DK177894B1 - Solfanger med solcelle integreret i bagside - Google Patents

Abstract

Opfindelsen angår en luftsolfanger (1), som omfatter mindst ét transparent eller translucent frontpanel (6) og et bagpanel, idet frontpanelet og bagpanelet omslutter et indre volumen (5) i luftsolfangeren, en luftindtagsåbning (12) fra omgivelserne til luftsolfangerens indre volumen, en luftudledningsåbning (4) til omgivelserne fra luftsolfangerens indre volumen, en elektrisk ventilator, der er arrangeret til at drive en luftstrøm gennem det indre volumen (5) fra luftindtagsåbningen (12) til luftudledningsåbningen (4), og et solcellepanel (2), der omfatter fotovoltaiske celler (8), som er elektrisk forbundet til ventilatoren for at drive denne, hvor solcellepanelet (2) er placeret i bagpanelet på en sådan måde, at det er udskifteligt fra bagpanelets yderside, samt at luftsolfangeren er designet således, at solcellepanelets fotovoltaiske celler (8) kan modtage lys fra omgivelserne via frontpanelet.

Description

DK 177894 B1 i

Solfanger med solcelle integreret i bagside

Den foreliggende opfindelse angår en luftsolfanger med en integreret solcelle i solfangerens bagvæg, samt tilføjelse af effektivitetsforbedrende plader på siderne af 5 luftsolfangeren.

Baggrund I luftsolfangeranlæg hvor en solcelle driver en eller flere tilhørende ventilatorer e.l. er det ofte vanskeligt at køle solcellen tilstrækkeligt, hvis den integreres i selve 10 solfangeren. Dette gælder især i solfangeranlæg som monteres i sydlige og varme lande og er særlig kritisk når der er slukket for den ventilator som driver luft igennem solfangeren.

Her kan der opstå temperaturer i solcellen på over 95 grader C, som har en ødelæggende virkning på en normal solcelle og som både nedsætter levetid og 15 ydeevne.

Typisk løser man dette problem ved enten at sætte solcellen ved siden af solfangeren eller montere den uden på solfangerens transparente dæklag eller ved at lade en ekstra ventilator køle solcellen. Alle disse løsninger er forbundet med flere ulemper, som nedsætter solfangerens ydeevne eller brugbarhed. Endnu et væsentligt punkt i 20 forhold til bruger- og servicevenlighed er muligheden for at udskifte en evt. defekt solcelle uden større indgreb, hurtigt og ukompliceret selv for en lægmand.

WO 2011/063810 beskriver ligeledes at luftsolfangeranlæg med et transparant frontpanel, en luftindtagsåbning, en elektrisk ventilator, et solcellepanel forbundet til 25 ventilatoren og hvor solcellerne kan modtage lys fra omgivelserne via frontpanelet.

En ulempe ved den viste luftsolfanger er imidlertid at den kan være kompliceret at servicere.

Derfor er det vigtigt at finde en løsning som tilgodeser både ydeevne, æstetik, 30 servicevenlighed og holdbarhed på én gang.

DK 177894 B1 2 Når denne løsning er gennemført kan man uden risiko for overophedning af solcellen yderligere tilføje elementer, som øger luftsolfangerens ydelse og temperatur og som her er beskrevet som solvarme absorberende og vindbeskyttende plader på siden af solfangerne 5

Kort beskrivelse af opfindelsen

Opfindelsen angår en luftsolfanger, som omfatter mindst ét transparent eller translucent frontpanel og et bagpanel, idet frontpanelet og bagpanelet omslutter et indre volumen i 10 luftso lfangeren, en luftindtagsåbning fra omgivelserne til luftsolfangerens indre volumen, en luftudledningsåbning til omgivelserne fra luftsolfangerens indre volumen, en elektrisk ventilator, der er arrangeret til at drive en luftstrøm gennem det indre volumen fra luftindtagsåbningen til luftudledningsåbningen, og 15 et solcellepanel, der omfatter fotovoltaiske celler, som er elektrisk forbundet til ventilatoren for at drive denne, hvor solcellepanelet er placeret i bagpanelet på en sådan måde, at det er udskifteligt fra bagpanelets yderside, samt at luftso lfangeren er designet således, at solcellepanelets fotovoltaiske celler kan modtage lys fra omgivelserne via 20 frontpanelet.

Den foreliggende opfindelse angår anbringelsen af en solcelle i en given luftsolfanger på en ny måde man ikke hidtil har set, så alle de ovenfor nævnte ønsker og krav er opfyldt på én gang. Når dette tiltag er gennemført kan man uden risiko for 25 overophedning af solcellen desuden tilføje de beskrevne sideplader for at øge effektiviteten betydeligt.

Der laves nemlig en udskæring i solfangerens bagvæg (og eventuelle isolering) som i størrelse modsvarer solcellens aktive areal. Kanterne af denne udskæring forsynes med skinner, hvori solcellen kan skubbes ind og fastgøres til bagsiden af solfangeren.

30 Dvs. at solcellen altid er tilgængelig og kan udskiftes, også normalt uden brug af værktøj. Solcellens aktive areal er således frit til at kunne modtage solens stråler, DK 177894 B1 3 efter at disse har passeret solfangerens transparente dæklag. Samtidig kan solcellens bagside afkøles direkte af luften, og dermed holdes under en kritisk temperatur, selv i det varmeste klima. Placeringen gør desuden at solcellen kun i ringe omfang er synlig udefra og dermed ikke skæmmer udseendet.

5 Mange luftsolfangere placeres på husvægge med en lille afstand, og alt efter solfangerens udformning vil den afgivne varme fra solcellens bagside kunne opsuges at solfangerens luftindtag og dermed ikke gå tabt. På grund af solcellens ringe areal i forhold til hele solfangerens areal, er et varmetab fra solcellen under alle omstændigheder meget marginalt. Vigtigere er at den afkølede solcelle både vil få 10 højere ydelse og længere holdbarhed.

Solcellen kan antage mange former og størrelser og være med eller uden påmonteret ramme. Vigtigt er at det udskårne hul i solfangerens bagside og evt. isolering ikke vil skygge for solcellens aktive (fotovoltariske) areal uanset indfaldsvinkel for solens stråler. Desuden er det vigtigt at der er fri luftcirkulation på solfangerens og 15 solcellens bagside. Om nødvendigt kan solcellen desuden forsynes med køleribber på bagsiden fx i aluminium. Eller som her vist på figur 5 til 8 med en pladeanordning der beskytter solcellens bagside mod slagregn og mekanisk påvirkning fra snetryk (ved montage på tag) eller anden påvirkning. Denne pladeanordning skaber en forøget luft selvcirkulation på solcellens bagside i tilfælde af at solfangeren ikke 20 køles med aktiv ventilation, samt bidrager til at spildvarme fra solcellen under aktiv anlægsdrift suges ind af luftsolfangerens bagside perforering, når denne forefindes.

Opfindelsen kan anvendes i de fleste kendte luftsolfangertyper og desuden i flere typer af væskebaserede solfangere, hvor solcellen i givet fald som regel benyttes til 25 at drive en pumpe.

I luftso lfangeranlæg er der ofte tilknyttet en ekstra ventilator, som blæser luft ind andetsteds i bygningen. Denne ventilator, som får sin el fra den her beskrevne solcelle, får nu mere el til rådighed pga. den forbedrede køling af solcellen.

30 De traditionelle metoder og anbringelser af solceller på eller i eller ved siden af luftsolfangere til at forhindre overophedning (over ca. 90 grader C) af solcellen har DK 177894 B1 4 alle mange ulemper, såsom støj fra køleventilator, skæmmende udseende, dårlig ydelse og vanskelighed ved service og udskiftning af solcellen. Alle disse forhold er løst på én gang med denne opfindelse.

5 Opfindelsen angår således en luftsolfanger, som omfatter mindst ét transparent eller translucent ffontpanel og et bagpanel, idet frontpanelet og bagpanelet omslutter et indre volumen i luftsolfangeren, fx. sammen med en sideramme, en luftindtagsåbning fra omgivelserne til luftsolfangerens indre volumen, en luftudledningsåbning til omgivelserne fra luftsolfangerens indre volumen, dvs. hvor 10 den opvarmede luft ledes til fx. et rum, der skal opvarmes, en elektrisk ventilator, der er arrangeret til at drive en luftstrøm gennem det indre volumen fra luftindtagsåbningen til luftudledningsåbningen, hvorved luftstrømmen opvarmes, og et solcellepanel, der omfatter fotovoltaiske celler, som er elektrisk forbundet til ventilatoren for at drive denne, hvor solcellepanelet er placeret i bagpanelet på en 15 sådan måde, at det er udskifteligt fra bagpanelets yderside, og hvor luftsolfangeren er designet således, at solcellepanelets fotovoltaiske celler kan modtage lys fra omgivelserne via frontpanelet, fx. ved at en varmeabsorberende del, såsom sort filt som vist senere i eksemplet.

20 Luftsolfangerens bagpanelet omfatter fortrinsvis en udskæring, hvor solcellen er placeret i bagpanelet, således at solcellepanelets bagside kan afgive varme til luftsolfangerens omgivelser ved køling af en luftstrøm, der løber langs bagpanelet og/eller ved varmestråling.

25 Udskæringen er fortrinsvis af en størrelse, så solcellepanelets bagside i det væsentlige er blotlagt mod luftsolfangerens omgivelser og dermed kan køles i det meste af bagsidearealet.

Luftsolfangeren kan yderligere omfatte en dækplade, som er placeret bag 30 solcellepanelets bagside i en afstand herfra, idet afstanden mellem dækpladen og DK 177894 B1 5 solcellepanelets bagside fortrinsvis er mellem 0,5 og 2,5 cm, således at en luftstrøm mellem dækpladen og solcellepanelets bagside muliggøres til køling af sidstnævnte.

Udskæringen kan særligt ved kanterne være forsynet med skinner til at optage 5 solcellepanelets kanter, så solcellepanelet kan forskydes til og fra sin placering i det væsentlige parallelt med bagpanelets udstrækningsplan.

I det mindste en del af luftindtagsåbningen kan være tilvejebragt i bagpanelet, fortrinsvis i form af en perforering af i det mindste en del af bagpanelet, således at 10 luften suges ind gennem bagpanelet. Alternativt kan luftindtagsåbningen være placeret i en sideramme, der forbinder frontpanelet og bagpanelet og aflukker det indre volumen mod omgivelserne, eller der kan være tilvejebragt luftindtagsåbninger i bagpanelet såvel som i en sideramme.

15 Det er fordelagtigt, at luftsolfangeren yderligere omfatter mindst én sideplade, som strækker sig i et plan i det væsentlige parallelt med et plan, som luftsolfangeren udstrækker sig i, og som strækker sig ved siden af luftsolfangerens frontpanel, idet sidepladen eller sideplademe er arrangeret således, at luft under drift af luftsolfangerens ventilator kan opvarmes ved kontakt med den mindst ene sideplade 20 og derefter suges ind gennem luftsolfangerens luftindtagsåbning.

I en særligt foretrukken udførelsesform har den mindst ene sideplade en perforering, således at luften under drift af luftsolfangerens ventilator kan opvarmes ved at strømme gennem sidepladen eller sideplademe og derefter suges ind gennem en 25 luftindtagsåbning, der forefindes i bagpanelet.

Kort beskrivelse af tegningen

En udførelsesform af opfindelsen er vist i den medfølgende tegning, hvor figur 1 viser bagsiden af en luftsolfanger i henhold til opfindelsen, som er udført 30 efter et almindeligt princip med en perforeret plade. Desuden ses hvordan DK 177894 B1 6 en solcelle skubbes ind i et holdersystem som er fastgjort hvor der også er en udskæring i solfangerens bagplade.

figur 2 viser samme luftsolfanger i tværsnit og hvordan sollys først trænger igennem solfangerens transparente dæklag og rammer solcellen 5 efterfølgende.

figur 3 viser samme solfanger set fra fronten med påmonteret perforerede sideplader. Disse plader kan udformes og dekoreres på et utal af måder og beskytter mod direkte vind under solfangeren, figur 4 viser samme solfanger set i tværsnit med påmonteret perforerede 10 sideplader. Pile på figuren viser hhv. solens indstråling (store pile) og luftens vandring ved aktivt anlæg (små pile) figur 5 viser en plade, der monteres henover solcellens bagside med en vis afstand. Denne plade er lidt større end solcellen. Så overskudsvarme fra denne ledes hen til luftsolfangerens indsugningshuller.

15 figur 6 viser samme anordning placeret på solfanger set fra siden. Små pile angiver luftens vandring ved aktiv drift af (luft)solfanger. figur 7 viser samme anordning forstørret op så man ser princippet i luftvandringen og kølingen af solcellen når luftsolfanger ikke er aktiv.

Sort filt kan desuden påklæbes indersiden af denne plade, så strålevarme 20 fra solcellen lettere omdannes til luftvarme.

figur 8 viser samme anordning på luftsolfanger set fra siden med aktiv drift af ventilation. Pile viser at varm luft fra solcellen overføres til luftsolfangeren indsugning på bagsiden af denne.

25

Detaljeret beskrivelse af udførelsesform

Figur 1 viser bagsiden af en typisk luftsolfanger (1) her med perforeret metalplade.

30 En solcelle (2) som har den fotovoltariske side vendende nedad mod luftsolfangerens DK 177894 B1 7 bagside, skubbes ind over en udskæring (3) i bagsiden i et passende holdersystem. Udskæringen tilpasses solcellens aktive areal, så der ikke forekommer skygge herpå.

Den opvarmede luft for solfanger trækkes ud ved en studs, der fungerer som en luftudledningsåbning (4).

5

Fig. 2 viser samme luftsolfanger i tværsnit (5) med et transparent dæklag i glas eller plast (6) så solens stråler kan trænge ind (7) og ramme solcellens aktive areal (8). Solfanger er placeret på væg (18) 10 Fig. 3 viser samme solfanger set fra fronten (9). Typisk monteres solfangeren på en væg (18) med en lille afstand. Luften suges ind på solfangerens bagside og vil typisk trækkes ind fra alle sider på solfangeren. På de 2 sider er her monteret perforerede sideplader (10). Hvor luften trækkes igennem og ind under solfangerens bagside (11),her vist med pile. De samme sideplader nedsætter træk fra blæst ind under 15 solfangeren

Solcellen (2) kan nu afgive overskudsvarme til luften bag solfangeren (1) og vil derefter opnå bedre ydelse i strømproduktion og vil samtidig være beskyttet mod ødelæggende temperaturer, som kan opstå især når der er afbrudt for drift af ventilator og dermed for luftgennemstrømning gennem solfangeren.

20 En vigtig ting er at man med denne konstruktion nu er i stand til at udskifte en defekt solcelle uden særlige indgreb i solfangeren.

Fig. 4 viser luftens vandring (11) gennem sideplademe (10) til solfangerens indsugning på bagsiden (12). Luften blæses typisk ind i rummet bag væggen (18) vist 25 med pilen (13)

Fig. 5 viser hvordan solcellen 2 skubbes ind over åbningen (3) i solfangerens bagside. Når solcellen er på plads (15) dækkes denne af en plade (14) som er lidt større end solcellen og som sidder i en afstand fra denne (typisk 1 cm). (16) viser 30 pladen over solcellen.

8 DK 177894 B1

Fig. 6 viser luftsolfangeren i tværsnit (5) set fra siden med påmonteret dækplade (14). Typisk luftstrøm i en solopvarmet men inaktiv og uventileret luftsolfanger vises her med pile. Kold luft suges ved selvcirkulation ind i bunden af solfangeren (17) og varm luft afgives i toppen (19). Samtidig med dette sker der en selvcirkulation af 5 luften i mellemrummet mellem solcellen (12) og dækpladen (14). Denne proces er nærmere beskrevet på

Fig. 7 viser en typisk luftstrøm i mellemrummet mellem solcelle (2) og dækpladen (14) når luftsolfangeren ikke er i aktiv drift mht. tvungen ventilation, men dog er 10 solbeskinnet. Herved stiger temperaturen på solcellen og den vil afgive varme både ved konvektion og som strålevarme på bagsiden. For at øge afgivelsen af strålevarme fra solcellen (2) til dækpladen (14) er denne forsynet med en sort filt (23). Filtens store overflade øger desuden overgangen af varme til luften, som cirkulerer forbi, her vist med pile. Kold luft suges ind i bunden (20) og passerer op gennem 15 mellemrummet (24). Her vist med flere pile. Den opvarmede luft søger ud i toppen (21) og forsvinder i det fri.

Fig. 8 viser en typisk luftstrøm i hele luftso lfangeren (5) og i mellemrummet mellem solcelle (2) og dækpladen (14) når luftsolfangeren ikke er i aktiv drift mht. tvungen 20 ventilation, men dog er solbeskinnet. Herved stiger temperaturen på solcellen og den vil afgive varme både ved konvektion og som strålevarme til luften i mellemrummet (24). Dvs. samme proces som er vist på fig. 7. En afgørende forskel sker nu i toppen af dækpladen, hvor luften helt eller delvist suges ind igennem solfangerens bagside ved (22). Således spildes ingen eller kun marginalt varme.

25 Pilene (29) viser luftens retning ned mod den samlede udsugning (13) hvor luften sendes ind i bygningen.

Ved montage af luftsolfangeren på tag, hvor bagsiden er fri mod vind og vejr, beskytter dækpladen (14) mod unødvendig afkøling fra vind og med slagregn og snepres.

30

Claims (8)

1. Luftsolfanger (1), som omfatter mindst ét transparent eller translucent frontpanel (6) og 5 et bagpanel, idet ffontpanelet og bagpanelet omslutter et indre volumen (5) i luftso lfangeren, en luftindtagsåbning (12) fra omgivelserne til luftsolfangerens indre volumen, en luftudledningsåbning (4) til omgivelserne fra luftso lfangerens indre volumen, 10 en elektrisk ventilator, der er arrangeret til at drive en luftstrøm gennem det indre volumen (5) fra luftindtagsåbningen (12) til luftudledningsåbningen (4), og et solcellepanel (2), der omfatter fotovoltaiske celler (8), som er elektrisk forbundet til ventilatoren for at drive denne, hvor solcellepanelet (2) er placeret i bagpanelet på en sådan måde, at det er 15 udskifteligt fra bagpanelets yderside, samt at luftsolfangeren er designet således, at solcellepanelets fotovoltaiske celler (8) kan modtage lys fra omgivelserne via frontpanelet.

2. Luftsolfanger ifølge krav 1, hvor bagpanelet omfatter en udskæring (3), hvor 20 solcellen er placeret i bagpanelet, således at solcellepanelets bagside kan afgive varme til luftsolfangerens omgivelser.

3. Luftsolfanger ifølge krav 2, hvor udskæringen er af en størrelse, så solcellepanelets bagside i det væsentlige er blotlagt mod luftsolfangerens omgivelser. 25

4. Luftsolfanger ifølge krav 2 eller 3, som yderligere omfatter en dækplade (14), som er placeret bag solcellepanelets bagside i en afstand herfra, idet afstanden mellem dækpladen og solcellepanelets bagside fortrinsvis er mellem 0,5 og 2,5 cm, således at en luftstrøm mellem dækpladen og solcellepanelets bagside muliggøres til køling af 30 sidstnævnte. DK 177894 B1 10

5. Luftsolfanger ifølge et hvilket som helst af kravene krav 2 til 4, hvor udskæringen ved kanterne er forsynet med skinner til at optage solcellepanelets kanter, så solcellepanelet kan forskydes til og fra sin placering i det væsentlige parallelt med bagpanelets udstrækningsplan. 5

6. Luftsolfanger ifølge et hvilket som helst af de foregående krav, hvor i det mindste en del af luftindtagsåbningen forefindes i bagpanelet, fortrinsvis i form af en perforering af i det mindste en del af bagpanelet.

7. Luftsolfanger ifølge et hvilket som helst af de foregående krav, som yderligere omfatter mindst én sideplade (10), som strækker sig i et plan i det væsentlige parallelt med et plan, som luftsolfangeren udstrækker sig i, og som strækker sig ved siden af luftsolfangerens ffontpanel, idet sidepladen (10) eller sideplademe (10) er arrangeret således, at luft under drift af luftsolfangerens ventilator kan opvarmes ved 15 kontakt med den mindst ene sideplade og derefter suges ind gennem luftsolfangerens luftindtagsåbning.

8. Luftsolfanger ifølge krav 7, hvor den mindst ene sideplade (10) har en perforering, således at luften under drift af luftsolfangerens ventilator kan opvarmes ved at 20 strømme gennem sidepladen (10) eller sideplademe (10) og derefter suges ind gennem en luftindtagsåbning, der forefindes i bagpanelet.