 20 aufnimmt und die obere Schicht 26' durch eine witterungsbeständige Schicht, welche ebenfalls aus einem anderen Material als Glas ausgebildet sein kann, abgedeckt ist. In diesem Ausführungsbeispiel kann die Solarzelle 20 sowohl transparent als auch flächendeckend in der Farbe tiefschwarz ausgebildet sein.
Die Oberfläche der in der Fig. 5 dargestellten Vorrichtung 11 ist auf der Sonneneinstrahlseite eben ausgebildet. Ein Übergangsbereich 66 zwischen dem Solarmodul 17 und dem Gehäuse 12 ist vorzugsweise bündig oder stufenlos ineinander übergehend ausgebildet. Dies weist den Vorteil auf, dass bei Regen eine gute Selbstreinigung gegeben ist, indem Schmutz vollständig abfließen kann. Des weiteren weist diese Ausgestaltung den Vorteil auf, dass im Winter schneebedeckte Vorrichtungen 11 durch nur geringfügiges Erwärmen über den Absorber 16 vollständig abgetaut werden können. Dies erfolgt vorzugsweise dadurch, dass mit nur geringem Energieaufwand geringfügig erwärmtes Trägermedium den Absorber 16 durchströmt, so dass die Oberfläche angetaut und aufgrund der Schräglage des Kollektors die Schneeschicht vollständig abrutscht. Somit ist auch im Winter umgehend nach Schneefall eine Ausnützung der Sonnenenergie ermöglicht.
Das Solarmodul 17 kann anstelle von einem Randbereich des Gehäuses 12 umgeben zu sein auch vollständig sich bis zum Randbereich des Gehäuses 12 erstrecken oder sogar darüber hinaus stehen.
Alternativ zu der in Fig. 5 dargestellten Ausführungsform ist auch ermöglicht, dass der Körper 41 einteilig mit der unteren Schicht 26" verbunden ist. Für die Komplettierung einer Vorrichtung 11 ist dann ermöglicht, dass die Solarzelle 20 eingelegt und mit einer oberen Schicht 26' wie beispielsweise Glas oder zumindest einer weiteren witterungsbeständigen Schicht abgedeckt wird.
Nach einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung kann in Abwandlung zu Fig. 5 vorgesehen sein, dass das dargestellte Gehäuse 12 als Kunststoffgehäuse ausgebildet ist und die Solarzelle 20 zwischen die obere und untere Schicht 26' und 26" eingesetzt und nach dem Einsetzen durch ein Klebemittel fixiert und abgedichtet wird. Beispielsweise kann auch ein transparenter Kunststoff vorgesehen sein, kann auch ein transparenter Kunststoff vorgesehen sein, der zur Ausbildung des Gehäuses 12 dient und gleichzeitig auch eine elektrisch isolierende Schicht 26" bildet.
Das in Fig. 5 dargestellte Ausführungsbeispiel weist den Vorteil auf, dass eine sehr flach bauende Vorrichtung geschaffen ist. Beispielsweise ist vorgesehen, dass die Vertiefung 61 ein bis zwei Zentimeterausgebildet ist. Diese Tiefe genügt, um eine hinreichende Durchströmung des Trägermediums zu erzielen und auch eine Temperaturdifferenz zwischen der zugeführten Temperatur des Trägermediums und der Oberflächentemperatur des Solarmoduls 17 gering zu halten. Dies ist insbesondere bei dem Einsatz von Glas für die untere elektrisch isolierende Schicht 26" von Vorteil.
Die Vertiefung 61 kann einzelne Stege aufweisen, welche an der Schicht 26" angreifen, um diese zu stützen. Diese Stege können vorteilhafterweise auch ein Kanalsystem bilden, wodurch eine Zwangsdurchströmung des Trägermediums zwischen Zu- und Ablauf 62, 63 erzielt wird. Die Anzahl der Zu- und Abläufe 62, 63 sind auf die Größe des Absorbers 16 bzw. der Vertiefung 61 und der ggf. darin vorgesehenen Stege oder gebildeten Kanäle angepaßt.
Die Vorrichtung 11 kann als Modulbaustein ausgebildet sein, der beispielsweise auf oder in einem Dachziegel integrierbar ist. Des weiteren können derartige Module für weitere Anschlußsysteme angepaßt sein, die in jeglichen weiteren Industrie und Forschungsbereichen, Bereichen wie Freizeitindustrie, Hausbau, oder für private Nutzungen verwendet werden können.
Eine Kombination der vorgenannten beschriebenen Ausführungsformen durch ein oder mehrere Merkmale oder Komponenten ist ebenfalls erfindungsgemäß vorgesehen.

Claims

1. Vorrichtung zur Erzeugung von Energie aus Sonnenenergie mit einem Modul bestehend aus zumindest einem Absorber (16) zur Gewinnung von thermischer Energie und zumindest einem Solarmodul (17) zur Gewinnung von elektrischer Energie, dadurch gekennzeichnet, dass in oder an eine elektrisch isolierende Schicht (26) angrenzend, welche am Solarmodul (17) vorgesehen ist, ein Absorber (16) positioniert ist.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass ein Gehäuse (12) für zumindest einen Absorber (16) mit einem thermischen Trägermedium und für zumindest ein Solarmodul (17) vorgesehen ist, welches zumindest teilweise in Strahlrichtung der Sonnenenergie gesehen vor, parallel oder dahinter oder zumindest teilweise kombiniert zum zumindest einem Absorber (17) angeordnet ist.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest ein transparentes Solarmodul (17) vorgesehen ist.

4. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die elektrisch isolierende Schicht (26) eine zumindest geringe Wärmeleitfähigkeit aufweist.

5. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die zwischen dem zumindest einen Absorber (16) und dem zumindest einen Solarmodul (17) vorgesehene elektrisch isolierende Schicht (26) aufgeklebt, aufgesprüht oder zwischen dem zumindest einen Absorber (16) und dem Solarmodul (17) durch Pressung fixiert ist.

6. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das zumindest eine Solarmodul (17) oder der zumindest eine Absorber (16) oder das zumindest eine Solarmodul (17) und der zumindest eine Absorber (16) zumindest einen Bereich aufweisen, welcher aus einem elektrisch isolierenden Material ausgebildet, aufgebaut oder hergestellt ist und den zumindest einen Absorber (16) und dass zumindest eine Solarmodul (17) im zusammengesetzten Zustand elektrisch zueinander isoliert.

7. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der zumindest eine Absorber (16) aus einem Körper (41) als Gehäuse ausgebildet ist, welches zumindest abschnittsweise einen elektrisch isolierenden Materialbereich zur Aufnahme eines Solarmodules (17) aufweist.

8. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das elektrisch isolierende Material zur Aufnahme von Solarmodulen (17) zumindest teilweise transparent ausgebildet ist.

9. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass als Gehäusematerial eine SiO₂-Verbindung, Quarz-, Glasmaterialien oder dergleichen vorgesehen sind.

10. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein Gehäuse (12) vorgesehen ist, welches ein Solarmodul (17) aufnimmt und der Absorber (16) als zumindest teilweise offene zum Solarmodul (17) weisende Vertiefung (61) ausgebildet ist.

11. Vorrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass das Solarmodul (17) eine Solarzelle (20) aufweist, welche von einer Schicht (26', 26") umgeben ist.

12. Vorrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass die die Solarzelle (20) umgebende Schicht (26', 26") als Schutzkörper, vorzugsweise als Glaskörper ausgebildet ist, der die Solarzelle (20) vollständig umgibt.

13. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 10 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass das Gehäuse (12) eine zumindest teilweise umlaufende Schulter (64) zur Aufnahme des Solarmoduls (17).

14. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 10 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass der zumindest die Schicht (26") des Solarmoduls (17) zum Gehäuse (12) durch eine Klebe-, Klemm-, Schraubverbindung oder dergleichen positioniert ist.

15. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 10 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass die in dem Gehäuse (12) ausgebildete Vertiefung (61) des Absorbers (16) gering, vorzugsweise zur Bildung eines dünnen Wasserfilms, ausgebildet ist.

16. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 10 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass die in dem Gehäuse (12) ausgebildete Vertiefung (61) großflächig unmittelbar mit der Schicht (26") in Kontakt steht.

17. Vorrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Vertiefung (61) Stege umfaßt, welche zumindest die Schicht (26") abstützen oder zwischen zumindest einem Zulauf (62) und zumindest einem Ablauf (63) Strömungsbereiche ausbilden.

18. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 10 bis 17, dadurch gekennzeichnet, dass das Gehäuse (12) aus thermoplastischem oder duroplastischem Kunststoff oder aus einem geschäumten Kunststoff oder einer Kombination hiervon ausgebildet ist.

19. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 10 bis 18, dadurch gekennzeichnet, dass in einem Übergangsbereich zwischen dem Solarmodul (17) und einem das Solarmodul (17) umgebenden Rand des Gehäuses (12) eine absatzfreie Oberfläche ausgebildet ist.

20. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der durch das zumindest eine Solarmodul (17) erzeugte Strom zum Antrieb einer dem Wärmetauscher vor- oder nachgeschalteten Umwälzstation, zur Erhöhung der Temperatur des Trägermediums in dem Wärmetauscher oder zur Fremdnutzung vorgesehen ist.

21. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass im Innenraum des Gehäuses (12) zumindest eine Teilevakuierung oder eine Füllung mit Edelgas vorgesehen ist.

22. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Absorber (16) aus einem gezogenen, gegossenen oder bearbeiteten Profilkörper vorzugsweise aus einer Aluminiumlegierung hergestellt ist.

23. Vorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass der Profilkörper mit einer isolierenden Beschichtung versehen ist.