EP2218112A1 - Temperierkörper für photovoltaik-module - Google Patents

Temperierkörper für photovoltaik-module

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Publication number
EP2218112A1
EP2218112A1 EP08848550A EP08848550A EP2218112A1 EP 2218112 A1 EP2218112 A1 EP 2218112A1 EP 08848550 A EP08848550 A EP 08848550A EP 08848550 A EP08848550 A EP 08848550A EP 2218112 A1 EP2218112 A1 EP 2218112A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
layer
graphite
tempering
heat transfer
photocell
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
EP08848550A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Martin Christ
Oswin ÖTTINGER
Dirk Heuer
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
SGL Carbon SE
Original Assignee
SGL Carbon SE
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by SGL Carbon SE filed Critical SGL Carbon SE
Publication of EP2218112A1 publication Critical patent/EP2218112A1/de
Withdrawn legal-status Critical Current

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Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10F—INORGANIC SEMICONDUCTOR DEVICES SENSITIVE TO INFRARED RADIATION, LIGHT, ELECTROMAGNETIC RADIATION OF SHORTER WAVELENGTH OR CORPUSCULAR RADIATION
    • H10F77/00—Constructional details of devices covered by this subclass
    • H10F77/60—Arrangements for cooling, heating, ventilating or compensating for temperature fluctuations
    • H10F77/63—Arrangements for cooling directly associated or integrated with photovoltaic cells, e.g. heat sinks directly associated with the photovoltaic cells or integrated Peltier elements for active cooling
    • H10F77/68—Arrangements for cooling directly associated or integrated with photovoltaic cells, e.g. heat sinks directly associated with the photovoltaic cells or integrated Peltier elements for active cooling using gaseous or liquid coolants, e.g. air flow ventilation or water circulation
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02S—GENERATION OF ELECTRIC POWER BY CONVERSION OF INFRARED RADIATION, VISIBLE LIGHT OR ULTRAVIOLET LIGHT, e.g. USING PHOTOVOLTAIC [PV] MODULES
    • H02S40/00—Components or accessories in combination with PV modules, not provided for in groups H02S10/00 - H02S30/00
    • H02S40/40—Thermal components
    • H02S40/44—Means to utilise heat energy, e.g. hybrid systems producing warm water and electricity at the same time
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E10/00—Energy generation through renewable energy sources
    • Y02E10/50—Photovoltaic [PV] energy
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E10/00—Energy generation through renewable energy sources
    • Y02E10/60—Thermal-PV hybrids

Definitions

  • the invention relates to a tempering for photovoltaic modules and semi-finished products for the production of this component.
  • Photovoltaic modules and interconnected photovoltaic systems are used for the direct conversion of sunlight into electricity.
  • special semiconductors such as solar silicon, zinc sulphide (ZnS) or gallium arsenide (GaAs), in which electrons are released by the impingement of photons, use so-called photocells.
  • the efficiency of such photovoltaic systems is highly dependent on the amount of incident light and the temperature of the photocells, which are arranged in a photocell layer. Particularly in sunny areas between southern the 45th latitude and latitude are photovoltaic modules heats the thermal recombination of electrons released limit the standing for energy available temperature range to a maximum of about 70 0 C. INS easy to temperatures of more than 70 0 C. ,
  • a photovoltaic device is known from document DE 199 23 196 A1, in which at least one cooling device through which liquid flows is arranged in front of the photocell layer with respect to the direction of radiation.
  • the cooling device is intended to increase the yield of electrical energy by limiting the temperature of the photocells to a maximum of 50 ° C. and by the optical filtering action of the cooling fluid used and of the transparent covering materials for the usable spectral range of the sunlight. The overall efficiency is thereby improved by using the thermal energy absorbed by the cooling medium.
  • the document DE 10 2004 043 205 A1 also describes a photovoltaic element which is provided with a temperature control.
  • the temperature control is carried out via a temperature sensor which is attached to the photocell and attached to the rear or underside of the photocell, preferably liquid-flow tempering. The temperature should be removed via the temperature control medium.
  • the advantage of the concentration of sunlight through mirrors on the surface of the photovoltaic module is that the yield of electrical energy is higher for the same area of the photovoltaic module than for non-concentrating systems.
  • the concentration of sunlight leads to even higher temperatures in the photovoltaic module and thus to a lower efficiency in the conversion of radiant energy into electrical energy.
  • the object of the present invention is to provide a temperature control body for photovoltaic modules which makes it possible to facilitate the heat transfer between the absorption surface and the heat transfer fluid.
  • the photovoltaic modules equipped with the tempering body according to the invention can be used both in non-concentrating systems (flat-plate collectors) and in systems in which the incident solar radiation is concentrated by mirrors, lenses or similar devices on the surface of the photovoltaic modules.
  • the use of heat dissipated by the photovoltaic module in the temperature control body according to the invention is possible.
  • heat transfer tubes 3 through which temperature medium 2 flows are embedded in a layer 4 of compressed graphite expandate and connected to the surface of a photocell layer 1 remote from the solar radiation. Due to the embedding of the heat transfer tubes 3 in compressed graphite expand the entire pipe surface is available for heat transfer, therefore, the heat transfer resistance is significantly reduced.
  • compressed graphite expander we mean a compressed graphite expandate with a density between 0.02 g / cm 3 and 0.5 g / cm 3 . Further advantageous embodiments are set forth in claims 2 to 13.
  • a further object is to provide a semifinished product which can be used inter alia for the production of the tempering body according to the invention.
  • this object is achieved by the layer composite semifinished product comprising a layer 4 of compressed graphite expandate having a density between 0.02 g / cm 3 and 0.5 g / cm 3 .
  • Advantageous embodiments of this semifinished product are specified in claims 15 and 16. The advantages, details and variants of the invention will become apparent from the following detailed description and the figures.
  • FIGS. 2a and 2c show tempering bodies for a photovoltaic flat collector according to the prior art.
  • FIGS. 2a-2c show embodiments of a tempering body according to the invention for a photovoltaic flat collector
  • Figures Ia and Ib show refrigerated photovoltaic modules according to the prior art.
  • the photocell layer 1 the conversion of radiant energy of the sun into electrical energy takes place.
  • the part of the solar energy that is not converted into electrical energy accumulates as heat, which leads to an increase in temperature of the photocell layer 1.
  • the yield of electrical energy i. the ratio of electrical energy emitted to irradiated solar energy decreases, cooling devices are provided which are intended to prevent the heating of the photocell layer 1 beyond a certain maximum operating temperature.
  • FIG. 1 a a photovoltaic module with a cooling device integrated in a housing, consisting of a heat sink 7 with cooling fins, which transmit the excess heat to a temperature control medium 2, is shown.
  • FIG. 1b An alternative construction according to the prior art is shown in FIG. 1b: the photocell layer 1 is in thermal contact with a heat distribution layer 6, which transfers the excess heat to heat transfer tubes 3 through which temperature control medium 2 flows.
  • the heat transfer between the heat sink 7 and the heat transfer tubes 3 is produced by a linear connection 8, usually as a welded or soldered joint.
  • FIGS. 2a to 2c show various embodiments of the tempering body according to the invention.
  • the heat transfer tubes 3 through which the temperature control medium 2 flows are embedded in a layer 4 of compressed expanded graphite. Between the solar radiation facing away from the surface of the photocell layer 1 and the layer 4 may optionally be provided further functional layers 6, whose function will be explained below. Also optional is a layer 5 of a heat-insulating material at the back of the layer 4.
  • Graphite is characterized by its superposition of superimposed layers by a strong anisotropy of conductivity; the electrical and thermal conductivity along the layers is significantly greater than across the layers. This anisotropy is more pronounced the more dense the graphite is, i. the more the individual graphite platelets are aligned in parallel. However, if the graphite experiences only a small compression, the individual plates are not aligned completely parallel and thus the anisotropy of the conductivity is less pronounced.
  • the production of expanded graphite is known.
  • Graphite intercalation compounds (graphite salts), e.g. Graphite hydrogen sulfate, are shock-heated in an oven or by microwave.
  • the volume of the particles increases by a factor of 200 to 400, and the bulk density drops to 2 to 20 g / l.
  • the resulting graphite expandate consists of worm or accordion-shaped aggregates. If the graphite expandate is compressed again, then the individual aggregates entangle with one another to form a solid composite which, without the addition of a binder, forms self-supporting sheets, e.g. Films, webs or shaped articles, e.g. Plates, can be shaped.
  • An alternative, also known from the prior art possibility for the production of moldings from compressed Graphitexpandat is to perform the thermal expansion of graphite intercalation compound or the graphite salt in a suitably designed mold.
  • the mold must allow the escape of gases.
  • the demands on the purity of the graphite expander for the component according to the invention are roughly comparable to those for known applications of graphite expander, for example in sealing technology.
  • material with a carbon content of at least 98% is usually used.
  • graphite expandate with a lower carbon content of about 90% can also be used for the component according to the invention.
  • the expanded graphite is compressed relatively little and therefore has only a relatively weak anisotropy of the thermal conductivity.
  • the compression is to make a compromise between the requirement for low anisotropy on the one hand, which requires the lowest possible compression, and the demand for mechanical strength on the other hand, which is no longer reliably given too low compression.
  • layers 4 of compressed graphite expandate with a density between 0.02 and at most 0.5 g / cm 3 have proven particularly suitable.
  • the tempering body According to the first method, graphite expandate obtained by thermal expansion of an expandable graphite intercalation compound is compacted into a flat structure.
  • the compression can be discontinuous or continuous.
  • discontinuous mode of operation individual sheets of compressed graphite expandate are obtained. Preference is given to shaping near-net shape sheets, ie sheets having the dimensions desired for the tempering body. Otherwise, the resulting sheets must be trimmed to the desired dimensions.
  • the compaction takes place in a roller mill or in a calender. An endless sheet of compressed graphite expandate is obtained, from which sheets of the desired dimensions are cut.
  • Such plates of compressed graphite expander form in a first variant of the invention, the layer 4 of the tempering body according to the invention. Due to its low compression, the plate material has a considerable compression reserve and is easily malleable. Therefore, the heat transfer tubes 3 for the temperature control medium 2 can be pressed easily into the plate surface.
  • Graphite expandate is characterized by a high adaptability to adjacent surfaces, so that a close connection and thus a low heat transfer resistance between plate material and tube wall is guaranteed.
  • the plate material undergoes compaction.
  • the plate should therefore be such that the density of the plate after pressing the tubes is between 0.02 and 0.5 g / cm 3 with regard to the compaction of the graphite expandate.
  • the heat transfer tubes 3 can be pressed so deep into the plate that they are flush with the plate surface. This embodiment is shown in Figures 2a and 2b. In the embodiment shown in FIG. 2a, the heat transfer tubes 3 have been pressed into the surface of the plate facing the solar irradiation. Between the surface of the photocell layer 1 facing away from the solar radiation and the plate top surface surface optionally further functional layers 6 can be provided, the function of which will be explained below.
  • the heat transfer tubes 3 are pressed into the back of the plate.
  • the advantage of this embodiment is that a closed, continuous surface is available for the contact with the surface of the photocell layer 1 remote from the solar radiation.
  • the distance to be overcome across the plane of the plate by heat conduction between the photocell layer 1 and the heat transfer tubes 3 is greater than in the embodiment according to FIG. 2a. Therefore, the graphite layer remaining between the heat transfer tubes 3 and the surface of the photocell layer 1 facing away from the solar radiation should be as thin as possible. For stability reasons, however, a residual thickness of 1 to 2 mm is required.
  • the embedding of the heat transfer tubes 3 in the back of the plate is preferably used in such cases when it is possible to dispense with the optional functional layers 6 which increase the distance between the heat transfer tubes 3 and the photocell layer 1.
  • the tubes can also be laid between two superimposed layers 4 ', 4 "made of expanded graphite, which are then pressed together
  • the layer 4 consists here of the two superimposed, pressed layers 4', 4", between which the tubes 6 are embedded ( Figure 2c). It has been found that such composites of two compressed layers 4 ', 4 "of compressed graphite expandate are very stable, they can not be separated again at the interface of the layers 4', 4". Sheets of compressed graphite expandate typically can be made to thicknesses between 2 and 50 mm.
  • the choice of plate thickness depends essentially on the diameter of the pipes to be embedded and, if necessary, according to stability requirements.
  • the layer 4 is formed by thermal expansion of expandable Graphiteinlagerungsstatten (graphite salts) in a ventable mold, in which the tubes are inserted. Either the tubes are first inserted into the mold and the mold is then filled with the expandable graphite intercalation compound, or the mold is first at least partially filled, and then the heat transfer tubes 3 are inserted. The heating takes place in this procedure, preferably by means of microwaves because of the thermal inertia of the mold. Age- natively, the mold can also be heated inductively.
  • the layer 4 of this variant of the tempering according to the invention consists of in the mold with inserted therein heat transfer tubes 3 expanded graphite.
  • the layer 4 is produced directly on the back of the photocell layer 1.
  • the heat transfer tubes 3 are placed and pressed expanded graphite to the desired layer thickness.
  • the amount of expanded graphite should be such that after compression, a material having a density in the range of 0.02 to 0.5 g / cm 3 is present.
  • thermo conductivity of the graphite expander surrounding the tubes Thanks to the high thermal conductivity of the graphite expander surrounding the tubes and the large area available for the heat transfer between the graphite expander of the layer 4 and the heat transfer tubes 3, a lower thermal conductivity of the tube material can be accepted in the tempering element according to the invention.
  • a lower thermal conductivity of the tube material can be accepted in the tempering element according to the invention.
  • plastic pipes sufficient heat transfer.
  • the relatively expensive copper tubes through possibly cheaper and easier to process tubes made of non-metallic materials, e.g. plastic or graphite-filled plastic.
  • the surface of the layer 4 facing away from the solar radiation is optionally provided with a heat-insulating layer 5 as the rear wall.
  • a heat-insulating layer 5 as the rear wall.
  • layers of mineral fibers, polyurethane foam or plasterboard are provided for this purpose.
  • the photocell layer 1 is applied, for example, to the layer 4 in which the heat transfer tubes 3 are already embedded.
  • a semifinished product can first be produced by optionally providing the photocell layer 1 facing surface of the layer 4 with an adhesion promoter layer. In the compressed Graphitexpandat Mrs 4 of this semi-finished the heat transfer tubes 3 are then embedded.
  • a particularly advantageous variant of the present invention is characterized in that a layer 6 for lateral heat distribution is provided between the surface of the layer 4 of compressed graphite expander facing the photocell layer 1.
  • Particularly useful for the formation of the layer 6 is graphite foil, because this is characterized by a preferred heat conduction in the plane and is therefore very well suited to laterally distribute the heat to be dissipated by the photocell layer 1 laterally.
  • Graphite foil like the plates described above, is made by compacting graphite expandate, but the degree of compaction of the graphite expandate in a graphite foil is higher.
  • the density of the graphite sheets used according to the invention is at least 0.5 g / cm 3 , preferably at least 0.7 g / cm 3 .
  • the surface of the layer 4, in which optionally already the heat transfer tubes 3 are embedded, and the layer 6 forming graphite foil are connected to each other by lamination or gluing with a permanent at the operating temperature of the photovoltaic modules adhesive.
  • Corresponding heat-resistant adhesives for example based on acrylate resins, epoxy resins, polyurethanes or cyanoacrylate are commercially available. Expediently, a glued composite is heated to at least operating temperature before use and held at this temperature until any outgassing processes of the adhesive that would impair the operation of the photovoltaic module have come to a standstill.
  • conductive adhesives which contain conductive particles.
  • Such adhesives are in particular customary and commercially available for the production of electronically conductive adhesive bonds. Since, in general, those additives which have an electrical conductivity, such as, for example, carbon black or metal powder, are also distinguished by high thermal conductivity, these adhesives are also suitable for improving the thermal conductivity of the adhesive bond.
  • other thermally conductive additives can be used.
  • a thermally conductive compound can also be produced by adding particles of high thermal conductivity to an adhesive which is advantageous, but which is only slightly thermally conductive, because of its thermal resistance, for example, graphite flakes or particles obtained by grinding graphite foil.
  • the adhesive used is a resin or a binder which is pyrolyzed (carbonized) after joining graphite layer 4 and graphite foil.
  • the residues remaining after the pyrolysis form thermally conductive carbon bridges between the adjoining surfaces of the layer 4 and the film forming the layer 6.
  • Carbonizable, i. Pyrolysable resins or binders for example, when leaving behind a high carbon yield, are phenolic resins, epoxy resins, furan resins, polyurethane resins and pitches.
  • Another advantage of this variant is that all volatile constituents of the resin are expelled during the pyrolysis, so that there is no danger of outgassing during operation. Because of the high thermal load during pyrolysis, this method is only applicable if the heat transfer tubes 3 are not yet embedded in the layer 4.
  • the heat transfer tubes 3 When this method is used, the heat transfer tubes 3 must be pressed into the layer 4 at the same time, otherwise they will be over-compacted.
  • a further advantage of coating the surface of the layer 4 with a layer 6 of graphite foil is that graphite foil is less porous than the less densely compressed graphite expandate of the layer 4 due to the higher densification of the graphite expandate, and therefore has a closed, relatively smooth surface , This ensures that a very good connection with the photocell layer 1 is achieved.
  • a metal foil can be laminated or glued onto the surface of the layer 4 facing the photocell layer 1 as a functional layer 6 for the lateral heat distribution.
  • a metal layer produced by electrodeposition or a metal or ceramic layer produced by chemical deposition, sputtering or vapor deposition is suitable for lateral heat distribution.
  • Suitable ceramic materials for the functional layer 6 for lateral heat distribution are, for example, silicon carbide, aluminum nitride and aluminum oxide.
  • the functional layer 6 can also be produced by pyrolysis of thin films of organic precursor compounds. Examples of ceramic layers of pyrolyzed organic precursors are silicon dioxide, silicon carbide or silicon carbonitride layers of pyrolyzed polysilanes or polysilazanes.
  • the present invention further provides the provision of layered composite semifinished products for the tempering bodies according to the invention.
  • These semi-finished products include one
  • Layer 4 of compressed graphite expandate having a density of between 0.02 g / cm 3 and 0.5 g / cm 3 or a laminate of graphite foil 6 and a layer of compressed graphite expander 4, wherein the graphite foil 6 between the photocell layer 1 and the layer 4 is located from graphite expander.
  • the graphite foil 6 has a density of at least 0.5 g / cm 3 , preferably between 1.0 and 1.8 g / cm 3 .
  • the combination of graphite foil 6 and layer 4 takes place by means of one of the methods already described above for the preparation of the tempering body.
  • the semifinished product contains an adhesion promoter layer between photocell layer 1 and graphite foil 6 or compressed graphite expander layer 4.

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Abstract

Es wird Temperierkörper für Photovoltaik-Module, bei dem Wärmeträgerrohre (3) in eine Schicht (4) aus komprimiertem Graphitexpandat eingebettet und mit der der Sonneneinstrahlung abgewandten Oberfläche einer Photozellenschicht (1) verbunden sind. Weiterhin betrifft die Erfindung ein Schichtverbund-Halbzeug umfassend eine Schicht (4) aus komprimiertem Graphitexpandat mit einer Dichte zwischen 0,02 g/cm3 und 0,5 g/cm3.

Description

Temperierkörper für Photovoltaik-Module
Die Erfindung betrifft einen Temperierkörper für Photovoltaik-Module sowie Halbzeuge zur Fertigung dieses Bauteils.
Photovoltaik-Module und daraus zusammengeschaltete Photovoltaik- Anlagen dienen der direkten Umwandlung von Sonnenlicht in elektrischen Strom. Dazu werden spezielle Halbleiter wie Solarsilizium, Zinksulfid (ZnS) oder Galliumarsenid (GaAs), in denen durch das Auftref- fen von Photonen Elektronen freigesetzt werden, sogenannte Photozellen genutzt. Der Wirkungsgrad solcher photovoltaischer Systeme ist stark abhängig von der einfallenden Lichtmenge und von der Temperatur der Photozellen, die in einer Photozellenschicht angeordnet sind. Die thermische Rekombination von freigesetzten Elektronen begrenzen den für die Energiegewinnung zur Verfügung stehenden Temperaturbereich auf maximal etwa 700C. Ins- besondere in sonnenreichen Gebieten zwischen dem 45sten Breitengrad südlicher und nördlicher Breite werden Photovoltaik-Module leicht auf Temperaturen von mehr als 700C erhitzt.
Aus dem Dokument DE 199 23 196 Al ist eine Photovoltaikeinrichtung bekannt, bei der mindestens eine flüssigkeitsdurchströmte Kühleinrichtung im Hinblick auf die Strahlungs- richtung vor der Photozellenschicht angeordnet ist. Die Kühleinrichtung soll dabei die Ausbeute an elektrischer Energie durch die Begrenzung der Temperatur der Photozellen auf maximal 500C und durch die optische Filterwirkung der verwendeten Kühlflüssigkeit sowie der transparenten Umhüllungsmaterialien für den nutzbaren Spektralbereich des Sonnenlichtes erhöhen. Der Gesamtwirkungsgrad wird dabei durch die Nutzung der vom Kühlmedium auf- genommenen thermischen Energie verbessert.
Auch das Dokument DE 10 2004 043 205 Al beschreibt ein Photovoltaik-Element, das mit einer Temperaturregelung versehen ist. Die Temperaturregelung erfolgt dabei über einen Temperatursensor, der an der Fotozelle angebracht ist und einen an der Rück- oder Unterseite der Fotozelle befestigten, vorzugsweise flüssigkeitsdurchströmten Temperierkörper. Die Temperaturabfuhr soll über das Temperiermedium erfolgen.
In dem Artikel "Thermal and electrical Performance of a concentrating PV/Thermal collector: results from ANU CHAPS collector" von J.S. Coventry et al, Proceedings of Solar 2002, Australian and New Zealand Solar Energy Society, conferencepaper, Newcastle, Australia wird ein kombiniertes Wärme und Strom erzeugendes Solarsystem beschrieben, bei dem Sonnenlicht mit Hilfe einer parabolisch geformten und verspiegelten Rinne auf ein entlang der Fokussierungslinie angebrachtes Photovoltaik-Modul gelenkt wird. Das Photovoltaik-Modul besteht aus einer Photozellenschicht, die an einem Träger aus Aluminium befestigt ist. Der Träger besitzt an seiner Rückseite eine Aufnahme für ein Wasser durchströmtes Kupferrohr zur Ableitung der thermischen Energie, um die Photozellen im Temperaturbereich von etwa 65°C zu halten und gleichzeitig die aufgefangene Wärmeenergie zu nutzen. Der Vorteil der Konzentration des Sonnenlichts durch Spiegel auf die Oberfläche des Photovoltaikmoduls besteht darin, dass die Ausbeute an elektrischer Energie bei gleicher Fläche des Photovoltaikmoduls höher ist als bei nicht konzentrierenden Systemen. Andererseits führt die Konzentration des Sonnenlichts zu noch höheren Temperaturen im Photovoltaikmodul und damit zu einem niedrigeren Wirkungsgrad bei der Umwandlung von Strahlungsenergie in elektrische Energie.
Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, ein Temperierkörper für Photovol- taikmodule bereit zu stellen, der eine Erleichterung des Wärmeübergangs zwischen Absorp- tionsfläche und Wärmeträgerflüssigkeit ermöglicht. Dabei können die mit dem erfindungsgemäßen Temperierkörper ausgestatteten Photovoltaikmodule sowohl in nicht konzentrie- renden Systemen (Flachkollektoren) als auch in Systemen, bei denen die einfallende Sonnenstrahlung durch Spiegel, Linsen oder ähnliche Vorrichtungen auf die Oberfläche der Photovoltaikmodule konzentriert wird, eingesetzt werden. Weiterhin ist die Nutzung der im erfϊn- dungsgemäßen Temperierkörper vom Photovoltaikmodul abgeführten Wärme möglich.
Diese Aufgabe wird gelöst, indem Temperiermedium 2 durchströmte Wärmeträgerrohre 3 in eine Schicht 4 aus komprimiertem Graphitexpandat eingebettet und mit der der Sonneneinstrahlung abgewandten Oberfläche einer Photozellenschicht 1 verbunden sind. Aufgrund der Einbettung der Wärmeträgerrohre 3 in komprimiertes Graphitexpandat steht die gesamte Rohroberfläche für den Wärmeübergang zur Verfügung, daher wird der Wärmeübergangs- widerstand deutlich verringert. Unter komprimierten Graphitexpandat wir ein unter Druckeinwirkung verdichtetes Graphitexpandat mit einer Dichte zwischen 0,02 g/cm3 und 0,5 g/cm3 verstanden. Weiter vorteilhafte Ausgestaltungen sind in den Ansprüchen 2 bis 13 dargelegt. Eine weitere Aufgabe besteht darin, ein Halbzeug bereitzustellen, welches u.a. für die Fertigung des erfindungsgemäßen Temperierkörpers verwendet werden kann. Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe gelöst, indem das Schichtverbund-Halbzeug eine Schicht 4 aus komprimiertem Graphitexpandat mit einer Dichte zwischen 0,02 g/cm3 und 0,5 g/cm3 umfasst. Vor- teilhafte Ausgestaltungen dieses Halbzeugs sind in den Ansprüchen 15 und 16 angegeben. Die Vorteile, Details und Varianten der Erfindung gehen aus der folgenden ausführlichen Beschreibung und den Figuren hervor.
Die Figuren zeigen Figur Ia und b Temperierkörper für einen Photovoltaik-Flachkollektor nach dem Stand der Technik Figuren 2a-2c Ausführungsformen eines erfϊndungsgemäßen Temperierkörpers für einen Photovoltaik-Flachkollektor
Figuren Ia und Ib zeigen gekühlte Photovoltaik-Module nach dem Stand der Technik. In der Photozellenschicht 1 findet die Umwandlung von Strahlungsenergie der Sonne in elektrische Energie statt. Derjenige Teil der Sonnenenergie, der nicht in elektrische Energie umgewandelt wird, fällt als Wärme an, die zu einer Temperaturerhöhung der Photozellenschicht 1 führt. Da mit steigender Temperatur der Photozellenschicht 1 die Ausbeute an elektrischer Energie, d.h. das Verhältnis von abgegebener elektrischer Energie zu eingestrahlter Sonnenenergie, sinkt, sind Kühleinrichtungen vorgesehen, die die Erwärmung der Photozellenschicht 1 über eine bestimmte maximale Arbeitstemperatur hinaus verhindern sollen.
In Figur Ia ist ein Photovoltaikmodul mit einem in ein Gehäuse integrierten Kühleinrichtung bestehend aus einem Kühlkörper 7 mit Kühlrippen, die die überschüssige Wärme auf eine Temperiermedium 2 übertragen, dargestellt. Eine alternative Konstruktion nach dem Stand der Technik ist in Figur Ib dargestellt: Die Photozellenschicht 1 steht mit einer Wärmeverteilerschicht 6 in Wärmekontakt, die die überschüssige Wärme auf mit Temperiermedium 2 durchflossene Wärmeträgerrohre 3 überträgt. Die Wärmeübertragung zwischen dem Kühlkörper 7 und den Wärmeträgerrohren 3 wird durch eine linienförmige Verbindung 8, meist als Schweiß- oder Lötverbindung, hergestellt.
Die Figuren 2a bis 2c zeigen verschiedene Ausführungsformen des erfϊndungsgemäßen Temperierkörpers. Die von der Temperiermedium 2 durchströmten Wärmeträgerrohre 3 sind in eine Schicht 4 aus komprimiertem Graphitexpandat eingebettet. Zwischen der der Sonneneinstrahlung abgewandten Oberfläche der Photozellenschicht 1 und der Schicht 4 können optional weitere Funktionsschichten 6 vorgesehen werden, deren Funktion weiter unten erläutert wird. Ebenfalls optional ist eine Schicht 5 aus einem Wärme däm- mendem Material an der Rückseite der Schicht 4.
Graphit ist aufgrund seines Aufbaus aus übereinander liegenden Schichten durch eine starke Anisotropie der Leitfähigkeit gekennzeichnet; die elektrische und thermische Leitfähigkeit entlang der Schichten ist deutlich größer als quer zu den Schichten. Diese Anisotropie ist um so ausgeprägter, je stärker verdichtet der Graphit ist, d.h. je mehr die einzelnen Graphitplätt- chen parallel ausgerichtet sind. Erfährt der Graphit jedoch nur eine geringe Verdichtung, so sind die einzelnen Plättchen nicht vollständig parallel ausgerichtet und somit ist die Anisotropie der Leitfähigkeit weniger stark ausgeprägt. Die Herstellung von expandiertem Graphit ist bekannt. Graphiteinlagerungsverbindungen (Graphitsalze), z.B. Graphithydrogensulfat, werden schockartig in einem Ofen oder mittels Mikrowellen erhitzt. Dabei vergrößert sich das Volumen der Partikel um den Faktor 200 bis 400, und die Schüttdichte sinkt auf 2 bis 20 g/l. Das so erhaltene Graphitexpandat besteht aus wurm- oder ziehharmonikaförmigen Aggregaten. Wird das Graphitexpandat wieder verdichtet, so verhaken sich die einzelnen Aggregate untereinander zu einem festen Verbund, der ohne Binderzusatz zu selbsttragenden Flächengebilden, z.B. Folien, Bahnen oder zu Formkörper, z.B. Platten, geformt werden kann. Eine alternative, ebenfalls aus dem Stand der Technik bekannte Möglichkeit zur Herstellung von Formkörpern aus komprimiertem Graphitexpandat besteht darin, die thermische Expansion der Graphiteinlagerungsverbindung bzw. des Graphitsalzes in einem entsprechend ausgelegten Formwerkzeug durchzuführen. Dabei ist zu beachten, dass das Formwerkzeug das Entweichen von Gasen zulassen muss. Die Anforderungen an die Reinheit des Graphitexpandats für das erfindungsgemäße Bauteil sind in etwa vergleichbar mit denen für bekannte Anwendungen von Graphitexpandat wie beispielsweise in der Dichtungstechnik. Hier wird üblicherweise Material mit einem Kohlenstoffgehalt von mindestens 98 % verwendet. Für das erfmdungsgemäße Bauteil kann aber auch Graphitexpandat mit einem geringeren Kohlenstoffgehalt von ca. 90 % verwendet werden.
Zur Herstellung der Schicht 4 wird der expandierte Graphit relativ wenig verdichtet und weist daher nur eine relativ schwache Anisotropie der Wärmeleitfähigkeit auf. Bei der Einstellung der Verdichtung ist ein Kompromiss zu treffen zwischen der Forderung nach geringer Anisotropie einerseits, wofür eine möglichst niedrige Verdichtung nötig ist, und der Forderung nach mechanischer Festigkeit andererseits, die bei zu geringer Verdichtung nicht mehr zuverlässig gegeben ist. Für den erfindungsgemäßen Einsatz zur Kühlung von Photovoltaik-Mo- dulen haben sich Schichten 4 aus komprimiertem Graphitexpandat mit einer Dichte zwischen 0,02 und maximal 0,5 g/cm3 als besonders geeignet erwiesen.
Für die Herstellung des erfindungsgemäßen Temperierkörpers stehen verschiedene Methoden zur Verfügung. Nach der ersten Methode wird durch thermische Expansion einer expandierbaren Graphiteinlagerungsverbindung erhaltenes Graphitexpandat zu einem flächigen Gebilde verdichtet. Die Verdichtung kann diskontinuierlich oder kontinuierlich erfolgen. Bei der diskontinuierlichen Arbeitsweise werden einzelne Flächengebilde aus verdichtetem Graphitexpandat erhalten. Bevorzugt werden endkonturnahe Flächengebilde geformt, d.h. Platten mit den für den Temperierkörper gewünschten Abmessungen. Anderenfalls müssen die erhaltenen Flächengebilde auf die gewünschten Abmessungen zurecht geschnitten werden. Bei der kontinuierlichen Arbeitsweise erfolgt die Verdichtung in einer Walzenstraße oder in einem Kalander. Dabei wird eine endlose Bahn aus verdichtetem Graphitexpandat erhalten, aus der Platten mit den gewünschten Abmessungen geschnitten werden. Solche Platten aus verpresstem Graphitexpandat bilden in einer ersten Variante der Erfindung die Schicht 4 des erfmdungsgemäßen Temperierkörpers. Aufgrund seiner geringen Verdichtung besitzt das Plattenmaterial eine erhebliche Kompressionsreserve und ist leicht formbar. Daher lassen sich die Wärmeträgerrohre 3 für das Temperiermedium 2 leicht in die Platten- oberfläche hinein pressen. Graphitexpandat zeichnet sich durch eine hohe Anpassungsfähig- keit an benachbarte Oberflächen aus, so dass ein enger Anschluss und damit ein geringer Wärmeübergangswiderstand zwischen Plattenmaterial und Rohrwand gewährleistet ist. Durch das Einpressen der Rohre erfährt das Plattenmaterial eine Verdichtung. Die Platte sollte daher hinsichtlich der Kompaktierung des Graphitexpandats so beschaffen sein, dass die Dichte der Platte nach dem Einpressen der Rohre zwischen 0,02 und 0,5 g/cm3 liegt. Die Wärmeträgerrohre 3 lassen sich so tief in die Platte einpressen, dass sie bündig mit der Plattenoberfläche abschließen. Diese Ausführungsform wird in den Figuren 2a und 2b gezeigt. In der in Figur 2a gezeigten Ausführungsform sind die Wärmeträgerrohre 3 in die der Sonneneinstrahlung zugewandten Oberfläche der Platte eingepresst worden. Zwischen der der Sonneneinstrahlung abgewandten Oberfläche der Photozellenschicht 1 und der Plattenober- fläche können optional weitere Funktionsschichten 6 vorgesehen werden, deren Funktion wie- ter unten erläutert wird.
Im Gegensatz dazu werden in der Ausfuhrungsform nach Figur 2b die Wärmeträgerrohre 3 in die Rückseite der Platte einpresst. Der Vorteil dieser Ausführungsform besteht darin, dass für den Kontakt zu der der Sonneneinstrahlung abgewandten Oberfläche der Photozellenschicht 1 eine geschlossene, durchgehende Fläche zur Verfügung steht. Andererseits ist in dieser Ausführungsform der durch Wärmeleitung quer zur Plattenebene zu überwindende Abstand zwischen Photozellenschicht 1 und Wärmeträgerrohre 3 größer als in der Ausführungsform nach Figur 2a. Daher sollte die zwischen den Wärmeträgerrohren 3 und der der Sonneneinstrahlung abgewandten Oberfläche der Photozellenschicht 1 verbleibende Graphitschicht so dünn wie möglich sein. Aus Stabilitätsgründen ist jedoch eine Restdicke von 1 bis 2 mm erforderlich. Die Einbettung der Wärmeträgerrohre 3 in die Plattenrückseite wird vorzugsweise in solchen Fällen angewendet, wenn auf die den Abstand zwischen den Wärmeträgerrohren 3 und der Photozellenschicht 1 vergrößernden optionalen Funktionsschichten 6 verzichtet werden kann. Alternativ können die Rohre auch zwischen zwei übereinander liegende Schichten 4', 4" aus Graphitexpandat gelegt werden, die anschließend zusammengepresst werden. Die Schicht 4 besteht hier aus den zwei übereinander liegenden, aneinander gepresste Schichten 4', 4", zwischen denen die Rohre 6 eingebettet sind (Figur 2c). Es hat sich gezeigt, dass solche Verbundkörper aus zwei zusammengepressten Schichten 4', 4" aus komprimiertem Graphitexpandat sehr stabil sind, sie lassen sich an der Grenzfläche der Schichten 4', 4" nicht wieder trennen. Schichten (Platten) aus komprimiertem Graphitexpandat lassen sich typischerweise mit Dicken zwischen 2 und 50 mm fertigen. Im erfindungsgemäßen Temperierkörper richtet sich die Wahl der Plattendicke im wesentlichen nach dem Durchmesser der einzubettenden Rohre und soweit erforderlich nach Stabilitätsanforderungen. Außerdem ist zu berücksichtigen, ob die Einbettung der Rohre entsprechend Figur 2a oder 2b in die Oberfläche einer Platte oder zwischen zwei Schichten 4', 4" entsprechend Figur 2c erfolgen soll.
In einer alternativen Methode wird die Schicht 4 durch thermische Expansion von expandierbaren Graphiteinlagerungsverbindungen (Graphitsalzen) in einem entlüftbaren Formwerkzeug gebildet, in welchem auch die Rohre eingelegt sind. Entweder werden erst die Rohre in die Form eingelegt und die Form wird anschließend mit der expandierbaren Graphiteinlagerungsverbindung gefüllt, oder die Form wird erst zumindest teilweise gefüllt, und anschließend werden die Wärmeträgerrohre 3 eingelegt. Die Aufheizung erfolgt bei dieser Verfahrensweise wegen der thermischen Trägheit des Formwerkzeugs bevorzugt mittels Mikrowellen. Alter- nativ kann das Formwerkzeug auch induktiv geheizt werden. Die Schicht 4 dieser Variante des erfindungsgemäßen Temperierkörpers besteht aus im Formwerkzeug mit darin eingelegten Wärmeträgerrohre 3 expandiertem Graphit.
In einer dritten Variante schließlich wird die Schicht 4 direkt auf der Rückseite der Photo- zellenschicht 1 erzeugt. Dazu werden die Wärmeträgerrohre 3 aufgelegt und expandierter Graphit zu der gewünschten Schichtdicke verpresst. Die Menge an expandierten Graphit ist so zu bemessen, dass nach der Kompression ein Material mit einer Dichte im Bereich von 0,02 bis 0,5 g/cm3 vorliegt.
Für die Fertigung der Wärmeträgerrohre 3 sind nach dem Stand der Technik bekannten Materialien anwendbar, d.h. im wesentlichen Kupfer. Dank der hohen Wärmeleitfähigkeit des die Rohre umgebenden Graphitexpandats und der großen, für die Wärmeübertragung zwischen dem Graphitexpandat der Schicht 4 und den Wärmeträgerrohren 3 zur Verfügung stehenden Fläche kann in dem erfindungsgemäßen Temperierkörper auch eine geringere Wärmeleit- fähigkeit des Rohrmaterials in Kauf genommen werden. So lässt sich beispielsweise auch mit Kunststoffrohren ein ausreichender Wärmeübergang erzielen. Es besteht dabei die Möglichkeit, die relativ teuren Kupferrohre durch ggf. billigere und leichter verarbeitbare Rohre aus nichtmetallischen Werkstoffen, z.B. aus Kunststoff oder graphitgefülltem Kunststoff, zu ersetzen.
Wenn die Abwärme der Photovoltaik-Module weiter wärmetechnisch genutzt werden soll, z.B. zur Bereitung von Warmwasser oder zur Gebäudeheizung, wird die der Sonneneinstrahlung abgewandte Oberfläche der Schicht 4 optional mit einer wärmedämmenden Isolierschicht 5 als Rückwand versehen. Vorteilhafterweise sind hierfür beispielsweise Schichten aus Mineralfasern, Polyurethanschaum oder Gipskarton vorgesehen. Die Anbringung der wärmedämmenden Isolierschicht 5 an die der Sonneneinstrahlung abgewandte Seite der Schicht 4 erfolgt mittels Kleben oder Aufpressen. Das Aufpressen der wärmedämmenden Isolierschicht 5 und das Einpressen der Wärmeträgerrohre 3 kann in einem Arbeitsschritt geschehen, wenn die mechanische Stabilität des wärmedämmenden Materials dies zulässt.
Die Photozellenschicht 1 wird beispielsweise auf die Schicht 4 aufgetragen, in der bereits die Wärmeträgerrohre 3 eingebettet sind. Alternativ kann bei der Fertigung des Temperierkörpers zuerst ein Halbzeug hergestellt werden, indem die der Photozellenschicht 1 zugewandte Oberfläche der Schicht 4 gegebenenfalls mit einer Haftvermittlerschicht versehen wird. In die komprimierte Graphitexpandatschicht 4 dieses Halbzeugs werden anschließend die Wärmeträgerrohre 3 eingebettet.
Eine besonders vorteilhafte Variante der vorliegenden Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, dass zwischen der der Photozellenschicht 1 zugewandten Oberfläche der Schicht 4 aus komprimiertem Graphitexpandat eine Schicht 6 zur lateralen Wärmeverteilung vorgesehen ist. Besonders zweckmäßig für die Bildung der Schicht 6 ist Graphitfolie, denn diese zeichnet sich durch eine bevorzugte Wärmeleitung in der Ebene aus und ist daher sehr gut geeignet, um die von der Photozellenschicht 1 abzuführende Wärme lateral gleichmäßig zu verteilen. Graphitfolie wird ebenso wie die vorstehend beschriebenen Platten durch Verdichten von Graphitexpandat hergestellt, jedoch ist der Verdichtungsgrad des Graphitexpandats in einer Graphitfolie höher. Die Dichte der erfindungsgemäß verwendeten Graphitfolien beträgt mindestens 0,5 g/cm3, bevorzugt mindestens 0,7 g/cm3. Mit praktisch anwendbaren Drücken ist eine Verdichtung auf bis zu 2,0 g/cm3 möglich. Die theoretische Obergrenze ist durch die Dichte von ideal strukturiertem Graphit bei 2,25 g/cm3 gegeben. Besonders bevorzugt ist Graphitfolie mit einer Dichte zwischen 1,0 und 1,8 g/cm3. Durch die höhere Verdichtung sind die Schichtebenen in Graphitfolie wesentlich stärker parallel orientiert als in dem weniger verdichteten Graphitexpandat der Schicht 4, und daraus resultiert die stärker ausgeprägte Anisotropie der Wärmeleitung in Graphitfolie. Wegen der relativ geringen Wärmeleitfähigkeit in Dickenrichtung ist es erforderlich, dass die der lateralen Wärmeverteilung dienende Graphitfolie möglichst dünn ist. Die Dicke der Folie sollte 1,5 mm nicht überschreiten, bevorzugt ist die Folie in Schicht 6 dünner als 0,7 mm. Die Oberfläche der Schicht 4, in der gegebenenfalls bereits die Wärmeträgerrohre 3 eingebettet sind, und die die Schicht 6 bildende Graphitfolie werden miteinander durch Laminieren oder Verkleben mit einem bei der Betriebstemperatur der Photovoltaik-Module dauerhaft beständigen Klebemittel verbunden. Entsprechende wärmebeständige Kleber, beispielsweise auf der Basis von Acrylatharzen, Epoxydharzen, Polyurethanen oder Cyanacrylat sind kommerziell erhältlich. Zweckmäßigerweise wird ein geklebter Verbund vor dem Einsatz mindestens auf Betriebs- temperatur erhitzt und solange auf dieser Temperatur gehalten, bis eventuelle Ausgasungs- prozesse des Klebemittels, die den Betrieb des Photovoltaik-Moduls beeinträchtigen würden, zum Erliegen gekommen sind.
Besonders geeignet für die Herstellung der Verbindung zwischen der Oberfläche der Schicht 4 und der die Schicht 6 bildenden Graphitfolie sind leitfähige Klebemittel, d.h. Klebemittel, welche leitfähige Partikel enthalten. Derartige Klebemittel sind insbesondere für die Herstellung elektronisch leitender Klebeverbindungen gebräuchlich und kommerziell erhältlich. Da im allgemeinen solche Zusätze, die eine elektrische Leitfähigkeit aufweisen, wie z.B. Ruß oder Metallpulver, sich auch durch hohe thermische Leitfähigkeit auszeichnen, sind diese Klebemittel auch geeignet, die thermische Leitfähigkeit der Klebeverbindung zu verbessern. Es können aber auch andere wärmeleitfähige Zusätze benutzt werden. Eine thermisch leitfähige Verbindung lässt sich auch herstellen, indem einem aufgrund seiner thermischen Beständigkeit zwar vorteilhaften, aber selbst nur wenig thermisch leitfähigen Klebemittel Partikel mit hoher thermischer Leitfähigkeit zugesetzt werden, z.B. Graphitflocken oder durch Zermahlen von Graphitfolie erhaltene Partikel.
Alternativ wird als Klebemittel ein Harz oder ein Bindemittel verwendet, das nach dem Verbinden von Graphitschicht 4 und Graphitfolie pyrolysiert (carbonisiert) wird. Die nach der Pyrolyse verbleibenden Rückstände bilden thermisch leitfähige Kohlenstoffbrücken zwischen den aneinander grenzenden Oberflächen der Schicht 4 und der die Schicht 6 bildenden Folie. Carbonisierbare, d.h. unter Zurücklassen einer hohen Kohlenstoffausbeute pyrolysierbare Harze bzw. Bindemittel sind beispielsweise Phenolharze, Epoxidharze, Furanharze, Polyurethanharze und Peche. Ein weiterer Vorteil dieser Variante besteht darin, dass bei der Pyrolyse sämtliche flüchtigen Bestandteile des Harzes ausgetrieben werden, so dass beim Betrieb keine Gefahr des Ausgasens mehr besteht. Wegen der hohen thermischen Belastung bei der Pyrolyse ist diese Methode nur anwendbar, wenn die Wärmeträgerrohre 3 noch nicht in der Schicht 4 eingebettet sind.
Anstelle herkömmlicher Klebemittel können auch grenzflächenaktive Substanzen aus der Gruppe siliciumorganische Verbindungen, perfluorierte Verbindungen, Seifen der Metalle Natrium, Kalium, Magnesium oder Calcium verwendet werden, die in dünner Schicht (10 bis 1000 nm, bevorzugt 100 bis 500 nm) auf eine der zu verbindenden Oberflächen aufgetragen werden. Die zu verbindenden Flächen werden miteinander in Kontakt gebracht und bei einer Temperatur zwischen 30 und maximal 400 0C und einem Pressdruck von 1 bis 200 MPa miteinander verbunden. Versuche haben gezeigt, dass dieses in der Patentschrift EP 0 616 884 Bl insbesondere für die Herstellung von Verbindungen zwischen Graphitfolien- und Metall- Oberflächen beschriebene Verfahren auch für das Verbinden zweier Graphitoberflächen geeignet ist. Wenn dieses Verfahren angewendet wird, müssen die Wärmeträgerrohre 3 gleichzeitig in die Schicht 4 eingepresst werden, da diese sonst zu stark verdichtet wird. Ein weiterer Vorteil der Beschichtung der Oberfläche der Schicht 4 mit einer Schicht 6 aus Graphitfolie besteht darin, dass Graphitfolie aufgrund der höheren Verdichtung des Graphit- expandats weniger porös ist als das geringer verdichtete Graphitexpandat der Schicht 4, und daher eine geschlossene, relativ glatte Oberfläche aufweist. Dadurch wird gewährleistet, dass eine sehr gute Verbindung mit der Photozellenschicht 1 erzielt wird.
Alternativ zu Graphitfolie kann auf die der Photozellenschicht 1 zugewandte Oberfläche der Schicht 4 eine Metallfolie als Funktionsschicht 6 für die laterale Wärmeverteilung auflaminiert oder aufgeklebt werden. Auch eine durch galvanische Abscheidung hergestellte Metall- schicht oder eine durch chemische Abscheidung, Sputtern oder Aufdampfen erzeugte Metalloder Keramikschicht ist geeignet zur lateralen Wärmeverteilung. Geeignete keramische Materialien für die Funktionsschicht 6 zur lateralen Wärmeverteilung sind beispielsweise Silicium- carbid, Aluminiumnitrid und Aluminiumoxid. Die Funktionsschicht 6 kann auch keramische Schicht durch Pyrolyse von dünnen Filmen aus organischen Precursor- Verbindungen herge- stellt werden. Beispiele für keramische Schichten aus pyrolysierten organischen Vorläufern sind Siliciumdioxid-, Siliciumcarbid oder Siliciumcarbonitrid-Schichten aus pyrolysierten Polysilanen oder Polysilazanen.
Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist ferner die Bereitstellung von Schichtverbund- Halbzeugen für die erfindungsgemäßen Temperierkörper. Diese Halbzeuge umfassen eine
Schicht 4 aus komprimiertem Graphitexpandat mit einer Dichte zwischen 0,02 g/cm3 und 0,5 g/cm3 oder einen Schichtverbund aus Graphitfolie 6 und einer Schicht aus komprimiertem Graphitexpandat 4, wobei sich die Graphitfolie 6 zwischen der Photozellenschicht 1 und der Schicht 4 aus Graphitexpandat befindet. Die Graphitfolie 6 besitzt eine Dichte von min- destens 0,5 g/cm3, bevorzugt zwischen 1,0 und 1,8 g/cm3. Die Verbindung von Graphitfolie 6 und Schicht 4 erfolgt mittels einer der bereits vorstehend für die Herstellung des Temperierkörpers beschriebenen Methoden.
Falls erforderlich, enthält das Halbzeug zwischen Photozellenschicht 1 und Graphitfolie 6 bzw. komprimierter Graphitexpandatschicht 4 eine Haftvermittlerschicht. Bezugszeichenliste
1 Photozellenschicht
2 Temperiermedium
3 Wärmeträgerrohre
4 Schicht aus komprimiertem Graphitexpandat
5 wärmedämmende Isolierschicht
6 Schicht zur lateralen Wärmeverteilung
7 Kühllamellen
8 linienförmige Verbindung

Claims

Patentansprüche
1. Temperierkörper für Photovoltaik-Module, dadurch gekennzeichnet, dass von einem Temperiermedium (2) durchströmte Wärmeträgerrohre (3) in eine Schicht (4) aus kompri- miertem Graphitexpandat eingebettet und mit der der Sonneneinstrahlung abgewandten
Oberfläche einer Photozellenschicht (1) verbunden sind.
2. Temperierkörper nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Dichte des komprimierten Graphitexpandats in Schicht (4) im Bereich von 0,02 g/cm3 bis 0,5 g/cm3 liegt.
3. Temperierkörper nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Schicht (4) aus zu einer Platte verpresstem Graphitexpandat besteht.
4. Temperierkörper nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Wärmeträgerrohre (3) in die der Photozellenschicht (1) zugewandte Oberfläche der Schicht (4) eingebettet sind und bündig mit dieser Oberfläche abschließen.
5. Temperierkörper nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Schicht (4) aus zwei übereinander liegenden, aneinander gepressten Schichten (4', 4") besteht, zwischen denen die Wärmeträgerrohre (3) eingebettet sind.
6. Temperierkörper nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Wärmeträgerrohre (3) aus einem nichtmetallischen Werkstoff, insbesondere aus einem Kunststoff bestehen.
7. Temperierkörper nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die der Photozellenschicht (1) abgewandte Oberfläche der Schicht (4) eine wärmedämmende Schicht (5) aufweist.
8. Temperierkörper nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die wärmedämmende Schicht (5) Mineralfaserplatten, Polyurethanschaum oder Gipskarton umfasst.
9. Temperierkörper nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen der der Photozellenschicht (1) zugewandten Oberfläche der Schicht (4) und der Photozellenschicht (1) eine Schicht (6) zur lateralen Wärmeverteilung vorgesehen ist.
10. Temperierkörper nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Schicht (6) eine aufgedampfte, aufgesputterte oder galvanisch oder chemisch abgeschiedene Metallschicht, eine Metallfolie oder eine Graphitfolie ist.
11. Temperierkörper nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Schicht (6) eine aufgedampfte, aufgesputterte oder durch Pyrolyse von organischen Precursor- Verbindungen hergestellte Keramikschicht ist.
12. Temperierkörper nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Schicht (6) eine Graphitfolie mit einer Dichte von mindestens 0,5 g/cm3, bevorzugt mindestens 1 g/cm3 und einer Dicke von höchstens 1,5 mm, bevorzugt höchstens 0,7 cm ist.
13. Temperierkörper nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Graphitfolie der Schicht (6) mit der der Photozellenschicht (1) zugewandten Oberfläche der Schicht (4) durch eines der folgenden Mittel verbunden ist: -ein Klebemittel
-ein Klebemittel mit darin dispergierten wärmeleitenden Partikeln aus Metall, Ruß, Graphitflocken oder zermahlener Graphitfolie o.a. wärmeleitenden Materialien -Carbonisierungsrückstände eines Phenolharzes, Expoxidharzes, Polyurethanharzes, Furanharzes, Pechs oder eines anderen carbonisierbaren Harzes oder Bindemittels -eine grenzflächenaktive Substanz aus der Gruppe aus der Gruppe siliciumorganische
Verbindungen, perfluorierte Verbindungen, Seifen der Metalle Natrium, Kalium, Magnesium oder Calcium -eine Laminierung.
14. Schichtverbund-Halbzeug umfassend eine Schicht (4) aus komprimiertem Graphitexpan- dat mit einer Dichte zwischen 0,02 g/cm3 und 0,5 g/cm3.
15. Schichtverbund-Halbzeug umfassend eine Schicht (6) aus Graphitfolie mit einer Dichte zwischen 0,5 und 2,0 g/cm3, bevorzugt zwischen 1,0 und 1,8 g/cm3.
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