DE202022105905U1 - Thermische Infrarot - Solarzellen für Tag und Nacht mit größerem Ertrag pro Stellfläche als konventionelle Photovoltaik - Google Patents
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Abstract
Thermische Infrarot - Solarzellen für Tag und Nacht, dadurch gekennzeichnet, dass in vielen übereinander installierten Lagen Strom produziert wird.
Description
- Solarzellen sind seit sehr langer Zeit bekannt. Sie werden immer effizienter und preiswerter. Allerdings erzeugen Photovoltaikmodule hauptsächlich tagsüber Strom und in der „dunklen“ Jahreszeit wenig Energie.
- Thermoelektrische Generatoren wandeln Wärme bzw. eine Temperaturdifferenz in elektrische Energie um. Der Wirkungsgrad thermoelektrischer Generatoren ist z.Zt. wegen des nur kleinen umgewandelten Teils des Camot-Wirkungsgrads gering. Vorteilhaft ist, dass keine beweglichen Teile vorhanden sind. Für eine größere Stromerzeugung spielen sie z.Zt. nur eine Nebenrolle.
- Erzeugen technische Geräte oder Prozesse ungenutzte Energie wie Abwärme oder Vibration, kann diese durch „Energy Harvesting“-Systeme in Elektrizität umgewandelt werden. Z.B. piezoelektrische Kristalle durch Druck, thermoelektrische Generatoren durch eine Wärmedifferenz, elektromagnetische Strahlung aus Radiowellen mit Antennen, Automatik - Armbanduhren usw. Z.B. werden die o.g. Thermoelemente immer effektiver sind aber auch zu teuer. Somit sind diese nicht für größere Flächen geeignet.
- So wäre eine „Solarzelle“ ideal, die Tag und Nacht Strom erzeugt. Ein wichtiger Bericht in diesem Zusammenhang war die Veröffentlichung von Tristan Deppe und Jeremy N. Munday (2020).
- Meine Erfindung basiert auf der Weiterentwicklung thermischer Infrarot - Solarzellen, um somit preiswerte Generatoren zu erhalten, die Tag und Nacht Strom erzeugen.
- Es existieren wenige an die Erfindung angelehnte Lösungen, z.B.:
-
US000010197711B2 -
WO001998050964A1 - Die vorhandenen Lösungen erfüllen ihre den Umständen entsprechende Funktion bzw. sind noch in der Entwicklung haben aber nicht die Möglichkeiten der o.g. Erfindung.
- Eine allseits platzierbare sowie Strom erzeugende Lösung ist gewünscht und die im Schutzanspruch 1 angegebene Erfindung thermischer Infrarot - Solarzellen, die Tag und Nacht elektrische Energie in vielen übereinander installierten Lagen Strom produzieren, erfüllt diese Anforderungen.
- Ein Ausführungsbeispiel:
- Z.Zt. wird davon ausgegangen, dass durch thermische Infrarot-Solarzellen pro Quadratmeter z.B. 10 bis 50 Watt erzeugt werden können.
- Um die „Effizienz“ der sog. „anti-Solarzellen“ 2 (incl. Kühlkörper / Wärmesenke) deutlich zu erhöhen, müssen diese (nach Schutzanspruch 2) zu einem Modul neben- oder übereinander gestapelt werden (
1 ). Wie im Schutzanspruch 3 dargestellt kann zwischen den Solarzellen optional jeweils eine isolierende Schicht 1 und eine Schicht mit einem Wärmeträger liegen (2 ). Zusätzlich ist (nach Schutzanspruch 4) eine äußere Isolierschicht sinnvoll. - Wie im Schutzanspruch 5 dargestellt können die Module zusätzlich senkrecht bzw. waagerecht auseinander- und wieder zusammenschiebbar sein (
3 ), so dass die Heißstäbe / Wärmeplatten / Wärmeträger leichter aufzuwärmen sind. - Als oberste Schicht erwärmt (nach Schutzanspruch 6) ein Sonnenkollektor 4 / Solarkollektor/ thermischer Solarkollektor / Solarthermie durch die Sonnenstrahlung z.B. eine Solarflüssigkeit (Wärmeträger 3, z.B. Wasser mit Glykol / Propylenglykol oder Luft oder ein metallischer Wärmeleiter). Alternativ können Röhrenkollektoren / Vakuumkollektoren mit einer Heatpipe und häufig CPC - Spiegeln (Compound Parabolic Concentrator) eine Flüssigkeit mit niedrigem Verdampfungspunkt erhitzen. Somit wird Wärmeenergie erzeugt, die - wie im Schutzanspruch 7 dargestellt - sofort genutzt oder z.B. in einem großen wärmeisolierten Wassertank 5 als unterste „Schicht“ gespeichert wird. Eine weitere Option der Speicherung wären u.a. Latentwärmespeicher / Phasenwechselspeicher.
- Vor allen Dingen bei größeren Wärmespeichern kann (nach Schutzanspruch 8) dieser natürlich auch extern installiert werden. So ist u.a. eine bessere Isolierung möglich.
- Wie im Schutzanspruch 9 dargestellt kann der Wärmespeicher mit verschiedenen Materialien bestückt werden (Wasser, Kies, Erde, Stahl, Stein, Lavagestein, Beton. (Flüssig-) Salz usw.) oder auch als Latentwärmespeicher / chemischer Speicher (z.B. Natriumacetat, Calciumhydroxid - Calciumoxid) konzipiert sein.
- Ebenso können (nach Schutzanspruch 10) die Sonnenkollektoren von der Anlage getrennt sein. Dies ist bei großen Systemen von Vorteil. So können alle einzelnen Komponenten optimiert werden, voneinander getrennt funktionieren und zusammen einen maximalen Stromertrag erzeugen.
- Wie im Schutzanspruch 11 dargestellt kann ein Wassertank / Wärmekreislauf direkt unter konventioneller (auch transparenter) Photovoltaik installiert werden, diese kühlen und bei hohen Temperaturen effizienter machen (
4 ). Zusätzlich werden tagsüber die darunter liegenden Infrarot-Solarzellen mit Wärme zu versorgt, die dann ebenfalls Strom zu erzeugen. - Die ggf. notwendige Pumpe kann (nach Schutzanspruch 12) aus dem gewonnenen Strom der Module gespeist werden.
- Somit können die thermischen Infrarot - Module Tag und Nacht genutzt werden. Der Stromertrag pro Quadratmeter Stellfläche ist dann wegen der vielen übereinander liegenden Schichten deutlich höher im Vergleich zu konventionellen Solarzellen.
- Referenz
-
- Tristan Deppe and Jeremy N. Munday: Nighttime Photovoltaic Cells: Electrical Power Generation by Optically Coupling with Deep Space, ACS Photonics 2020, 7, 1, 1-9.
- Bezugszeichenliste
-
- (1)
- Wärmeisolierende Schicht
- (2)
- Thermische Infrarot - Solarzellen (incl. Kühlkörper / Wärmesenke)
- (3)
- Wärmeträger / Wärmeleiter, z.B. Wasser mit Glykol, Luft, Metall, „Heatpipe“ usw.
- (4)
- Thermischer Solarkollektor
- (5)
- Wärmespeicher, z.B. Warmwasser / Kollektorflüssigkeit / Wärmeträger / Solarflüssigkeit
- 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
-
- US 000010197711 B2 [0006]
- WO 001998050964 A1 [0006]
Claims (12)
- Thermische Infrarot - Solarzellen für Tag und Nacht, dadurch gekennzeichnet, dass in vielen übereinander installierten Lagen Strom produziert wird.
- Thermische Infrarot - Solarzellen für Tag und Nacht, nach
Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass diese (incl. Kühlkörper / Wärmesenken) zu einem Modul neben- oder übereinander gestapelt werden. - Thermische Infrarot - Solarzellen für Tag und Nacht, nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen den Solarzellen jeweils eine isolierende Schicht und eine Schicht mit einem Wärmeträger installiert ist.
- Thermische Infrarot - Solarzellen für Tag und Nacht, nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass um ein Modul eine äußere Isolierschicht angebracht ist.
- Thermische Infrarot - Solarzellen für Tag und Nacht, nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Module senkrecht bzw. waagerecht auseinander- und wieder zusammenschiebbar sind.
- Thermische Infrarot - Solarzellen für Tag und Nacht, nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass als oberste Schicht ein Sonnenkollektor / Solarkollektor / thermischer Solarkollektor / Solarthermie installiert ist und einen Wärmeträger erhitzt.
- Thermische Infrarot - Solarzellen für Tag und Nacht, nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass als unterste Schicht eine Wärmespeichereinheit angebracht ist.
- Thermische Infrarot - Solarzellen für Tag und Nacht, nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Wärmespeicher extern installiert wird.
- Thermische Infrarot - Solarzellen für Tag und Nacht, nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Wärmespeicher mit verschiedenen Materialien bestückt wird (Wasser, Kies, Erde, Stahl, Stein, Lavagestein, Beton. (Flüssig-) Salz usw.) oder ein Latentwärmespeicher / chemischer Speicher (z.B. Natriumacetat, Calciumhydroxid - Calciumoxid) ist.
- Thermische Infrarot - Solarzellen für Tag und Nacht, nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Sonnenkollektoren / Solarkollektoren / thermische Solarkollektoren / Solarthermie von der Anlage getrennt installiert wird.
- Thermische Infrarot - Solarzellen für Tag und Nacht, nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Wärmekreislauf direkt an und unter konventioneller (auch transparenter) Photovoltaik angebracht ist.
- Thermische Infrarot - Solarzellen für Tag und Nacht, nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine Pumpe aus dem gewonnenen Strom der Module gespeist wird.
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