DE4323270A1 - Hybrid-Sonnenkollektor - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen Hybrid-Sonnenkollektor gemäß Oberbegriff des Patentanspruchs 1.

Ein Sonnenkollektor dieser Art ist bekannt. Das Kollek­ torgehäuse ist belüftet, wobei die Photovoltaikzellen im Bereich des Absorbers angeordnet sind. Durch die dadurch auftretende starke Erwärmung der Photovoltaikzellen stürzt deren Wirkungsgrad, was wiederum eine größere Fläche an Voltaikzellen erforderlich macht, die dann an Fläche des thermischen Absorbers fehlt.

Aufgabe der Erfindung ist, einen Hybridsonnenkollektor der eingangs genannten Art so zu gestalten, daß bei gleich­ bleibender Wärmeausbeute die Ausbeute an elektrischer Ener­ gie verbessert ist.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch einen Hybrid- Sonnenkollektor, wie er im Patentanspruch 1 gekennzeichnet ist, gelöst.

Durch die infolge der Evakuierung des Sonnenkollektors größtenteils entfallende Wärmekonvektion sind die Wände - Scheibe und Wanne - des Gehäuses deutlich kühler als der Ab­ sorber, so daß auch die Photovoltaikzellen deutlich kälter bleiben.

Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung sind die Photovoltaikzellen an der Innenseite der Scheibe, vorzugsweise in deren Randbereich, angeordnet.

Im folgenden werden bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung anhand der beigefügten Zeichnungen näher erläu­ tert.

Es zeigt bzw. zeigen

Fig. 1 einen erfindungsgemäßen Hybrid-Sonnenkollektor im Schnitt,

Fig. 2 eine weitere Ausführungsform eines erfindungs­ gemäßen Hybrid-Sonnenkollektors,

Fig. 3 eine schematische Draufsicht eines erfindungs­ gemäßen Hybrid-Sonnenkollektors.

Fig. 1 zeigt in einer geschnittenen Seitenansicht einen Hybrid-Sonnenkollektor. Das Gehäuse des Kollektors besteht im wesentlichen aus einer Blechwanne 1 und einer strahlungsdurchlässigen Scheibe 7. Die Blechwanne 1 ist mit Seitenwänden 2 und einem flanschartigen Rand 4 ausgebildet. Die Scheibe 7 liegt auf diesem Rand 4 auf. Mittels eines den Rand 4 und die Scheibe 7 umgreifenden Rahmens 8 wird Scheibe 7 so gegen den Rand 4 der Wanne gedrückt, daß eine dichte Verbindung entsteht. Der Rand 4 kann auch die Scheibe 7 umschließend ausgebildet sein. Der Innenraum 15 des Kollek­ tors ist evakuiert. Zur Stabilisierung des evakuierten Kol­ lektors sind zwischen Wannenboden und Scheibe wirkende Stüt­ zen 16 vorgesehen.

In der Wanne unterhalb der Scheibe 7 befindet sich ein plattenförmiger thermischer Absorber 9 zur Erzeugung von Wärme aus der aufgenommenen Sonneneinstrahlung. Am Absorber 9 sind Leitungen 3 für ein Wärmetransportmedium angebracht. Die Herausführung der Leitungen aus dem Kollektor ist nicht dargestellt.

Auf der Innenseite der Scheibe 7 sind im Randbereich Photovoltaikzellen 20 angebracht. Eine einfache Anbringungs­ möglichkeit für Photovoltaikzellen auf einer Glasplatte ist beispielsweise das Heißkleben mit Hilfe einer Folie, wobei die Photovoltaikzellen zwischen Glasplatte und "aufzubügeln­ der" Folie angeordnet sind.

Durch die Ausbildung des Vakuums im Kollektorinnenraum ist zwischen dem Absorber 9 und der Scheibe 7 bzw. den dar­ auf angebrachten Photovoltaikzellen 20 die Wärmekonvektion stark reduziert. Die Scheibe 7 bleibt somit trotz starker Erwärmung des Absorbers 9 verhältnismäßig kühl und kann daher als Kühlfläche für die mit ihr in thermischem Kontakt stehenden Photovoltaikzellen 20 dienen. Diese Kühlung der Photovoltaikzellen 20 führt, wie erwähnt, zu einer Verbes­ serung ihres Wirkungsgrades. Zur Verminderung der thermi­ schen Abstrahlung des Absorbers 9 ist eine spektralselektive Absorberbeschichtung mit niedrigem Emissionsgrad vorteilhaft verwendbar.

Zur Unterstützung der Kühlung können die auf der Schei­ be angebrachten Photovoltaikzellen 20 wie dargestellt, zu­ sätzlich mit einem Wärmeableitblech 17 verbunden sein, wel­ ches den thermischen Kontakt mit der Blechwanne 1 herstellt. Dieses Wärmeleitblech 17 ist vorteilhafterweise so ausgebil­ det, daß es gleichzeitig die Fixierung der Photovoltaikzel­ len 20 auf der Glasscheibe 7 gewährleistet. Bei der darge­ stellten Ausführungsform ist das Wärmeableitdichtblech 17 an einer Seite abgewinkelt, so daß der abgewinkelte Abschnitt an der Wand 2 der Blechwanne befestigbar ist. Zur weiteren Verbesserung der Wärmeableitung und daher der Kühlung kann die Blechwanne 1 mit (nicht gezeigten) Kühlrippen ausgebil­ det sein.

Fig. 2 zeigt eine Anordnung von Photovoltaikzellen 20 zwischen der Glasscheibe 7 und an dieser angebrachten Trä­ gerplatten 27, wobei die Trägerplatten beispielweise aus eloxiertem Aluminium oder ebenfalls aus Glas hergestellt sind. Die zwischen der Scheibe 7 und den Trägerplatten 27 zur Fixierung der Photovoltaikzellen 20 verwendete Verguß­ masse ist beispielweise ein Silikonkleber. Bei der in Fig. 2 dargestellten Ausführungsform sind die Trägerplatten 27 nicht direkt mit der Blechwanne 1 in Kontakt. Eine solche Ausführungsform wäre jedoch gleichfalls möglich. Bei einer Fortsetzung einer Trägerplatte aus eloxiertem Aluminium auf den Rand 4 wäre beispielsweise eine Wärmeableitung ohne die Notwendigkeit eines abgewinkelten Wärmeableitbleches mög­ lich. Bei beiden Ausführungsformen können jedoch die Pho­ tovoltaikzellen auch mit einem Wärmeableitblech verbunden sein, wie dies unter Bezug auf die erste Ausführungsform beschrieben wurde. Bei sämtlichen beschriebenen Ausführungs­ formen können kristalline oder amorphe Photovoltaikzellen verwendet werden. Amorphe Photovoltaikzellen können durch Aufdampfen auf der Scheibe 7 angebracht werden.

Bei geeigneter Form der Blechwanne 1 wäre es ebenfalls denkbar, die Photovoltaikzellen direkt auf dieser anzubrin­ gen. Hierzu kann beispielsweise der obere Teil des Wandbe­ reiches 2 der Blechwanne so nach außen gebogen sein, daß darauf angeordnete Photovoltaikzellen im wesentlichen par­ allel zur Scheibe 7 ausgerichtet sind.

Es kann ein Zwischenraum zwischen der Oberseite der so angebrachten Photovoltaikzellen und der Innenseite der Scheibe 7 verbleiben, oder die Scheibe 7 kann mit der Ober­ seite der Photovoltaikelemente in Berührung stehen.

Die Anbringung der Photovoltaikelemente 20 auf der Glasscheibe 7 oder auf der Blechwanne 1 ist insofern vor­ teilhaft, als diese Gehäuseelemente des Kollektors gleich­ zeitig eine Stütz- und Schutzabdeckung der Photozellen dar­ stellen.

Die Anordnung der Photovoltaikzellen in einem evakuier­ ten Raum schützt sie außerdem wirksam vor Korrosion. Somit kann Wartungsarbeit vermindert und, wie erwähnt, die Lebens­ dauer verlängert werden.

In Fig. 3 ist eine bevorzugte Verteilung von Photovol­ taikzellen 20 auf der Scheibe 7 schematisch dargestellt. Der durch die Kühlung geschaffene hohe Wirkungsgrad der Photo­ voltaikzellen ermöglicht es, daß bei nur geringer Belegung der Scheibe, vorzugsweise wegen der Art des Schattenwurfs auf den Absorber nur ihres längsseitigen Randbereiches, elektrischer Strom in ausreichender Menge erzeugt werden kann, wobei dennoch genügend belegungsfreier Raum zur Ge­ währleistung einer wirksamen Wärmegewinnung vorhanden ist. Eine Belegung des querseitigen oder des gesamten Randbe­ reichs kann je nach Anwendung ebenfalls vorteilhaft sein.

Es sind jedoch auch größere Belegungen mit Photovol­ taikzellen, bis hin zu einer vollflächigen Belegung möglich, wenn insbesondere transparente bzw. semitransparente Photo­ voltaikzellen Anwendung finden.

Claims (8)

1. Hybrid-Sonnenkollektor mit einem aus einer Blechwan­ ne (1) und einer auf die Blechwanne (1) aufgesetzten strah­ lungsdurchlässigen Scheibe (7) aufgebauten Gehäuse, in dem ein Absorber (9) zur Umwandlung der Sonneneinstrahlung in Wärme und Photovoltaikzellen (20) zur Umwandlung der Sonnen­ einstrahlung in elektrische Energie angeordnet sind, dadurch gekennzeichnet, daß das Gehäuse evakuiert ist und die Photo­ voltaikzellen (20) im Bereich der Gehäusewände angeordnet sind.

2. Hybrid-Sonnenkollektor nach Anspruch 1, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die Photovoltaikzellen (20) auf der Innen­ seite der Scheibe (7) angebracht sind.

3. Hybrid-Sonnenkollektor nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Photovoltaikzellen im Randbereich der Scheibe angeordnet sind.

4. Hybrid-Sonnenkollektor nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die auf der Scheibe (7) angebrachten Photovoltaikzellen (20) mittels eines Wärmeableitbleches (17) an der Scheibe (7) fixiert und thermisch mit der Blechwanne (1) verbunden sind.

5. Hybrid-Sonnenkollektor nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Photovoltaikzellen (20) mittels einer Trägerplatte (27), welche an der Scheibe (7) ange­ bracht ist, fixiert sind.

6. Hybrid-Sonnenkollektor nach Anspruch 2 oder 3, da­ durch gekennzeichnet, daß die Photovoltaikzellen (20) auf der Innenseite der Scheibe (7) aufgedampft sind.

7. Hybrid-Sonnenkollektor nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Photovoltaikzellen (20) mittels einer Folie durch Heißkleben an der Scheibe (7) fixiert sind.

8. Hybrid-Sonnenkollektor nach einem der Ansprüche 2 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Scheibe (7) vollständig mit transparenten oder semitransparenten Photovoltaikzellen belegt ist.