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Technischer Einsatzbereich
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Die hier vorliegende Erfindung bezieht sich allgemein auf Photovoltaik-Module mit Kühlvorrichtung und die Herstellungsmethode dieser Kühlvorrichtungen, und insbesondere auf Photovoltaik-Module, die so konzipiert sind, dass die Temperatur über eine Kühlvorrichtung abgesenkt wird, was die Arbeitseffizienz und Leistung erhöht und die Lebensdauer verlängert, und auf eine Herstellungsmethode der Kühlvorrichtung.
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Stand der Technik
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Solarzellen nutzen die Fähigkeit von Halbleitern, Sonnenlicht in elektrische Energie umwandeln zu können. Solarzellen werden als alternative Energiequelle immer beliebter, die bestehende Energiequellen, wie Öl, Kohle, usw. ersetzen kann, da das Sonnenlicht im Überfluss vorhanden ist und keine Umweltverschmutzung verursacht.
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Eine Solarzelle ist die kleinste Einheit, die Sonnenlicht nutzt, um Elektrizität zu erzeugen. Photovoltaik-Module umfassen mehrere Solarzellen, die in Reihe zu erzeugen. Photovoltaik-Module umfassen mehrere Solarzellen, die in Reihe geschaltet sind, um die entsprechende Voltzahl zu erreichen und Stromenergie zu produzieren. Ein Photovoltaik-Modul wird so hergestellt, dass die Solarzellen, sobald sie in Reihe geschaltet sind, zusammen mit Füllmaterial, Glas, usw. gepresst werden, damit sie vor Umwelteinflüssen geschützt sind. Das Photovoltaik-Modul wird auf der nördlichen Halbkugel mit Ausrichtung nach Süden installiert, um die Menge des auftreffenden Sonnenlichtes zu erhöhen.
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Der Energieumwandlungsgrad der Solarzellen liegt zwischen 10% und 20%. Der Grund, warum der Energieumwandlungsgrad vergleichsweise niedrig ist, liegt darin, dass Solarzellen nur einen Teil des eintreffenden Sonnenlichtes in elektrische Energie umwandeln können. Die Lichtenergie, die nicht in elektrische Energie umgewandelt werden kann, wird in Wärmeenergie verwandelt (der Energieverlust, der daraus entsteht, liegt bei 60% des gesamten Energieverlustes), wodurch sich wiederum die Temperatur des Photovoltaik-Moduls erhöht.
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Aufgrund der Eigenschaften von Solarzellen wird die Ausgangsleistung des Photovoltaik-Moduls aufgrund des Temperaturanstiegs verringert. Wenn die Stromerzeugungs-Effizienz bei 25°C 100% beträgt, wird die Ausgangsleistung um 0,45% bis 0,55% für jeden Temperaturzuwachs um 1°C verringert.
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Das heißt, in den Solarzellen ist die Temperatur umgekehrt proportional zur Ausgangsspannung. Wenn demnach also die Temperatur zunimmt, wird die Ausgangsspannung verringert und damit auch die erzeugte Ausgangsleistung. Folglich ist die Erzeugung der Ausgangsleistung im heißen Sommer, im Verhältnis zum Betrag der Sonneneinstrahlung, niedrig.
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Darüber hinaus verursacht ein Temperaturanstieg Verschleiß an den Solarzellen. Dadurch geht die Energieerzeugung mit der Zeit zurück.
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Um diese Probleme zu verhindern, wurden verschiedene Methoden, wie beispielsweise das Säen von Gras oder größere Zwischenräume zwischen den einzelnen Solarzellen, ausprobiert, um diese in einer Art Luftkühlung herunterzukühlen, aber die Wirkung auf die Verringerung der Temperatur war dabei unwesentlich.
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Zusätzlich können Kühltechniken eingesetzt werden, wie die Verwendung eines Kühllüfters oder ähnlichem, um die Solarzellen zu kühlen. Dies erfordert aber Elektrizität, was wiederum zusätzliche Kosten bedeutet. Darüber hinaus ist zusätzliche Arbeit erforderlich, um die Anlage zu beaufsichtigen und zu warten. Deshalb ist der Effekt, der durch die Senkung der Temperatur zu erreichen ist, sehr niedrig, wenn man die entstehenden Kosten berücksichtigt. Aus diesem Grund sollte diese Technik nicht eingesetzt werden.
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Offenbarung
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Technisches Problem
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Entsprechend wurde die hier vorgestellte Erfindung unter Berücksichtigung der oben genannten Probleme, ausgearbeitet. Eine Aufgabe dieser Erfindung ist es, ein Photovoltaik-Modul mit Kühlvorrichtung bereitzustellen, in dem eine geschlossene Kühlkammer, die ein Arbeitsmittel enthält, um einen Kühlvorgang durch Verdampfen und Kondensieren dieses Mittels auszuführen, in Oberflächenkontakt mit der Rückseite des Photovoltaik-Moduls steht, auf die keinerlei Sonnenlicht trifft. Dies erhöht die Kühleffizienz und senkt die Temperatur des Photovoltaik-Moduls noch weiter ab und erhöht dessen Ausgangsleistung und verhindert, dass die Solarzellen aufgrund der Wärmeentwicklung vorzeitig verschleißen, wodurch wiederum die Leistung der Solarzellen erhöht und ihre Lebensdauer verlängert wird. Weiterhin soll eine Methode zur Herstellung der Kühlvorrichtung bereitgestellt werden.
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Eine weitere Aufgabe dieser Erfindung ist es, ein Photovoltaik-Modul mit einer Kühlvorrichtung zu liefern, in dem Speicherbehälter in der Kühlkammer an solchen Positionen angebracht sind, dass sie Abstand zueinander haben, um das Arbeitsmittel aufzunehmen, so dass es gleichmäßig in der Kühlkammer verteilt werden kann und dadurch die vom Photovoltaik-Modul erzeugte Wärme noch effektiver heruntergekühlt und die Lebensdauer des Photovoltaik-Moduls noch weiter verlängert wird, und ein weiteres Ziel ist die Bereitstellung einer Methode zur Herstellung der Kühlvorrichtung.
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Technische Lösung
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Um die oben genannte Aufgabe in jeder Hinsicht zu lösen, beinhaltet diese Erfindung ein Photovoltaik-Modul mit Kühlvorrichtung. Sie umfasst: ein Photovoltaik-Modul bestehend aus einer Vielzahl von Solarzellen, die in Reihe und parallel miteinander verbunden sind; eine Kühlkammer mit einer oberen Platte, die so an der Rückseite des Photovoltaik-Moduls befestigt ist, dass beide in Oberflächenkontakt zueinander stehen, die obere Platte hat eine vorgegebene Höhe, mit einer an ihrer Außenkante gebildeten Flansch, eine untere Platte mit ebener Fläche und einer an der Außenkante der unteren Platte angebrachten Flansch, die Flansch der unteren Platte ist dabei mit der Flansch der oberen Platte verbunden, so dass ein Innenraum zwischen der oberen und unteren Platte entsteht und ein Arbeitsmittel in den Innenraum eingeleitet werden kann, wobei das Arbeitsmittel den Kühlvorgang durch Verdampfen und Kondensieren ausführt, dadurch entstehen viele Vorsprünge an der oberen und der unteren Platte, weil vorgegebene Teile der oberen und unteren Platte nach innen gedrückt werden, so dass sie sich gegenüberstehen; diese Vorsprünge verbinden sich miteinander. Und die Erfindung beinhaltet einen Wärmeableiter, der in Oberflächenkontakt mit der unteren Platte der Kühlkammer steht und der die Wärme nach draußen ableitet.
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Als weiteren Aspekt bietet diese Erfindung ein Photovoltaik-Modul mit einer Kühlvorrichtung, was folgendes einschließt: eine Kühlkammer, die an der Rückseite des Photovoltaik-Moduls befestigt ist, an diese Rückseitenfläche gelangt kein Sonnenlicht, die Kühlkammer besteht aus einer oberen und einer unteren Platte, mit einem Arbeitsmittel im Innenraum, der von der oberen und unteren Platte gebildet wird, der Innenraum ist vakuumverschlossen, das Arbeitsmittel führt den Kühlvorgang durch Verdampfen und Kondensieren aus; und es schließt einen Wärmeableiter ein, der in Oberflächenkontakt mit der Kühlkammer steht, um die Wärme nach draußen abzuleiten, wobei eine Vielzahl von Speicherbehältern auf der unteren Platte in Längsrichtung der Kühlkammer angebracht sind, diese Speicherbehälter nehmen das Arbeitsmittel auf, während es aufgrund des Verdampfens und Kondensierens an der unteren Platte entlang nach unten fließt, unter der oberen Platte ist ein Dränrohr angebracht, das das enthaltene Arbeitsmittel absorbiert und aufnimmt.
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Als weiteren Aspekt bietet diese Erfindung eine Methode zur Herstellung einer Kühlvorrichtung für ein Photovoltaik-Modul. Dies schließt ein: Herstellung einer oberen Platte und/oder einer unteren Platte über einen Ziehvorgang, die obere Platte und/oder die untere Platte haben vorgegebene Höhen und Flansche; Druckbereiche an der oberen und unteren Platte, um Vorsprünge an sich gegenüberliegenden Stellen zu bilden, die sich in vorgegebenen Abständen voneinander befinden und in Längsrichtung an den jeweiligen oberen und unteren Platten Versteifungsrippen ausformen; es ist eine Einlassöffnung an der unteren Platte angebracht, so dass das Arbeitsmittel eingeleitet werden kann; die Vorsprünge werden miteinander verbunden, ebenso die Flansche, so dass die obere Platte mit der unteren Platte verbunden ist; und das Arbeitsmittel wird über die Einlassöffnung der unteren Platte eingeleitet, die Luft wird abgesaugt, um ein Vakuum entstehen zu lassen, und die Einlassöffnung wird verschlossen.
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Nützliche Vorteile
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Entsprechend dieser technischen Lösung wird der Kontaktbereich zwischen dem Photovoltaik-Modul und der Kühlkammer maximiert, so dass die Kühlleistung vergrößert und die Temperatur des Photovoltaik-Moduls weiter verringert werden kann. Dadurch erhöht sich wiederum die Ausgangsleistung des Photovoltaik-Moduls.
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Darüber hinaus kann, dank der Temperatur-Reduzierung am Photovoltaik-Modul, verhindert werden, dass die Wärmeentwicklung Verschleiß an den Solarzellen verursacht. Dies kann die Leistung der Solarzellen verbessern und deren Lebensdauer verlängern.
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Zusätzlich kann das Arbeitsmittel in die gesamte Kühlkammer eingeleitet werden, dadurch wird das Verdampfen und Kondensieren des Arbeitsmittels weiter verstärkt, so dass die vom Photovoltaik-Modul erzeugte Wärme effektiver abgeleitet werden kann. Ebenso wird die Lebensdauer des Photovoltaik-Moduls verlängert.
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Beschreibung der Zeichnungen
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ist eine teilweise geschnittene perspektivische Ansicht einer Kühlvorrichtung, gemäß einer ersten Ausführungsform dieser Erfindung;
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ist eine Schnittdarstellung, die eine Ausführungsform der Installation der Kühlvorrichtung von zeigt;
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ist eine teilweise geschnittene perspektivische Ansicht einer Kühlvorrichtung, gemäß einer zweiten Ausführungsform dieser Erfindung;
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ist eine Schnittdarstellung, die eine Ausführungsform der Installation der Kühlvorrichtung von zeigt;
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ist ein Ablaufschema zur Herstellungsmethode der Kühlvorrichtung, gemäß dieser Erfindung;
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ist eine schematische Ansicht, die den Aufbau der Kühlvorrichtung zeigt, gemäß einer dritten Ausführungsform dieser Erfindung;
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ist eine perspektivische Ansicht, die eine untere Platte der Kühlkammer zeigt, die mit einem Wärmeableiter verbunden ist, gemäß der dritten Ausführungsform dieser Erfindung;
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bzw. 9 sind Schnittdarstellungen der Kühlvorrichtung entlang der Linie A-A und B-B der ; und
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ist eine Schnittdarstellung, die die Installation der Kühlvorrichtung von zeigt.
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Die beste Ausführungsart
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Hier wird der Aufbau und Einsatz der jeweiligen Ausführungsform dieser Erfindung, mit Bezug auf die beigefügten Zeichnungen, detailliert beschrieben. ist eine teilweise geschnittene perspektivische Ansicht einer Kühlvorrichtung, gemäß einer ersten Ausführungsform dieser Erfindung. ist eine Schnittdarstellung, die eine Ausführungsform der Installation der Kühlvorrichtung von zeigt.
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Auf den Zeichnungen bezieht sich eine Seite, an der das Photovoltaik-Modul 30 angebracht ist, auf eine obere Seite, die gegenüberliegende Seite ist die jeweils untere Seite. Wie auf den Zeichnungen dargestellt, verfügt die Kühlkammer 10 über eine obere Platte 11, die mit der unteren Fläche des Photovoltaik-Moduls 30 in Kontakt steht, und die untere Platte 12, die mit dem Wärmeableiter 40 in Kontakt steht. Die Kühlkammer 10 wird verschlossen, sobald das Arbeitsmittel, das den Kühlvorgang durch Verdampfen und Kondensieren ausführt, in die Kühlkammer 10 eingeleitet wurde. Die untere Platte 12 besteht aus einer flachen Platte, deren Umfassung die Flansch 13b bildet.
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Die obere Platte 11 wird nach unten gebogen, um die vorgegebene Höhe zu erhalten, dies wird erreicht, indem eine Platte, die aus dem gleichen Material besteht wie die untere Platte 12, gezogen wird. Die untere Kante (die Umfassung) der oberen Platte 11 wird nach außen gebogen, wodurch die Flansch 13a geformt wird.
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Jede Art von Struktur, zum Beispiel, ein Wärmerohr, ein Thermosiphon, usw., kann als Kühlkammer 10 verwendet werden, solange sie das Arbeitsmittel verdampfen und kondensieren kann, um den Kühlvorgang auszuführen.
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Die obere Platte 11 und die untere Platte 12 sind aus SUS hergestellt. Die Flansche 13a und 13b der oberen Platte 11 und der unteren Platte 12 werden aneinander geschweißt oder hartgelötet, so dass der Innenraum 17, der das Arbeitsmittel enthält, zwischen der oberen Platte 11 und der unteren Platte 12 gebildet wird.
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Die Flansche 13a und 13b sind direkt mit dem Wärmeableiter 40 verbunden, wenn die obere Platte 11 und die untere Platte 12 zusammengefügt und an den Wärmeableiter 40 gekoppelt werden. Um die Flansche 13a und 13b miteinander zu verbinden, kann eine Nahtschweiß-Methode angewendet werden, dazu gehört: Überlappen der Flansche 13a und 13b; Druckausübung auf die Nahtstelle dazwischen; und Einleiten von Strom in die Nahtstelle, oder es kann eine Stoßschweiß-Methode eingesetzt werden, dazu gehört: Anschluss der Flansche 13a und 13b an zwei Elektroden; Herstellen von Kontakt zwischen den Flanschen 13a und 13b; und Zusammenpressen der beiden Flansche gegeneinander.
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Es bilden sich viele Vorsprünge 14a und 14b, die einander entsprechen, auf der oberen Platte 11 und der unteren Platte 12, indem vorgegebene Teile der oberen und unteren Platten 11 und 12 so nach innen gepresst werden, dass sie sich gegenüberliegen. In dieser Ausführungsform, in der jeweiligen oberen und unteren Platte 11 und 12, liegen die Vorsprünge 14a, 14b in Längsrichtung der Platte in Abständen voneinander.
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Die zueinander korrespondierenden Vorsprünge 14a und 14b werden miteinander verschweißt. Da die Vorsprünge 14a und 14b miteinander verbunden sind, können die obere Platte 11 und die untere Platte 12, auch wenn im Innenraum 17 ein Vakuum entsteht, ihre ursprüngliche Form ohne Schrumpfung beibehalten.
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Um die Vorsprünge 14a und 14b miteinander zu verschweißen, kann eine Punktschweiß-Methode eingesetzt werden, dazu gehört: Überlappen der Vorsprünge 14a und 14b; Einleiten von Strom, um sie zu erhitzen; und Druckausübung, so dass sie an einem Punkt miteinander verschweißt werden.
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Die Versteifungsrippen 15a und 15b sind auf den oberen Flächen der oberen und unteren Platten 11 und 12 in Längsrichtung der oberen und unteren Platten 11 und 12 angebracht. Die Versteifungsrippen 15a und 15b sollen die oberen und unteren Platten 11 und 12 verstärken, um zu verhindern, dass sie sich nach innen oder außen verbiegen. Zusätzlich sollen die Versteifungsrippen 15a und 15b auch den Durchfluss des Arbeitsmittels lenken.
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Das Arbeitsmittel wird in den Innenraum 17, der sich zwischen der oberen Platte 11 und der unteren Platte 12 gebildet hat, eingeleitet. Die Einlassöffnung 16, die aus Cu oder SUS besteht, ist an der unteren Platte 12 angebracht, um das Arbeitsmittel einzuleiten.
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Sobald eine festgelegte Menge an Arbeitsmittel in den Innenraum 17 über die Einlassöffnung 16 eingeleitet wurde, wird die Luft aus dem Innenraum abgesaugt, um ein Vakuum herzustellen. Danach wird die Einlassöffnung 16 an beiden Seiten zusammengepresst, um sie zu verschließen.
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Der Grund, warum die Einlassöffnung 16 an der unteren Platte 12, die mit dem Wärmeableiter 40 in Kontakt steht, angebracht ist, liegt darin, dass es sehr schwierig ist, die Einlassöffnung 16 an der Seitenwand der Kühlkammer 10 anzubringen, da die Dicke der Kühlkammer 10, einschließlich der oberen Platte 11 und der unteren Platte 12 ungefähr bei 5 mm liegt, in anderen Worten, sie ist vergleichsweise dünn.
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Sobald die obere Platte 11 und die untere Platte 12 miteinander verbunden sind und das Arbeitsmittel in den dazwischen liegenden Innenraum eingeleitet ist, wird dieser Innenraum vakuumverschlossen. Dies schließt die Herstellung der Kühlkammer 10 ab.
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In der Ausführungsform kann die Kühlkammer 10 in ihrer ursprünglichen Form ohne Schrumpfung aufrechterhalten werden, auch wenn in dieser Kühlkammer 10 ein Vakuum entsteht, da die Vorsprünge 14a und 14b an der oberen und unteren Platte 11 und 12 an den jeweiligen in regelmäßigen Abständen voneinander liegenden Stellen miteinander verschweißt sind.
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Die Kühlkammer 10, die auf die oben genannte Weise hergestellt wurde, wird so am Photovoltaik-Modul 30 befestigt, dass die obere Platte 11 Kontakt mit der unteren Fläche des Photovoltaik-Moduls 30 hat. Danach werden die Flansche 13a und 13b der oberen und unteren Platten 11 und 12 mit dem Wärmeableiter 40 verbunden, indem die Elemente 50 so befestigt werden, dass der Wärmeableiter 40 an der unteren Platte 12 der Kühlkammer 10 befestigt ist. Das Photovoltaik-Modul 30 und die Kühlkammer 10 können mittels eines wärmeleitenden Haftmittels oder alternativ über eine Schraubverbindung mit Schrauben und Muttern verbunden werden.
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Wie in dargestellt, kann der Wärmeableiter 40 mit der Klammer 42 über die Schiebekupplungs-Methode an der Kühlkammer 10 angebracht werden. Darüber hinaus hat die obere Platte 11 der Kühlkammer 10 Oberflächenkontakt mit der gesamten unteren Fläche des Photovoltaik-Moduls 30. Der Wärmeableiter 40 hat Oberflächenkontakt mit der gesamten Fläche oder einem Teil der Fläche der Kühlkammer 10. Im Falle eines teilweisen Oberflächenkontaktes ist der Wärmeableiter 40, wenn das Photovoltaik-Modul in einem Neigungswinkel installiert ist, am oberen Teil der geneigten Kühlkammer 10 angebracht.
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Um die erforderliche elektrische Energie zu produzieren, nehmen die Solarzellen 32, aus denen sich das Photovoltaik-Modul 30 zusammensetzt, das Sonnenlicht auf und wandeln es in elektrische Energie um und erzeugen Strom, sobald das Photovoltaik-Modul 30 in einem bestimmten Neigungswinkel installiert ist, so dass es in Richtung Süden zeigt, um eine große Menge an Sonnenlicht zu erhalten. Der von den Solarzellen 32 erzeugte Strom wird gesammelt und dann an die Außenseite des Photovoltaik-Moduls 30 weitergeleitet.
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In jeder Solarzelle 32 kann ein Teil des Sonnenlichtes nicht in elektrische Energie umgewandelt werden. Die Energie des Sonnenlichtes, die nicht in elektrische Energie umgewandelt werden kann, wird in Wärmeenergie umgewandelt, wodurch sich die Temperatur des Photovoltaik-Moduls 30 erhöht.
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Die Wärme des Photovoltaik-Moduls 30 wird an das Arbeitsmittel der Kühlkammer 10, über die obere Platte 11, die Oberflächenkontakt zur unteren Fläche des Photovoltaik-Moduls 30 hat, abgeleitet. Das Arbeitsmittel wird von der Wärme verdampft und steigt in einer Dampf-Phase an der Neigung der Kühlkammer 10 auf. Der aufsteigende Dampf leitet die Wärme an den Wärmeableiter 40 oder an die Luft weiter, wo sie kondensiert und abkühlt.
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Die kondensierte Flüssigkeit bewegt sich, dank der Schwerkraft, nach unten, an der geneigten inneren Fläche der Kühlkammer 10 entlang. Wärme, die vom Photovoltaik-Modul 30 erzeugt wurde, kann weiter abgekühlt werden, indem sich der oben beschriebene Prozess wiederholt.
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Hier besteht das Risiko, dass die obere Platte 11 und die untere Platte 12, aufgrund der Verdampfung und Kondensation des Arbeitsmittels, nach innen oder außen gebogen werden. Bei der hier beschriebenen Erfindung verhindern die längsgerichteten Versteifungsrippen 15a und 15b jedoch, dass die obere und untere Platte 11 und 12 verbogen werden. Zusätzlich wirken die Versteifungsrippen 15a und 15b auch als Führungsschienen, die den Durchfluss des Arbeitsmittels lenken.
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Da die obere Platte 11 und die untere Platte 12, die mittels Ziehvorgang geformt wurden, in Oberflächenkontakt mit der unteren Fläche des Photovoltaik-Moduls 30 und dem Wärmeableiter 40 stehen, erhöht sich der Kontaktbereich, das heißt, der Wärmeaustauschbereich, so dass die Kühlungseffizienz deutlich verbessert wird. Dadurch kann verhindert werden, dass sich die Temperatur des Photovoltaik-Moduls 30 zu stark erhöht und die Wärme die Solarzellen 32 verschleißt und es kann die Leistung der Solarzellen 32 erhöht und deren Lebensdauer verlängert werden.
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Wenn das Photovoltaik-Modul 30 durch die Kühlkammer 10 und den Wärmeableiter 40 nicht ausreichend gekühlt wird, kann ein zusätzlicher Kühllüfter am Wärmeableiter 40 angebracht werden, um Luft zwischen die Verteil-Lamellen 44 des Wärmeableiters 40 zu leiten und dadurch die Kühlleistung noch zu erhöhen.
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Darüber hinaus kann ein stromversorgtes Thermoelement direkt an der Kühlkammer 10 angebracht werden, um die Kühlleistung noch weiter zu erhöhen.
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Das Thermoelement ist ein Peltier-Element, in dem ein Halbleiter-Element des N-Typs und ein Halbleiter-Element des P-Typs über eine Metallplatte miteinander verbunden sind. Wenn das Thermoelement unter Spannung steht, wird Strom zum Halbleiter-Element des N-Typs über eine erste Metallkontaktplatte geleitet, und fließt dann zu einer zweiten Metallkontaktplatte über eine Metallverbindungsplatte und das Halbleiter-Element des P-Typs weiter. Hier erzeugen die erste und zweite Metallkontaktplatte Wärme, die Metallverbindungsplatte absorbiert die Wärme.
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ist eine teilweise geschnittene perspektivische Ansicht einer Kühlvorrichtung gemäß einer zweiten Ausführungsform dieser Erfindung. ist eine Schnittdarstellung, die eine Ausführungsform der Installation der Kühlvorrichtung von zeigt.
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Wie auf den Zeichnungen dargestellt, umfasst die Kühlkammer 20 die obere Platte 21, die mit der unteren Fläche des Photovoltaik-Moduls 30 in Kontakt steht, und die untere Platte 22, die mit dem Wärmeableiter 40 in Kontakt steht. Die Kühlkammer 20 wird versiegelt, sobald das Arbeitsmittel, das verdampft und kondensiert, um den Kühlvorgang auszuführen, in die Kühlkammer 10 eingeleitet wurde.
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Die obere Platte 21 und die untere Platte 22 werden nach innen gegeneinander gebogen, um durch Ziehen flacher Platten die vorgegebene Höhe zu erreichen. Die Kanten der oberen und unteren Platten 21 und 22 sind nach außen gebogen, dadurch bilden Sie die Flansche 23a und 23b.
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Jede Art von Struktur, zum Beispiel, ein Wärmerohr, ein Thermosiphon, usw., kann als Kühlkammer 20 verwendet werden, solange sie das Arbeitsmittel verdampfen und kondensieren kann, um den Kühlvorgang auszuführen.
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Die obere Platte 21 und die untere Platte 22 sind aus SUS hergestellt. Die Flansche 23a und 23b der oberen Platte 21 und der unteren Platte 22 werden miteinander verschweißt oder hartgelötet, so dass der Innenraum 27, der das Arbeitsmittel enthält, zwischen der oberen Platte 21 und der unteren Platte 22 gebildet wird.
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Es bilden sich viele Vorsprünge 24a und 24b, die einander entsprechen, auf der oberen Platte 21 und der unteren Platte 22, indem vorgegebene Teile der oberen und unteren Platten 21 und 22 so nach innen gepresst werden, dass sie sich gegenüberliegen. In dieser Ausführungsform, in der jeweiligen oberen und unteren Platte 21 und 22, liegen die Vorsprünge 24a, 24b in Längsrichtung der Platte in Abständen voneinander.
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Die sich entsprechenden Vorsprünge 24a und 24b werden miteinander verschweißt. Da die Vorsprünge 24a und 24b miteinander verbunden sind, können die obere Platte 21 und die untere Platte 22, auch wenn im Innenraum 27 ein Vakuum entsteht, ihre ursprüngliche Form ohne Schrumpfung aufrechterhalten.
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Die Versteifungsrippen 25a und 25b sind darüberhinaus auf den oberen Flächen der oberen und unteren Platten 21 und 22 in deren Längsrichtung angebracht. Die Versteifungsrippen 25a und 25b sollen die oberen und unteren Platten 21 und 22 verstärken, um zu verhindern, dass sie sich nach innen oder außen verbiegen. Zusätzlich sollen die Versteifungsrippen 25a und 25b auch den Durchfluss des Arbeitsmittels lenken.
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Eine vorgegebene Menge des Arbeitsmittels wird in den Innenraum 27, der sich zwischen der oberen Platte 21 und der unteren Platte 22 gebildet hat, eingeleitet. Die Einlassöffnung 26, die aus Cu oder SUS besteht, ist an der unteren Platte 22 angebracht, um das Arbeitsmittel einzuleiten.
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Sobald eine vorgegebene Menge an Arbeitsmittel in den Innenraum 27 über die Einlassöffnung 26 eingeleitet wurde, wird die Luft aus dem Innenraum abgesaugt, um ein Vakuum herzustellen. Danach wird die Einlassöffnung 26 an beiden Seiten zusammengepresst, um sie zu verschließen.
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Sobald die obere Platte 21 und die untere Platte 22 miteinander verbunden sind und das Arbeitsmittel in den dazwischenliegenden Innenraum eingeleitet ist, wird dieser Innenraum vakuumverschlossen. Dies schließt die Herstellung der Kühlkammer 20 ab. In der Ausführungsform kann die Kühlkammer 20 in ihrer ursprünglichen Form ohne Schrumpfung aufrechterhalten werden, auch wenn in dieser Kühlkammer 20 ein Vakuum entsteht, da die Vorsprünge 24a und 24b an der oberen und unteren Platte 21 und 22 an den jeweiligen in regelmäßigen Abständen voneinander liegenden Stellen miteinander verschweißt sind.
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Die Kühlkammer 20, die auf die oben genannte Weise hergestellt wurde, wird so am Photovoltaik-Modul 30 befestigt, dass die obere Platte 21 Kontakt mit der unteren Fläche des Photovoltaik-Moduls 30 hat. Danach wird eine elastische Klammer 42, die am Wärmeableiter angebracht ist, über die Flansche 23a und 23b der oberen und unteren Platten 21 und 22 gezogen, so dass der Wärmeableiter 40 an der unteren Platte 22 der Kühlkammer 20 befestigt ist.
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So kann der Wärmeableiter 40 einfach an die Kühlkammer 20 angekoppelt werden, indem die Klammer 42 des Wärmeableiters 40 über die Flansche 23a und 23b fest mit der oberen und unteren Platte 21 und 22 verbunden wird. Dann können das Photovoltaik-Modul 30 und die Kühlkammer 20 mittels eines wärmeleitenden Haftmittels oder alternativ über eine Schraubverbindung unter Verwendung von Schrauben und Muttern miteinander verbunden werden.
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Darüber hinaus ist die obere Platte 11 der Kühlkammer 10 in Oberflächenkontakt mit der gesamten unteren Fläche des Photovoltaik-Moduls 30. Der Wärmeableiter 40 ist in Oberflächenkontakt mit der gesamten Fläche oder einem Teil der Fläche der Kühlkammer 10. Im Falle eines teilweisen Oberflächenkontaktes, wenn das Photovoltaik-Modul so installiert ist, dass es einen Neigungswinkel aufweist, ist der Wärmeableiter 40 am oberen Teil der geneigten Kühlkammer 10 angebracht.
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Funktion und Wirkung der Kühlvorrichtung, gemäß der zweiten Ausführungsform, sind dieselben wie die in und , und die Technik des Kühllüfters oder Thermoelementes, die verwendet werden, um die Kühlleistung zu unterstützen, wurde ebenfalls oben beschrieben. Deshalb sind keine weiteren Erläuterungen notwendig.
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ist ein Ablaufschema zur Herstellungsmethode der Kühlvorrichtung, gemäß dieser Erfindung. Wie in der Zeichnung, in Schritt S502, dargestellt, werden die obere Platte oder/und die untere Platte, die vorgegebene Höhen und Flansche haben, durch einen Ziehvorgang hergestellt.
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In Schritt S504, bilden sich auf der oberen Platte und der unteren Platte jeweils Vorsprünge, die sich entsprechen, indem vorgegebene Teile der oberen und unteren Platte nach innen gedrückt werden, und es werden Versteifungsrippen in Längsrichtung an der oberen Platte und der unteren Platte gebildet, um diese zu verstärken.
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Im günstigen Fall ist der Vorsprung an der oberen Platte kleiner als der entsprechende Vorsprung an der unteren Platte, so dass der Kontaktbereich zwischen dem Photovoltaik-Modul und der vertieften Stelle des Vorsprungs an der oberen Platte verringert wird, um dadurch den Bereich des Photovoltaik-Moduls, der nicht gekühlt wird, so gering wie möglich zu halten.
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In Schritt S506 wird eine Einlassöffnung zur Einleitung des Arbeitsmittels an der unteren Platte angebracht, die mit Vorsprüngen und Versteifungsrippen versehen ist.
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Danach wird die obere Platte mit der unteren Platte verbunden, indem die entsprechenden Vorsprünge und Flansche miteinander verschweißt werden, wie in Schritt S508.
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In Schritt S510 wird eine vorgegebene Menge an Arbeitsmittel, zur Ausführung des Kühlvorgangs durch Verdampfen und Kondensieren, in die Kühlkammer über die Einlassöffnung eingeleitet. Danach, in Schritt S512, wird die Luft aus der Kühlkammer abgesaugt, um ein Vakuum herzustellen, und die Einlassöffnung wird verschlossen, indem beide Seiten der Einlassöffnung zusammengepresst werden, dies beendet den Herstellungsprozess der Kühlkammer.
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ist eine schematische Ansicht, die den Aufbau der Kühlvorrichtung zeigt, gemäß einer dritten Ausführungsform dieser Erfindung, dabei wird der Aufbau dargestellt, bei dem die Kühlkammer ein Wärmerohr ist.
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Wie in der Zeichnung dargestellt, schließt die obere Platte 61 des Wärmerohres 60 das Befestigungselement 61a ein, das mit dem Photovoltaik-Modul (nicht dargestellt) verbunden wird, und das Verteilungselement 61b, das vom Befestigungselement 61a ausgeht. Das Dränrohr 64 mit seiner Kapillarstruktur ist am Befestigungselement 61a vorgesehen. Die stützenden Vorsprünge 63 sind an der unteren Platte 62 in Bereichen angebracht, die in regelmäßigen Abständen voneinander liegen, um das Dränrohr 64 zu stützen.
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In anderen Worten, das Dränrohr 64 der oberen Platte 61 wird von den stützenden Vorsprüngen 63 der unteren Platte 62 im Innenraum 65 zwischen der oberen Platte 61 und der unteren Platte 62 gestützt.
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Des Weiteren ist der Wärmeableiter 40 zur Wärmeverteilung an der Außenfläche der unteren Platte 62 in einer Position angebracht, die dem Verteilungselement 61a der oberen Platte 61 entspricht.
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In dieser Konstruktion ist das Arbeitsmittel sowohl im unteren Teil des Innenraumes 65 (gegenüber dem Verteilungselement 61b) und im Dränrohr 64 enthalten. Das Arbeitsmittel, das im Dränrohr 64 und dem unteren Teil des Innenraums enthalten ist, wird durch die Wärmeentwicklung des Photovoltaik-Moduls verdampft und steigt dann in der Dampfphase nach oben. Der aufsteigende Dampf leitet die Wärme zum Wärmeableiter 40 oder in die Luft ab und kondensiert dann und kühlt ab. Das kondensierte Mittel verdampft allmählich wieder durch die Wärme, während es sich am Dränrohr 64 entlang langsam nach unten bewegt.
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ist eine perspektivische Ansicht, die eine untere Platte der Kühlkammer zeigt, die mit einem Wärmeableiter verbunden ist, gemäß der dritten Ausführungsform dieser Erfindung. bzw. 9 sind Schnittdarstellungen der Kühlvorrichtung entlang der Linie A-A und B-B der ; und
ist eine Schnittdarstellung, die die Installation der Kühlvorrichtung von zeigt. Zur Erklärung, die Seite, an der das Photovoltaik-Modul 90 angebracht ist, ist die obere Seite und die gegenüberliegende Seite ist die untere Seite. Wie in den Zeichnungen dargestellt, umfasst die Kühlkammer 70 eine obere Platte 71, die in Kontakt mit der unteren Fläche des Photovoltaik-Modul 90 steht, und eine untere Platte 72, die in Kontakt mit dem Wärmeableiter 100 steht. Die Kühlkammer 70 wird verschlossen, wenn das Arbeitsmittel, das den Kühlvorgang durch Verdampfen und Kondensieren ausführt, in die Kühlkammer 70 eingeleitet wurde.
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Die obere Platte 71 und die untere Platte 72 werden durch Ziehen flacher Platten gegeneinander nach innen gebogen, um die vorgegebene Höhe zu erreichen. Die Außenkanten der oberen und unteren Platten 71 und 72 werden nach außen gebogen und bilden dadurch die Flansche 73a und 73b. Während des Ziehvorgangs wird in Längsrichtung, durch das Herausragen der Behälter-Vorsprünge 74 aus der unteren Platte 72 in Richtung der oberen Platte 71, eine Vielzahl von Speicherbehältern 75 gebildet, die Arbeitsmittel enthalten. Die Behälter-Vorsprünge 74 schließen die Stützen 78 und die Seitenblöcke 79 ein. Alternativ können die Behälter-Vorsprünge 74 durch einen separaten Prozess gebildet und an die untere Platte 72 geschweißt oder verklebt werden, um die Behälter 75 in Längsrichtung zu bilden.
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Darüber hinaus werden die Führungsschienen 82 abwechselnd im vorgegebenen Neigungswinkel mit dem linken und rechten Seitenblock 79 der Behälter-Vorsprünge 74 verbunden. Die Führungsschienen 82 leiten das Arbeitsmittel weiter, das entlang der unteren Platte 72 abwärts fließt, so dass das Arbeitsmittel in den Behältern 75 gespeichert wird. Dadurch wird der Verlust von Arbeitsmittel, das entlang der unteren Platte 72 nach unten fließt, reduziert. Vorzugsweise sollte der Längsabstand zwischen den nebeneinanderliegenden Behältern 75 zwischen 5 cm und 10 cm sein, in Anbetracht der Tatsache, dass die Höhe, die das Arbeitsmittel beim Aufstieg aufgrund der Kapillarphänomene erreicht, bei ungefähr 15 cm liegt.
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Zusätzlich ist einer der gegenüberliegenden Seitenblöcke 79 des jeweiligen Behälter-Vorsprungs 74 kürzer als der andere, so dass Arbeitsmittel über den kürzeren Seitenblock 79 fließt und in die Behälter 75, die darunter liegen, eintritt. Vorzugsweise werden die Vertiefungen 78a an der Stütze 78 des jeweiligen Behältervorsprungs 74 und des Seitenblocks 79, der mit der Stütze 78 verbunden ist, gebildet, so dass das Arbeitsmittel durch die Vertiefungen 78a fließen kann und ein Kapillarphänomen unter den Behälter-Vorsprüngen 74, die die Vertiefungen 78a enthalten, hervorgerufen wird.
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Des Weiteren stehen Versteifungsrippen 90, die vorgegebene Längen haben, in Längsrichtung an der unteren Platte 72 in gewissen Abständen voneinander zur Verfügung, um zu verhindern, dass die Kühlkammer 70, aufgrund der Vakuumkräfte, schrumpft. Die Längen der Versteifungsrippen 90 und des Seitenblocks 79 sind verschieden, um zu verhindern, dass sich in der Kühlkammer 70 eine offene Stelle in der Horizontale bildet, so dass wenn sich das Arbeitsmittel in horizontaler Richtung bewegt, dieses von den Versteifungsrippen 90 oder den Seitenblöcken 79 blockiert wird. Um zu verhindern, dass sich die Kühlkammer 70 durch die Wärmeentwicklung nach außen ausdehnt und aufreißt, sind die Schweißvorsprünge 83 an der unteren Platte 72 an Positionen angebracht, die in vorgegebenen Abständen voneinander liegen. Die Schweißvorsprünge 83 sind mit Punktschweißung an der oberen Platte 71 befestigt.
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Darüber hinaus ist ein Dränrohr 76 unter der oberen Platte 71 angebracht, welches das darin enthaltene Arbeitsmittel absorbiert und aufnimmt, so dass es kontinuierlich an die obere Platte 71 abgegeben werden kann. Das Dränrohr 76 kann mit der oberen Platte 71 in Kontakt stehen, indem es an der Kante der unteren Fläche der oberen Platte 71 befestigt ist. Alternativ kann dieses Dränrohr 76 mit der oberen Platte 71 in Kontakt stehen, indem es von den Dränrohr-Stützen 81, die an den gegenüberliegenden Kanten der unteren Platte 72 angebracht sind, gestützt wird. Bohrungen sind in Teilen des Dränrohres 76 vorhanden, an denen die Schweißvorsprünge 83 angebracht sind, so dass die Schweißvorsprünge 83 über die Bohrungen am Dränrohr 76 in Kontakt mit der oberen Platte 71 stehen.
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Des Weiteren ist zwischen dem Dränrohr 76 und den Behältervorsprüngen 74 ein lose in Gitterform gewebtes Stütznetz (nicht dargestellt) vorhanden, dadurch wird verhindert, dass sich das Dränrohr 76 ungewollt von der oberen Platte 71 löst. Bei dieser Erfindung kann das Dränrohr 76 aus einer Platte aus rostfreiem Stahl bestehen, in die durch Sinterung Poren eingebracht wurden, genauer gesagt werden die Poren durch Erhitzen/Pressen kleiner Pulverpartikel aus rostfreiem Stahl bei einer Temperatur unterhalb des Schmelzpunktes geformt.
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Darüber hinaus kann das Dränrohr 76 aus einem Gewebe aus rostfreiem Stahl oder Kunststoff bestehen. Das Gewebe aus Kunststoff ist teurer als die Platte oder das Gewebe aus rostfreiem Stahl. Insbesondere wenn die Dicke des Gewebes aus Kunststoff zwischen 0,5 mm und 0,9 mm liegt, liegt die Anzahl der Maschen pro Zoll (#/Zoll) zwischen 120 und 300. Wenn zwei bis fünf Lagen des Gewebes aus Kunststoff einander überlappen, ist das Kapillarphänomen am wirksamsten.
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Nicht nur ein Wärmerohr, sondern auch ein Termosiphon kann als Kühlkammer 70 verwendet werden, solange es den Kühlvorgang durch Verdampfen und Kondensieren des Arbeitsmittels ausführen kann. Die obere Platte 71 und die untere Platte 72 bestehen aus SUS. Die Flansch 73 der oberen Platte 71 und die Flansch 73 der unteren Platte 72 werden miteinander verschweißt oder hartgelötet, so dass ein Innenraum 77 zwischen der oberen Platte 71 und der unteren Platte 72 definiert wird. Dann werden die Schweißvorsprünge 83 der unteren Platte 72 per Punktschweißung mit der oberen Platte 71 verbunden. Das Arbeitsmittel wird in den Innenraum 77 eigeleitet, bevor dieser Innenraum 77 vakuumverschlossen wird.
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Sobald die obere Platte 71 an die untere Platte 72 geschweißt ist und das Arbeitsmittel in den dazwischenliegenden Innenraum eingeleitet ist, wird der Innenraum vakuumverschlossen, dadurch ist der Herstellungsprozess der Kühlkammer 70 abgeschlossen. In dieser Ausführungsform wird durch die Versteifungsrippen 80 verhindert, dass die obere Platte 71 und die untere Platte 72 aufgrund der Vakuumkräfte zusammengedrückt werden. Durch die Schweißvorsprünge 83 wird verhindert, dass sich die obere und untere Platte 71 und 72 durch die Wärme ausdehnen. Insbesondere weil aufgrund der Versteifungsrippen 80 und den Seitenblöcken 79 keine horizontale offene Stelle in der Kühlkammer 70 entsteht, kann effektiver verhindert werden, dass die obere und untere Platte 71 und 72 aufgrund der Vakuumkräfte zusammengedrückt werden.
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Der Wärmeableiter 100 mit seiner großen Zahl an Verteilungslamellen 104 ist an der unteren Platte 72 der Kühlkammer 70 befestigt, dadurch wird die Kühlvorrichtung vervollständigt. Die obere Platte 71 wird an der unteren Fläche des Photovoltaik-Moduls 90 befestigt. Das Photovoltaik-Modul 90 wird so installiert, dass es in einem entsprechenden Winkel zur Sonne zeigt. Das Photovoltaik-Modul 90 und die Kühlkammer 70 können über ein wärmeleitendes Haftmittel oder alternativ über eine Verschraubungsmethode unter Verwendung von Schrauben und Muttern aneinander befestigt werden.
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Darüber hinaus hat die obere Platte 71 der Kühlkammer 70 Oberflächenkontakt mit der gesamten unteren Fläche des Photovoltaik-Moduls 90. Der Wärmeableiter 100 hat Oberflächenkontakt mit einem Teil der Fläche der Kühlkammer 70. In der Ausführungsform der oben genannten Bauart, um die erforderliche Stromenergie zu produzieren, sobald das Photovoltaik-Modul 90 in einem bestimmten Neigungswinkel installiert ist, nehmen die Solarzellen 92, aus denen sich das Photovoltaik-Modul 90 zusammensetzt, das Sonnenlicht auf und wandeln es in elektrische Energie um und erzeugen dadurch Stromspannung. Der von den Solarzellen 92 erzeugte Strom wird gesammelt und an die Außenseite des Photovoltaik-Moduls 90 weitergeleitet.
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In jeder Solarzelle 92 kann ein Teil des Sonnenlichtes nicht in elektrische Energie umgewandelt werden. Die Energie des Sonnenlichtes, die nicht in elektrische Energie umgewandelt werden kann, wird in Wärmeenergie umgewandelt, wodurch sich die Temperatur des Photovoltaik-Moduls 90 erhöht.
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Die Wärme des Photovoltaik-Moduls 90 wird vom Arbeitsmittel der Kühlkammer 70 über die obere Platte 71 aufgenommen, die in Oberflächenkontakt mit der unteren Fläche des Photovoltaik-Moduls 90 steht. Das Arbeitsmittel, das im Behälter 75 gespeichert oder im unteren Teil des Kühlelementes 70 oder des Dränrohres 76 durch das Kapillarphänomen enthalten ist, wird durch die Wärme verdampft und steigt in einer Dampfphase auf. Der aufsteigende Dampf transportiert die Wärme zum Wärmeableiter 100 oder in die Luft und kondensiert dort und kühlt sich ab.
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Das kondensierte Mittel bewegt sich, aufgrund der Schwerkraft, entlang der Innenfläche nach unten, das heißt, an der unteren Platte 71 der Kühlkammer 70 entlang. Während dieses Prozesses wird ein Teil des kondensierten Mittels über die Führungsschienen 82 geleitet und im Behälter 75 gespeichert, das verbleibende kondensierte Mittel fließt weiter nach unten und sammelt sich im unteren Teil der Kühlkammer 70.
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Darüber hinaus fließt das Arbeitsmittel, das sich in jedem Behälter 75 befindet, über den kürzeren Seitenblock 79 in den Behälter 75, der darunter angebracht ist. Das Arbeitsmittel fließt nach unten, über die Vertiefungen 78a, die an den Stützen 78 oder an den Seitenblöcken 79, die wiederum an den Stützen 78 befestigt sind, vorhanden sind, und es ist ebenfalls durch das Kapillarphänomen im Dränrohr 76 enthalten. Aufgrund der wiederholten Zirkulation des Arbeitsmittels, wird die vom Photovoltaik-Modul 90 erzeugte Wärme effektiv abgeleitet.
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Wie oben beschrieben sind die Behälter 75, die das Arbeitsmittel speichern, in der Kühlkammer 70 an vorgegebenen Positionen vorhanden, die in Abständen voneinander liegen, und das Dränrohr 76, das aus einem Gewebe aus Kunststoff besteht, ist unter der oberen Platte 71 angebracht. Dadurch wird ein Austrocknungsphänomen in der Kühlkammer 70 verhindert, so dass das Arbeitsmittel gleichmäßig auf den gesamten Bereich der Kühlkammer 70 verteilt wird.
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Dadurch wird das Verdampfen und Kondensieren des Arbeitsmittels weiter verstärkt und die Kühlleistung verbessert. Zusätzlich kann verhindert werden, dass die Temperatur des Photovoltaik-Moduls 90 übermäßig ansteigt, und es kann Verschleiß der Solarzellen 92 verhindert und deren Lebensdauer verlängert werden.
