DE202008008923U1

DE202008008923U1 - Energiekollektorsystem

Info

Publication number: DE202008008923U1
Application number: DE202008008923U
Authority: DE
Original assignee: Emstalhaus & Co Vertriebs GmbH; Emstalhaus and Co Vertriebs KG GmbH; Moltner Friedrich A
Current assignee: MOELTNER, FRIEDRICH A., DE
Priority date: 2007-12-08
Filing date: 2008-07-03
Publication date: 2008-12-04
Anticipated expiration: 2018-07-04

Abstract

Energiekollektorsystem zur Nutzung von Umweltenergie an umweltexponierten Flächen oder Räumen, gekennzeichnet durch wenigstens ein Solarmodul (3, 19) zur Umwandlung von Lichtstrahlung in elektrische Energie sowie durch wenigstens ein mit dem Solarmodul (3, 19) thermisch gekoppeltes Absorbermodul (4, 18, 23) zur Aufnahme von Wärme und Wärmeenergie.

Description

Die Neuerung bezieht sich auf ein Energiekollektorsystem gemäß Oberbegriff Schutzanspruch 1.
Aufgabe der Neuerung ist es ein Energiekollektorsystem aufzuzeigen, welches eine optimale Nutzung von Umweltenergie in Form von Licht- und Wärmeenergie ermöglicht, und zwar auch unter optimaler Nutzung von umweltexponierten Flächen und Räumen.
Zur Lösung dieser Aufgabe ist ein Energiekollektorsystem entsprechend dem Schutzanspruch 1 ausgebildet.
Weiterbildungen, Vorteile und Anwendungsmöglichkeiten der Neuerung ergeben sich auch aus der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen und aus den Figuren. Dabei sind alle beschriebenen und/oder bildlich dargestellten Merkmale für sich oder in beliebiger Kombination grundsätzlich Gegenstand der Neuerung, unabhängig von ihrer Zusammenfassung in den Ansprüchen oder deren Rückbeziehung. Auch wird der Inhalt der Ansprüche zu einem Bestandteil der Beschreibung gemacht.
Die Neuerung wird im Folgenden anhand der Figuren an Ausführungsbeispielen näher erläutert. Es zeigen:
1–4 jeweils in sehr vereinfachter Funktionsdarstellung ein Energiekollektorsystem gemäß der Neuerung n einer Ausbildung als Fassadenelement;
5 und 6 ein Energiekollektorsystem gemäß der Neuerung in Form einer Gebäudedacheindeckung.
In der Figur ist 1 ein Energiekollektorsystem, d. h. ein System, welches eine Nutzung sowohl der Lichtenergie, als auch der Wärmeenergie aus der Umgebung ermöglicht. Das Energiekollektorsystem 1 ist bei der dargestellten Ausführungsform als Fassadenelement an der Außenfläche eines Gebäudes 2 vorgesehen und besteht im Wesentlichen aus wenigstens einem Solarmodul 3 zur Umwandlung von Lichtstrahlung in elektrische Energie sowie aus wenigstens einem Absorbermodul 4 zur Aufnahme von Wärmeenergie aus der Umgebung bzw. aus einer auf das Energiekollektorsystem 1 auftreffenden Licht- und Wärmestrahlung, die in der 1 mit den Pfeilen 5 schematisch dargestellt ist.
Bei dem Kollektorsystem 1 bildet das Solarmodul 4 die Außenseite dieses Systems. Das Absorbermodul 4 ist über einen Luftspalt 6 beabstandet von dem Solarmodul 3 zwischen diesem und der Gebäudeaußenseite vorgesehen. Zur Befestigung des Kollektorsystems 1 bzw. des Solarmoduls 3 und des Absorbermoduls 4 sowie zur Beabstandung der Module 3 und 4 voneinander und auch zur Beabstandung des Absorbermoduls 4 von der Gebäudeaußenseite (Luftspalt 7) dienen geeignete Befestigungs- oder Montageelemente 8.
Das Solarmodul 3 ist so ausgebildet, dass es für die Wärmestrahlung zumindest weitestgehend durchlässig ist, d. h. ein Wärmetransport durch das Solarmodul 3 an das Absorbermodul möglich ist. Das Solarmodul 3 ist mit einer Einrichtung 9 zum Auskoppeln der elektrischen Energie und das Absorbermodul 4 mit einer Einrichtung 10 zum Auskoppeln der Wärmeenergie bzw. zum Einspeisen der Wärmeenergie in ein diese Energie nutzendes und/oder speicherndes System verbunden, beispielsweise in ein hausinternes System zur Heizung und/oder zur Aufbereitung von warmer Brauchwasser.
Das Solarmodul 3 enthält wenigstens eine Solarzelle, beispielsweise wenigstens eine Dünnschichtsolarzelle. Das Absorbermodul enthält z. B. wenigstens einen von einem flüssigen und/oder verdampfbaren Wärme transportierendem Medium durchströmbaren Wärmetauscher oder einen Verdampfer z. B. einer Wärmepumpe.
Die 2 zeigt als weitere Ausführungsform ein Energiekollektorsystem 1a, welches sich von dem Energiekollektorsystem 1 lediglich dadurch unterscheidet, dass das Absorberelement 4 insbesondere auch thermisch direkt mit dem Solarmodul 3 gekoppelt ist.
Die 3 zeigt als weitere Ausführungsform ein Energiekollektorsystem 1b, welches sich von dem Energiekollektorsystem 1 im Wesentlichen nur dadurch unterscheidet, dass der Luftspalt 6 mit wenigstens einem Wärmekoppelelement 11 überbrückt, d. h. das innen liegende Absorberelement 4 über dieses wenigstens eine Wärmekoppelelement 11, welches im einfachsten Fall ein passives Element aus einem Wärme transportierenden Material ist, thermisch mit dem außen liegenden Solarmodul 3 verbunden ist.
Die 4 zeigt als weitere Ausführungsform ein Energiekollektorsystem 1c, welches sich von dem System 1b lediglich dadurch unterscheidet, dass die thermische Verbindung oder Kopplung zwischen dem außen liegenden Solarmodul 3 und dem innen liegenden Absorbermodul 4 nicht über wenigstens ein Wärmekoppelelement 11, sondern dadurch hergestellt ist, dass das Solarmodul und das Absorbermodul 4 flächig über eine Wärme leitende Verklebung oder Laminatverbundschicht 12 miteinander verbunden sind.
Die 5 zeigt als weitere Ausführungsform ein außen an einem Gebäudedach 13 ausgebildetes Energie-Kollektorsystem 1d. Von dem Gebäudedach 13 sind dargestellt der Dachsparren 14 mit Konterlatte 14.1, die sich quer zu den Dachsparren 14 erstreckenden Dachlatten 15 und die eigentliche, von Dacheindeckelementen 16, z. B. von Dachziegeln, Dachsteinen oder Dachplatten (z. B. Tondachziegeln oder Betondachsteinen) gebildete Dacheindeckung. Auf der Außenfläche des Gebäudedachs 13 sind mehrere Einheiten oder Elemente 17 des Energiekollektorsystems 1d gebildet, und zwar jeweils bestehend aus wenigstens einem innen liegenden, d. h. einem Dacheindeckelement 16 benachbarten Absorbermodul 18 und aus wenigstens einem außen liegenden Solarmodul 19, welches thermisch mit der dem Dacheindeckelement 16 abgewandten Seite des Absorbermoduls 18 verbunden ist.
Das Absorbermodul 18 enthält wenigstens einen von dem flüssigen und/oder verdampfbaren Wärme transportierenden Medium durchströmbaren Wärmeaustauscher. Das Solarmodul 19 besteht aus wenigstens einer, bevorzugt aber aus mehreren Solarzellen, vorzugsweise Dünnschichtsolarzellen. Über Strömungsverbindungen und elektrische Verbindungen sind die einzelnen Module 18 und 19 miteinander sowie mit gebäudeseitigen Einrichtungen zum Auskoppeln der elektrischen Energie und der Wärmeenergie verbunden. Diese Verbindungen sind in der 5 schematisch mit den unterbrochenen Linien 20 angedeutet.
Das jeweilige Solarmodul 19 bzw. dessen Solarzellen sind in geeigneter Weise, beispielsweise unter Verwendung eines geeigneten Wärme leitenden Klebers mit dem jeweiligen plattenförmigen Absorber 18 verbunden. Letzterer ist bevorzugt auf die Außenfläche jeweils eines Dacheindeckelementes 16 aufgebracht oder mit diesem verbunden, sodass das Dacheindeckelement 16 Bestandteil der jeweiligen Einheit 17 ist, wodurch u. a. die Fertigung und Montage des Energiekollektorsystems 1d wesentlich vereinfacht werden.
Die 6 zeigt als weitere Ausführungsform ein auf einem Gebäudedach ausgebildetes Energiekollektorsystem 1e, welches sich von dem Kollektorsystem 1d dadurch unterscheidet, dass die Dacheindeckung zumindest teilweise von Dacheindeckelementen 21, z. B. von Dachziegeln oder Dachsteinen oder Dachplatten gebildet ist, die an ihrer Innenseite mit jeweils wenigstens einem Wärmetauscher oder Verdampfer 22 für das flüssige oder verdampfbare Wärme transportierende Medium versehen sind und die somit zusammen mit dem Wärmetauscher 22 jeweils ein Absorbermodul 23 bilden. Auf der dem Wärmetauscher 22 abgewandten Außenfläche des Dacheindeckelementes 21 ist das wiederum von wenigstens einer oder mehreren Dünnschichtsolarzellen gebildete Solarmodul 19 in geeigneter Weise befestigt, beispielsweise durch Verkleben mit einem Wärme leitenden Kleber. Mehrere derartige, aus dem Absorbermodul 23 und dem Solarmodul 19 bestehende Einheiten 24 sind thermisch und elektrisch zu dem Energiekollektorsystem 1e zusammengefasst.
Die Neuerung wurde voranstehend an Ausführungsbeispielen beschrieben. Es versteht sich, dass Änderungen sowie Abwandlungen möglich sind, ohne dass dadurch der der Neuerung zugrund liegende Erfindungsgedanke verlassen wird. Alle Ausführungsformen der Neuerung ermöglichen aber eine optimale Nutzung von Umgebungsenergie, wie z. B. Wärmestrahlung, Latentwärme, Diffusionswärmestrahlung und von Licht- und Diffusionslichtstrahlung usw., und zwar bei geringem Raum- und Flächenbedarf insbesondere auch von umweltexponierten Flächen und Räumen.
Die Neuerung ermöglicht es weiterhin, energetische Strahlungen in einer synergetisch maximierten und auf Wirtschaftlichkeit hin optimierten Weise in Systeme zur Speicherung, Umwandlung und/oder Weiterverwendung einzubringen, z. B. in Heizsysteme oder in Systeme zur Aufbereitung von Brauchwasser. Die von dem jeweiligen Energiekollektor eingenommene Fläche, die beispielsweise eine Dachfläche, eine Fassadenfläche oder aber eine Freilandfläche ist, wird dabei vielfach genutzt, und zwar zum einen zum Umwandeln der Lichtstrahlung in elektrische Energie und zum anderen zum Absorbieren von Wärme und Wärmestrahlung aus der Umgebung, insbesondere auch der in der Sonnenstrahlung enthaltenen Wärmestrahlung sowie anderer Wärmestrahlung, wie Diffusionswärmestrahlung usw.
Bei dem neuerungsgemäßen Energiekollektorsystem können weiterhin die thermoenergetischen Verhältnisse durch Anordnung so beeinflusst werden, dass die Wirtschaftlichkeit der optischen Kollektoren, d. h. der Solarmodule wesentlich verbessert wird. So bietet die neuerungsgemäße Ausbildung insbesondere die Möglichkeit, die Leistungsparameter bzw. den Wirkungsgrad der Solarmodule zu verbessern, und zwar durch Kontrolle von temperaturabhängigen Parametern, und zwar durch Kühlung, beispielsweise auch durch direkte Kühlung der Solarmodule oder deren fotoaktiven Schichten sowie durch zweckmäßiger Ableitung von Stauwärme. Speziell durch eine passive oder eine aktive Kühlung und/oder Temperaturregelung der Solarmodule bzw. der fotoaktiven Schichten dieser Module lassen sich optimale Betriebsparameter erreichen.

1, 1a–1e: Energiekollektorsystem
2: Gebäude
3: Solarmodul
4: Absorbermodul
5: Licht- und Wärmestrahlung
6, 7: Luftspalt
8: Montageelement
9: Einrichtung zum Auskoppeln der elektrischen Energie
10: Einrichtung zum Auskoppeln der Wärmeenergie
11: Wärmekoppelelement
12: Verklebung
13: Gebäudedach
14: Dachsparren
14.1: Konterlatte
15: Dachlatte
16: Dacheindeckelement, beispielsweise Dachziegel, Dachstein oder Dachplatte
17: Einheit
18: Absorbermodul
19: Solarmodul
20: Verbindung
21: Dachendeckelement
22: Wärmetauscher
23: Absorbermodul
24: Einheit

Claims

Energiekollektorsystem zur Nutzung von Umweltenergie an umweltexponierten Flächen oder Räumen, gekennzeichnet durch wenigstens ein Solarmodul (3, 19) zur Umwandlung von Lichtstrahlung in elektrische Energie sowie durch wenigstens ein mit dem Solarmodul (3, 19) thermisch gekoppeltes Absorbermodul (4, 18, 23) zur Aufnahme von Wärme und Wärmeenergie.
Energiekollektorsystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das wenigstens eine Solarmodul (3, 19) von wenigstens einer Solarzelle, beispielsweise von wenigstens einer Dünnschichtsolarzelle gebildet ist.
Energiekollektorsystem nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das wenigstens eine Absorbermodul (4, 18, 23) wenigstens einen Wärmetauscher (22) oder Verdampfer für ein Wärme transportierendes Medium aufweist.
Energiekollektorsystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das wenigstens eine Solarmodul (3, 19) mit dem wenigstens einen Absorbermodul (4, 18, 23) über einen von einem dampf- und/oder gasförmigen Medium, beispielsweise von Luft ausgefüllten Spalt (6) gekoppelt ist.
Energiekollektorsystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das wenigstens eine Solarmodul (3, 19) mit dem wenigstens einen Absorbermodul (4, 18, 23) über wenigstens eine thermisch leitende Verbindung gekoppelt ist.
Energiekollektorsystem nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass das wenigstens eine Solarmodul (3, 19) mit dem wenigstens einen Absorbermodul (4, 18, 23) über mindestens ein Wärmekoppelelement (11) gekoppelt ist.
Energiekollektorsystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das wenigstens eine Absorberelement (4, 18, 23) mit dem wenigstens einen Solarmodul (3) über eine Verklebung oder Laminierung vorzugsweise unter Verwendung eines thermisch leitenden Klebers verbunden ist.
Energiekollektorsystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch seine Ausbildung an einer Gebäudeaußenfläche, beispielsweise an einer Gebäudefassade und/oder an einem Gebäudedach (13).
Energiekollektorsystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die wenigstens eine Solarzelle, bevorzugt die wenigstens eine Dünnschichtsolarzelle des wenigstens einen Solarmoduls (3, 19) direkt auf dem wenigstens einem Absorbermodul (4, 18) oder auf einem Element oder Absorber (21) des Absorbermoduls (23) befestigt ist.
Energiekollektorsystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das wenigstens eine Absorbermodul (18) zusammen mit wenigstens einem Solarmodul (19) an einem Dacheindeckelement (16), beispielsweise an einem Dachziegel, an einem Dachstein oder an einer Dachplatte vorgesehen sind.
Energiekollektorsystem nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass das wenigstens eine Absorbermodul (18) mit dem Dacheindeckelement (16) und das wenigstens eine Solarmodul (19) mit dem Absorbermodul (18) jeweils durch Verkleben verbunden sind.
Energiekollektorsystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Absorbermodul (23) von einem an seiner Innenseite mit wenigstens einem Wärmetauscher (22) versehenen Dacheindeckelement (21) gebildet ist, und dass auf der Außenseite des Dacheindeckelementes das wenigstens eine Solarmodul (19) und/oder die wenigstens eine Solarzelle oder Dünnschichtsolarzelle des Solarmoduls aufgebracht ist, beispielsweise durch Verkleben.
Energiekollektorsystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass es aus mehreren, jeweils wenigstens ein Solarmodul (3, 19) und wenigstens ein Absorbermodul (4, 18, 23) aufweisenden Elementen oder Einheiten (17, 24) besteht.