DE20006579U1

DE20006579U1 - Element zur Gewinnung von elektrischer Energie und Wärme aus Sonnenstrahlung

Info

Publication number: DE20006579U1
Application number: DE20006579U
Authority: DE
Original assignee: CITYTRAMP GmbH
Current assignee: CITYTRAMP GmbH
Priority date: 2000-04-10
Filing date: 2000-04-10
Publication date: 2000-07-06
Anticipated expiration: 2010-04-11

Description

BERENDX :LE-YH^:&

Patentanwälte · European Patent and Trademark Attorneys

Dr. rer. nat. Dipl.-Chem. Thomas Berendt Dr.-Ing. Hans Leyh Dipl.-Ing. Hartmut Hering

Innere Wiener Straße 20 D-81667 München

Telefon: (089) 4 48 43 49 Facsimile / Fax: (089) 4 48 43 E-mail: H.Hering@IDpat.DE

LEH-08-GM

Citytramp GmbH

Teckstraße 37
D-71116 Gärtringen

Element zur Gewinnung von elektrischer Energie und Wärme aus Sonnenstrahlung

Element zur Gewinnung von elektrischer Energie
und Wärme aus Sonnenstrahlung

Beschreibung

Es ist bekannt, elektrische Energie und Wärme unter Nutzung der Sonnenenergie der Sonnenstrahlung zu gewinnen. Im allgemeinen werden beide Energiearten benötigt. Bisher gibt es hierzu sogenannte Solarelemente, welche aber bisher nur einen maximalen Wirkungsgrad von ca. 15 % haben, so daß etwa 85 % der Sonnenstrahlung für die Energiegewinnung verloren gehen. Die Erfindung will hier Abhilfe schaffen.

Die Erfindung zielt daher darauf ab, ein Element zur Gewinnung von elektrischer Energie und Wärme aus Sonnenstrahlung bereitzustellen, welches eine größere Sonnenenergieausbeute gestattet und kostengünstig darstellbar ist.

Nach der Erfindung wird ein Element zur Gewinnung von elektrischer Energie und Wärme aus Sonnenstrahlung bereitgestellt, welche sich dadurch auszeichnet, daß das Element einen Grundkörper hat, welcher in Form eines Dachziegels ausgebildet ist, und welcher einen Raum zur Aufnahme einer sonnenenergieaufnehmenden Flüssigkeit umschließt, sowie außenseitig eine ein Solarpanel umfassende Isolierverglasung hat.

-2-

Das erfindungsgemäße Element gestattet durch die erfindungsgemäße Auslegung, daß der für die elektrische Energiegewinnung nicht nutzbare Teil der Sonnenstrahlung an dem jeweiligen Element in situ in Wärme umgesetzt werden kann. Hierdurch erhält man einen verbesserten Wirkungsgrad hinsichtlich der Gesamtenergieausbeute aus der Sonnenstrahlung. Die außenseitig den Raum zur Aufnahme einer sonnenenergieaufnehmenden Flüssigkeit begrenzende Fläche wird von einer wärmeisolierend wirkenden Isolierverglasung gebildet, welche ein Solarpanel umfaßt. Durch diese Isolierverglasung wird eine Isolation zur besseren Sonnenenergieausbeute gebildet. Da das erfindungsgemäße Element in Form eines Dachziegels ausgebildet ist, können die Elemente nach der Erfindung ohne Schwierigkeiten bei einem üblichen Dachaufbau an Stelle von üblichen Dachziegeln eingesetzt werden, so daß im wesentlichen die gesamte Dachfläche zur Gewinnung von elektrischer Energie und Wärme aus Sonnenstrahlung genutzt werden kann. Hierdurch können gegebenenfalls Häuser, deren Dächer mit Elementen nach der Erfindung belegt sind, eigenständig mit elektrischer Energie und Wärme versorgt werden.

Vorzugsweise ist am Grundkörper auf der der Isolierverglasung gegenüberliegenden Seite eine weitere Isolation vorgesehen. Bei einer Anordnung der Elemente auf dem Dach eines Hauses ist diese Seite dem Dachinnenraum zugewandt und gestattet somit noch eine zusätzliche Isolierung an der dem Dachinnenraum zugewandten Seite des Elements, um die Energieausbeute nochmals weiter zu steigern.

Vorzugsweise sind die Elemente derart ausgelegt, daß sie flüssigkeitsleitend miteinander verbunden sind, um die sonnenenergieaufnehmende Flüssigkeit von Element zu Element weiterleiten zu können. Die flüssigkeitsleitenden Verbindungen sind vorzugsweise im Grundkörper unmittelbar ausgebildet und werden dort beispielsweise von Kanälen oder dergleichen gebildet. Somit benötigt man keine zusätzlichen Leitungsverbindungen, wie Schlauchleitun-

-3-

gen oder dergleichen, um die Elemente flüssigkeitsleitend miteinander zu verbinden.

Vorzugsweise sind die flüssigkeitsleitenden Verbindungen an den Übergangsstellen zwischen zwei benachbarten Elementen abgedichtet, wozu zweckmäßigerweise O-Ringdichtungen oder dergleichen vorgesehen sind. Somit ist eine dicht geschlossene flüssigkeitsleitende Verbindung für die sonnenenergieaufnehmende Flüssigkeit innerhalb der Elementanordnung vorgesehen.

Zweckmäßigerweise kann die elektrische Energieweiterleitung von Element zu Element über Kontaktstifte erfolgen, die zweckmäßigerweise ebenfalls am Grundkörper des Elements vorgesehen sind.

Insbesondere kann der Grundkörper des Elements aus Kunststoff hergestellt sein und vorzugsweise ist er aus Kunststoff gespritzt. Auf diese Weise lassen sich die Elementgrundkörper kostengünstig insbesondere auch mittels einer Großserienfertigung herstellen.

Ferner sind die Elemente derart ausgelegt, daß die Elementgrundkörper einen selbstsichernden Verbund ähnlich wie Dachziegel auf einem Dach bilden.

Vorzugsweise ist die Isolation, welche dem Dachinnenraum zugewandt ist, angeklebt und insbesondere ist die Isolation in Form einer Platte aus Isoliermaterial ausgebildet. Somit lassen sich die Elemente nach der Erfindung insgesamt auch mittels einer Großserienfertigung kostengünstig herstellen und auch in der gewünschten Weise zusammensetzen. Bei dem erfindungsgemäßen Element handelt es sich um einen Art "Hybridenergie"-Ziegel, mit welchem auch schon vorhandene Dächer mit einem entsprechenden Dachaufbau ohne zusätzliche Abänderungen belegt werden können, so daß man ohne großen Aufwand auch bereits vorhandene Dachbeläge einfach und

-A-

kostengünstig unter Einsatz der erfindungsgemäßen Elemente zur Gewinnung von elektrischer Energie und Wärme aus Sonnenstrahlung umrüsten kann.

Wesentlich bei dem erfindungsgemäßen Element zur Gewinnung von elektrischer Energie und Wärme aus Sonnenstrahlung ist es, daß man über einen in eine Isolierverglasung eingelassenes Solarpanel großflächig die Sonnenenergie beispielsweise auf dem Dach eines Hauses einfangen kann, und mittels dieses Elements aus der Sonnenenergie elektrische Energie gewinnen kann. Zur Gewinnung von Wärme wird die sonnenenergieaufnehmende Flüssigkeit genutzt, welche in dem vom Grundkörper gebildeten Raum vorhanden ist. Durch die entsprechend vorgesehenen Isolierungen läßt sich zusätzlich noch ein wesentlich verbesserter Wirkungsgrad bei dieser Energiegewinnungsart erzielen. Insbesondere kann durch diese Auslegung und die Hybridauslegung erreicht werden, daß Haushalte eigenständig sowohl mit elektrischer Energie als auch mit Wärmeenergie aus ein und demselben System versorgt werden können.

Die Erfindung wird nachstehend an Hand einer bevorzugten Ausführungsform unter Bezugnahme auf die beigefügte Zeichnung näher erläutert. Darin zeigt:

Fig. 1 ein erfindungsgemäßes Element zur Gewinnung von elektrischer Energie und Wärme aus Sonnenstrahlung in einer Schnittansicht als Einzelteildarstellung;

Fig. 2 eine Schnittansicht einer Anordnung von zwei aneinanderliegenden Elementen, deren Verbindungen als Ausschnitt eines selbstsichernden Verbunds aus mehreren Elementen unter Zuordnung zu einer üblichen Dachkonstruktion dargestellt sind.

• ·

-5-

In den Figuren der Zeichnung sind gleiche oder ähnliche Teile mit denselben Bezugszeichen versehen.

Ein einzelnes Element zur Gewinnung von elektrischer Energie und Wärme aus Sonnenstrahlung ist in den Figuren der Zeichnung insgesamt mit 1 bezeichnet. Nach Figur 1 umfaßt ein solches Element 1, welches in Form eines Dachziegels ausgelegt ist, einen Grundkörper 2, welcher vorzugsweise aus Kunststoff hergestellt ist und insbesondere aus einem Kunststoffmaterial spritzgegossen ist. Dieser Grundkörper 2 hat an jedem Längsende eine hakenförmige Ausgestaltung 3, welche spiegelbildlich jeweils rechts und links zueinander ausgelegt sind. Der Grundkörper 2 umschließt einen Raum 4 zur Aufnahme einer sonnenenergieaufnehmenden Flüssigkeit 5, und gegebenenfalls kann der Grundkörper 2 auch Längsrippen 6 haben, wodurch der Raum 4 zur Aufnahme der sonnenenergieaufnehmenden Flüssigkeit in entsprechender Weise unterteilt wird.

Außenseitig, d.h. der Dachaußenseite zugewandt liegend, ist eine Isolierverglasung 7 vorgesehen, welche im Abstand von einer Außenscheibe 8 der Isolierverglasung 7 ein Solarpanel oder eine Solarplatte 9 umfaßt. Der Zwischenraum zwischen der Außenscheibe 8 und dem Solarpanel 9 ist wie bei Isolierverglasungen 7 üblich vorzugsweise zur Wärmeisolierung evakuiert. Die Längsrippen 6 des Grundkörpers 2 können zusätzlich zur abstützenden Auflage für die Anordnung der Isolierverglasung 7 dienen.

Innenseitig, d.h. dem Dachinnenraum zugewandt, ist eine weitere Isolation 10 vorgesehen, welche vorzugsweise in Form einer Platte aus Isoliermaterial ausgebildet ist und zweckmäßigerweise auf der entsprechenden Fläche des Grundkörpers 2 aufgeklebt ist. Ein solches einzelnes Element 1 gestattet die Aufnahme von Solarenergie über das Solarpanel zur Gewinnung von elektrischer Energie und ferner wird weiterhin Sonnenenergie von der Flüssigkeit im Raum 4 aufgenommen, wodurch diese Flüssigkeit 5 aufgewärmt wird und

-6-

daher zur Wärmegewinnung in geeigneter Weise genutzt werden kann. Da das Element 1 beidseitig isoliert ist, einerseits mittels der Isolierverglasung 7 und andererseits mittels der weiteren Isolation 10, gestattet diese Auslegung eine möglichst vollständige Nutzung der Wärmeenergie übertragen auf die Flüssigkeit 5 bei dem erfindungsgemäßen Elementaufbau. Hierdurch erhält man ein Element 1 zur Gewinnung von elektrischer Energie und Wärme aus Sonnenstrahlung mit äußerst hohem Wirkungsgrad und insbesondere gestattet ein solches Element 1 die Gewinnung von elektrischer Energie und Wärme im unmittelbaren Zusammenwirken integriert in ein und demselben Element 1.

Das Element 1 läßt sich insgesamt fertigungstechnisch auch unter Berücksichtigung einer Großserienfertigung kostengünstig herstellen und auch die Komponenten des Elements 1 lassen sich automatisiert montieren, so daß sich das Element 1 insgesamt gesehen auch auf wirtschaftliche Weise herstellen läßt.

Unter Bezugnahme auf Figur 2 wird eine formschlüssige und flüssigkeitsleitende Verbindung beispielsweise von zwei nebeneinanderliegenden einzelnen Elementen 1 verdeutlicht. Der Aufbau der jeweiligen Einzelelemente 1 stimmt mit dem voranstehend beschriebenen überein. Eine nähere Erläuterung derselben kann daher entfallen. Mit 11 ist in Figur 2 eine Dachsparre gezeigt, auf der die Elemente 1 nach der Erfindung als Tragkonstruktion verlegt werden.

Wie aus Figur 2 zu ersehen ist, übergreifen die hakenförmigen Ausgestaltungen 3 an den Enden des Elements 1 einander und bilden in ihrer Gesamtheit einen selbstsichernden Verbund als abdeckende Auflage auf den jeweiligen Dachsparren 11, von denen nur einer in Figur 2 schematisch angedeutet ist. Gemäß einer zweckmäßigen Ausgestaltungsform nach der Erfindung sind auch die flüssigkeitsleitenden Verbindungen von dem jeweiligen Raum 4 zur

i ■ s·. &diams;■■*

-7-

Aufnahme der sonnenenergieaufnehmenden Flüssigkeit 5 der einzelnen Elemente 1 in den Grundkörper 2 des Elements 1 integriert. Als flüssigkeitsleitende Verbindungen sind vorzugsweise Kanäle 12 und 13 an den jeweiligen Enden des Elements 1 ausgebildet. Nach Herstellung der formschlüssig übergreifenden Verbindung der jeweiligen hakenförmigen Ausgestaltungen 3 der Enden des Elements 1 stehen die Kanäle 12 und 13 beispielsweise von zwei benachbarten Elementen 1 in unmittelbarer kommunizierender Verbindung. An der Übergangsstelle der Kanäle 12 und 13 von dem einen zu dem anderen Element 1 ist vorzugsweise eine Dichtung, beispielsweise eine O-Ringdichtung 14, vorgesehen. Somit sind die Elemente 1 unter Bildung eines selbstsichernden Verbunds auch zugleich flüssigkeitsleitend über die Kanäle 12, 13 untereinander dicht schließend mittels beispielsweise einer O-Ringdichtung 14 verbunden. Somit läßt sich ohne großen Umbauaufwand und insbesondere ohne Schwierigkeiten ein bisher vorhandener Dachbelag mit Dachziegeln durch eine Anordnung von Elementen 1 nach der Erfindung ersetzen, um eine optimale Sonnenenergienutzung zu ermöglichen, und zwar sowohl für elektrische Energie als auch für Wärme, welche beide mit ein und demselben Element 1 aus Sonnenstrahlung gewonnen werden. Auch gestattet das erfindungsgemäße Element 1 eine einfache Montage und Verlegung, da alle funktionsnotwendigen Einzelheiten, insbesondere die flüssigkeitsleitenden Verbindungen 12, 13 in das jeweilige Element 1 integriert sind. Auch die O-Ringdichtung 14 an der Übergangsstelle bzw. der Schnittstelle zwischen zwei Elementen 1 läßt sich verliersicher in einem der Elemente 1 anordnen, so daß man eine montagefreundliche Auslegung beispielsweise für eine Solardachbelegung erhält.

Obgleich nicht näher dargestellt ist, sind unter entsprechender Zuordnung zu dem Solarpanel 9 elektrische Kontaktstifte vorgesehen, welche ebenfalls eine elektrisch leitende Verbindung der Elemente 1 der Anordnung untereinander gestatten. Somit kann man auch bei der elektrischen Energiegewinnung großflächig die einfallende Sonnenstrahlung nutzen.

-8-

Bei der Ziegelanordnung ist die Auslegung derart getroffen, daß am Ende und am Anfang der Ziegelanordnung für die Flüssigkeitsumwälzung eine Leitungsverbindung zu einer Pumpe und einem Wärmetauscher vorhanden ist. Vorzugsweise ist eine regelbare Umwälzgeschwindigkeit verwirklichbar. Hierzu können die Ziegel entsprechende Anschlußrohre wenigstens am Anfang und/oder Ende der Anordnung aufweisen. Die elektrische Komponente kann auch so ausgelegt sein, daß elektrische Energie empfangen werden kann. Somit kann diese Auslegung auch zum Satellitenempfang oder dergleichen genutzt werden.

Selbstverständlich ist die Erfindung nicht auf die voranstehend beschriebenen Einzelheiten der bevorzugten Ausführungsform beschränkt, sondern es sind zahlreiche Abänderungen und Modifikationen möglich, die der Fachmann im Bedarsfall treffen wird, ohne den Erfindungsgedanken zu verlassen. Dieser ist im wesentlichen darin zu sehen, daß man bei dem erfindungsgemäßen Element 1 sowohl elektrische Energie als auch Wärme aus Sonnenstrahlung integriert in ein und demselben Element 1 auf effektive Weise kostengünstig gewinnen kann.

Bezugszeichenliste

1	einzelnes Element
2	Grundkörper
3	hakenförmige Ausgestaltung
4	Raum für sonnenenergieaufnehmende
	Flüssigkeit
5	Flüssigkeit
6	Längsrippen
7	Isolierverglasung
8	Außenscheibe
9	Solarpanel
10	Isolation
11	Dachsparren
12, 13	Kanäle
14	O-Ringdichtung

Claims

1. Element zur Gewinnung von elektrischer Energie und Wärme aus Sonnenstrahlung, gekennzeichnet durch einen in Form eines Dachziegels ausgebildeten Grundkörper (2), welcher einen Raum (4) zur Aufnahme einer sonnenenergieaufnehmenden Flüssigkeit (5) umschließt und außenseitig eine ein Solarpanel (9) umfassende Isolierverglasung (7) hat.

2. Element nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß am Grundkörper (2) auf der der Isolierverglasung (7) gegenüberliegenden Seite eine weitere Isolation (10) vorgesehen ist.

3. Element nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Elemente (1) flüssigkeitsleitend miteinander verbunden sind.

4. Element nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die flüssigkeitsleitenden Verbindungen (12, 13) im Grundkörper (2) ausgebildet sind.

5. Element nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß zur flüssigkeitsleitenden Verbindung Kanäle (12, 13) im Grundkörper (2) ausgebildet sind.

6. Element nach einem der Ansprüche 3 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die flüssigkeitsleitenden Verbindungen (12, 13) an den Übergangsstellen zwischen zwei benachbarten Elementen (1) abgedichtet sind, vorzugsweise mittels eines O-Rings (14).

7. Element nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß Kontaktstifte zur elektrischen Energieweiterleitung am Element (1) vorgesehen sind.

8. Element nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die weitere Isolation (10) am Grundkörper (2) angeklebt und vorzugsweise in Form einer Platte aus Isoliermaterial ausgebildet ist.

9. Element nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Grundkörper (2) aus Kunststoff hergestellt, vorzugsweise gespritzt ist.

10. Element nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Element-Grundkörper (2) einen selbstsichernden Verbund bilden.