NL1009011C1 - Inrichting voor het winnen van energie (thermisch en electrisch) uit de omgeving en deze energie te gebruiken voor de energievoorziening van een woning. - Google Patents

Description

Inrichting voor het winnen van energie (thermisch en electrisch) uit de omgeving en deze energie te gebruiken voor de energievoorziening van een woning.

5 De uitvinding heeft betrekking op een inrichting voor het winnen van energie uit de omgeving en deze bruikbaar te maken voor de gehele energievoorziening van een woning of gebouw. De gewonnen energie heeft een thermisch en een electrisch karakter. Figuur 1 toont de elementen van het systeem en hun onderlinge samenhang respectievelijk samenwerking.

10 Het eerste element (in figuur 1 gaande van links naar rechts) van de inrichting voor het winnen van energie is een hybride energie-collector. Figuur 2 toont een dwarsdoorsnede van deze collector, die opgebouwd is uit verschillende lagen met ieder een specifieke functie. Van ‘buiten naar binnen’ gaande worden de functies van deze lagen besproken. Bestaande Photo Voltaische cellen zetten een deel van de toegestraalde zonne-energie om in electrische energie. Door deze cellen in, zo te noemen 15 PV-panelen, op een dak van een woning of gebouw te plaatsen, wordt evenredig met de grootte en het aantal van de PV-panelen meer zonne-energie opgevangen en evenredig met het celrendement, bijvoorbeeld 15 %, gedeeltelijk omgezet in electrische gelijkstroom. Elk PV-paneel wordt gecombineerd met een tweede paneel dat zorg draagt voor de opname van thermische energie. Het tweede paneel is aan de onderzijde van het PV-paneel, vanaf de zonzijde gezien, zodanig bevestigd, 20 (bijvoorbeeld gelijmd) dat een zeer goede warmtegeleiding naar het medium, dat de thermische energie opneemt, gewaarborgd is. Dit tweede paneel bevat kanalen die worden doorstroomd door een medium. Dit medium is in staat warmte of koude (thermische energie) op te nemen van het PV-paneel en van de directe omgeving. De hoeveelheid in het PV-paneel opgenomen thermische energie is gelijk aan de toegestraalde zonne-energie, die door de PV-cellen niet in electrische energie wordt omgezet, 25 bijvoorbeeld ca. 85 %, en het saldo van de warmte-uitwisseling van het gecombineerde paneel met de directe omgeving. Deze laatste warmte-uitwisseling gebeurt door convectie, straling en geleiding. Tussen het tweede (onderliggende) paneel en het geïsoleerde dak, bevindt zich een luchtspouw. Via deze spouw neemt het tweede paneel thermische energie op uit de omgeving. Deze energie wordt door straling van het dak en convectie van de langs stromende lucht naar het paneel getransporteerd.

30

Het tweede element van de inrichting is het met behulp van, in beginsel, een circulatiepomp circulerende medium. Als voorbeeld is in figuur 1 de omgevingstemperatuur gesteld op 5 oC. De temperatuur van het aangevoerde medium is gesteld op 0 oC, de temperatuur bij afvoer 4 oC. Hetzelfde medium dat de thermische energie heeft opgenomen geeft deze warmte of koude via de 35 circulatie door aan een warmtewisselaar.

1 00901 1Ί 2

Deze warmtewisselaar geeft op zijn beurt de thermische energie af aan een voorraadvat voor de opslag van deze energie of rechtstreeks aan een circuit van een warmtepomp (WP1). Dit is het derde ^ element van de inrichting. In beide gevallen, opslag of warmtewisselaar, functioneert dit aanbod van thermische energie als een energiebron voor het eerste warmtepomp circuit. Deze bron zal meestal 5 een temperatuur hebben die onder het temperatuumiveau van de omgeving ligt. In het voorraadvat van figuur 1, dat vanwege de lage temperatuur niet of nauwelijks geïsoleerd behoefte te zijn, heerst een temperatuur van - 2 oC. Het medium in het voorraadvat krijgt een gelaagde temperatuuropbouw.

Het warmtepomp circuit met WP1 is het vierde element van de inrichting. Dit circuit transporteert de v 10 opgenomen thermische energie van de lagere temperatuur energiebron (voorraadvat of warmte wisselaar) naar een hoger temperatuumiveau tezamen met de energie, die aan de warmtepomp voor de aandrijving wordt toegevoerd. Hiervoor kunnen bestaande systemen met voor het temperatuur gebied gebruikelijke media worden ingezet.

15 Het vijfde element is een voorraadvat voor de opslag van thermische energie. De warmtepomp levert de thermische energie via een warmte wisselaar af aan dit voorraadvat. Het medium in het voorraadvat krijgt een gelaagde temperatuuropbouw. Als alternatief kan direct aan een ander medium, meestal water, de warmte worden overgedragen voor de ruimteverwarming en/of de warm tapwatervoorziening van een woning. In het voorbeeld van figuur 1 is de temperatuur in het 20 voorraadvat op 40 oC gesteld.

Het zesde element is het systeem voor warmte-afgifte voor de ruimteverwarming van de woning of het gebouw. Om het temperatuumiveau van de warmte-afgifte laag te houden wordt bijvoorkeur gebruik gemaakt van een zogenaamd lage temperatuur verwarmingssysteem. Dit kan zijn vloer- en/of 25 wandverwarming. In het voorbeeld van figuur 1, is de aanvoertemperatuur van het water naar de te verwarmen ruimten 38 oC en de retourtemperatuur 33 oC. Deze systemen zijn normaal commercieel verkrijgbaar. Dit verwarmingssysteem neemt de warmte met het water op uit het voorraadvat of indirect via een warmtewisselaar.

30 Het zevende element is een tweede warmtepomp circuit (WP2). Voor de warm tapwatervoorziening kan, als de temperatuur in het tweede voorraadvat niet hoog genoeg is, nog een tweede temperatuursverhoging nodig zijn. In het voorbeeld van figuur 1 van 40 naar 65 oC. Hiervoor zal een tweede warmtepomp WP2 kunnen worden ingezet. Deze tweede warmtepomp WP2 neemt de benodigde thermische energie op van de hogere temperatuur opslag (40 oC) of via de hogere 35 temperatuur warmtewisselaar van het eerste warmtepomp circuit met WP1 en geeft die energie af op het gewenste temperatuumiveau (ca. 65 oC) van de warm tapwatervoorziening.

^ 0090 ίIn 3

De functie van de voorraadvaten voor de opslag van de thermische energie bij het lagere en hogere temperatuumiveau is de ongelijktijdigheid in het aanbod en de behoefte aan ruimteverwarming en aan warm tapwater te vereffenen, ‘s Nachts zal geen zonnestraling in de energielevering kunnen voorzien, terwijl toch energie nodig is voor bijvoorbeeld: verwarming, ventilatie etc.

5

De tweede functie van het paneel, dat thermische energie opneemt uit de omgeving en onder het PV-paneel is aangebracht, is er voor te zorgen dat de temperatuur van het PV-paneel door directe zomerse zonnestraling niet zodanig omhoog gaat dat daardoor het omzettingsrendement van de PV-cellen onaanvaardbaar omlaag gaat.

10 .Voorbeeld

Voor een concreet woningontwerp gelden de volgende gegevens: 15 Verwarmd vloeroppervlak 138 m2 Verliesoppervlak 342 m2 EPC 0,8

Maximale warmtebehoefte 5,3 kW

Jaarlijkse warmtebehoefte 4660 kWh (RV) en 1909 kWh (TV) 20 Electriciteitsbehoefte 3791 kWh

Warmtepomp 2,5 kW thermisch

Dekkingsgraad WP-zon 69 tot 90 % (afhankelijk van het concept) PV-energiedak 40 m2

Dekkingsgraad PV 96,3% 1 009011

Claims (2)

1. Inrichting voor het winnen van energie (thermisch en electrisch) uit de omgeving en deze energie l te gebruiken voor de energievoorziening van een woning. De inrichting bestaat uit zeven samenwerkende operationele eenheden, achtereenvolgens: hybride energiecollector, een circuit 5 waarin een medium thermische energie transporteert, voorraadvat of warmtewisselaar voor de overdracht van de thermische energie, een eerste warmtepomp circuit (WP1) dat de thermische energie opneemt en in temperatuur verhoogt, voorraadvat of warmtewisselaar dat de thermische energie opneemt van WP1, een circuit voor ruimteverwarming dat thermische energie opneemt van het hogere temperatuur voorraadvat en afgeeft voor ruimteverwarming en een tweede warmtepomp 10 circuit (WP2) dat warmte opneemt uit het hogere temperatuur voorraadvat en in temperatuur verhoogt voor de opwarming van warm tapwater.

2. De hybride energiecollector, bestaand uit een PV-paneel met PV-cellen, die opgevangen zonnestraling omzet in electrische energie en een daaronder aangebracht paneel, waarmee thermische energie van het PV-paneel en de omgeving wordt opgenomen en doorgegeven wordt 15 aan een transportmedium voor thermische energie. Het kenmerk van het samengestelde paneel is dat er een zeer goede warmtegeleiding is van het PV-paneel naar het transportmedium voor de thermische energie. 1 00901 1-i