DE202017100275U1

DE202017100275U1 - Thermisch-Fotovoltaisches Solarsystem, Anlagen, die termisch-fotovoltaische Solarsystem umfassen, und deren Verwendung

Info

Publication number: DE202017100275U1
Application number: DE202017100275.6U
Authority: DE
Original assignee: Imerys TC SAS
Current assignee: Edilians SAS
Priority date: 2017-01-09
Filing date: 2017-01-19
Publication date: 2017-03-15
Anticipated expiration: 2027-01-20
Also published as: EP3346605A1; WO2018127463A1

Abstract

Thermisch-fotovoltaisches Hybrid-Solarsystem, das ein im Wesentlichen flaches fotovoltaisches Paneel und einen im Wesentlichen flachen thermischen Kollektor umfasst, wobei das fotovoltaische Paneel und der thermische Kollektor derart gestapelt sind, dass ihre jeweiligen flachen Seiten im Wesentlichen parallel sind, dadurch gekennzeichnet, dass eine Graphitschicht zwischen dem fotovoltaischen Paneel und dem thermischen Kollektor eingerichtet ist.

Description

GEBIET DER ERFINDUNG
Die vorliegende Erfindung betrifft Solarsysteme, insbesondere thermisch-fotovoltaische Hybrid-Solarsysteme. Die Solarsysteme gemäß der vorliegenden Erfindung umfassen eine doppelte Funktion der Produktion elektrischer Energie von einem fotovoltaischen Paneel und der Produktion von Wärme aus einem thermischen Paneel. Die vorliegende Erfindung betrifft ferner Module, Anordnungen, Anlagen und dergleichen, die die thermisch-fotovoltaischen Hybrid-Solarsysteme umfassen. Die vorliegende Erfindung betrifft ferner den Gebrauch thermisch-fotovoltaischer Hybrid-Solarsysteme sowie Module, Anordnungen und Anlagen, die die thermisch-fotovoltaischen Hybrid-Solarsysteme umfassen, bei der Lieferung elektrischer Energie und/oder Wärme zu Gebäuden, wie zum Beispiel Eigenheimen, Bürogebäuden, Geschäftsgebäuden, industriellen Gebäuden und dergleichen, sowie Solar-PV-Felder kombiniert mit Wärmeproduktion für Gebäude, Industrien oder Treibhausanlagen.
STAND DER TECHNIK
Die Verwendung thermischer Kollektoren zur Produktion von Wärme, zum Beispiel beim Beheizen von Gebäuden oder Bereitstellen von Heißwasser, ist seit der Antike bekannt und wird kommerziell mindestens seit dem frühen 20. Jahrhundert verwendet. Mit dem Gebrauch von Wärmepumpen, wie zum Beispiel Dampf-Kompressionskühlung, ist die physische Übertragung von Wärme, zum Beispiel in Klimaanlagen, Kühlschränken oder Unterbodenheizungen unter einer Vielzahl anderer Anwendungen praktisch und allgemein verfügbar geworden.
Die Verwendung fotovoltaischer Paneele wandelt Sonnenstrahlen direkt in Elektrizität um, indem der fotovoltaische Effekt genutzt wird. Der Betrieb eines fotovoltaischen Paneels (PV-Paneel) erfordert drei grundlegende Vorgänge, nämlich die Absorption von Licht, die Trennung von Ladungsträgern entgegengesetzter Typen und die separate Extraktion dieser Träger zu einem externen Kreislauf. Solarzellen können verwendet werden, um kleine Vorrichtungen mit Leistung zu versorgen, wie zum Beispiel Taschenrechner, oder große Anzahlen von Solarzellen können in Solarpaneele zur Produktion elektrischer Energie in Mengen kombiniert werden, die ausreichen, um entweder einzelne Einheiten, wie zum Beispiel Eigenheime, mit Leistung zu versorgen, oder um elektrische Energie in größere Netzwerke einzuspeisen.
Ein gemeinsamer Nachteil von Solarpaneelen ist ihre Tendenz, dass ihre Effizienz geringer wird, während ihre eigene Temperatur zunimmt. Im Allgemeinen liegt eine optimale Arbeitstemperatur für ein Solarpaneel unterhalb der Temperaturen, die während des Betriebs in direktem Sonnenlicht erhalten werden. Solarpaneele werden nämlich effizienter, je tiefer die Temperatur fällt, sogar bei Temperaturen unter der normalen Umgebungstemperatur. Die Verwendung thermisch-fotovoltaischer Hybrid-Solarsysteme wurde daher vorgeschlagen, wobei ein fotovoltaisches Paneel mit einem thermischen Kollektor verbunden mit einem Kühlkreislauf kombiniert wird, wobei der thermische Kollektor dazu dient, das fotovoltaische Paneel zu kühlen und gleichzeitig Wärmeenergie bereitzustellen.
DE 4 306 409 A1 offenbart zum Beispiel eine Vorrichtung zum Erzeugen elektrischer Energie und Wärme, wobei ein solarthermischer Kollektor mit einem PV-Paneel kombiniert ist, und die Wärme, die von dem solarthermischen Kollektor bereitgestellt wird, in einem Wärmespeicher gespeichert wird, wobei eine Wärmepumpe verwendet wird, die von der elektrischen Energie von dem PV-Paneel mit Leistung versorgt wird. Der thermische Kollektor und das PV-Paneel werden derart kombiniert, dass die Wärme, die von dem thermischen Kollektor durch die Wärmepumpe abgeleitet wird, die Solarzellen nicht direkt abkühlt. Während des Betriebs steigt die Temperatur des PV-Paneels, und seine Effizienz fällt.
FR 2 981 202 offenbart ein thermisch-fotovoltaisches Hybrid-Solarsystem, in dem ein thermischer Kollektor unterhalb eines PV-Paneels platziert und mit einer Wärmepumpe verbunden wird, um das PV-Paneel beim Betrieb abzukühlen. Der Wärmetransfer zwischen dem PV-Paneel und dem thermischen Kollektor tritt wenigstens teilweise durch Leitung über Umgebungsluft oder Konvektion auf. Die Berührungsoberfläche zwischen dem PV-Paneel und dem thermischen Kollektor ist gering, so dass der Wärmetransfer niedrig bleibt und die Kühlwirkung zu dem PV-Paneel begrenzt bleibt. Außerdem ist Luft kein guter Wärmeleiter.
FR 2 970 562 offenbart ein thermisch-fotovoltaisches Hybrid-Solarsystem, bei dem ein thermische Kollektor, der aus Kanälen besteht, die von zwei metallischen Platten und einem Kältemittel gebildet werden, an einer Wärmepumpe befestigt, Kühlung zu dem Solarpaneel bereitstellt. Eine der metallischen Platten wird direkt auf die Rückseite (nicht durchsichtig) des PV-Paneels geklebt, so dass irgendwelche übermäßige Wärme von dem PV-Paneel zu dem Kältemittel durch Wärmeleitung durch die metallische Platte übertragen wird.
Die Verwendung einer massiven metallischen Platte, die an die Rückseite der PV-Zelle geklebt ist, führt zu verringerter Wärmeleitung zwischen dem PV-Paneel und dem Kältemittel, während die Materialien durch thermische oder mechanische Aktion verformt werden, oder während sich die Wirkung des Klebstoffs mit der Zeit verringert, weil die Berührung zwischen dem PV-Paneel und dem Kühlmittel verringert ist. Außerdem haben Klebstoffe im Allgemeinen niedrige Wärmeleitfähigkeit.
Der Stand der Technik ist daher problematisch.
KURZDARSTELLUNG DER ERFINDUNG
Die vorliegende Erfindung ist in den anliegenden Ansprüchen definiert.
Insbesondere wird die vorliegende Erfindung durch ein thermisch-fotovoltaisches Hybrid-Solarsystem verkörpert, das ein im Wesentlichen flaches fotovoltaisches Paneel und einen im Wesentlichen flachen thermischen Kollektor umfasst, wobei das fotovoltaische Paneel und der thermische Kollektor derart gestapelt sind, dass ihre jeweiligen flachen Seiten im Wesentlichen parallel sind. Gemäß der vorliegenden Erfindung wird eine Graphitschicht zwischen dem fotovoltaischen Paneel und dem thermischen Kollektor eingerichtet. Man hat festgestellt, dass diese Einrichtung leitenden Wärmetransfer verbessert. Graphit hat hervorragende Wärmeleitfähigkeit und Biegsamkeit, um maximalen Wärmetransfer zwischen dem PV-Paneel und dem thermischen Kollektor sicherzustellen.
Gemäß einer Ausführungsform weist die Graphitschicht Lamellengraphit auf. Es hat sich herausgestellt, dass Lamellengraphit besonders zur Anwendung bei der vorliegenden Erfindung geeignet ist.
Gemäß einer Ausführungsform umfasst die Graphitschicht eine oder mehrere Schichten aus Graphitblatt. Es hat sich herausgestellt, dass Graphitblatt besonders zur Verwendung bei der vorliegenden Erfindung geeignet ist. Die Blätter können eine Stärke von 0,020 mm bis 100 mm haben. Die Graphitschicht als Ganzes kann eine Stärke von 0,02 mm bis 25 mm haben.
Gemäß einer Ausführungsform besteht die Graphitschicht im Wesentlichen aus reinem Graphit. Gemäß der vorliegenden Erfindung kann die Graphitschicht reiner Graphit oder Graphit mit einer Reinheit sein, die als im Wesentlichen rein qualifiziert wird. Es hat sich herausgestellt, dass die Vorteile der vorliegenden Erfindung für diverse Reinheitsgrade des Graphits erhalten werden.
Gemäß einer Ausführungsform können die fotovoltaische Zelle und der thermische Kollektor Paneelform haben. Es hat sich herausgestellt, dass die vorliegende Erfindung speziell für den Gebrauch in Kombination mit einem flachen Solarpaneel und einem thermischen Kollektor mit ähnlicher Form geeignet ist, wobei die Graphitschicht zugeschnitten werden kann, um eine entsprechende Form zu haben, um gute Berührung und idealen Wärmetransfer zwischen dem PV-Paneel und dem thermischen Kollektor bereitzustellen.
Gemäß einer Ausführungsform ist der thermische Kollektor des walzgeformten Typs. Sogenannte walzgeformte Absorber, die im Allgemeinen aus Aluminium bestehen, bestehen aus Paaren profilierten Aluminiumblechs, die an Berührungsabschnitten miteinander verbunden sind. Die Geometrie der Aluminiumplatten definiert eine Kanalstruktur, die frei gemäß den spezifischen Erfordernissen angepasst werden kann, die von der Anwendung, der Geometrie und anderen Faktoren vorgegeben werden.
Gemäß einer Ausführungsform ist der thermische Kollektor mit einem Kühlkreislauf verbunden, der ein Kühlfluid umfasst, das entweder ein Gas oder eine Flüssigkeit sein kann. Gemäß einer Ausführungsform wird der Kühlkreislauf verwendet, um Heißwasser bereitzustellen. Die Gegenwart eines Kühlkreislaufs, der ein Kühlfluid oder ein Kältemittel enthält, verbessert die Effizienz des PV-Paneels, indem es gekühlt wird, und erlaubt gleichzeitig die Produktion von Heißwasser mit verbessertem Wärmetransfer über eine Wärmepumpe, um Heißwasser bereitzustellen. Bei einer alternativen Ausführungsform kann das Heißwasser verwendet werden, um einen Generator anzutreiben, um zusätzliche Elektrizität bereitzustellen. Gemäß einer anderen Ausführungsform kann der Kühlkreislauf ein Gas verwenden, wie zum Beispiel ein herkömmliches Kühlgas, um Wärme gegen den normalen Temperaturgradienten zu übertragen, indem eine Wärmepumpe des Typs Dampf-Kompressionskühlsystem verwendet wird. Ein solches System hat den Vorteil, dass es fähig ist, Wärme von der äußeren Umgebung zu übertragen und dadurch die PV-Zellen zu kühlen, sogar nachts, oder wenn die Außentemperaturen niedrig oder sogar unter null sind. Die gute Wärmeleitfähigkeit zwischen den zwei Paneelen erlaubt es dem thermischen Paneel, mit seinen zwei Seiten zu arbeiten.
Gemäß anderen Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung wird der thermische Kollektor durch Wärmeleitung von dem PV-Paneel und/oder durch Konvektion von der Umgebungsluft und/oder durch Sonnenstrahlung erwärmt. In Abhängigkeit von der Konzeption des erfindungsgemäßen thermisch-fotovoltaischen Hybrid-Solarsystems und in Übereinstimmung mit den spezifischen Erfordernissen seiner Anwendung, hatte sich herausgestellt, dass der thermische Kollektor derart konfiguriert werden kann, dass er mit dem PV-Paneel, Sonnenstrahlung und Umgebungsluft in variierendem Ausmaß exponiert ist, um die Effizienz des thermisch-fotovoltaischen Hybrid-Solarsystems gemäß der vorliegenden Erfindung zu verbessern.
Gemäß weiteren Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung wird das thermisch-fotovoltaische Hybrid-Solarsystem gemäß der vorliegenden Erfindung in einen Artikel integriert, der Sonnenlicht und/oder künstlichem Licht während des normalen Gebrauchs ausgesetzt ist, wie zum Beispiel ein Dachelement. Es hat sich herausgestellt, dass die thermisch-fotovoltaischen Hybrid-Solarsysteme gemäß der vorliegenden Erfindung angesichts ihrer Fähigkeit, in Paneele geformt zu werden, leicht in flache Oberflächen integriert werden könnten, zum Beispiel in die Oberfläche von Dachziegeln, um elektrische Energie und/oder Wärme bereitzustellen.
Zu der vorliegenden Erfindung gehören auch Anordnungen mehrerer thermisch-fotovoltaischer Hybrid-Solarsysteme gemäß der Erfindung, um Solarmodule, Solarpaneele oder Solaranlagen oder dergleichen bereitzustellen. Solche Module können zum Beispiel als Teil eines Eigenheims, wie zum Beispiel auf dem Dach eines Eigenheims, integriert werden. Bei einer Ausführungsform können solche Module durch eine Anzahl thermisch-fotovoltaischer Hybrid-Solarsysteme geformt werden, die jeweils in ein Dach bei der Installation der Dachelemente, wenn ein Dach eines Eigenheims gebildet wird, integriert werden. Alternativ können die thermisch-fotovoltaischen Hybrid-Solarsysteme kombiniert und auf Paneelen zusammengefügt werden, die auf einem Dach eines Eigenheims oder als Teil einer Solaranlage oder eines Solarkraftwerks platziert werden.
Zu der vorliegenden Erfindung gehört auch die Verwendung der erfindungsgemäßen thermisch-fotovoltaischen Hybrid-Solarsysteme bei der Lieferung von Energie, zum Beispiel beim Liefern von Energie zu einem isolierten System, wie zum Beispiel einem Schiff, einem Flugzeug, einem Straßenfahrzeug oder einem Gebäude, wie zum Beispiel einem Eigenheim, einem Bürogebäude oder einer Industrieanlage, oder um elektrische Energie oder Wärme zum Zuführen in ein Leistungsversorgungssystem, wie zum Beispiel ein Stromnetzwerk oder nationales oder öffentliches Stromnetzwerk.
KURZE BESCHREIBUNG DER FIGUREN
Die Erfindung wird ausführlicher unter Bezugnahme auf die folgenden Figuren veranschaulicht:
1 stellt einen schematischen Schnitt durch ein erfindungsgemäßes thermisch-fotovoltaisches Hybrid-Solarsystem dar,
2 zeigt einen Abschnitt eines Dachs eines Eigenheims, der eine mögliche Umsetzung der vorliegenden Erfindung zeigt.
Es versteht sich, dass die folgende Beschreibung und Verweise auf die Figuren beispielhafte Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung betreffen und den Geltungsbereich der Ansprüche nicht einschränken.
AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
Die vorliegende Erfindung wird durch das Kombinieren eines PV-Paneels mit einem thermischen Kollektor, die in einem thermisch-fotovoltaischen Hybrid-Solarsystem, wie in 1 gezeigt, gekoppelt sind, verkörpert. Ein thermisch-fotovoltaisches Hybrid-Solarsystem 1 umfasst ein PV-Paneel 2 und einen thermischen Kollektor 3, die durch Befestigungsmittel 4, 5 zusammengehalten werden. Die Befestigungsmittel 4, 5 können mechanische Befestigungsmittel sein, wie zum Beispiel Klammern, Schrauben, Bolzen oder dergleichen, oder klebende Befestigungsmittel, wie zum Beispiel Klebemasse, Kleister, Gips oder Ähnliches, die aber unterschiedliche spezifische Dehnungen des PV und der thermischen Paneele durch Verwenden eines Dehnungspufferraums erlauben.
Gemäß der vorliegenden Erfindung umfasst das thermisch-fotovoltaische Hybrid-Solarsystem 1 eine Graphitschicht 6, die zwischen dem PV-Paneel 2 und dem thermischen Kollektor 3 angeordnet ist. Die Graphitschicht 6 ist in direkter Berührung sowohl mit dem PV-Paneel 2 als auch dem thermischen Kollektor 3, so dass eine enge Anordnung innerhalb des thermisch-fotovoltaischen Hybrid-Solarsystems 1 gebildet wird, wenn das PV-Paneel 2, der thermische Kollektor 3 und die Graphitschicht 6 durch Befestigungsmittel 4, 5 in enger Berührung gehalten werden. Die Elemente werden zum Beispiel derart gehalten, dass nur ein PV-Paneel 2, eine Graphitschicht 6 und ein thermischer Kollektor 3 innerhalb der Befestigung von Befestigungsmitteln 4, 5 umfasst sind.
Wie dem Fachmann bekannt ist, wird das PV-Paneel 2 durch elektrische Verbindung mit einem aufladbaren Batteriesystem und/oder einem Stromverteilungssystem verbunden. Das PV-Paneel kann zum Beispiel elektrische Energie zu einer aufladbaren Batterie speisen. Das PV-Paneel kann auch elektrische Energie direkt in die Leistungsschaltung eines Gebäudes, wie zum Beispiel eines Eigenheims oder Bürogebäudes oder dergleichen, einspeisen. Das PV-Paneel kann auch elektrische Energie in ein Stromnetzwerk einspeisen.
Der thermische Kollektor 3 kann des walzgeformten Typs sein, der als ein Verdampfer in einem thermodynamischen Kreislauf für die Erzeugung von Wärme verwendet wird. Gemäß der vorliegenden Erfindung wird die Temperatur in dem thermischen Kollektor einerseits erhöht, um den thermodynamischen Kreislauf zu treiben, und andererseits wird die Temperatur in dem PV-Paneel verringert, um die Effizienz der PV-Zelle zu erhöhen. Der thermische Kollektor 3 ist an der Rückseite des PV-Paneels 2 angeordnet, das heißt an der Seite, die normalerweise keiner Strahlung, wie zum Beispiel Sonnenlicht oder künstlichem Licht, ausgesetzt ist. Gemäß der vorliegenden Erfindung wird eine Graphitschicht 6 zwischen dem thermischen Kollektor 3 und dem PV-Paneel 2 eingerichtet.
Ein thermischer Kollektor des walzgeformten Typs umfasst einen integrierten Kreislauf, in dem ein Kältemittel zirkuliert. Das Kältemittel kann Wasser oder irgendein anderes Fluid, sei es flüssig oder gasförmig, sein. Herkömmliche Kältemittel sind dem Fachmann bekannt, und können zum Beispiel unter anderem Fluorchlorkohlenwasserstoffe, Hydrofluorkohlenwasserstoffe, Hydrofluorchlorkohlenwasserstoffe, Kohlenstoffdioxid, Stickstoff, Wasserstoff, Helium, Luft aufweisen. Die gasförmigen Kältemittel verringern vorteilhafterweise die Gefahr des Überhitzens der PV-Zellen und dient dazu, die Effizienz der PV-Zellen durch Verringern ihrer Temperatur sogar bei niedrigen Umgebungstemperaturen, Bewölkung oder bei Nacht zu verbessern. Die guten Transferbedingungen verbessern die Wärmeleistung des Paneels. Der thermische Kollektor 3 kann Energie auf beiden Seiten absorbieren, das heißt auf der Seite, die zu dem PV-Paneel 2 gerichtet ist, über die Graphitschicht 6, und auf der Seite entgegengesetzt zu dem PV-Paneel 2. Die Seite, die zu dem PV-Paneel 2 gerichtet ist, kann vorherrschend Wärmeenergie durch Leitung von dem PV-Paneel 2 absorbieren, die durch Wärmeleitung und Konvektion übertragen wird. Die Seite, die dem PV-Paneel 2 entgegengesetzt ist, kann Wärmeenergie von der Umgebungsluft und/oder durch Strahlung von Sonnenlicht oder künstlichem Licht absorbieren.
Die Energie, die von dem thermischen Kollektor 3 absorbiert wird, wird in Form von Wärme von dem Kältemittel abgeleitet, und kann zum Bereitstellen von Wärme oder elektrischer Energie verwendet werden. Bei einem thermodynamischen Zyklus, wie dem Fachmann bekannt ist, treibt ein Verdichter das Kältemittel in Gasform von einem heißen Hochdruckende zu einem Wasserkondensator, wo Heißwasser produziert und das Kältemittel abgekühlt wird. Das Kältemittel wird dann zu dem thermischen Kollektor 3 zurückgeführt, der als ein Verdampfer in dem Zyklus wirkt, indem das Kältemittel wieder erwärmt wird und die Temperatur ansteigt, und der Verdichter pumpt das Kältemittel wieder zu dem Kondensator.
Da der thermische Kollektor 3 durch Leitung und Konvektion von dem PV-Paneel 2 erwärmt wird, wird das PV-Paneel 2 bei dem Prozess gekühlt, wobei seine Temperatur niedrig gehalten und Effizienz des PV-Paneels 2 verbessert wird. Gleichzeitig liefert der Kondensator entweder Heißwasser zur Verwendung in einem Gebäude, wie zum Beispiel in einem Eigenheim oder Bürogebäude, oder treibt eine Turbine an, um elektrische Energie zu erzeugen.
Die vorliegende Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, dass das PV-Paneel 2 und der thermische Kollektor 3 nicht miteinander in direkter Berührung stehen. Die Spalte zwischen dem PV-Paneel 2 und dem thermischen Kollektor 3 ist mit einer Graphitschicht 6 gefüllt. Graphit hat hervorragende Wärmeleitfähigkeit, und irgendwelche überschüssige Wärmeenergie von dem PV-Paneel 2 wird effizient zu dem thermischen Kollektor 3 über die Graphitschicht 6 abgeleitet. Die Graphitschicht kann konfiguriert sein, um die Berührung zwischen dem PV-Paneel und dem thermischen Kollektor zu vervollständigen oder fast zu vervollständigen, wodurch effizienter leitender Wärmetransfer erleichtert wird. Zusätzlich kann die Graphitschicht Dehnungsunterschiede zwischen dem PV-Paneel und dem thermischen Kollektor, die auf Differenzwärmedehnungskoeffizienten zurückzuführen sind, absorbieren.
Die Graphitschicht 6 kann Lamellengraphit oder amorpher Graphit sein. Die Graphitschicht 6 kann auch aus einem Graphitblatt oder mehreren Graphitblättern bestehen. Graphitblätter sind biegsam und zeigen hervorragende Wärmeleitfähigkeit und Biegsamkeit. Graphitblätter sind dem Fachmann bekannt und wurden zum Beispiel in US 2015/0301568 A1 , in US 6254993 B1 oder in WO 2016/094150 A1 beschrieben. Falls die Graphitschicht 6 Graphitblätter aufweist, können Graphitblätter als ein einzelnes Blatt oder als eine Vielzahl von Blättern je nach Bedarf verwendet werden, um den Raum zwischen dem PV-Paneel 2 und dem thermischen Kollektor 3 zu füllen. Die Graphitblätter können leicht nach Bedarf des thermisch-fotovoltaischen Hybrid-Solarsystems der Erfindung zugeschnitten werden. Graphitblätter haben hervorragende Wärmeleitfähigkeit, Biegsamkeit und Dauerhaftigkeit, was sie für den Gebrauch bei der vorliegenden Erfindung ideal macht.
Bei einigen Ausführungsformen können die Graphitblätter, die gemäß der vorliegenden Erfindung verwendet werden, auch eine Dichte von zwischen etwa 1,50 g/cm³ bis etwa 2,70 g/cm³, wie zum Beispiel zwischen etwa 1,50 g/cm³ bis etwa 1,86 g/cm³, etwa 1,64 g/cm³ bis etwa 2,0 g/cm³, etwa 1,52 g/cm³ bis etwa 1,94 g/cm³, etwa 1,84 g/cm³ bis etwa 2,3 g/cm³ oder etwa 2,0 g/cm³ bis etwa 2,7 g/cm³ und noch vorteilhafter von zwischen etwa 2,1 g/cm³ und etwa 2,5 g/cm³ haben.
Bei einigen Ausführungsformen können die Graphitblätter eine Stärke von 0,02 mm bis 10 mm, wie zum Beispiel von 0,025 mm bis 5 mm, oder von 0,05 mm bis 2,0 mm, oder von 0,1 mm bis 1 mm, oder von 0,25 mm bis 0,75 mm, wie zum Beispiel etwa 0,1 mm oder etwa 0,2 mm oder etwa 0,3 mm oder etwa 0,4 mm oder etwa 0,5 mm oder etwa 0,6 mm oder etwa 0,7 mm oder etwa 0,8 mm oder etwa 0,9 mm oder etwa 1,0 mm haben. Die gesamte Graphitschicht kann eine Stärke von 0,05 mm bis 25 mm, wie zum Beispiel von 0,05 mm bis 25 mm, oder von 0,1 mm bis 10 mm, oder von 0,5 mm bis 5 mm, oder von 1 mm bis 3 mm, zum Beispiel etwa 0,5 mm oder etwa 1,0 mm oder etwa 1,5 mm oder etwa 2,0 mm oder etwa 2,5 mm oder etwa 3,0 mm haben.
Die hervorragende Leitfähigkeit des Graphits führt zu dem bestmöglichen Transfer von kalorischer Wärme von dem PV-Paneel 2 zu dem thermischen Kollektor 3 über Leitung und Konvektion. Die Biegsamkeit des Graphits erlaubt leichte Handhabung während der Produktion und Dauerhaftigkeit im Fall mechanischer Beanspruchung oder Belastung, die an das thermisch-fotovoltaische Hybrid-Solarsystem während der Produktion, des Zusammenfügens, der Installation und des Gebrauchs angelegt wird. Während des Gebrauchs können die Solarsysteme Belastungen von externer mechanischer Belastung, wie zum Beispiel Wind, Objekte, die auf ein Dach fallen, oder seismischer Aktivität exponiert sein. Gleichzeitig sind sie Wärmebelastung von Umgebungstemperatur und Sonnenbestrahlung exponiert, was auch zur Verformung innerhalb des thermisch-fotovoltaischen Hybrid-Solarsystems führt. Es hat sich herausgestellt, dass der Gebrauch von Graphit mit seiner inhärenten Biegsamkeit zu verbesserter Dauerhaftigkeit und Effizienz führt, um bestmögliche Berührung und daher Wärmetransfer zwischen einem PV-Paneel 2 und dem thermischen Kollektor 3 sicherzustellen.
Schließlich, aufgrund der Biegsamkeit des Graphits, wird dem Auftreten von Luftspalten zwischen dem PV-Paneel und dem thermischen Kollektor vorgebeugt. Das hilft, den effizienteren leitenden Wärmetransfer zwischen dem PV-Paneel und dem thermischen Kollektor zu maximieren.
Gemäß der vorliegenden Erfindung wird die Effizienz von PV-Paneelen verbessert. Gleichzeitig, gemäß der vorliegenden Erfindung, wird die Effizienz der thermischen Kollektoren verbessert. Schließlich wird eine synergetische Wirkung durch die Kombination von PV-Paneel und thermischem Kollektor beobachtet.
Gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung können die Vorteile der Erfindung mit einer Graphitschicht, die im Wesentlichen rein ist, erhalten werden. Wie hier verwendet, bedeutet der Begriff „im Wesentlichen rein”, dass eine Zusammensetzung einen Großteil einer bestimmten chemischen Spezies umfasst, wie zum Beispiel mehr als 80 Gew.-%, mehr als 90 Gew.-%, mehr als 95 Gew.-%, mehr als 98 Gew.-%, mehr als 99 Gew.-% der chemischen Spezies.
Eine im Wesentlichen reine Graphitschicht, die eine Reinheit von 80 Gew.-% oder mehr hat, kann beispielsweise zum Erhalten der Vorteile der Erfindung ausreichend sein. Die Vorteile können je nach externen Umständen mehr oder weniger ausgeprägt sein, wenn die Reinheit erhöht oder verringert wird. Bekannte Verunreinigungen, die die Eigenschaften des Graphits beeinträchtigen können oder nicht, sind Fe, Zn, Al, Mn, K, S usw., oder Mineralstoffe wie zum Beispiel Asche und dergleichen.
Gemäß der vorliegenden Erfindung kann die thermisch-fotovoltaische Hybrid-Solarzeile mit einer oder mehreren weiteren thermisch-fotovoltaischen Hybrid-Solarzellen kombiniert werden, um ein Solarsystem, wie zum Beispiel ein Solarmodul oder ein Solarpaneel zu bilden. Wie dem Fachmann bekannt ist, können Solarpaneele parallel oder in Serie verbunden werden, was, je nach Fall, eine additive Spannung oder additiven Strom schafft. Solarpaneele können in Mengen kombiniert werden, die Solarkraftwerke bilden, die thermisch-fotovoltaische Hybrid-Solarsysteme gemäß der vorliegenden Erfindung integrieren. Alternativ können einzelne thermisch-fotovoltaische Hybrid-Solarsysteme als Teil kleinformatiger Leistungsversorgung verwendet werden.
Gemäß der vorliegenden Erfindung kann das thermisch-fotovoltaische Hybrid-Solarsystem in einen Artikel, wie zum Beispiel in ein Dachelement oder einen Dachziegel, integriert werden. Ein Dach, das Dachelemente oder Dachziegel umfasst, die thermisch-fotovoltaische Hybrid-Solarsysteme gemäß der vorliegenden Erfindung integriert haben, kann Wärme zu einem Gebäude liefern, oder kann verwendet werden, um elektrische Energie für ein Gebäude, entweder als alleinige Leistungsquelle oder als eine ergänzende Leistungsquelle zu erzeugen. 2 zeigt ein Dach, das eine Anzahl von Dachziegeln 7 umfasst, die integrierte thermisch-fotovoltaische Hybrid-Solarsysteme gemäß der vorliegenden Erfindung, die auf dem Dach installiert sind, haben. Gemäß der vorliegenden Erfindung kann das Aussehen einer Vielzahl thermisch-fotovoltaischer Hybrid-Solarsysteme das Aussehen einer Vielzahl von Dachziegeln nachahmen.
Es ist zu bemerken, dass die vorliegende Erfindung irgendeine Kombination der Merkmale und/oder Einschränkungen, auf die hier verwiesen wird, mit Ausnahme von Kombinationen solcher Merkmale, die sich gegenseitig ausschließen, umfassen kann. Die oben stehende Beschreibung betrifft besondere Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung zum Zweck ihrer Veranschaulichung. Für den Fachmann ist jedoch offensichtlich, dass viele Änderungen und Variationen an den Ausführungsformen, die hier beschrieben sind, möglich sind. Alle solchen Änderungen und Variationen bezwecken, innerhalb des Geltungsbereichs der vorliegenden Erfindung, wie in den anliegenden Ansprüchen definiert, zu liegen.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

DE 4306409 A1 [0005]
FR 2981202 [0006]
FR 2970562 [0007]
US 2015/0301568 A1 [0034]
US 6254993 B1 [0034]
WO 2016/094150 A1 [0034]

Claims

Thermisch-fotovoltaisches Hybrid-Solarsystem, das ein im Wesentlichen flaches fotovoltaisches Paneel und einen im Wesentlichen flachen thermischen Kollektor umfasst, wobei das fotovoltaische Paneel und der thermische Kollektor derart gestapelt sind, dass ihre jeweiligen flachen Seiten im Wesentlichen parallel sind, dadurch gekennzeichnet, dass eine Graphitschicht zwischen dem fotovoltaischen Paneel und dem thermischen Kollektor eingerichtet ist.
Thermisch-fotovoltaisches Hybrid-Solarsystem nach Anspruch 1, wobei die Graphitschicht Lamellengraphit umfasst.
Thermisch-fotovoltaisches Hybrid-Solarsystem nach Anspruch 1 oder 2, wobei die Graphitschicht eine oder mehr Graphitblattschichten umfasst.
Thermisch-fotovoltaisches Hybrid-Solarsystem nach Anspruch 3, wobei die Graphitschicht eine Stärke von 0,02 mm bis 25 mm umfasst, und/oder wobei jedes Graphitblatt eine Stärke von 0,020 mm bis 10 mm umfasst.
Thermisch-fotovoltaisches Hybrid-Solarsystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Graphitschicht im Wesentlichen reiner Graphit ist.
Thermisch-fotovoltaisches Hybrid-Solarsystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das fotovoltaische Paneel und der thermische Kollektor paneelförmig sind.
Thermisch-fotovoltaisches Hybrid-Solarsystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der thermische Kollektor des walzgeformten Typs ist.
Thermisch-fotovoltaisches Hybrid-Solarsystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der thermische Kollektor mit einem Kühlkreislauf, der ein Kühlfluid umfasst, verbunden ist.
Thermisch-fotovoltaisches Hybrid-Solarsystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der thermische Kollektor mit einem Kühlkreislauf, der ein gasförmiges Kältemittel umfasst, verbunden ist.
Thermisch-fotovoltaisches Hybrid-Solarsystem nach Anspruch 8 oder 9, wobei der Kühlkreislauf verwendet wird, um Heißwasser und/oder Elektrizität zu liefern.
Thermisch-fotovoltaisches Hybrid-Solarsystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der thermische Kollektor durch Wärmeleitung von dem PV-Paneel und/oder durch Konvektion von der Umgebungsluft und/oder durch Sonnenstrahlung erwärmt wird.
Thermisch-fotovoltaisches Hybrid-Solarsystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, das in einen Artikel, wie zum Beispiel in ein Dachelement, integriert ist.
Anordnung thermisch-fotovoltaischer Hybrid-Solarsysteme nach einem der vorhergehenden Ansprüche.