DE4338735A1 - Vorrichtung zur wahlweisen Umwandlung von Sonnenenergie in Wärme und/oder Strom - Google Patents

Vorrichtung zur wahlweisen Umwandlung von Sonnenenergie in Wärme und/oder Strom

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Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur wahlweisen Umwandlung von Sonnenenergie in Wärme und/oder Strom.
Die Vorrichtung soll zur Energieversorgung in vorwiegend Ein- oder Mehrfamilienhäusern und Gewerbebetrieben dienen. Es ist bekannt, mittels Photovoltaikmodulen (PV-Modul) Sonnenenergie in Strom und mit Hilfe von Sonnenkollektoren Sonnenenergie in Wärme umzuwandeln.
Zu Komplex PV-Modul gibt es eine Reihe von Patenten, die die Arten der unterschiedlichen PV-Module (z. B. DE 41 28 766, spezielle Kontaktierung von PV-Modulen: DE 41 25 265, flexibles PV-Modul auf einer beweglichen Trägerschicht), die die Bauform (z. B. 41 39 753, PV-Modul zur integrierten Dachmontage; DE 41 40 683 und DE 41 40 682, PV-Modul mit Steckverbinder zur kabellosen Montage) und die die Anwendungen und Anordnung von PV-Modulen (z. B. DE 42 27 860 und DE 41 32 392; PV-Modul als Fassadenverkleidung) beschreiben.
Analoges gilt für Sonnenkollektoren (z. B. DE 40 07 839, Vakuumkollektor für Solarenergie; DE 39 08 363, Sonnenkollektor für doppelseitige Nutzung, DE 38 14 169 Solaranlage zur Warmwassererzeugung). Im Gegensatz zum PV-Modul, bei dem die entstehende Energie immer abgeführt werden kann, ist das bei Sonnenkollektoren nicht immer möglich. Um Überhitzung in den Sommermonaten auszuschließen, können die Kollektoren abgedeckt werden, beschrieben im Patent DE 38 02 125. Das Problem der Nachführung wird in verschiedenen Patenten beschrieben, einerseits, daß die PV-Module beweglich gestaltet werden (z. B. DE 40 20 032) und andererseits, daß eine Reihe von PV-Modulen in unterschiedlichen Positionen aufgebaut werden (z. B. DE 41 24 076 und DE 41 24 075, kreis- bzw. ringförmige Anordnung), um zu erreichen, daß mindestens ein PV-Modul optimal zur Sonne steht. Zur gleichzeitigen Erzeugung von Strom und Wärme wird in der Regel die in dem PV-Modul entstehende Wärme ausgenutzt (z. B. DE 41 20 943), Wärmeproduktion durch Kühlung des PV-Modules; DE 42 06 931, Kombination aus PV-Modul und Sonnenkollektor mit Vorerwärmung des Wärmeträgermediums zur Kühlung des PV- Modules und nachträglicher Erwärmung des Wärmeträgermediums in den Sonnenkollektoren).
Diese Erfindungen haben die Nachteile, daß mit der jeweiligen Anlage entweder nur Strom, nur Wärme oder nur beides gleichzeitig (DE 41 20 943 und DE 42 06 931) gleichzeitig erzeugt werden kann, daß die Temperatur des Wärmeträgermediums bei Kühlung der PV-Module unter den gegebenen meteorologischen Bedingungen bei maximal 60°C-70°C liegt oder beim letztgenannten Patent (DE 42 06 931) dafür Sorge getragen werden muß, daß die Kühlung nicht zur Aufheizung der PV-Module führt. Außerdem sind die energetischen Parameter fest durch die Größe der Anlage definiert, d. h. sie lassen sich nicht oder nur schwer dem tatsächlichen Bedarf anpassen. Überschüssige Energie muß abgeführt werden. Die bekannten Anlagen weisen außerdem den Nachteil auf, daß eine Nachführung des Stundenwinkels mit hohem Aufwand auf Grund der großen, zu bewegenden Massen und der mechanischen Stabilität verbunden ist bzw. einen erhöhten Bedarf an PV-Modulen erfordern.
Aufgabe der Erfindung ist es, eine Vorrichtung zu entwickeln, die es ermöglicht, die vorhandene Sonnenenergie gleichzeitig oder wahlweise in Strom und/oder Wärmeenergie umzuwandeln.
Die Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß in einer Vakuumröhre 3 seitlich ein Kollektorblech 4 und zwei Spiegel 5 mittig im Winkel von 90° zueinander angeordnet sind, wobei ein Spiegel 5 im Winkel von 45° zum Kollektorblech 4 geneigt ist. Auf einer abgeflachten Seite der Vakuumröhre 3, gegenüber dem Kollektorblech 4 sind zwei Photovoltaikmodule 6 auf die Vakuumröhre 3 so aufgebracht, daß ein Modul 6 auf das Röhreninnere und das andere Modul 6 nach außen gerichtet ist. Der zweite Spiegel 5 ist im Winkel von 45° zu dem nach innen gerichteten Modul 6 geneigt. An der vorderen Stirnseite der Röhre 3 ist auf einer fest mit der Röhre 3 verbundenen Achse ein Kraftübertragungselement 1, z. B. ein schräg verzahntes Zahnrad, fest angeordnet, gleichzeitig ist zwischen der Stirnseite der Röhre 3 und dem Kraftübertragungselement 1 die Halterung 2 angeordnet. An der hinteren Stirnseite der Röhre 3 sind auf einer weiteren, fest mit der Röhre verbundenen Achse die zwei Stromabnehmer 7 montiert, wobei jeweils ein Stromabnehmer 7 mit je einem Photovoltaikmodul 6 elektrisch verbunden ist. Die hintere Achse ist mit einem Wärmetauscher 9 abgeschlossen, wobei zwischen dem Stromabnehmer 7 und dem Wärmetauscher 9 die Halterung 8 montiert ist.
Die so aufgebaute Vorrichtung ermöglicht es, mit 3 Betriebsarten zu arbeiten, der Wärmeerzeugung, der Stromerzeugung oder der Wärme- und Stromerzeugung. Im Gegensatz zu den genannten Erfindungen, die mit mehreren Vorrichtungen gleichzeitig Strom und Wärme erzeugen, kann bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung die Temperatur des Wärmeträgermediums über 100°C erreicht werden.
Die Vorrichtung ist drehbar gestaltet, damit einerseits durch die Ausrichtung des Kollektorbleches, des PV-Moduls oder der Kombination von PV-Modul, Kollektorblech und Spiegel zur Sonne einer der 3 Betriebsarten bestimmt wird und damit andererseits die Nachführung des Stundenwinkels erfolgen kann. Die gleichzeitige Erzeugung von Strom und Wärme kann nur durch den direkten Anteil des Sonnenlichtes ermöglicht werden, indem dieses durch die Spiegel jeweils zur Hälfte auf das Kollektorblech und das PV-Modul reflektiert wird.
Die Auskopplung der Wärme erfolgt über den Wärmetauscher, der Strom wird über die Stromabnehmer des jeweils stromproduzierenden PV-Modules ausgekoppelt. Die Erfindung wird in Fig. 1 bis Fig. 4 dargestellt.
Fig. 1 zeigt die Vorrichtung zur wahlweisen Umwandlung des Sonnenlichtes in Strom und/oder Wärme.
Fig. 2 zeigt eine Schnittdarstellung der Vorrichtung.
Fig. 3 veranschaulicht die Zusammenschaltung der einzelnen Vorrichtungen zu einem Feld und den Antrieb durch einen Schrittmotor, d. h. alle Vorrichtungen eines Feldes werden gleichzeitig bewegt und arbeiten in der gleichen Betriebsart.
Fig. 4 beinhaltet das Schaltbild für die Gesamtanlage. Durch den Meß- und Steuercomputer wird das Energiemanagement der Anlage gesteuert.

Claims (1)

  1. Vorrichtung zur wahlweisen Umwandlung von Sonnenenergie in Wärme und/oder Strom, dadurch gekennzeichnet, daß in einer Vakuumröhre (3) seitlich ein Kollektorblech (4) und zwei Spiegel (5) mittig im Winkel von 90° zueinander angeordnet sind, wobei ein Spiegel (5) im Winkel von 45° zum Kollektorblech (4) geneigt ist und auf einer abgeflachten Seite der Vakuumröhre (3), gegenüber dem Kollektorblech (4) zwei Photovoltaikmodule (6) auf die Vakuumröhre (3) so aufgebracht sind, daß ein Modul (6) auf das Röhreninnere und das andere Modul (6) nach außen gerichtet ist und der zweite Spiegel (5) im Winkel von 45° zu dem nach innen gerichteten Modul (6) geneigt ist, und weiterhin an der vorderen Stirnseite der Röhre (3) auf einer fest mit der Röhre (3) verbundenen Achse ein Kraftübertragungselement (1) und gleichzeitig zwischen der Stirnseite der Röhre (3) und dem Kraftübertragungselement (1) die Halterung (2) angeordnet ist und außerdem an der hinteren Stirnseite der Röhre (3) auf einer weiteren, fest mit der Röhre verbundenen Achse die zwei Stromabnehmer (7) montiert sind, wobei jeweils ein Stromabnehmer (7) mit je einem Photovoltaikmodul (6) elektrisch verbunden ist und die hintere Achse mit einem Wärmetauscher (9) abgeschlossen ist, wobei zwischen dem Stromabnehmer (7) und dem Wärmetauscher (9) die Halterung (8) montiert ist.
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