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Gebiet der
Erfindung
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Die
vorliegende Erfindung betrifft ein Solarzellen-Hybridmodul, mit
welchem aus Solarenergie nicht nur elektrische Energie sondern auch
thermische Energie, z.B. für
eine Warmwasserversorgung, entnehmbar ist.
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Hintergrund
der Erfindung
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In
den letzten Jahren haben aufgrund von Umweltproblemen, wie zum Beispiel
der globalen Erwärmung
im Zuge des Anstiegs von Kohlendioxid und der allgemeinen Energieknappheit,
Systeme Verbreitung gefunden, in denen Solarzellenmodule mit einer
Mehrzahl von Solarzellen auf Dächern
von Häusern
oder dergleichen installiert werden und elektrische Energie durch
Stromerzeugung aus Sonnenlicht liefern.
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Ferner
wird auch thermische Energie, die aus Solarenergie gewonnen wird,
bereits genutzt. Das allgemein gebräuchlichste Verfahren zur Nutzung
von solcher thermischen Energie ist es, einen Wärmekollektor mit Röhren, durch
die ein Wärmetauschmittel
fließt,
auf dem Dach eines Hauses oder dergleichen anzubringen, und die
Wärme des
Wärmetauschmittels,
welches durch die Solarwärme
erwärmt
wurde, für
ein Warmwasserversorgungssystem oder ein Air-Conditioning-System
oder dergleichen zu nutzen.
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Ferner
sind Solarzellen-Hybridmodule vorgeschlagen worden, in denen auf
den Röhren
nacheinander Wärmekollektorplatten
und Solarzellenmodule vorgesehen sind und die von den Solarzellenmodulen
absorbierte Wärme
dem Wärmetauschmittel
zugeführt
wird, um die thermische Energie zu nutzen (siehe z.B. Patentdruckschrift
1). Mit einem solchen Solarzellen-Hybridmodul kann sowohl die optische
Energie als auch die thermische Ener gie, die aus dem Sonnenlicht
gewonnen werden kann, genutzt werden.
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Da
der photovoltaische Wirkungsgrad des Solarzellenmoduls mit steigender
Temperatur abnimmt, ist es vorteilhaft, eine Temperaturerhöhung des
Solarzellenmoduls so weit wie möglich
zu unterbinden. Folglich, da mit den Wärmekollektorplatten und Röhen Wärme abgeführt wird,
ist ein solches Solarzellen-Hybridmodul
auch im Hinblick auf das Unterdrücken
der Verringerung des photovoltaischen Wirkungsgrades günstig.
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Patentdruckschrift 1:
JP H11-103087A
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Herkömmliche
Solarzellen-Hybridmodule sind jedoch so ausgelegt, dass das Wärmeaustauschmittel
durch gleichmässig
angeordnete Röhren
fliesst, so dass die Solarzellen, die an der Eingangsseite der Röhren liegen,
mehr gekühlt
werden, als die Solarzellen, die an der Ausgangsseite der Röhren liegen.
Dies führt
dazu, dass ein Temperaturunterschied zwischen den Solarzellen entsteht,
so dass auch ein Unterschied im photovoltaischen Wirkungsgrad zwischen
den einzelnen Solarzellen entsteht. Folglich bestand das Problem,
dass mit herkömmlichen
Solarzellen-Hybridmodulen, die optimale Erzeugerspannung zwischen
den Solarzellen variierte und Stromerzeugungsverluste auftraten.
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Zusammenfassung
der Erfindung
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In
Anbetracht der oben beschriebenen Probleme, ist es eine Aufgabe
der Erfindung, ein Solarzellen-Hybridmodul bereitzustellen, in welchem
aufgrund eines Ausgleichs der Temperatur der einzelnen Solarzellen,
die Stromerzeugungsverluste sowie der Unterschied der photovoltaischen
Wirkungsgrade zwischen den Solarzellen gering sind.
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Ein
erfindungsgemäßes Solarzellen-Hybridmodul
umfasst:
ein Solarzellenmodul mit mehreren Solarzellen,
eine
Wärmekollektorplatte,
welche auf der der Sonnenlichteinstrahlseite gegenüberliegenden
Seite des Solarzellenmoduls angeordnet ist, und
eine Röhre, welche
auf der der Solarzellenmodulseite der Wärmekollektorplatte gegenüberliegenden Seite
angeordnet ist und durch welche eine Wärmetauschmittel fließen kann,
wobei
der Wärmewiderstand
zwischen den Solarzellen und dem in der Röhre fließenden Wärmetauschmittel von der Eingangsseite
der Röhre
zur Ausgangsseite der Röhre
hin abnimmt.
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Kurze Beschreiung
der Figuren
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1 ist
eine auseinandergezogene perspektivische Ansicht der Struktur eines
Solarzellen-Hybridmoduls nach Ausführungsform 1 der Erfindung.
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2 ist
eine auseinandergezogene perspektivische Ansicht der Struktur eines
Solarzellen-Hybridmoduls nach Ausführungsform 2 der Erfindung.
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3 ist
eine auseinandergezogene perspektivische Ansicht der Struktur eines
Solarzellen-Hybridmoduls nach Ausführungsform 3 der Erfindung.
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Beschreibung
der bevorzugten Ausführungsformen
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Ein
Solarzellen-Hybridmodul nach der vorliegenden Erfindung umfasst
ein Solarzellenmodul mit mehreren Solarzellen, eine Wärmekollektorplatte, welche
auf der der Sonnenlichteinstrahl seite gegenüberliegenden Seite des Solarzellenmoduls
angeordnet ist, und eine Röhre,
welche auf der der Solarzellenmodulseite der Wärmekollektorplatte gegenüberliegenden
Seite angeordnet ist und durch welche eine Wärmetauschmittel fließen kann.
Solange zwischen dem Solarzellenmodul und der Wärmekollektorplatte Wärme geleitet
werden kann, brauchen sie nicht in direktem Kontakt miteinander
zu stehen. Zum Beispiel ist es auch möglich, zwischen dem Solarzellenmodul
und der Wärmekollektorplatte
eine Schicht aus einem kohlenstoffbasierten Material vorzusehen, um
die Effizienz der Wärmekopplung
zu erhöhen. Dasselbe
gilt auch für
die Wärmekollektorplatte
und die Röhre.
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In
einem erfindungsgemäßen Solarzellen-Hybridmodul
nimmt der Wärmewiderstand
zwischen den Solarzellen und dem in der Röhre fließenden Wärmetauschmittel von der Eingangsseite
der Röhre
zur Ausgangsseite der Röhre
hin ab. Somit ist es möglich,
Schwankungen zwischen der Wärmemenge,
die von der Solarzelle auf der Eingangsseite auf das Wärmetauschmittel übertragen
wird, und der Wärmemenge,
die von der Solarzelle auf der Ausgangsseite auf das Wärmetauschmittel übertragen wird,
zu unterdrüccken,
so dass die Temperaturen der Solarzellen ausgeglichen werden können. Folglich
kann ein Solarzellen-Hybridmodul
mit geringen Stromerzeugungsverlusten bereitgestellt werden. Hierbei
bedeutet „Wärmewiderstand" den Temperaturunterschied,
der zwischen einer Solarzelle und dem Wärmetauschemittel notwendig
ist, um einen Wärmefluß von 1
W zu übertragen.
Es ist nicht notwendig, dass der Wärmewiderstand von der Eingangsseite
zur Ausgangsseite hin kontinuierlich bzw. stufenlos kleiner wird,
und er kann auch stufenweise kleiner werden.
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In
einer Ausführungsform
des Solarzellen-Hybridmoduls kann ein Abnehmen des Wärmewiderstandes
von der Eingangsseite der Röhre
zur Ausgangsseite der Röhre
hin dadurch erreicht werden, dass die Kontaktfläche zwischen dem Solarzellenmodul
und der Wärmekollektorplatte
und/oder die Kontakfläche
zwischen der Wärme kollektorplatte
und der Röhre
von der Eingangsseite der Röhre
zur Ausgangsseite der Röhre
hin zunimmt. Beispielsweise kann die Kontaktfläche auf der Ausgangsseite im
Bereich von 300%–700%
der Kontaktfläche
auf der Eingangsseite liegen.
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In
einer weiteren Ausführungsform
des Solarzellen-Hybridmoduls kann ein Abnehmen des Wärmewiderstandes
von der Eingangsseite der Röhre
zur Ausgangsseite der Röhre
hin dadurch erreicht werden, dass die Dicke der Wärmekollektorplatte und/oder
die Wanddicke der Röhre
von der Eingangsseite der Röhre
zur Ausgangsseite der Röhre hin
abnimmt. Beispielsweise kann die Dicke der Wärmekollektorplatte und/oder
die Wanddicke der Röhre auf
der Ausgangsseite im Bereich von 14%–33% der Dicke bzw. Wanddicke
auf der Eingangsseite liegen.
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In
einer weiteren Ausführungsform
des Solarzellen-Hybridmoduls kann ein Abnehmen des Wärmewiderstandes
von der Eingangsseite der Röhre
zur Ausgangsseite der Röhre
hin dadurch erreicht werden, dass die Wärmeleitfähigkeit des Materials der Wärmekollektorplatte
und/oder der Röhre
von der Eingangsseite der Röhre
zur Ausgangsseite der Röhre
hin zunimmt. Beispielsweise kann die Wärmeleitfähigkeit auf der Ausgangsseite
im Bereich von 300%–700%
der Wärmeleitfähigkeit
auf der Eingangsseite liegen. Wenn zum Beispiel die Wärmeleitfähigkeit
des Materials der Wärmekollektorplatten verändert wird,
dann kann als Material für
die Wärmekollektorplatte
auf der Eingangsseite Eisen verwendet werden und für die Wärmekollektorplatte
auf der Ausgangsseite Aluminium verwendet werden. Um die Wärmeleitfähigkeit
des Materials der Röhre zu
verändern,
kann als Material für
die Röhre
auf der Eingangsseite Edelstahl und als Material für die Röhre auf
der Ausgangsseite Kupfer verwendet werden.
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In
einer weiteren Ausführungsform
des Solarzellen-Hybridmoduls können
die Solarzellen als Dünnfilmsolarzellen
ausgebildet sein. Dünnfilmsolarzellen
haben eine hohe Abstrahlungsleistung, so dass durch ihre Verwendung
in der vorliegenden Erfindung Temperaturschwankungen zwischen den einzelnen
Solarzellen effektiv unterdrückt
werden können.
Unter Dünnfilmsolarzellen
werden hierbei Solarzellen mit einer auf einem Glasssubstrat vorgesehenen
lichtabsorbierenden Schicht, deren Dicke beispielsweise etwa 0.5–50 μm beträgt, verstanden.
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Falls
das erfindungsgemäße Solarzellen-Hybridmodul
mehrere Solarzellenmodule umfasst, dann können diese Solarzellenmodule
in einer Reihe von der Eingangsseite zur Ausgangsseite hin angeordnet sein.
Somit kann nicht nur die Menge der erzeugten Energie gesteigert
werden, sondern auch Temperaturschwankungen zwischen den Solarzellenmodulen unterdrückt werden,
so dass ein Solarzellen-Hybridmodul mit geringen Stromerzeugungsverlusten
bereitgestellt werden kann.
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Im
Folgenden werden erfindungsgemäße Ausführungsformen
unter Bezugnahme auf die beiliegenden Figuren näher erläutert. In den folgenden Ausführungsformen
werden gleiche Elemente mit gleichen Bezugszeichen gekennzeichnet
und redundante Erläuterungen
werden vermieden.
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Ausführungsform 1
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Zunächst wird
ein Solarzellen-Hybridmodul nach einer Ausführungsform 1 der vorliegenden
Erfindung beschrieben. 1 zeigt eine auseinandergezogene
perspektivische Darstellung dieser Ausführungsform.
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Zunächst wird
die Gesamtanordnung erläutert.
Das in 1 dargestellte Solarzellen-Hybridmodul 10 umfasst
ein Solarzellenmodul 11 mit beispielsweise einer Länge von
90 cm und einer Breite von 60 cm, ein Glassubstrat 12,
welches eine Sonnenlichteinstrahlseite 11a des Solarzellenmoduls 11 schützt, eine
Wärmekollektorplatte 13,
welche in Kontakt mit der der Sonnenlichteinstrahlseite 11a gegenüberliegenden
Seite angeordnet des Solarzellenmoduls 11 ist, und eine
Röhre 14,
welche in Kontakt mit der dem Solarzellenmodul 11 gegenüberliegenden Seite
der Wärmekollektorplatte 13 angeordnet
ist und durch welche ein Wärmetauschmittel
fliessen kann.
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Im
Folgenden werden die einzelnen Teile erläutert. Das Solarzellenmodul 11 hat
eine Struktur, in welcher z.B. eine Mehrzahl von Solarzellen 15 mit
einem transparenten Kunststoff (nicht dargestellt), wie zum Beispiel
einem Ethylen-Vinylazetat-Kopolymerkunststoff
versiegelt sind. Als Solarzellen 15 können beispielsweise Dünnfilmsolarzellen
verwendet werden. Beispiele für
solche Dünnfilmsolarzellen
sind Solarzellen auf Basis von Silizium, wie zum Beispiel Solarzellen
aus mikrokristallinem Silizium, Solarzellen aus Dünnfilm-Polysilizium, oder
Solarzellen aus amorphem Silizium, sowie Solarzellen aus Verbundhalbleitern,
wie zum Beispiel CuInSe2, CdTe, GaAs oder
dergleichen.
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Die
Wärmekollektorplatte 13 ist
aus einem Metall, wie zum Beispiel Aluminium. Die Dicke der Wärmekollektorplatte 13 beträgt zum Beispiel
etwa 1–50
mm. Die Röhre 14 ist
aus einem Metall, wie zum Beispiel Kupfer oder dergleichen, und
kann die von der Wärmekollektorplatte 13 absorbierte
Wärme aufnehmen,
indem durch die Röhre 14 ein
Wärmetauschmittel,
wie zum Beispiel Wasser fließt.
Ihr innerer Durchmesser beträgt
zum Beispiel etwa 1–80
mm und ihre Wanddicke beträgt
zum Beispiel etwa 1 bis 50 mm. Die Röhre 14 ist in Kontakt
mit der Wärmekollektorplatte 13 und
breitet sich über
die gesamte Rückseite
des Solarzellenmoduls 11 aus. Dadurch, dass die Anzahl
der Biegungen 14c in der Röhre 14 vom Eingang 14a zum
Ausgang 14b der Röhre 14 hin
zunimmt, nimmt die Kontaktfläche
zwischen der Wärmekollektorplatte 13 und
der Röhre 14 vom
Eingang 14a zum Ausgang 14b hin zu. Wenn zum Beispiel
die Kontaktfläche
auf der Seite des Eingangs 14a als 100% angenommen wird,
dann kann die Kontaktfläche
auf der Seite des Ausgangs 14b im Bereich von 300% bis
700% liegen. Es sollte beachtet werden, dass es auch möglich ist,
an den Eingang 14a oder den Ausgang 14b weitere
Solarzellen-Hybridmodule oder Warmwasserversorgungssysteme anzuschliessen.
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Während das
Solarzellenmodul 11 mit der obigen Konfiguration durch
Absorption von Sonnenlicht Strom erzeugt, wird das Solarzellenmodul 11 durch
die Solarwärme
erhitzt. Die von dem Solarzellenmodul 11 absorbierte Wärme wird über die
Wärmekollektorplatte 13 von
dem Wärmetauschmittel, das
durch die Röhre 14 fliesst,
absorbiert. Somit wird ein Anstieg der Temperatur des Solarzellenmoduls 11 unterbunden,
so dass ein Absinken des photovoltaischen Wirkungsgrades des Solarzellenmoduls 11 verhindert
wird. Falls hierbei die Kontaktfläche zwischen der Wärmekollektorplatte 13 und
der Röhre 14 von
dem Eingang 14a bis zum Ausgang 14b gleichmässig wäre, dann
wäre die
Temperatur des Wärmetauschmittels
zum Zeitpunkt da das Wärmetauschmittel,
welches am Eingangs 14a die Wärme absorbiert hat, den Ausgang 14b erreicht
bereits erhöht,
so dass das Ausmass der Wärmeübertragung
von den Solarzellen 15 am Ausgang 14b zum Wärmetauschmittel
geringer wäre
als am Eingang 14a. Als Ergebnis würde ein Temperaturunterschied
zwischen den Solarzellen 15 am Eingang 14a und
den Solarzellen 15 am Ausgang 14b erzeugt, und
es würde
ein Stromerzeugungsverlust aufgrund der Temperaturschwankungen zwischen
den einzelnen Solarzellen 15 enstehen. Aus diesem Grunde
werden die Schwankungen im Ausmass der Wärmeübertragung beim Solarzellen-Hybridmodul 10 dadurch
unterdrückt,
dass die Kontaktfläche
zwischen der Wärmekollektorplatte 13 und
der Röhre 14 vom
Eingang 14a her zum Ausgang 14b hin vergrößert wird.
Somit werden die Temperaturen der einzelnen Solarzellen 15 ausgeglichen
und Stromerzeugungsverluste können unterdrückt werden.
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Als
Wärmetauschmittel
kann beispielsweise Wasser oder dergleichen verwendet werden. In
kühlen
Gegenden ist es auch möglich,
ein Frostschutzmittel wie zum Beispiel Ethylenglykol zu verwenden. Die
Temperatur des Wärmetauschmittels
steigt während
das Wärmetauschmittel
vom Eingang 14a zum Ausgang 14b fliesst. Das Wärmetauschmittel,
welches vom Ausgang 14b der Röhre 14 ausfliesst,
wird durch eine (nicht dargestellte) Leitung in einen (nicht dargestellten)
oberirdischen Warmwasserbehälter geleitet,
wo es seine Wärme
beispielsweise an Leitungswasser abgibt. Das Wärmetauschmittel, dessen Temperatur
durch diesen Wärmetausch
gesunken ist, wird dann wieder mit einer Pumpe oder dergleichen über eine
Leitung in die Röhre 14 geführt. Mit
diesem Kreislauf des Wärmetauschmittels
wird ein Ansteigen der Temperatur des Solarzellenmoduls 11 verhindert.
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Ferner
kann das Leitungswasser, das im Warmwasserbehälter erwärmt worden ist, einem Warmwasserversorgungssystem
in der Küche
oder im Badezimmer oder im Winter einer Fußbodenheizung zugeführt werden.
Somit kann energieeffizientes Wohnen verwirklicht werden. Es sollte
beachtet werden, dass es auch möglich
ist, ohne Verwendung des oben genannten Warmwasserbehälters das
vom Ausgang 14b ausgeflossene Wärmetauschmittel einer Wärmepumpe
zuzuführen
und thermische Energie durch Abgabe von Wärme von der Wärmepumpe an
das Leitungswasser zirkulieren zu lassen.
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Obenstehend
wurde ein Solarzellen-Hybridmodul nach einer Ausführungsform 1 der
Erfindung beschrieben, die Erfindung ist jedoch nicht auf diese Ausführungsform
beschränkt.
Zum Beispiel wurde bezüglich
der obigen Ausführungsform
ein Beispiel erläutert,
in welchem lediglich ein Solarzellen-Hybridmodul verwendet wurde,
es ist jedoch auch möglich, mehrere
Solarzellen-Hybridmodule miteinander zu koppeln.
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Ausführungsform 2
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Im
Folgenden wird ein Solarzellen-Hybridmodul nach einer Ausführungsform
2 der Erfindung erläutert. 2 zeigt
eine perspektivische Ansicht dieser Ausführungsform 2.
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Wie
in 2 dargestellt, sind im Solarzellen-Hybridmodul 20 nach
der Ausführungsform 2 drei Solarzellen-Hybridmodule
nach der oben erläuterten Ausführungsform
1 miteinander gekoppelt. Diese verwenden jedoch die selbe Röhre 14,
wobei vom Eingang 14a zum Ausgang 14b der Röhre 14 hin
drei Solarzellenmodule 11 hintereinander angeordnet sind.
Ferner ist die Kontaktfläche
zwischen den Wärmekollektorplatten 13 (13a, 13b, 13c)
und der Röhre 14 vom
Eingang 14a zum Ausgang 14b hin gleichförmig, die
Dicke der jeweiligen Wärmekollektorplatten 13a, 13b und 13c variiert
jedoch.
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Im
Solarzellen-Hybridmodul 20 wird die von den jeweiligen
Solarzellenmodulen 11 absorbierte Wärme durch die Wärmekollektorplatten 13a, 13b und 13c hindurch
vom durch die Röhre 14 fliessenden
Wärmetauschmittel
absorbiert. Falls die Dicke der Wärmekollektorplatten 13a, 13b und 13c der
jeweiligen Solarzellenmodule 11 identisch wäre, dann wäre die Temperatur
des Wärmetauschmittels
zu dem Zeitpunkt da das Wärmetauschmittel,
das auf der Seite des Eingangs 14a Wärme absorbiert hat, den Ausgang 14b erreicht
bereits angestiegen, so dass die Wärmemenge, die von dem Solarzellenmodul 11 auf
der Seite des Ausgangs 14b auf das Wärmetauschmittel übertragen
wird geringer als auf der Seite des Eingangs 14a wäre. Dies
würde dazu
führen,
dass ein Temperaturunterschied zwischen dem Solarzellenmodul 11 auf
der Seite des Eingangs 14a und dem Solarzellenmodul 11 auf
der Seite des Ausgangs 14b, und somit Stromerzeugungsverluste
aufgrund der Temperaturschwankungen zwischen den Solarzellenmodulen 11 entstünden. Folglich
werden in dem Solarzellen-Hybridmodul 20 Schwankungen in
der übertragenen
Wärmemenge
durch die Verwendung von Wärmekollektorplatten 13a, 13b und 13c, deren
Dicke je nach Solarzellenmodul 11 variiert, verhindert.
Genauer gesagt, wenn die Dicke der Wärmekollektorplatte 13a auf
der Seite des Eingangs 14a als 100% angenommen wird, dann
wird die Dicke der mittleren Wärmekollektorplatte 13b beispielsweise auf
etwa 57%–66%
gesetzt, und die Dicke der Wärmekollektorplatte 13c auf
der Seite des Ausgangs 14b wird auf etwa 57%–66% gesetzt,
wodurch die Temperatur der Solarzellenmodule 11 ausgeglichen wird
und Stromerzeugungsveluste unterbunden werden. Es sollte beachtet
werden, dass Aluminium als Material für die Wärmekollektorplatten 13a, 13b und 13c verwendet
werden kann.
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Ausführungsform 3
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Im
Folgenden wird ein Solarzellen-Hybridmodul nach einer Ausführungsform
3 der Erfindung erläutert. 3 zeigt
eine perspektivische Ansicht dieser Ausführungsform 3.
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Wie
in 3 dargestellt enthalten im Solarzellen-Hybridmodul 30 nach
der Ausführungsform
3 die Solarzellenmodule 11 eine Mehrzahl von Solarzellen 15,
die in einer Matrix bzw. einem Feld angeordnet sind, sowie eine
isolierende Schicht 11b, die einen Kurzschluss zwischen
den einzelnen Solarzellen 15 verhindert. Als Solarzellen 15 können Solarzellen
aus monokristallinem Silizium oder auch Solarzellen aus polykristallinem
Silizium verwendet werden. Als isolierende Schicht 11b kann
beipielsweise ein Ethylen-Vinylazetat-Kopolymer-Kunststoff oder dergleichen
verwendet werden. Ferner sind die Wärmekollektorplatten 13a, 13b und 13c in
ihrer Dicke identisch, unterscheiden sich jedoch im Material. Ansonsten
ist das Solarzellen-Hybridmodul 30 gleich dem oben beschriebenen
Solarzellen-Hybridmodul 20 (siehe 2).
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Die
Wärme,
die im Solarzellen-Hybridmodul 30 von den Solarzellenmodulen 11 absorbiert
wird, wird durch die Wärmekollektorplatten 13a, 13b und 13c hindurch
von dem in der Röhre 14 fliessenden Wärmeaustauschmittel
absorbiert. Falls das Material der Wärmekollektorplatten 13a, 13b und 13c der
jeweiligen Solarzellenmodule 11 identisch wäre, dann wäre die Temperatur
des Wärmetauschmittels
zu dem Zeitpunkt da das Wärmetauschmittel,
das auf der Seite des Eingangs 14a Wärme absorbiert hat, den Ausgang 14b erreicht
bereits angestiegen, so dass die Wärmemenge, die von dem Solarzellenmodul 11 auf
der Seite des Ausgangs 14b auf das Wärmetauschmittel übertragen
wird geringer als auf der Seite des Eingangs 14a wäre. Dies
würde dazu
führen,
dass ein Temperaturunterschied zwischen dem Solarzellenmodul 11 auf
der Seite des Eingangs 14a und dem Solarzellenmodul 11 auf
der Seite des Ausgangs 14b, und somit Stromerzeugungsverluste
aufgrund der Temperaturschwankungen zwischen den Solarzellenmodulen 11 entstünden. Aus
diesem Grunde werden in dem Solarzellen-Hybridmodul 30 Schwankungen
in der übertragenen
Wärmemenge durch
die Verwendung von Wärmekollektorplatten 13a, 13b und 13c,
deren Material je nach Solarzellenmodul 11 variiert, verhindert.
Zum Beispiel wird als Material für
die Wärmekollektorplatte 13a auf
der Seite des Eingangs 14a Eisen verwendet, als als Material
für die
Wärmekollektorplatte 13b in
der Mitte Aluminimum verwendet, und als Material für die Wärmekollektorplatte 13c auf
der Seite des Ausgangs 14b Kupfer verwendet, so dass die
Wärmeleitfähigkeit der
Wärmekollektorplatten 13 von
der Seite des Eingangs 14a zur Seite des Ausgangs 14b hin
zunimmt, was die Temperatur der Solarzellenmodule 11 ausgleicht
und Stromerzeugungsverluste unterbindet.
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Obenstehend
wurden Ausführungsformen der
Erfindung beschrieben, die Erfindung ist jedoch nicht auf diese
Ausführungsformen
beschränkt.
Zum Beispiel ist in den obigen Ausführungsformen ein Glassubstrat
auf der Seite der Solarzellenmodule von der das Sonnenlicht einfällt vorgesehen,
aber anstelle eines Glassubstrats kann auch ein harter Kunststoff
bzw. Duroplast der für
Licht mit einer Wellenlänge
von mindestens 450 nm durchlässig
ist (z.B. ein Polyimid-Substrat oder dergl.) verwendet werden. Als
Solarzellen können
ferner Solarzellen aus monokristallinem Silizium, Solarzellen aus
polykristallinem Silizium, Solarzellen aus amorphem Silizium, Solarzellen
aus mikrokristallinem Silizium, Solarzellen aus Verbundhalbleitern
oder Solarzellen aus organischen Halbleitern oder dergleichen verwendet
werden.
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Ferner
ist der Kunststoff zum Versiegeln der Solarzellen nicht auf den
oben genannten Ethylen-Vinylazetat-Kopolymer-Kunststoff beschränkt, und es ist auch möglich Polyvinylbutyral,
Polyethylenterephthalat, Butadien-Kunststoff, Polyvinylfluorid oder
dergleichen zu verwenden. Ferner ist das Material für die Wärmekollektorplatte
nicht auf Metalle, wie zum Beispiel Aluminium, beschränkt, und
es ist auch möglich, Kunststoff
oder andere anorganische Materialien zu verwenden, so lange sie eine
hohe Wärmeleitfähigkeit
und gute Wetterbeständigkeit
aufweisen. Als Wärmeaustauschmittel
kann ferner ein Freon-Ersatz oder Kohlendioxid oder dergleichen
verwendet werden. Weiterhin muss die Röhre nicht kreisrund sein, sondern
kann im Querschnitt auch vieleckig sein.
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Gewerbliche
Anwendbarkeit
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Mit
der vorliegenden Erfindung wird ein Solarzellen-Hybridmodul erhalten, mit dem die Stromerzeugungsverluste
reduziert werden können
und Wärmeenergie
effizient genutzt werden kann.
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Zusammenfassung
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Es
wird ein Solarzellen-Hybridmodul vorgeschlagen, in welchem geringe
Stromerzeugungsverluste sowie ein kleiner Unterschied zwischen den photovoltaischen
Wirkungsgraden der einzelnen Solarzellen erreicht wird, indem die
Temperaturen der Solarzellen ausgeglichen werden. Das Solarzellen-Hybridmodul
(10) umfasst ein Solarzellenmodul (11) mit mehreren
Solarzellen (15), eine Wärmekollektorplatte (13),
welche auf der der Sonnenlichteinstrahlseite (11a) gegenüberliegenden
Seite des Solarzellenmoduls (11) angeordnet ist, und eine
Röhre (14),
welche auf der der Solarzellenmodulseite (11) der Wärmekollektorplatte
(13) gegenüberliegenden Seite
angeordnet ist und durch welche eine Wärmetauschmittel fließen kann,
wobei der Wärmewiderstand
zwischen den Solarzellen (15) und dem in der Röhre (14)
fließenden
Wärmetauschmittel
von der Eingangsseite (14a) der Röhre (14) zur Ausgangsseite
(14b) der Röhre
(14) hin abnimmt.