EP2304813A2 - Photovoltaic system - Google Patents

Photovoltaic system

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EP2304813A2
EP2304813A2 EP09772010A EP09772010A EP2304813A2 EP 2304813 A2 EP2304813 A2 EP 2304813A2 EP 09772010 A EP09772010 A EP 09772010A EP 09772010 A EP09772010 A EP 09772010A EP 2304813 A2 EP2304813 A2 EP 2304813A2
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EP
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heat
circuit
carrier medium
storage unit
photovoltaic
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Withdrawn
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EP09772010A
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TRITSCHLER, JUERGEN
MITTLER Dorian
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MITTLER Dorian
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Abstract

A photovoltaic system (10) comprising planar photovoltaic elements (12), the top of which is hit by solar irradiation (S) such that electricity is generated that is fed into a power grid (14) and/or is supplied to a battery unit, is characterized in that a cooling coil (20) that communicates with a first heat pump via a heat pump cycle is arranged below each photovoltaic element (12). Said cooling coil (20) feeds the process heat generated during operation of the photovoltaic element (12) to the first heat pump which communicates with a first carrier medium cycle (22) containing a first carrier medium. Furthermore, a heat accumulator unit (24) containing a heat accumulating medium is arranged in the first carrier medium cycle (22), the thermal energy of the first carrier medium being transferred to the heat accumulating medium within the heat accumulator unit (24). In addition, at least one other heat consumer cycle (30) containing a second carrier medium communicates with the heat accumulator unit (24), and the thermal energy of the heat accumulating medium is transferred to the second carrier medium of the other heat consumer cycle (30) as needed.

Description

BESCHREIBUNG DESCRIPTION
Photovoltaikanlagephotovoltaic system
TECHNISCHES GEBIETTECHNICAL AREA
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Photovoltaikanlage mit flächigen Photovoltaikelementen, die unter oberseitiger Sonnenbestrahlung elektrische Energie erzeugen, die in ein Stromnetz eingespeist wird und /oder einer Stromspeichereinheit zugeführt wird.The present invention relates to a photovoltaic system with flat photovoltaic elements that generate electrical energy from the top, which is fed into a power grid and / or a power storage unit is supplied.
STAND DER TECHNIKSTATE OF THE ART
Es ist bekannt, zur Umsetzung der Sonnenenergie in elektrische Energie Photovoltaikanlagen einzusetzen. Die flächigen Photovoltaikelemente derartiger Photovoltaikanlagen werden beispielsweise auf zur Sonne hin ausgerichteten Dachflächen von Gebäuden montiert. An die Photovoltaikelemente sind Wechselrichter angeschlossen, die ermöglichen, dass die durch das Photovoltaikelement erzeugte elektrische Energie in ein Stromnetz eingespeist werden kann. Bei dem Betrieb von Photovoltaikelementen entsteht eine nicht unerhebliche Prozesswärme. Da die Wechselrichter nur bis zu einer bestimmten maximalen Temperatur (zum Beispiel 65°) arbeiten können, werden diese bei überschreiten der Maximaltemperatur abgeschaltet, um sie vor Beschädigung zu beschützen. Darunter leidet die Effizienz der gesamten Anlage.It is known to use photovoltaic systems for the conversion of solar energy into electrical energy. The planar photovoltaic elements of such photovoltaic systems are mounted, for example, on sun-oriented roof surfaces of buildings. Inverters are connected to the photovoltaic elements, which enable the electrical energy generated by the photovoltaic element to be fed into a power grid. When operating photovoltaic elements, a considerable process heat is created. Since the inverters can only operate up to a certain maximum temperature (for example 65 °), they are switched off when the maximum temperature is exceeded in order to protect them from damage. This suffers the efficiency of the entire system.
DARSTELLUNG DER ERFINDUNGPRESENTATION OF THE INVENTION
Ausgehend von dem genannten Stand der Technik liegt der vorliegenden Erfindung das technische Problem beziehungsweise die Aufgabe zugrunde die Effizienz einer Photovoltaikanlage der eingangs genannten Art zu verbessern.Based on the cited prior art, the present invention, the technical problem or the object underlying the efficiency of a photovoltaic system of the type mentioned above to improve.
Die erfindungsgemäße Photovoltaikanlage ist durch die Merkmale des unabhängigen Anspruchs 1 gegeben. Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen sind in den von dem unabhängigen Anspruch 1 direkt oder indirekt abhängigen Ansprüche angegeben.The photovoltaic system according to the invention is given by the features of independent claim 1. Advantageous embodiments and further developments are specified in the dependent of the independent claim 1 directly or indirectly dependent claims.
BESTÄTIGUNGSKOPIE Die erfindungsgemäße Photovoltaikanlage zeichnet sich demgemäß dadurch aus, dass unterhalb der Photovoltaikelemente jeweils ein Kühlregister angeordnet ist, unterhalb der Photovoltaikelemente jeweils ein Kühlregister angeordnet ist, das über einen Wärmepumpenkreislauf mit einer ersten Wärmepumpe in Kommunikationsverbindung steht, wobei das Kühlregister die bei Betrieb des Photovoltaikelements entstehende Prozesswärme der ersten Wärmepumpe zuführt, die erste Wärmepumpe mit einem ersten Trägermediumkreislauf mit einem ersten Trägermedium in Kommunikationsverbindung steht, in dem ersten Trägermediumkreislauf eine Wärmespeichereinheit mit einem Wärmespeichermedium angeordnet ist, wobei die Wärmeenergie des ersten Trägermediums innerhalb der Wärmespeichereinheit auf das Wärmespeichermedium übertragen wird, und zumindest ein weiterer Wärmeverbraucherkreislauf mit einem zweiten Trägermedium mit der Wärmespeichereinheit in Kommunikationsverbindung steht und die Wärmeenergie des Wärmespeichermediums bedarfsweise auf das zweite Trägermedium des weiteren Wärmeverbraucherkreislaufs übertragen wird.CONFIRMATION COPY The photovoltaic system according to the invention is accordingly characterized in that a respective cooling register is arranged below the photovoltaic elements, below which a cooling register is arranged below the photovoltaic elements, which is in communication communication with a first heat pump via a heat pump circuit, wherein the cooling register generates the process heat arising during operation of the photovoltaic element the first heat pump supplies, the first heat pump in communication with a first carrier medium circuit with a first carrier medium, in the first carrier medium circuit, a heat storage unit is arranged with a heat storage medium, wherein the heat energy of the first carrier medium is transferred to the heat storage medium within the heat storage unit, and at least one further heat consumer circuit with a second carrier medium with the heat storage unit is in communication connection and the heat eenergie the heat storage medium is required to be transferred to the second carrier medium of the further heat consumer circuit.
Der Grundgedanke der vorliegenden Erfindung liegt darin, die beim Betrieb der Photovoltaikelemente entstehende Prozesswärme abzuführen und energetisch zu verwerten. Dies hat einerseits den Effekt, dass die Effizienz der Stromerzeugung der Photovoltaikelemente verbessert wird, da die Abschaltung der Wechselrichter infolge Überschreiten der maximalen Betriebstemperatur weitestgehend verhindert werden kann. Des Weiteren wird diese abgezogene Prozesswärme einer Wärmespeichereinheit zugeführt, die dann wiederum die gespeicherte Wärme bedarfsweise unterschiedlichen Verbraucherkreisläufen zuführt.The basic idea of the present invention is to dissipate the process heat arising during operation of the photovoltaic elements and to use it energetically. On the one hand, this has the effect of improving the efficiency of the power generation of the photovoltaic elements, since the shutdown of the inverters as a result of exceeding the maximum operating temperature can be largely prevented. Furthermore, this withdrawn process heat is supplied to a heat storage unit, which then in turn feeds the stored heat different consumer circuits.
Die erste Wärmepumpe dient dazu, dass in der Wärmespeichereinheit eine Temperatur von 60° bis 70°C (Celsius) erreicht wird.The first heat pump serves to reach a temperature of 60 ° to 70 ° C (Celsius) in the heat storage unit.
Zur Erhöhung der Effizienz ist es gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung möglich, unterhalb des Kühlregisters eine Isolationsschicht anzuordnen.To increase the efficiency, it is possible according to an advantageous embodiment to arrange an insulating layer below the cooling register.
Bevorzugt wird die Wärmeenergieübertragung von dem ersten Trägermedium auf den Speicherträgermedium mittels eines ersten Wärmetauschers durchgeführt. Ebenso kann die Wärmeenergieübertragung von dem Speichermedium auf die weiteren Wärmeverbraucherkreisläufe innerhalb des Wärmespeichers durch jeweils einen weiteren zweiten Wärmetauscher erfolgen. Zur Steuerung der Temperaturverhältnisse in dem ersten Trägermediumkreislauf ist es besonders vorteilhaft eine erste Umwälzpumpe einzusetzen, die bevorzugt von einem innerhalb des ersten Trägermediumskreislaufs und an der Wärmespeichereinheit vorhandenen Thermostat beaufschlagt beziehungsweise geschaltet wird. Die Leistung der Umwälzpumpe kann in vorteilhafter Art und Weise variabel eingestellt werden.The thermal energy transfer from the first carrier medium to the storage medium is preferably carried out by means of a first heat exchanger. Likewise, the thermal energy transfer from the storage medium to the further heat consumer circuits within the heat accumulator can take place in each case by a further second heat exchanger. To control the temperature conditions in the first carrier medium circuit, it is particularly advantageous to use a first circulating pump, which is preferably acted upon or switched by a thermostat present within the first carrier medium circuit and the heat storage unit. The power of the circulation pump can be set variably in an advantageous manner.
Als weiterer Wärmeverbraucherkreislauf kommt beispielsweise ein Kreislauf für eine Raumheizung oder eine Warm Wasseraufbereitung in Frage.As a further heat consumer circuit, for example, a circuit for a space heating or a hot water treatment comes into question.
Des Weiteren kann der weitere Wärmeverbraucherkreislauf einer Wärmepumpe zugeführt werden, wobei gemäß einer besonders vorteilhaften Ausgestaltung an die Wärmepumpe eine Dampferzeugungseinheit angeschlossen ist, die mit einem Dampfkreislauf in Kommunikationsverbindung steht, und in dem Dampfkreislauf eine Dampfturbine angeordnet ist, die von dem erzeugten Dampf beaufschlagt wird.Furthermore, the further heat consumer circuit can be supplied to a heat pump, wherein according to a particularly advantageous embodiment, a steam generating unit is connected to the heat pump, which communicates with a steam circuit, and in the steam cycle a steam turbine is arranged, which is acted upon by the generated steam.
Die Dampfturbine kann beispielsweise an einen Generator zur Stromerzeugung angeschlossen sein.The steam turbine may be connected, for example, to a generator for generating electricity.
In einer alternativen vorteilhaften Ausgestaltung treibt die Dampfturbine ein Stickstoffverflüssigungsaggregat an, das den Stickstoff der Umgebungsluft verflüssigt, wobei eine Stickstoffspeichereinheit vorhanden ist, in der der erzeugte flüssige Stickstoff entnehmbar gespeichert wird.In an alternative advantageous embodiment, the steam turbine drives a nitrogen liquefaction unit, which liquefies the nitrogen of the ambient air, wherein a nitrogen storage unit is present, in which the generated liquid nitrogen is removably stored.
Eine besonders bevorzugte Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Anlage zeichnet sich dadurch aus, dass die Dampfturbine umschaltbar ist, derart dass sie mit dem Dampf des Dampfkreislaufs oder mit aus der Stickstoffspeichereinheit entnommenen Stickstoff, der über einen Verdampfer geführt ist, angetrieben wird. Durch diese Ausgestaltung ist es möglich, dass die Dampfturbine bei Nacht oder wenn keine Wärme anderweitig abgenommen wird durch den zuvor erzeugten Stickstoff angetrieben wird und so über den Generator Strom ins Netz eingespeist werden kann, ohne dass Prozesswärme von den Photovoltaikelementen benötigt wird beziehungweise dass diese Prozesswärme nicht zur Verfügung steht.A particularly preferred embodiment of the system according to the invention is characterized in that the steam turbine can be switched so that it is driven with the steam of the steam cycle or with nitrogen taken from the nitrogen storage unit, which is passed through an evaporator. With this configuration, it is possible that the steam turbine at night or when no heat is removed elsewhere is driven by the previously generated nitrogen and can be fed via the generator power into the grid without process heat is needed by the photovoltaic elements relationship that process heat not available.
Weitere Ausführungsformen und Vorteile der Erfindung ergeben sich durch die in den Ansprüchen ferner aufgeführten Merkmale sowie durch die nachstehend angegebenen Ausführungsbeispiele. Die Merkmale der Ansprüche können in beliebiger Weise miteinander kombiniert werden, insoweit sie sich nicht offensichtlich gegenseitig ausschließen.Further embodiments and advantages of the invention will become apparent from the features further recited in the claims as well as the following specified embodiments. The features of the claims may be combined in any manner as far as they are not obviously mutually exclusive.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGBRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWING
Die Erfindung sowie vorteilhafte Ausführungsformen und Weiterbildungen derselben werden im Folgenden anhand der in der Zeichnung dargestellten Beispiele näher beschrieben und erläutert. Die der Beschreibung und der Zeichnung zu entnehmenden Merkmale können einzeln für sich oder zu mehreren in beliebiger Kombination erfindungsgemäß angewandt werden. Es zeigen:The invention and advantageous embodiments and developments thereof are described in more detail below with reference to the examples shown in the drawing and explained. The features to be taken from the description and the drawing can be applied individually according to the invention or to a plurality of them in any desired combination. Show it:
Fig. 1 stark schematisierte Photovoltaikanlage mit einem erstenFig. 1 highly schematic photovoltaic system with a first
Trägermediumkreislauf, dem die Prozesswärme der Photovoltaikanlage zugeführt wird, und der diese Prozesswärme innerhalb einer Speichereinheit speichert, wobei an der Speichereinheit zumindest ein weiterer Wärmeverbraucherkreislauf angeschlossen ist undCarrier medium circuit, the process heat of the photovoltaic system is supplied, and stores this process heat within a storage unit, wherein at least one further heat consumer circuit is connected to the storage unit and
Fig. 2 stark schematisierte Photovoltaikanlage gemäß Fig. 1, wobei vor dem ersten Trägermediumkreislauf eine erste Wärmepumpe geschaltet ist und insgesamt drei weitere Wärmeverbraucherkreisläufe für eine Raumheizung, eine Wärmepumpe und eine Warmwasseraufbereitung angeschlossen sind, wobei die Wärmepumpe an eine Dampferzeugungseinheit angeschlossen ist, deren Dampf einer Dampfturbine zugeführt wird.2, wherein a first heat pump is connected in front of the first carrier medium circuit and a total of three more heat consumer circuits for space heating, a heat pump and a hot water treatment are connected, the heat pump is connected to a steam generating unit, the steam of a Steam turbine is supplied.
WEGE ZUM AUSFÜHREN DER ERFINDUNGWAYS FOR CARRYING OUT THE INVENTION
In Fig. 1 ist stark schematisiert eine Photovoltaikanlage 10 mit einem beispielhaft dargestellten Photovoltaikelement 12 angegeben, das oberseitig von Sonnenstrahlen S beaufschlagt wird. Das Photovoltaikelement 12 steht leitungsmäßig mit einem Wechselrichter 16 in Verbindung, der die durch das Photovoltaikelement 12 erzeugte elektrische Energie in ein in Fig. 1 symbolisch dargestellte Stromnetz 14 einspeist.In Fig. 1, a photovoltaic system 10 is shown with a photovoltaic element 12 exemplified, which is acted upon by the sun's rays S top side. The photovoltaic element 12 is in line with an inverter 16 in connection, which feeds the electrical energy generated by the photovoltaic element 12 in a symbolically shown in Fig. 1 power grid 14.
Auf der Unterseite des Photovoltaikelements 12 ist ein Kühlregister 20 angeordnet, das über einen Wärmepumpenkreislauf 34 mit einer ersten Wärmepumpe 36 in Kommunikationsverbindung steht. Die erste, in Fig. 1 stark schematisierte dargestellte Wärmepumpe 36 ist weiterhin in einen ersten Trägermediumkreislauf 22 mit einem Vorlauf Vl und einem Rücklauf Rl eingebunden, wobei der erste Trägermediumkreislauf 22 bereichsweise innerhalb einer mit einem Wärmespeichermedium gefüllten Wärmespeichereinheit 24 geführt ist. Die erste Wärmepumpe 36 dient dazu, in der Wärmespeichereinheit 24 eine Temperatur von ca. 60° bis 70°C (Celsius) zu erreichen.On the underside of the photovoltaic element 12, a cooling register 20 is arranged, which via a heat pump circuit 34 with a first heat pump 36 in Communication connection is. The first, in Fig. 1 highly schematic illustrated heat pump 36 is further involved in a first carrier medium circuit 22 with a flow Vl and a return Rl, wherein the first carrier medium circuit 22 is partially guided within a filled with a heat storage medium heat storage unit 24. The first heat pump 36 serves to achieve a temperature of about 60 ° to 70 ° C (Celsius) in the heat storage unit 24.
Innerhalb der Wärmespeichereinheit 24 weist der erste Trägermediumkreislauf 22 einen ersten Wärmetauscher 28 auf.Within the heat storage unit 24, the first carrier medium circuit 22 has a first heat exchanger 28.
An die Wärmespeichereinheit 24 ist in Fig. 1 schematisch ein weiterer Wärmeverbraucherkreislauf 30 mit seinem Vorlauf V2 und seinem Rücklauf R2 angeschlossen, wobei der weitere Wärmeverbraucherkreislauf 30 innerhalb der Wärmespeichereinheit 24 einen zweiten Wärmetauscher 32 aufweist.1, a further heat consumer circuit 30 with its supply line V2 and its return line R2 is connected to the heat storage unit 24, wherein the further heat consumer circuit 30 has a second heat exchanger 32 within the heat storage unit 24.
Bei Betrieb der Photovoltaikanlage 10 arbeitet diese wie folgt. Die in dem Photovoltaikelement 12 stehende Prozesswärme wird durch das Kühlregister 20 auf das erste Trägermedium des ersten Trägermediumkreislaufs 22 übertragen. Über den ersten Wärmetauscher 28 wird die Wärmeenergie des ersten Trägermediums innerhalb der Wärmespeichereinheit 24 auf das Wärmespeichermedium übertragen.When operating the photovoltaic system 10, this works as follows. The process heat in the photovoltaic element 12 is transferred by the cooling register 20 to the first carrier medium of the first carrier medium circuit 22. Via the first heat exchanger 28, the heat energy of the first carrier medium within the heat storage unit 24 is transferred to the heat storage medium.
Mittels des zweiten Wärmetauschers 32 wird bedarfsweise die Wärmeenergie des Wärmespeichermediums der Wärmespeichereinheit 24 auf das zweite Trägermedium des weiteren Verbraucherkreislaufs 30 übertragen.By means of the second heat exchanger 32, if necessary, the heat energy of the heat storage medium of the heat storage unit 24 is transferred to the second carrier medium of the further consumer circuit 30.
Durch eine derartige Anlage wird einerseits Prozesswärme des Photovoltaik- elements 12 genutzt und gleichzeitig das Photovoltaikelement 12 gekühlt, so dass ein Ausfall beziehungsweise ein Ausschalten des Wechselrichters 16 infolge zu hoher Temperatur weitestgehend vermieden werden kann.By such a system, on the one hand, process heat of the photovoltaic element 12 is used and at the same time the photovoltaic element 12 is cooled, so that a failure or switching off of the inverter 16 due to high temperature can be largely avoided.
In Fig. 2 ist stark schematisiert die Photovoltaikanlage gemäß Fig. 1 mit weiteren Details dargestellt, wobei insgesamt drei weitere Wärmeverbraucherkreisläufe 30.1, 30.2, 30.3 vorhanden sind, die jeweils innerhalb der Wärmespeichereinheit 24 entsprechende zweite Wärmetauscher 32.1, 32.2, 32.3 besitzen. Gleiche Bauteile tragen dasselbe Bezugszeichen und werden nicht nochmals erläutert. In dem Vorlauf Vl des ersten Trägermediumkreislaufs 22 ist eine in ihrer Leistung regelbare Umwälzpumpe 18 mit nachgeordnetem Rückschlagventil 54 geschaltet. Des Weiteren ist ein Thermostat 56 vorhanden, der die Temperatur im Vorlauf Vl, im Rücklauf Rl des ersten Trägermediumkreislaufs 22 und die Temperatur des Speichermediums innerhalb der Wärmespeichereinheit 24 misst, und dabei in Abhängigkeit der gemessenen Temperatur die Leistung der Umwälzpumpe 18 einstellt. Der Thermostat 56 überwacht auch die maximal zulässige Temperatur.2 shows a highly schematic representation of the photovoltaic system according to FIG. 1 with further details, with a total of three further heat consumer circuits 30.1, 30.2, 30.3 being present, each having corresponding second heat exchangers 32.1, 32.2, 32.3 within the heat storage unit 24. The same components bear the same reference numerals and will not be explained again. In the flow Vl of the first carrier medium circuit 22 is a variable in their performance circulation pump 18 is connected with downstream check valve 54. Furthermore, a thermostat 56 is provided, which measures the temperature in the flow Vl, in the return Rl of the first carrier medium circuit 22 and the temperature of the storage medium within the heat storage unit 24, thereby adjusting the performance of the circulation pump 18 depending on the measured temperature. The thermostat 56 also monitors the maximum allowable temperature.
Im Rücklauf Rl des ersten Trägermediumskreislaufs 22 ist weiterhin ein Ausdehnungsbehälter 28 mit vorgeschaltetem Überdruckventil 60 angeschlossen.In the return Rl of the first carrier medium circuit 22, an expansion tank 28 with upstream pressure relief valve 60 is also connected.
Im rechten oberen Bereich im Inneren der Wärmespeichereinheit 24 ist ein erster zweiter Wärmetauscher 32.1 eines ersten weiteren WärmeverbraucherkreislaufsIn the upper right area in the interior of the heat storage unit 24 is a first second heat exchanger 32.1 of a first further heat consumer circuit
30.1 vorhanden, der beispielsweise für eine Raumheizung eingesetzt wird. Darunter ist ein zweiter zweiter Wärmetauscher 32.2 eines zweiten weiteren Wärmeverbraucherkreislaufs 30.2 (Kältemittelkreislauf) angeordnet, der zu einer Wärmepumpe 40 gehört.30.1 available, which is used for example for a space heating. Below this, a second second heat exchanger 32.2 of a second further heat consumer circuit 30.2 (refrigerant circuit) is arranged, which belongs to a heat pump 40.
Darunter ist schließlich ein dritter zweiter Wärmetauscher 32.3 vorhanden, der zu einem dritten weiteren Wärmeverbraucherkreislauf 30.3 führt, der beispielsweise für eine Warm Wasseraufbereitung eingesetzt wird. Die Vorläufe und Rückläufe der drei weiteren Wärmeverbraucherkreisläufe sind jeweils mit V21, V22, V23 beziehungsweise R21, R22 und R23 angegeben. An die Wärmespeichereinheit 24 ist ein weiterer Ausdehnungsbehälter 72 angeschlossen.Including finally a third second heat exchanger 32.3 is present, which leads to a third further heat consumer circuit 30.3, which is used for example for a warm water treatment. The headers and returns of the three other heat consumer circuits are indicated by V21, V22, V23 and R21, R22 and R23, respectively. To the heat storage unit 24, a further expansion tank 72 is connected.
Der Vorlauf V22 des zweiten weiteren Wärmeverbraucherkreislaufs 30.2 wird innerhalb der Wärmepumpe 40 einem Kompressor 62 zugeführt, wobei zwischen Eingang und Ausgang des Kompressors 62 ein Bypassventil 64 geschaltet ist. Im weiteren Verlauf des zweiten Wärmeverbraucherkreislaufs 30.2 wird dieser einer Dampferzeugungseinheit 42 zugeführt, wobei die Temperatur des zweiten Trägermediums (Kältemittel) des zweiten Wärmeverbraucherkreislaufs 30.2 über einen dritten Wärmetauscher 66 auf das Dampfdruckmedium der Dampferzeugungseinheit 42 übetragen wird. An die Dampferzeugungseinheit ist ein Dampfkreislauf 44 mit einem Vorlauf V4 und einem Rücklauf R4 angeschlossen. Über den Rücklauf R2 wird das zweite Trägermedium des weiteren zweiten Wärme Verbraucherkreislaufs 30.2 dem Wärmetauscher 32.2 wieder zugeführt. Im Rücklauf R22 des zweiten weiteren WärmeverbraucherkreislaufsThe flow V22 of the second further heat consumer circuit 30.2 is supplied to a compressor 62 within the heat pump 40, wherein between the input and output of the compressor 62, a bypass valve 64 is connected. In the further course of the second heat consumer circuit 30.2, this is fed to a steam generating unit 42, wherein the temperature of the second carrier medium (refrigerant) of the second heat consumer circuit 30.2 is transmitted via a third heat exchanger 66 to the vapor pressure medium of the steam generating unit 42. To the steam generating unit, a steam circuit 44 with a flow V4 and a return R4 is connected. The second carrier medium of the further second heat consumer circuit 30.2 is fed back to the heat exchanger 32.2 via the return R2. In the return R22 of the second additional heat consumer cycle
30.2 ist ein Expansionsventil angeordnet. Der Vorlauf V4 des Dampfkreislaufs 44 wird auf eine Dampfturbine 46 geführt und anschließend das entstehenden Kondensat auf einen Kondensatspeicher 68 geleitet.30.2, an expansion valve is arranged. The flow V4 of the steam cycle 44 is passed to a steam turbine 46 and then the resulting condensate is passed to a condensate reservoir 68.
Eine Pumpe 70 im Rücklauf R4 des Dampfkreislaufs 44 führt das Kondensat in die Dampferzeugungseinheit 42 zurück.A pump 70 in the return R4 of the steam cycle 44 returns the condensate to the steam generating unit 42.
Die Dampfturbine 46 treibt einen Generator 48 an, der die erzeugte elektrische Energie in ein Netz einspeist.The steam turbine 46 drives a generator 48, which feeds the generated electrical energy into a network.
Alternativ (gestrichelte Darstellung in Fig. 2) oder zusätzlich kann die Dampfturbine 46 ein Stickstoffverflüssigungsaggregat 50 antreiben, das der Umgebungsluft Stickstoff entzieht und verflüssigt. Anschließend wird der flüssige Stickstoff entnehmbar an einer Stickstoffspeichereinheit 52 gelagert. Der flüssige Stickstoff kann beispielsweise zum Antrieb von Stickstoffmotoren eingesetzt werden, wobei derartige Stickstoffmotoren sehr umweltverträglich sind, da keine umweltschädigende Gase entstehen.Alternatively (dashed line in FIG. 2) or in addition, the steam turbine 46 may drive a nitrogen liquefaction unit 50 which extracts and liquefies nitrogen from the ambient air. Subsequently, the liquid nitrogen is removably stored on a nitrogen storage unit 52. The liquid nitrogen can be used for example for driving nitrogen engines, such nitrogen engines are very environmentally friendly, since no polluting gases.
Die Dampfturbine 46 ist so ausgebildet, dass sie wahlweise mit dem Dampf des Dampfkreislaufs 44 oder mit Stickstoff betrieben werden kann. Hierzu ist die Dampfturbine 46 bezüglich der Wahl des Betriebsmediums umschaltbar ausgebildet. In Fig. 2 ist die Dampfturbine 46 über einen Verdampfer 76 mit der Stickstoffspeichereinheit 52 verbunden. Steuerungsbauteile, die den Umschaltvorgang steuern sind in Fig. 2 nicht dargestellt. Durch die umschaltbare Dampfturbine 46 ist es möglich, dass bei Nacht, dass heißt bei nicht Aktivität der Photovoltaikelemente 12, oder wenn keine Wärme anderweitig abgenommen wird über den Generator 48 Strom erzeugt wird, der im Netz eingespeist wird.The steam turbine 46 is adapted to be selectively operated with the steam of the steam cycle 44 or with nitrogen. For this purpose, the steam turbine 46 is formed switchable with respect to the choice of the operating medium. In FIG. 2, the steam turbine 46 is connected to the nitrogen storage unit 52 via an evaporator 76. Control components that control the switching operation are not shown in Fig. 2. By the switchable steam turbine 46, it is possible that at night, that is, when no activity of the photovoltaic elements 12, or if no heat is removed elsewhere via the generator 48 electricity is generated, which is fed into the network.
Das dargestellte Ausführungsbeispiel zeigt drei Beispiele für an die Wärmespeichereinheit 24 anschließbare weitere Verbraucherkreisläufe 30.1, 30.2, 30.3. Es können noch weitere Wärmeverbraucherkreisläufe für andere Zwecke problemlos angeordnet werden.The illustrated embodiment shows three examples of connectable to the heat storage unit 24 further consumer circuits 30.1, 30.2, 30.3. Other heat consumer circuits can be easily arranged for other purposes.
Die dargestelle Photovoltaikanlage 10 zeigt gegenüber den bekannten Photovoltaikanlagen eine deutlich verbesserte Effizienz. Neben der längeren möglichen Betriebsdauer der Photovoltaikanlage als solcher (das Überschreiten der Maximaltemperatur für den Ausfall des Wechselrichters wird verhindert) wird die entstehende Prozesswärme für weitere Wärmeverbraucherkreisläufe genutzt. The dargestelle photovoltaic system 10 shows over the known photovoltaic systems significantly improved efficiency. In addition to the longer possible operating time of the photovoltaic system as such (exceeding the maximum temperature for the failure of the inverter is prevented), the resulting process heat is used for other heat consumer circuits.

Claims

Ansprüche claims
01. Phötovoltaikanlage (10) mit flächigen Photovoltaikelementen (12), die unter oberseitiger Sonnenbestrahlung (S) elektrische Energie erzeugen, die in ein Stromnetz (14) eingespeist wird und/oder einer Stromspeichereinheit zugeführt wird,01. phtovoltaic system (10) with planar photovoltaic elements (12), which generate electrical energy from the top (S), which is fed into a power grid (14) and / or is supplied to a power storage unit,
- dadurch gekennzeichnet, dass- characterized in that
- unterhalb der Photo voltaikelemente (12) jeweils ein Kühlregister (20) angeordnet ist, das über einen Wärmepumpenkreislauf (34) mit einer ersten Wärmepumpe (36) in Kommunikationsverbindung steht, wobei das Kühlregister (20) die bei Betrieb des Photovoltaikelements (12) entstehende Prozesswärme der ersten Wärmepumpe (36) zuführt,- Below the photovoltaic elements (12) each have a cooling coil (20) is arranged, which is in communication communication via a heat pump circuit (34) with a first heat pump (36), wherein the cooling register (20) resulting during operation of the photovoltaic element (12) Supplying process heat to the first heat pump (36),
- die erste Wärmepumpe (36) mit einem ersten Trägermediumkreislauf (22) mit einem ersten Trägermedium in Kommunikationsverbindung steht,the first heat pump (36) is in communication communication with a first carrier medium circuit (22) with a first carrier medium,
- in dem ersten Trägermediumkreislauf (22) eine Wärmespeichereinheit (24) mit einem Wärmespeichermedium angeordnet ist, wobei die Wärmeenergie des ersten Trägermediums innerhalb der Wärmespeichereinheit (24) auf das Wärmespeichermedium übertragen wird, und- In the first carrier medium circuit (22) a heat storage unit (24) is arranged with a heat storage medium, wherein the heat energy of the first carrier medium within the heat storage unit (24) is transferred to the heat storage medium, and
- zumindest ein weiterer Wärmeverbraucherkreislauf (30) mit einem zweiten Trägermedium mit der Wärmespeichereinheit (24) in Kommunikationsverbindung steht und die Wärmeenergie des Wärmespeichermediums bedarfsweise auf das zweite Trägermedium des weiteren Wärmeverbraucherkreislaufs (30) übertragen wird.- At least one further heat consumer circuit (30) with a second carrier medium with the heat storage unit (24) is in communication connection and the heat energy of the heat storage medium is transmitted as needed to the second carrier medium of the further heat consumer circuit (30).
02. Phötovoltaikanlage nach Anspruch 1,02. phtovoltaic system according to claim 1,
- dadurch gekennzeichnet, dass- characterized in that
- unterhalb des Kühlregisters (20) eine Isolationsschicht (26) angeordnet ist.- Below the cooling register (20) an insulating layer (26) is arranged.
03. Phötovoltaikanlage nach Anspruch 1 oder 2,03. phtovoltaic system according to claim 1 or 2,
- dadurch gekennzeichnet, dass- characterized in that
- der erste Trägermediumkreislauf (22) innerhalb der Wärmespeichereinheit (24) einen ersten Wärmetauscher (28) aufweist. - The first carrier medium circuit (22) within the heat storage unit (24) has a first heat exchanger (28).
04. Photovoltaikanlage nach einem oder mehreren der vorstehenden Ansprüche,04. Photovoltaic system according to one or more of the preceding claims,
- dadurch gekennzeichnet, dass- characterized in that
- der weitere Wärmeverbraucherkreislauf (30) innerhalb der Wärmespeichereinheit (24) einen zweiten Wärmetauscher (32) aufweist.- The further heat consumer circuit (30) within the heat storage unit (24) has a second heat exchanger (32).
05. Photovoltaikanlage nach Anspruch 1,05. Photovoltaic system according to claim 1,
- dadurch gekennzeichnet, dass- characterized in that
- innerhalb des ersten Trägerkreislaufs (22) eine erste Umwälzpumpe (18) vorhanden ist.- Within the first carrier circuit (22), a first circulating pump (18) is present.
06. Photovoltaikanlage nach einem oder mehreren der vorstehenden Ansprüche,06. Photovoltaic system according to one or more of the preceding claims,
- dadurch gekennzeichnet, dass- characterized in that
- der weitere Wärmeverbraucherkreislauf (30.1) innerhalb einer Raumheizung eingesetzt wird.- The further heat consumer circuit (30.1) is used within a space heating.
07. Photovoltaikanlage nach einem oder mehreren der vorstehenden Ansprüche,07. Photovoltaic system according to one or more of the preceding claims,
- dadurch gekennzeichnet, dass- characterized in that
- der weitere Wärmeverbraucherkreislauf (30.3) innerhalb einer Warmwasseraufbereitungsanlage eingesetzt wird.- The further heat consumer circuit (30.3) is used within a hot water treatment plant.
08. Photovoltaikanlage nach einem oder mehreren der vorstehenden Ansprüche,08. Photovoltaic system according to one or more of the preceding claims,
- dadurch gekennzeichnet, dass- characterized in that
- der weitere Wärmeverbraucherkreislauf (30.2) einer Wärmepumpe (40) zugeführt wird.- The further heat consumer circuit (30.2) of a heat pump (40) is supplied.
09. Photovoltaikanlage nach Anspruch 8,09. Photovoltaic system according to claim 8,
- dadurch gekennzeichnet, dass- characterized in that
- an die Wärmepumpe (40) eine Dampferzeugungseinheit (42) angeschlossen ist, die mit einem Dampfkreislauf (44) in Kommunikationsverbindung steht, wobei innerhalb des Dampfkreislaufs (44) eine Dampfturbine (46) angeordnet ist. - To the heat pump (40) a steam generating unit (42) is connected, which is in communication with a steam circuit (44), wherein within the steam cycle (44), a steam turbine (46) is arranged.
10. Photovoltaikanlage nach Anspruch 9,10. Photovoltaic system according to claim 9,
- dadurch gekennzeichnet, dass- characterized in that
- die Dampfturbine (46) einen Generator (48) zur Stromerzeugung antreibt.- The steam turbine (46) drives a generator (48) for generating electricity.
11. Photovoltaikanlage nach Anspruch 9,11. Photovoltaic system according to claim 9,
- dadurch gekennzeichnet, dass- characterized in that
- die Dampfturbine (46) ein Stickstoffverflüssigungsaggregat (50) antreibt, das den Stickstoff der Umgebungsluft verflüssigt, und eine Stickstoffspeichereinheit (52) vorhanden ist, in der der erzeugte flüssige Stickstoff entnehmbar gespeichert wird.- The steam turbine (46) drives a nitrogen liquefaction unit (50), which liquefies the nitrogen of the ambient air, and a nitrogen storage unit (52) is provided, in which the generated liquid nitrogen is removably stored.
12. Photovoltaikanlage nach Anspruch 8 und 11,12. Photovoltaic system according to claim 8 and 11,
- dadurch gekennzeichnet, dass- characterized in that
- die Dampfturbine (46) umschaltbar ist, derart dass sie mit dem Dampf des Dampfkreislaufs (44) oder mit aus der Stickstoffspeichereinheit (52) entnommenen Stickstoff, der über einen Verdampfer (76) geführt ist, angetrieben wird. - The steam turbine (46) is switchable so that it is with the steam of the steam cycle (44) or with nitrogen from the nitrogen storage unit (52) removed nitrogen, which is passed through an evaporator (76) driven.
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