DE202011110117U1 - Concentrating evacuated photovoltaic glazing module - Google Patents
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Abstract
Photovoltaik-Verglasungsmodul, das enthält: eine erste und eine zweite transparente dünne Platte, zwischen denen sich ein evakuierter Hohlraum befindet; eine Anordnung von Stützpfosten, die zwischen der ersten und der zweiten transparenten dünnen Platte verlaufen; wobei die zweite dünne Platte eine erste Oberfläche, die dem evakuierten Hohlraum zugewandt ist, und eine zweite Oberfläche, die geformt ist, um eine linsenförmige Anordnung zu definieren, die eine Anordnung von Linsen enthält, wobei jede Linse ein Prisma enthält, das eine abgeschnittene Spitze aufweist, enthält; eine Anordnung von Photovoltaikzellen, die der zweiten dünnen Platte benachbart oder gegenüberliegend angeordnet ist, wobei wenigstens eine Photovoltaikzelle jeder der abgeschnittenen Spitzen der Linsen gegenüberliegend positioniert ist; wobei die linsenförmige Anordnung dafür ausgelegt ist, die einfallende Sonnenstrahlung auf den Photovoltaikzellen zu konzentrieren; und eine dritte dünne Platte, wobei die Photovoltaikzellen zwischen der dritten dünnen Platte und der zweiten dünnen Platte eingebettet sind.A photovoltaic glazing module comprising: first and second transparent thin plates sandwiched with an evacuated cavity; an array of support posts extending between the first and second transparent thin plates; the second thin plate having a first surface facing the evacuated cavity and a second surface shaped to define a lenticular array containing an array of lenses, each lens including a prism having a cut tip has; an array of photovoltaic cells adjacent or opposing the second thin plate, wherein at least one photovoltaic cell is positioned opposite each of the cut-off tips of the lenses; wherein the lenticular array is adapted to concentrate the incident solar radiation on the photovoltaic cells; and a third thin plate, wherein the photovoltaic cells are embedded between the third thin plate and the second thin plate.
Description
GEBIET DER ERFINDUNGFIELD OF THE INVENTION
Diese Erfindung bezieht sich auf konzentrierende evakuierte Photovoltaik-Verglasungsmodule, die dafür ausgelegt sind, eine signifikante Wärmeisolierung und eine optische Tageslichtsteuerung für ein Gebäude zu schaffen, während gleichzeitig Elektrizität durch Sonnenenergie erzeugt wird, um die Leistungsanforderungen des Gebäudes zu verringern und zu ergänzen, die in Kombination die Kohlenstoffdioxidbilanz des betreffenden Gebäudes signifikant verbessern.This invention relates to concentrating evacuated photovoltaic glazing modules designed to provide significant thermal insulation and daylight optical control for a building while at the same time generating electricity through solar energy to reduce and supplement the performance requirements of the building that is incorporated herein Combination significantly improve the carbon footprint of the building in question.
HINTERGRUND DER ERFINDUNGBACKGROUND OF THE INVENTION
Moderne (Gewerbe- und Wohn-) Gebäude besitzen große verglaste Flächen für eine verbesserte Ästhetik, einen verbesserten Komfort und ein verbessertes Wohlbefinden ihrer Bewohner. Eine Verglasung besitzt jedoch (im Vergleich zu herkömmlichen Wänden) schlechte Isolationseigenschaften, die bewirken, dass große Mengen von Wärme aus dem Gebäudeinneren zum Äußeren und umgekehrt übertragen werden. In Perioden kühlen Wetters entweicht Wärme über die Verglasung vom Inneren des Gebäudes zur äußeren Umgebung, während in Perioden warmen Wetters die Wärmeübertragung umgekehrt ist. In Gebäuden mit großen Verglasungsflächen sind die entweichenden oder eintretenden Wärmemengen signifikant. Um sowohl bei kühlem als auch bei warmem Wetter Wärmekomfort zu erreichen, ist eine Raumheizung bzw. -kühlung notwendig. Diese wird durch elektrizitäts-, gas- oder ölbetriebene Systeme bereitgestellt, was zu hohen Energiekosten und einer schlechten Kohlenstoffdioxidbilanz für das Gebäude führt. Große verglaste Flächen erlauben außerdem, dass direktes Sonnenlicht in das Gebäudeinnere eintritt. Es müssen passive und aktive Maßnahmen, wie z. B. Rollos oder automatische Rollladenmechanismen eingesetzt werden, um die Bewohner des Gebäudes vor einer signifikanten Blendung zu schützen. Um die Energiekosten und die Kohlenstoffdioxidemissionen von den Gebäuden zu verringern, ist es wichtig, dass die Wärmeübertragung über die Verglasung minimiert wird und kohlenstoffdioxidfreie erneuerbare Energiequellen, wie z. B. die Sonne, verwendet werden, um den Energiebedarf zu decken. Die Verglasung kann außerdem eine aktivere Rolle bei der optischen Tageslichtsteuerung des Gebäudeinneren spielen, wobei folglich die zugeordneten Abschattungskosten vermieden werden und die Bedingungen für die Bewohner verbessert werden.Modern (commercial and residential) buildings have large glazed areas for improved aesthetics, comfort and well-being of their residents. However, glazing (as compared to conventional walls) has poor insulation properties which cause large amounts of heat to be transferred from the building interior to the exterior and vice versa. In periods of cool weather, heat escapes through the glazing from the interior of the building to the outside environment, while in periods of warm weather heat transfer is reversed. In buildings with large glazing areas, the escaping or incoming heat amounts are significant. In order to achieve thermal comfort in both cool and warm weather, space heating or cooling is necessary. This is provided by electricity, gas or oil powered systems, resulting in high energy costs and a poor carbon footprint for the building. Large glazed areas also allow direct sunlight to enter the interior of the building. It must be passive and active measures, such. As blinds or automatic shutter mechanisms are used to protect the inhabitants of the building from significant glare. In order to reduce energy costs and carbon dioxide emissions from the buildings, it is important that heat transfer through the glazing be minimized and carbon dioxide-free renewable energy sources, such as renewable energy sources. As the sun, used to meet the energy needs. The glazing may also play a more active role in the daylight optical control of the building interior, thus avoiding the associated shadowing costs and improving residents' living conditions.
Es sind einige kommerzielle Formen halbdurchlässiger Photovoltaikmodule (PV-Module) verfügbar. Die Module sind normalerweise aus Dünnschicht-Zellen, monokristallinen Zellen oder transparenten PV-Zellen hergestellt, die zwischen zwei Schichten aus Glas 'eingebettet' sind und es sichtbarem Licht erlauben, durch die Räume zwischen den Zellen hindurchzugehen, während sie das ultraviolette Licht verwenden, um Energie zu erzeugen. Einige PV-Fenster verwenden zwei Glasplatten aus einem durchsichtigen oder getönten Glas, wobei die PV-Module an der Vorderseite der inneren Glasplatte des Fensters kleben und einige PV-Fenstermodule mit farbigen Abschattungssystemen ausgerüstet sind. Ein patentiertes PV-Fenstermodul enthält eine parallele Anordnung aus Streifen von PV-Zellen, die in Schlitze eingesetzt sind, die in dem transparenten Modul ausgebildet sind, wobei die Streifen innerhalb der Schlitze mit einem durchsichtigen Vergussmaterial eingekapselt sind. Ein transparentes PV-Glasfenstersystem, das von Rainbow Solar Inc. (RSi) hergestellt wird, ist aus einer mehrschichtigen PV- und Wärmeisolationstechnik mit einer Elektrizitätserzeugungskapazität von 80–250 W hergestellt. Ein in Schweden entwickeltes halbdurchlässiges SOLAR ROOF WINDOW verwendet Zellen aus kristallinen Silicium, die auf 4-mm-Glas laminiert sind.There are some commercial forms of semipermeable photovoltaic (PV) modules available. The modules are usually made of thin-film cells, monocrystalline cells or transparent PV cells that are 'sandwiched' between two layers of glass, allowing visible light to pass through the spaces between the cells while using the ultraviolet light To generate energy. Some PV windows use two glass plates made of clear or tinted glass, with the PV modules sticking to the front of the glass's inner glass panel and some PV window modules equipped with colored shading systems. A patented PV window module includes a parallel array of strips of PV cells inserted into slots formed in the transparent module, the strips being encased within the slots with a clear potting material. A transparent PV glass window system, manufactured by Rainbow Solar Inc. (RSi), is made from a multilayer PV and thermal insulation technology with an electricity generating capacity of 80-250W. Swedish developed semipermeable SOLO ROOF WINDOW uses crystalline silicon cells laminated on 4 mm glass.
Als Gebäude fassadenkomponenten verwendete PV-Doppelverglasungsprodukte erzeugen Elektrizität, wobei sie dadurch die Gebäudeenergiekosten verringern und die Kohlenstoffdioxidbilanz verbessern. Sie sind jedoch aufgrund der hohen PV-Materialkosten teuer, schaffen nur eine durchschnittliche Wärmeisolierung für das Gebäude und sind schwer und voluminös.PV double glazing products used as building façade components generate electricity, thereby reducing building energy costs and improving the carbon footprint. However, they are expensive due to the high PV material cost, provide only average thermal insulation for the building, and are heavy and bulky.
Die hohen PV-Materialkosten bedeuten, dass der Preis pro erzeugte Elektrizitätseinheit im Vergleich zu der durch fossile Brennstoffe erzeugten Elektrizität teuer ist. Die Wärmeisolierung in herkömmlichen doppeltverglasten Einheiten wird durch einen Luftspalt zwischen den zwei Glasplatten erreicht. Dies verbessert die Isolierung im Vergleich zu einfachverglasten Einheiten. Die in dem Spalt vorhandene Luft erlaubt jedoch, dass zwischen den inneren und äußeren Glasplatten die Wärmeübertragung durch Leitung und Konvektion stattfindet, was in Gebäuden mit großen verglasten Flächen einen signifikanten Wärmeverlust und einen signifikanten Wärmegewinn bei kühlem bzw. warmem Wetter verursacht. Es sind signifikante Mengen durch fossile Brennstoffe erzeugter Elektrizität und/oder signifikante Mengen Öl erforderlich, um den Bedarf an Raumheizung und -kühlung zu decken, wobei die Kohlenstoffdioxidbilanz des Gebäudes schlecht ist. Herkömmliche Doppelverglasungseinheiten sind außerdem aufgrund der Dicke der Glasplatten und des beträchtlichen Spalts zwischen ihnen, der erforderlich ist, um eine gute Isolierung zu erreichen, schwer und voluminös.The high PV material costs mean that the price per unit of electricity produced is expensive compared to the electricity generated by fossil fuels. The thermal insulation in conventional double-glazed units is achieved by an air gap between the two glass plates. This improves insulation compared to single glazed units. However, the air present in the gap allows heat transfer by conduction and convection to occur between the inner and outer glass plates, causing significant heat loss and significant heat gain in cool and warm weather in buildings with large glazed areas. Significant amounts of electricity generated by fossil fuels and / or significant amounts of oil are required to meet the need for space heating and cooling, with the carbon dioxide balance of the building being poor. Conventional double glazing units are also heavy and bulky due to the thickness of the glass plates and the substantial gap between them required to achieve good insulation.
Es ist deshalb erwünscht, ein verbessertes Verglasungsmodul zu schaffen.It is therefore desirable to provide an improved glazing module.
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG SUMMARY OF THE INVENTION
Gemäß der vorliegenden Erfindung wird ein Photovoltaik-Verglasungsmodul geschaffen, das eine erste und eine zweite transparente dünne Platte, zwischen denen sich ein evakuierter Hohlraum befindet; eine Anordnung von Stützpfosten, die zwischen dem Paar von dünnen Platten verlaufen; eine Anordnung von Photovoltaikzellen, die der zweiten dünnen Platte benachbart oder gegenüberliegend ist; und Mittel zum Konzentrieren der Sonnenstrahlung auf die Photovoltaikzellen enthält.According to the present invention, there is provided a photovoltaic glazing module comprising first and second transparent thin plates sandwiched with an evacuated cavity; an array of support posts extending between the pair of thin plates; an array of photovoltaic cells adjacent or opposite the second thin plate; and means for concentrating solar radiation on the photovoltaic cells.
Vorzugsweise enthalten die Konzentrationsmittel mehrere Linsen.Preferably, the concentration means contain a plurality of lenses.
Vorzugsweise enthalten die Konzentrationsmittel eine linsenförmige Anordnung, die dafür ausgelegt ist, die einfallende Sonnenstrahlung auf die Photovoltaikzellen zu konzentrieren.Preferably, the concentration means includes a lenticular array adapted to concentrate the incident solar radiation onto the photovoltaic cells.
Vorzugsweise definiert die zweite dünne Platte, der benachbart oder gegenüberliegend sich die Anordnung der Photovoltaikzellen befindet, die mehreren Linsen.Preferably, the second thin plate, which is adjacent or opposite the array of photovoltaic cells, defines the plurality of lenses.
Vorzugsweise enthält das Verglasungsmodul eine dritte dünne Platte, wobei die Photovoltaikzellen zwischen der dritten dünnen Platte und der zweiten dünnen Platte eingebettet sind.Preferably, the glazing module includes a third thin plate, wherein the photovoltaic cells are embedded between the third thin plate and the second thin plate.
Vorzugsweise ist die dritte dünne Platte transparent.Preferably, the third thin plate is transparent.
Vorzugsweise enthalten die transparenten dünnen Platten Glas.Preferably, the transparent thin plates contain glass.
Vorzugsweise enthält die zweite dünne Platte eine erste Oberfläche, die dem evakuierten Hohlraum zugewandt ist, und eine zweite Oberfläche, die geformt ist, um die linsenförmige Anordnung zu definieren.Preferably, the second thin plate includes a first surface facing the evacuated cavity and a second surface shaped to define the lenticular array.
Vorzugsweise definiert die zweite Oberfläche eine Anordnung von Linsen, wobei jeder von diesen gegenüberliegend wenigstens eine Photovoltaikzelle positioniert ist.Preferably, the second surface defines an array of lenses, each of which is positioned opposite at least one photovoltaic cell.
Vorzugsweise enthält jede Linse ein Prisma, das eine abgeschnittene Spitze hat, der gegenüberliegend wenigstens eine Photovoltaikzelle positioniert ist.Preferably, each lens includes a prism having a truncated tip positioned opposite at least one photovoltaic cell.
Vorzugsweise sind die Photovoltaikzellen mit transparentem Klebstoff an der zweiten dünnen Platte befestigt.Preferably, the photovoltaic cells are attached to the second thin plate with transparent adhesive.
Vorzugsweise enthält das Verglasungsmodul eine vakuumdichte Dichtung, die über den Rändern der ersten und der zweiten dünnen Platte vorgesehen ist.Preferably, the glazing module includes a vacuum-tight seal provided over the edges of the first and second thin plates.
Vorzugsweise enthalten die Stützpfosten rostfreien Stahl, Keramik und/oder Glas.Preferably, the support posts include stainless steel, ceramic and / or glass.
Vorzugsweise enthält das Verglasungsmodul eine Beschichtung mit niedrigem Emissionsvermögen, die auf einer oder beiden Oberflächen vorgesehen ist, die den evakuierten Hohlraum definieren.Preferably, the glazing module includes a low emissivity coating provided on one or both surfaces defining the evacuated cavity.
Vorzugsweise enthält das Verglasungsmodul eine Antireflexionsbeschichtung, die auf wenigstens einem Teil der zweiten dünnen Platte vorgesehen ist.Preferably, the glazing module includes an antireflection coating provided on at least a portion of the second thin plate.
KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGENBRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS
Nun werden verschiedene Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung lediglich beispielhaft unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben, worin:Various embodiments of the present invention will now be described, by way of example only, with reference to the accompanying drawings, in which:
AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMDETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENT
Nun wird unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen ein Photovoltaik-Verglasungsmodul (PV-Verglasungsmodul), das im Allgemeinen als
Das Verglasungsmodul
Die erste dünne Platte
Um den Umfang des Verglasungsmoduls
Nun wird insbesondere auf die
In der veranschaulichten Ausführungsform ist jede der Linsen
Die dritte dünne Platte
Das Verglasungsmodul
Das Verglasungsmodul
Die Linsen
Die Erfindung ist nicht auf hier beschriebene Ausführungsform eingeschränkt, sondern sie kann geändert oder modifiziert werden, ohne vom Umfang der vorliegenden Erfindung abzuweichen.The invention is not limited to the embodiment described herein, but may be changed or modified without departing from the scope of the present invention.
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