DE202016003756U1 - Photovoltaic module with heat exchanger for solar radiation and air-heat - Google Patents
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Abstract
Kombiniertes Photovoltaik-Thermie-Modul (1), bestehend aus einem Photovoltaikmodul (2), das auf der der Sonne abgewandten Seite mit einer Wärmeübertragerstruktur versehen ist, die von einem flüssigen oder gasförmigen Wärmeträgermedium durchströmt wird, dadurch gekennzeichnet, dass die Wärmeübertragerstruktur (5) zu einem Teil in wärmeleitendem Kontakt mit dem Photovoltaikmodul steht, und zu einem anderen Teil ohne direkten Kontakt mit dem Photovoltaikmodul als Wärmeübertrager zwischen Luft und Wärmeträgermedium durch die Umgebungsluft verläuft.Combined photovoltaic thermal module (1), consisting of a photovoltaic module (2), which is provided on the side facing away from the sun with a heat transfer structure, which is flowed through by a liquid or gaseous heat transfer medium, characterized in that the heat transfer structure (5) is in part in thermally conductive contact with the photovoltaic module, and passes to another part without direct contact with the photovoltaic module as a heat exchanger between the air and the heat transfer medium through the ambient air.
Description
Die Erfindung betrifft kombinierte Photovoltaik-Thermie-Module („PVT-Module”) zur kombinierten solaren Strom- und Wärmeerzeugung, insbesondere zur Bereitstellung von Niedertemperaturwärme für Wärmepumpen z. B. zur Erzeugung von Warmwasser und Heizwärme und zur Gebäudekühlung.The invention relates to combined photovoltaic thermal modules ("PVT modules") for combined solar power and heat generation, in particular for the provision of low-temperature heat for heat pumps z. B. for the production of hot water and heating and cooling the building.
Am Markt ist eine Vielzahl von PVT-Modulen bekannt, siehe z. B. [
Eine andere Anwendung von PVT-Modulen ist die Kombination mit einem Niedertemperaturspeicher oder der Niedertemperatur-Wärmequelle einer Wärmepumpe: hier werden keine gegenüber der Umgebung erhöhten Temperaturen benötigt, so dass die Module nicht isoliert sein müssen. PVT-Module werden in dieser Kombination z. B. genutzt, um Erdsonden von Wärmepumpen im Sommer zu „regenerieren”. Es ist auch die direkte Kombination von PVT-Modulen mit Wärmepumpen – ohne Erdsonden – bekannt:
Für den Aufbau von PVT-Modulen ohne rückseitige Dämmung sind folgende Anordnungen bekannt:
- – Ein Absorberblech aus Aluminium oder Kupfer ist mit einem aufgeschweißten Rohrregister versehen. Das Absorberblech ist auf der Rückseite eines PV-Moduls auflaminiert, siehe z. B.
www.solimpeks.com/wp-content/uploads/2012/06/pvt_presentation_en.pdf - – Ein Aluminium-Strangpressprofil mit integrierten Kanälen für das Wärmeträgermedium ist auf der Rückseite des PV-Moduls auflaminiert., siehe z. B.
www.triplesolar.com - – Auf der Rückseite des PV-Moduls ist ein vom Wärmeträger durchströmtes, aus zwei miteinander verbundenen Blechen erzeugtes Absorberkissen auflaminiert, siehe z. B.
https://dualsun.fr/en/product/2-in-1-solar http://www.sunergsolar.com/allegati_prod_dw/Data%20sheet%20TESP%20XP60-156%20l+%20rev.15%2002_03_AP.pdf - – Auf der Rückseite des PV-Moduls ist ein tiefgezogenes Aluminiumblech mit einem entsprechend geformtem Kanal für ein Aluminiumrohr für das Wärmeträgermedium angebracht. Der gute Kontakt zum PV-Modul wird durch Unterdruck, der auch im Betrieb aufrecht gehalten werden muss, erreicht [
Produktinfo der Meyer Burger AG, CH-3645 Gwatt: Hybrid, Stand 08-2014 - – Auf der Rückseite des PV-Moduls ist ein Kunststoff-Wärmetauscher – z. B. Kapillarröhrchen – entweder aufgeklebt oder mechanisch durch die rückseitige Wärmedämmung aufgepresst.
- – Zur Erwärmung von Luft sind verschiedene Systeme bekannt, bei denen Luft mit einem Ventilator auf der Rückseite der Module vorbei geblasen wird, siehe z. B.
www.systovi.com/wp-content/uploads/2015/07/brochure_r-volt_ENG.pdf
- - An absorber sheet made of aluminum or copper is provided with a welded-on pipe register. The absorber sheet is laminated on the back of a PV module, see eg. B.
www.solimpeks.com/wp-content/uploads/2012/06/pvt_presentation_en.pdf - - An extruded aluminum profile with integrated channels for the heat transfer medium is laminated on the back of the PV module., See eg. B.
www.triplesolar.com - - On the back of the PV module, a heat exchanger flows through, produced from two interconnected sheets absorber pad is laminated, see, for. B.
https://dualsun.fr/en/product/2-in-1-solar http://www.sunergsolar.com/allegati_prod_dw/Data%20sheet%20TESP%20XP60-156%20l+%20rev.15%2002_03_AP.pdf - - On the back of the PV module is a deep-drawn aluminum sheet with a correspondingly shaped channel for an aluminum tube for the heat transfer medium attached. The good contact with the PV module is achieved by negative pressure, which also has to be maintained during operation [
Product information of Meyer Burger AG, CH-3645 Gwatt: Hybrid, Stand 08-2014 - - On the back of the PV module is a plastic heat exchanger - z. B. capillary tube - either glued or pressed mechanically through the rear thermal insulation.
- - For air heating various systems are known in which air is blown with a fan on the back of the modules over, see, for. B.
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Aufgabenstellung dieser Erfindung ist, ein PVT-Modul zu ermöglichen, das einen hohen Wärmedurchgangskoeffizienten zur Luft aufweist und dabei kostengünstig in Herstellung und Montage sowie sicher und langlebig im Betrieb ist. Weiterhin soll die Möglichkeit gegeben sein, den Wärmeübergang des Wärmeträgermediums zur Luft zu schalten: Ist z. B. das Wärmeträgermedium kälter als die Umgebungstemperatur, dann soll der Wärmeübergang zur Luft groß sein. Haben das Medium und das PVT-Modul eine höhere Temperatur als die Umgebungsluft, dann soll es möglich sein, den Wärmeübergang zur Luft zu reduzieren. Dabei soll das System – von hydraulischen Komponenten abgesehen – passiv, d. h., z. B. ohne Ventilator zur Verbesserung des Wärmeübergangs zur Luft betrieben werden.Object of this invention is to enable a PVT module, which has a high heat transfer coefficient to the air and is inexpensive to manufacture and assembly and safe and durable in operation. Furthermore, the possibility should be given to switch the heat transfer of the heat transfer medium to the air: z. B. the heat transfer medium colder than the ambient temperature, then the heat transfer to the air should be large. If the medium and the PVT module have a higher temperature than the ambient air, then it should be possible to reduce the heat transfer to the air. The system should - apart from hydraulic components - passively, ie, z. B. be operated without fan to improve the heat transfer to the air.
Die oben beschriebenen bekannten Aufbauformen von PVT-Modulen entsprechen diesen Anforderungen nicht. Um einen erhöhten Wärmeübergangskoeffizienten zur Luft zu erreichen – ohne aktive Maßnahme für erzwungene Konvektion – ist eine vergrößerte Oberfläche zur Luft nötig. Dies wird bei der Bauart mit extrudiertem Aluminiumprofil auf der Rückseite (
Allerdings ist dieses Modul relativ teuer in der Herstellung, da die Verbindung der Kanalstruktur mit Sammlerrohren entweder durch Steckverbinder (mit Risiko der Leckage u. a. durch Montagefehler) oder durch eine Schweißverbindung nötig ist.However, this module is relatively expensive to manufacture, since the connection of the channel structure with header pipes either by connectors (with the risk of leakage, inter alia, by assembly errors) or by a welded joint is necessary.
Außerdem schränken Aluminiumbauteile im Wärmeträgerkreis die Anwendung ein: Üblich in der Heizungs- und Solartechnik ist die Verwendung von Kupferkomponenten. Falls bei der Verarbeitung dieser Komponenten Kupferspäne in den Flüssigkeitskreislauf geraten und bis zu dem Aluminium-Wärmetauscher des PVT-Moduls gespült werden, kann dort Korrosion ausgelöst werden.In addition, aluminum components in the heat transfer medium circuit limit the application: The use of copper components is common in heating and solar technology. If copper chips fall into the liquid circuit during processing of these components and are flushed to the aluminum heat exchanger of the PVT module, corrosion can be triggered there.
Werden statt Aluminium-Kupferbleche mit aufgeschweißter Kupferverrohrung als Wärmeübertragerstruktur verwendet, besteht der Nachteil in den hohen Kosten.If aluminum-copper sheets with welded-on copper piping are used instead of the heat exchanger structure, the disadvantage is the high costs.
Ein weiteres Problem von PVT-Modulen ist die unterschiedliche Wärmedehnung des auflaminierten Wärmeableitblechs auf der Rückseite des PV-Moduls und der Glasplatte des Moduls.Another problem with PVT modules is the differential thermal expansion of the laminated heat sink on the back of the PV module and the glass plate of the module.
Die Aufgabenstellung wird mit den Merkmalen des Anspruchs 1 oder Anspruchs 2 oder einer Kombination aus beiden gelöst. Die Erfindung sieht gemäß Anspruch 4 vorzugsweise die Verwendung von Kunststoff-Kapillarrohrmatten vor, durch die der Wärmeträgerkreislauf strömt. Kapillarrohrmatten z. B. aus Polypropylen (PP) oder Polyethylen (PE) sind korrosionsfrei und hinsichtlich der in unisolierten PVT-Kollektoren möglichen Maximaltemperaturen gut geeignet. Sie werden in einem rationellen industriellen Prozess mit Kunststoff-Sammlerrohren zu Matten verarbeitet, und es gibt hierfür erprobte und kostengünstige Verbindungssysteme für die angeschlossene Verrohrung, z. B. Steckverbindungen.The problem is solved with the features of
Da Kunststoffe eine weit größere thermische Dehnung aufweisen als das Glas von PV-Modulen oder als Aluminium, wird eine Verbindung über Kleber ausgeschlossen, da diese keine langzeitstabile Verbindung über die gesamte Lebensdauer von über 20 Jahren sicherstellt. Um dennoch einen sehr guten Wärmekontakt und eine rationelle Herstellung zu ermöglichen, werden die Kapillarröhrchen erfindungsgemäß in entsprechende Nuten einer sich an der Unterseite des PV-Moduls befindenden profilierten Platte geclipst. Das Einclipsen von Kunststoffen z. B. in Aluprofile ist ein aus der Fensterindustrie bekannter rationell realisierbarer Prozess, siehe z. B.
Die Platte kann als mit entsprechenden Nuten versehene Glasplatte realisiert werden. Fertigungstechnisch ist hier allerdings kein Hinterschnitt möglich, so dass die Kapillarröhrchen mechanisch zum Verbleib in den Nuten gesichert werden müssen. Hierfür sind z. B. Kunststoffprofile geeignet, die quer über die in die Nuten gedrückten Kapillarröhrchen verlaufen und rechts und links im Rahmen des PVT-Moduls eingerastet werden. Alternativ ist auch die Verwendung eines durch entsprechende Formgebung z. B. in Trapezform versteiften Blechs möglich, das auf die Rückseite des PVT-Moduls gepresst wird und damit gleichzeitig die Wärmeübertragungsoberfläche zur Luft vergrößert.The plate can be realized as provided with corresponding grooves glass plate. In terms of manufacturing technology, however, no undercut is possible here, so that the capillary tubes have to be mechanically secured to remain in the grooves. For this purpose, for. B. plastic profiles that extend across the pressed into the grooves capillary tubes and are engaged on the right and left in the context of the PVT module. Alternatively, the use of a suitable shaping by z. B. trapezoidal stiffened sheet possible, which is pressed onto the back of the PVT module and thus simultaneously increases the heat transfer surface to the air.
Die Verwendung einer profilierten Glasplatte hat den Vorteil, dass keinerlei Spannungen durch ungleiche thermische Dehnungen auf die PV-Zellen übertragen werden.The advantage of using a profiled glass plate is that no stresses due to uneven thermal expansions are transmitted to the PV cells.
Statt Glas kann auch ein profiliertes Aluminiumprofil verwendet werden. Dieses ermöglicht zum einen eine Nut bzw. Rinne mit Hinterschnitt, so dass die Kapillarröhrchen mechanisch gut gehalten werden, zum anderen kann durch eingeformte Rippen die Oberfläche zur Luft vergrößert werden. Da das Aluminiumprofil nicht selbst die Kanäle für das Wärmeträgermedium beinhaltet, kann es in Abschnitten realisiert werden. Auf diese Weise können die Spannungen, die durch unterschiedlichen thermischen Ausdehnungskoeffizienten von Glas und Aluminium auftreten, minimiert werden.Instead of glass, a profiled aluminum profile can also be used. This allows on the one hand a groove or channel with undercut, so that the capillary tubes are mechanically well held, on the other hand can be increased by molded ribs, the surface to the air. Since the aluminum profile does not itself contain the channels for the heat transfer medium, it can be realized in sections. In this way, the stresses that occur due to different thermal expansion coefficients of glass and aluminum can be minimized.
Das Aluminiumprofil kann als Strangpressprofil hergestellt werden. Da es bei diesem Herstellungsverfahren schwierig ist, die geringen Wandstärken im Bereich 0,2–0,3 mm, die aufgrund der kurzen Wärmeleitwege ausreichen, zu realisieren, kann das Profil alternativ aus einem dünnen Blech im Rollformverfahren hergestellt werden.The aluminum profile can be manufactured as an extruded profile. Since it is difficult in this manufacturing process to realize the small wall thicknesses in the range of 0.2-0.3 mm, which are sufficient because of the short heat conduction paths, the profile can alternatively be produced from a thin sheet in the roll forming process.
Die Rippen neben bzw. oberhalb der Rinnen können in Bezug zu den Rinnen schräg auseinander laufen, so dass konische Bereiche entstehen, durch die das Einführen und -clipsen der Röhrchen im Herstellprozess erleichtert wird.The ribs adjacent to or above the grooves may diverge with respect to the grooves to form conical regions that facilitate insertion and clipping of the tubes in the manufacturing process.
Die Vergrößerung der Oberfläche kann darüber hinaus kostengünstig durch die Kapillarröhrchen selbst erreicht werden: Ein Teil der Kapillarröhrchen befindet sich in den Nuten der profilierten Platte, ein Teil der Röhrchen verläuft in einem Abstand von dem PV-Modul frei in der Luft. Diese Ausführung kann kombiniert werden mit oberflächenvergrößerten Rippen am Aluminiumprofil oder auch ohne diese Rippen realisiert werden. Für die übliche Aufdachmontage von PVT-Modulen auf Schrägdächern ist es vorteilhaft, der durch die Luft verlaufende Teil der Kapillarröhrchen verläuft auf der Rückseite des Moduls mit einem typischen Abstand von wenigen Zentimetern zum PV-Modul. Günstig ist, wenn die Kapillarröhrchen nicht tiefer nach unten als der das PVT-Modul begrenzenden Rahmen ragen, um bei der Montage geschützt zu sein.In addition, the enlargement of the surface can be achieved inexpensively by the capillary tubes themselves: A portion of the capillary tubes located in the grooves of the profiled plate, a portion of the tubes runs freely in the air at a distance from the PV module. This design can be combined with surface-enlarged ribs on the aluminum profile or even without these ribs can be realized. For the usual rooftop mounting of PVT modules on pitched roofs, it is advantageous that the air passing through the part of the capillary tube runs on the back of the module with a typical distance of a few centimeters to the PV module. It is beneficial if the capillary tubes do not protrude deeper down than the PVT module bounding frame to be protected during assembly.
Grundsätzlich können die durch die Luft verlaufenden Kapillarröhrchen auch anders angeordnet sein, z. B. in der gleichen Ebene wie das PV-Modul in der ebenen Verlängerung der Röhrchen, die unter dem Modul angebracht sind. Allerdings hat dies einen erhöhten Platzbedarf zur Folge. Bei auf einem Flachdach aufgeständerten PVT-Modulen kann der durch die Luft verlaufende Teil der Kapillarröhrchen ohne erhöhten Platzbedarf auch schräg nach hinten unten vom Modul weg angeordnet sein, wodurch ein besserer Wärmeaustausch zur Luft und auch mit Regenwasser erreicht wird. U. a. in schneereichen Gebieten oder bei anderen, Schutz vor Wetter oder Sonne erfordernden Bedingungen kann es sinnvoller sein, die Kapillarröhrchen schräg in Richtung des PVT-Moduls nach unten zu führen, um sie keiner Schneelast auszusetzen.In principle, the running through the air capillary tubes can also be arranged differently, for. In the same plane as the PV module in the planar extension of the tubes mounted under the module. However, this has an increased space requirement. In PVT modules mounted on a flat roof, the airborne portion of the capillary tubes may be located obliquely rearward downwardly away from the module without increased space requirements, thereby providing better heat exchange with air and also with rainwater. U. a. In snowy areas or other conditions requiring protection from the weather or the sun, it may be more appropriate to guide the capillary tubes diagonally down towards the PVT module so as not to expose them to any snow load.
Der für die Kapillarröhrchen verwendete Kunststoff muss insbesondere, wenn die Röhrchen nicht lichtgeschützt hinter dem PV-Modul angeordnet sind, UV-stabil sein.The plastic used for the capillary tubes must, in particular, be UV-stable if the tubes are not arranged behind the PV module in a light-protected manner.
Für die Realisierung der vergrößerten Wärmeübertragerfläche zur Luft mittels Kapillarröhrchen sind unterschiedliche Ausführungen möglich:
- – Die Kapillarrohrmatte, die mit dem PVT-Modul verbunden wird, besteht aus je einem Sammlerrohr oben und unten, zwischen denen die Röhrchen verlaufen. Ein Teil der Röhrchen befindet sich in den Nuten/Rinnen der profilierten Platte/Struktur, ein Teil der Röhrchen verläuft in einem Abstand von dem PV-Modul frei in der Luft; die Röhrchen werden parallel durchströmt. Vorzugsweise verläuft immer abwechselnd ein Röhrchen in der Nut/Rinne und das daneben liegende Röhrchen durch die Luft. Diese
Variante gemäß Anspruch 5 ist in keiner Figur dargestellt. - – Die Kapillarrohrmatte besteht ebenfalls aus zwei Sammlerrohren, zwischen denen die Röhrchen verlaufen. Die ungefähr halbe Länge der Röhrchen befindet sich in den Nuten/Rinnen der profilierten Platte/Struktur, so dass die komplette Fläche des Moduls mit Röhrchen belegt ist. Auf der dem Sammlerrohr gegenüberliegenden Seite beschreiben die Kapillarröhrchen einen U-Bogen und verlaufen in einem Abstand vom PV-Modul durch die Luft wieder zurück zu dem ersten Sammlerrohr. Diese Ausführung hat den Vorteil, dass der minimale Abstand, mit denen die Röhrchen am Sammlerrohr nebeneinander angebracht werden können, sowohl für die Wärmeaufnahme am Modul als auch für die Wärmeaufnahme aus der Luft genutzt werden kann. Zudem wirkt sich die größere Länge der Kapillarröhrchen nur gering auf die Herstellkosten der Kapillarrohrmatte aus (in erster Linie Materialkosten, keine erhöhten Prozesskosten). Wird zunächst der durch die Luft verlaufende Teil der Röhrchen durchströmt, so kann dort das Wärmeträgerfluid, wenn es kälter als Luft ist, bereits erwärmt werden um anschließend am Modul dank vom Modul absorbierter Solarstrahlung weiter erwärmt zu werden. Weiterhin bieten die beiden nebeneinander sich befindenden Sammlerrohre einen Montagevorteil.
- – Die Kapillarrohrmatte, besteht aus einem Sammlerrohr auf der einen Seite und zwei Sammlerohren auf der anderen. Von dem alleinigen Sammlerrohr auf der einen Seite verlaufen die Kapillarröhrchen parallel, ein Teil zu dem einen Sammler und ein Teil zu dem zweiten Sammler. Die Röhrchen, die direkt bei dem PV-Modul angeordnet sind, befinden sich in den Nuten/Rinnen der profilierten Platte/Struktur, der andere Teil der Röhrchen verläuft in einem Abstand von dem PV-Modul frei in der Luft. Diese Anordnung hat den Vorteil, dass mithilfe eines Umschaltventils oder z. B. zweier Pumpen unterschiedliche Durchströmungen realisiert werden können. So kann beispielsweise wahlweise das Wärmeträgermedium zuerst durch die in der Luft verlaufenden Röhrchen strömen (Mediumstemperatur < Umgebungslufttemperatur) bevor es durch die in Kontakt mit dem Modul stehenden Röhrchen strömt, oder es kann nur durch letztgenannte Röhrchen strömen, wodurch der Wärmeaustausch zur Luft reduziert wird (Mediums- und PVT-Modultemperatur > Umgebungslufttemperatur). Darüber hinaus kann die PV-Modultemperatur begrenzt werden, also Umschaltung auf vollständige Durchströmung inkl. Luftbereich ab einer PVT-Modultemperatur > Grenzwert. Eine andere denkbare Verschaltung ist, dass nur die durch die Luft verlaufenden Röhrchen durchströmt werden, wenn z. B. nachts die Module sich unter Umgebungstemperatur abkühlen. Diese Verschaltung ist auch interessant, wenn die PVT-Module in Kombination einer Wärmepumpe z. B. im Sommer zur Gebäudekühlung eingesetzt werden. Die von der Wärmepumpe durch die Gebäudekühlung produzierte Abwärme kann dann über die durch die Luft verlaufenden Röhrchen abgegeben werden auch wenn die PVT-Module selbst warmer sind als die Temperatur des Wärmeträgermediums. Das Umschaltventils kann für das gesamte PVT-Kollektorfeld wirken, so dass der Aufwand für diese Art der Umschaltung sehr begrenzt ist.
- – Die Kapillarrohrmatte, die mit dem PVT-Modul verbunden wird, besteht aus je einem Sammlerrohr oben und unten, zwischen denen die Röhrchen verlaufen. Ein Teil der Röhrchen befindet sich in den Nuten/Rinnen der profilierten Platte/Struktur, ein Teil der Röhrchen verläuft in einem Abstand von dem PV-Modul frei in der Luft; die Röhrchen werden parallel durchströmt. Vorzugsweise verläuft immer abwechselnd ein Röhrchen in der Nut/Rinne und das daneben liegende Röhrchen durch die Luft. Diese
Variante gemäß Anspruch 5 ist in keiner Figur dargestellt. - – Die Kapillarrohrmatte besteht ebenfalls aus zwei Sammlerrohren, zwischen denen die Röhrchen verlaufen. Die ungefähr halbe Länge der Röhrchen befindet sich in den Nuten/Rinnen der profilierten Platte/Struktur, so dass die komplette Fläche des Moduls mit Röhrchen belegt ist. Auf der dem Sammlerrohr gegenüberliegenden Seite beschreiben die Kapillarröhrchen einen U-Bogen und verlaufen in einem Abstand vom PV-Modul durch die Luft wieder zurück zu dem ersten Sammlerrohr. Diese Ausführung hat den Vorteil, dass der minimale Abstand, mit denen die Röhrchen am Sammlerrohr nebeneinander angebracht werden können, sowohl für die Wärmeaufnahme am Modul als auch für die Wärmeaufnahme aus der Luft genutzt werden kann. Zudem wirkt sich die größere Länge der Kapillarröhrchen nur gering auf die Herstellkosten der Kapillarrohrmatte aus (in erster Linie Materialkosten, keine erhöhten Prozesskosten). Wird zunächst der durch die Luft verlaufende Teil der Röhrchen durchströmt, so kann dort das Wärmeträgerfluid, wenn es kälter als Luft ist, bereits erwärmt werden um anschließend am Modul dank vom Modul absorbierter Solarstrahlung weiter erwärmt zu werden. Weiterhin bieten die beiden nebeneinander sich befindenden Sammlerrohre einen Montagevorteil.
- – Die Kapillarrohrmatte, besteht aus einem Sammlerrohr auf der einen Seite und zwei Sammlerohren auf der anderen. Von dem alleinigen Sammlerrohr auf der einen Seite verlaufen die Kapillarröhrchen parallel, ein Teil zu dem einen Sammler und ein Teil zu dem zweiten Sammler. Die Röhrchen, die direkt bei dem PV-Modul angeordnet sind, befinden sich in den Nuten/Rinnen der profilierten Platte/Struktur, der andere Teil der Röhrchen verläuft in einem Abstand von dem PV-Modul frei in der Luft. Diese Anordnung hat den Vorteil, dass mithilfe eines Umschaltventils oder z. B. zweier Pumpen unterschiedliche Durchströmungen realisiert werden können. So kann beispielsweise wahlweise das Wärmeträgermedium zuerst durch die in der Luft verlaufenden Röhrchen strömen (Mediumstemperatur < Umgebungslufttemperatur) bevor es durch die in Kontakt mit dem Modul stehenden Röhrchen strömt, oder es kann nur durch letztgenannte Röhrchen strömen, wodurch der Wärmeaustausch zur Luft reduziert wird (Mediums- und PVT-Modultemperatur > Umgebungslufttemperatur). Darüber hinaus kann die PV-Modultemperatur begrenzt werden, also Umschaltung auf vollständige Durchströmung inkl. Luftbereich ab einer PVT-Modultemperatur > Grenzwert. Eine andere denkbare Verschaltung ist, dass nur die durch die Luft verlaufenden Röhrchen durchströmt werden, wenn z. B. nachts die Module sich unter Umgebungstemperatur abkühlen. Diese Verschaltung ist auch interessant, wenn die PVT-Module in Kombination einer Wärmepumpe z. B. im Sommer zur Gebäudekühlung eingesetzt werden. Die von der Wärmepumpe durch die Gebäudekühlung produzierte Abwärme kann dann über die durch die Luft verlaufenden Röhrchen abgegeben werden auch wenn die PVT-Module selbst warmer sind als die Temperatur des Wärmeträgermediums. Das Umschaltventils kann für das gesamte PVT-Kollektorfeld wirken, so dass der Aufwand für diese Art der Umschaltung sehr begrenzt ist.
- - The capillary tube mat, which is connected to the PVT module, consists of a collector tube at the top and bottom, between which the tubes run. Part of the tubes are located in the grooves / grooves of the profiled plate / structure, a portion of the tubes runs freely in the air at a distance from the PV module; the tubes are flowed through in parallel. Preferably, a tube alternately runs in the groove / gutter and the adjacent tube through the air. This variant according to
claim 5 is not shown in any figure. - - The capillary tube mat also consists of two collector tubes, between which run the tubes. The approximately half the length of the tubes is located in the grooves / grooves of the profiled plate / structure, so that the entire surface of the module is filled with tubes. On the side opposite the collector tube, the capillary tubes describe a U-bend and run through the air at a distance from the PV module back to the first collector tube. This embodiment has the advantage that the minimum distance with which the tubes can be mounted next to each other on the collector tube can be used both for heat absorption at the module and for heat absorption from the air. In addition, the larger length of the capillary tube has little effect on the manufacturing costs of the capillary tube mat (primarily material costs, no increased process costs). If the part of the tubes running through the air flows through first, then the heat transfer fluid, if it is colder than air, may already be heated in order to be subsequently heated further on the module thanks to the solar radiation absorbed by the module. Furthermore, the two adjacent collector tubes offer a mounting advantage.
- - The capillary tube mat, consists of a collector tube on one side and two collector tubes on the other. From the sole collector tube on one side the capillary tubes run parallel, a part to the one collector and a part to the second collector. The tubes, which are located directly at the PV module, are located in the grooves / grooves of the profiled plate / structure, the other part of the tubes runs freely in the air at a distance from the PV module. This arrangement has the advantage that by means of a switching valve or z. B. two pumps different flow rates can be realized. For example, optionally, the heat transfer medium may first pass through the air-borne tubes (medium temperature <ambient air temperature) before passing through the tube in contact with the module, or flow only through the latter tubes, thereby reducing heat exchange to the air ( Medium and PVT module temperature> ambient air temperature). In addition, the PV module temperature can be limited, ie switching to full flow rate including air range from a PVT module temperature> limit value. Another conceivable interconnection is that only the passing through the air tubes are flowed through when z. B. at night the modules cool below ambient temperature. This interconnection is also interesting if the PVT modules in combination with a heat pump z. B. be used in summer for cooling the building. The waste heat produced by the heat pump through the cooling of the building can then be released through the tubes passing through the air, even if the PVT modules themselves are warmer than the temperature of the heat transfer medium. The switching valve can act for the entire PVT collector field, so that the cost of this type of switching is very limited.
- - The capillary tube mat, which is connected to the PVT module, consists of a collector tube at the top and bottom, between which the tubes run. Part of the tubes are located in the grooves / grooves of the profiled plate / structure, a portion of the tubes runs freely in the air at a distance from the PV module; the tubes are flowed through in parallel. Preferably, a tube alternately runs in the groove / gutter and the adjacent tube through the air. This variant according to
claim 5 is not shown in any figure. - - The capillary tube mat also consists of two collector tubes, between which run the tubes. The approximately half the length of the tubes is located in the grooves / grooves of the profiled plate / structure, so that the entire surface of the module is filled with tubes. On the side opposite the collector tube, the capillary tubes describe a U-bend and run through the air at a distance from the PV module back to the first collector tube. This embodiment has the advantage that the minimum distance with which the tubes can be mounted next to each other on the collector tube can be used both for heat absorption at the module and for heat absorption from the air. In addition, the larger length of the capillary tube has little effect on the manufacturing costs of the capillary tube mat (primarily material costs, no increased process costs). If the part of the tubes running through the air flows through first, then the heat transfer fluid, if it is colder than air, may already be heated in order to be subsequently heated further on the module thanks to the solar radiation absorbed by the module. Furthermore, the two adjacent collector tubes offer a mounting advantage.
- - The capillary tube mat, consists of a collector tube on one side and two collector tubes on the other. From the sole collector tube on one side the capillary tubes run parallel, a part to the one collector and a part to the second collector. The tubes, which are located directly at the PV module, are located in the grooves / grooves of the profiled plate / structure, the other part of the tubes runs freely in the air at a distance from the PV module. This arrangement has the advantage that by means of a switching valve or z. B. two pumps different flow rates can be realized. For example, optionally, the heat transfer medium may first pass through the air-borne tubes (medium temperature <ambient air temperature) before passing through the tube in contact with the module, or flow only through the latter tubes, thereby reducing heat exchange to the air ( Medium and PVT module temperature> ambient air temperature). In addition, the PV module temperature can be limited, ie switching to full flow rate including air range from a PVT module temperature> limit value. Another conceivable interconnection is that only the passing through the air tubes are flowed through when z. B. at night the modules cool below ambient temperature. This interconnection is also interesting if the PVT modules in combination with a heat pump z. B. be used in summer for cooling the building. The waste heat produced by the heat pump through the cooling of the building can then be released through the tubes passing through the air, even if the PVT modules themselves are warmer than the temperature of the heat transfer medium. The switching valve can act for the entire PVT collector field, so that the cost of this type of switching is very limited.
Im Folgenden werden anhand der
Das Photovoltaik-Thermie-Modul besteht aus einem Photovoltaikmodul
Statt der beschriebenen Ausführungen sind erfindungsgemäß auch andere Ausführungen möglich: z. B. kann die profilierte Struktur zur Aufnahme der Röhrchen auch aus anderen Werkstoffen wie z. B. aus Kunststoff hergestellt werden. Weiterhin sind nach Anspruch 1 auch andere vom Wärmeträgermedium durchströmte Wärmeübertragerstrukturen möglich, z. B.:
- – Doppelstegplatten
- – Kissen-Wärmetauscher
- – metallische Rohrregister oder Rohrmäander, ggf. mit Wärmeleitblech oder Rippen
- - double bridge plates
- - Cushion heat exchanger
- - Metallic pipe register or pipe meander, if necessary with heat conduction plate or ribs
BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS
- 11
- Photovoltaik-Thermie-ModulPhotovoltaic module Thermie
- 22
- Photovoltaikmodulphotovoltaic module
- 33
- Modulrahmenmodule frame
- 44
- Profilierte Struktur zur Aufnahme der KapillarröhrchenProfiled structure for holding the capillary tubes
- 55
- Röhrchen, insbesondere Kapillarröhrchen,Tubes, especially capillary tubes,
- 5a5a
- in Kontakt mit dem PV-Modul,in contact with the PV module,
- 5b5b
- in alleinigem Luftkontaktin sole air contact
- 66
- Abstandshalter für KapillarröhrchenSpacer for capillary tubes
- 77
- Sammlerrohrcollector pipe
- 88th
- Sammlerrohrcollector pipe
- 99
- Sammlerrohrcollector pipe
- 1010
- Umschaltventilswitching valve
- 1111
- Dehnungsfugeexpansion
- 1212
- Profilierte GlasscheibeProfiled glass pane
- 1313
- Abstandshalter zur Fixierung der Kapillarröhrchen auf beiden SeitenSpacer for fixing the capillary tubes on both sides
- 1414
- Elektrische AnschlussdoseElectrical connection box
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION
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Zitierte Nicht-PatentliteraturCited non-patent literature
- M. Adam, H. P. Wirth, R. Radasavljevic: Verbundprojekt: Standardisierung und Normung von multifunktionalen PVT Solarkollektoren (PVT-Norm), Abschlussbericht eines BMWi-geförderten Projekts der Fachhochschule Düsseldorf, 2014 [0002] M. Adam, HP Wirth, R. Radasavljevic: Collaborative Project: Standardization and Standardization of PVT Multi-functional Solar Panels (PVT standard), final report of a BMWi-funded project of the Düsseldorf University of Applied Sciences, 2014 [0002]
- www.triplesolar.com/products/how-does-it-work/?lang=en [0003] www.triplesolar.com/products/how-does-it-work/?lang=en [0003]
- Glück, C.; Faßnacht, T.; Leibfried, U.: Simulationsstudie zur Integration von PV-Modulen und PVT-Kollektoren in ein Solar-Wärmepumpensystem. 24. OTTI Symposium Thermische Solarenergie, 07.-09. Mai 2014, Bad-Staffelstein [0003] Luck, C .; Faßnacht, T .; Leibfried, U .: Simulation study on the integration of PV modules and PVT collectors into a solar heat pump system. 24th OTTI Symposium Solar Thermal Energy, 07.-09. May 2014, Bad-Staffelstein [0003]
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- www.triplesolar.com [0004] www.triplesolar.com [0004]
- https://dualsun.fr/en/product/2-in-1-solar [0004] https://dualsun.fr/en/product/2-in-1-solar [0004]
- http://www.sunergsolar.com/allegati_prod_dw/Data%20sheet%20TESP%20XP60-156%20l+%20rev.15%2002_03_AP.pdf [0004] http://www.sunergsolar.com/allegati_prod_dw/Data%20sheet%20TESP%20XP60-156%20l+%20rev.15%2002_03_AP.pdf [0004]
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Claims (18)
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DE (1) | DE202016003756U1 (en) |
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-
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- 2016-06-04 DE DE202016003756.1U patent/DE202016003756U1/en active Active
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Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
R086 | Non-binding declaration of licensing interest | ||
R163 | Identified publications notified | ||
R207 | Utility model specification | ||
R150 | Utility model maintained after payment of first maintenance fee after three years | ||
R151 | Utility model maintained after payment of second maintenance fee after six years | ||
R152 | Utility model maintained after payment of third maintenance fee after eight years |