NL1019276C2 - Gekoelde inrichting voor het omzetten van zonnestraling in elektrische energie. - Google Patents

Description

GEKOELDE INRICHTING VOOR HET OMZETTEN VAN ZONNESTRALING IN ELEKTRISCHE ENERGIE

De uitvinding heeft betrekking op een inrichting voor het omzetten van zonnestraling in elektrische energie, omvattende een frame met een aantal daardoor gedragen omzettingselementen. Een dergelijke 5 omzettingsinrichting is algemeen bekend, en wordt aangeduid als fotovoltaïsch (PV) paneel of zonnepaneel.

Er wordt op velerlei terreinen gestreefd naar het terugdringen van de vraag naar energie uit fossiele brandstoffen. Dit heeft enerzijds te maken met 10 milieuaspecten, daar bij de verbranding van fossiele brandstoffen stoffen in de atmosfeer uitgestoten worden die schadelijk zijn voor de volksgezondheid en bovendien aanleiding lijken te geven tot klimaatveranderingen. Daarnaast bestaat er grote zorg dat de voorraad fossiele 15 brandstoffen binnen afzienbare tijd zal zijn uitgeput.

Aangezien het terugdringen van het energieverbruik als gevolg van de steeds groeiende wereldbevolking en de toenemende welvaart in de praktijk niet haalbaar blijkt, wordt de nadruk steeds meer gelegd 20 op het vervangen van fossiele brandstoffen door duurzame energiebronnen. Een voorbeeld van een dergelijke duurzame energiebron is de zon. Zonne-energie bereikt de aarde in de vorm van straling, die omgezet kan worden in warmte, bijvoorbeeld ten behoeve van de warmwatervoorziening van 25 huishoudens, maar die met wat meer moeite ook kan worden omgezet in elektrische energie.

Voor het omzetten van zonnestraling in elektrische energie wordt gebruik gemaakt van fotovoltaïsche cellen of zonnecellen. Deze zonnecellen 30 worden in grotere aantallen bij elkaar geplaatst op een drager en dan gelamineerd tot een plaat, die in het algemeen onder tussenkomst van een frame wordt geplaatst 2 op een door de zon royaal beschenen oppervlak, meestal een dak van een gebouw.

Fotovoltaïsche cellen en panelen hebben het nadeel dat zij relatief kostbaar zijn, terwijl het nuttig 5 rendement van de omzetting relatief gering is, en bij de huidige stand van de techniek ongeveer 12% bedraagt. Dit brengt met zich mee dat ruim 7/8 van de opvallende zonnestraling verloren gaat. Deze straling wordt omgezet in warmte.

10 De uitvinding heeft nu tot doel een omzettingsinrichting van de hiervoor beschreven soort te verschaffen, waarvan het rendement ten opzichte van de bekende inrichtingen aanzienlijk verbeterd is. Volgens de uitvinding wordt dit bij een dergelijke 15 omzettingsinrichting bereikt, door middelen voor het koelen van althans de omzettingselementen. Door de omzettingselementen te koelen, dus warmte daaraan te onttrekken, kan het rendement van de omzetting worden verhoogd, terwijl de zo onttrokken warmte nuttig kan 20 worden gebruikt.

Bij voorkeur zijn de koelmiddelen ingericht voer het langs de omzettingselementen leiden van een stroom koelmedium. Door gebruik te maken van een stromend koelmedium kan een grote hoeveelheid warmte per 25 tijdseenheid worden afgevoerd. Een constructief en installatietechnisch eenvoudige inrichting wordt verkregen, wanneer het koelmedium lucht is. In dat geval kunnen de koelmiddelen met voordeel onderdeel vormen van een systeem voor het ventileren van tenminste één ruimte. 3C Wanneer het ventilatiesysteem tenminste één eerste aanzuigopening voor omgevingslucht en tenminste één in de te ventileren ruimte uitmondende eerste uitblaasopening omvat, zijn bij voorkeur de koelmiddelen aangebracht tussen de eerste aanzuigopening en de eerste 35 uitblaasopening. Op deze wijze kan aangezogen omgevingslucht worden voorverwarmd, waardoor een aangename temperatuur in de te ventileren ruimte kan worden gehandhaafd.

3

Wanneer daarentegen de temperatuur van de buitenlucht reeds zo hoog is, dat deze niet voorverwarmd hoeft te worden, kunnen, wanneer het ventilatiesysteem tenminste één met de ruimte verbonden tweede 5 aanzuigopening voor af te voeren lucht en tenminste één in de omgeving uitmondende tweede uitblaasopening omvat, de koelmiddelen met voordeel aangebracht zijn tussen de tweede aanzuigopening en de tweede uitblaasopening.

Bij voorkeur zijn er middelen aanwezig voor het 10 meten van de temperatuur van de aangezogen omgevingslucht, de te ventileren ruimte en/of de af te voeren lucht, alsmede met de temperatuurmeetmiddelen verbonden middelen voor het besturen van de koelmiddelen, welke besturingsmiddelen ingericht zijn voor het 15 afhankelijk van de gemeten temperatuur langs de omzettingselementen leiden van de aangezogen omgevingslucht of de af te voeren lucht. Zo kan dus naar keuze de aangezogen omgevingslucht worden voorverwarmd, of de warmte worden afgegeven aan de afgevoerde lucht die 20 in de omgeving wordt uitgeblazen.

Het ventilatiesysteem kan voorzien zijn van tenminste één ventilator voor het aanzuigen van omgevingslucht en/of tenminste één ventilator voor het uitblazen van uit de ruimte af te voeren lucht, waarbij 25 de ventilator(en) bij voorkeur verbonden is/zijn met het frame van de omzettingsinrichting. Zo wordt een inrichting verkregen die eenvoudig in een fabriek kan worden vervaardigd, en met enkele simpele handelingen kan worden geïnstalleerd.

30 Bij voorkeur vertoont het ventilatiesysteem verder tenminste één warmtewisselaar voor de uitwisseling van warmte tussen de aangezogen omgevingslucht en de uit de ruimte af te voeren lucht, welke warmtewisselaar eveneens verbonden kan zijn met het frame van de 35 inrichting. Hierdoor wordt een nog verder gaande integratie van de omzettingsinrichting en het ventilatiesysteem bereikt, waardoor de omzettingsinrichting met belangrijke delen van het 4 ventilatiesysteem als het ware "stekerklaar" kan worden aangevoerd, en op de plaats van gebruik nog slechts behoeft te worden aangesloten.

De uitvinding wordt nu toegelicht aan de hand 5 van een voorbeeld, waarbij wordt verwezen naar de bijgevoegde tekening, waarin:

Fig. 1 een schematisch perspectivisch aanzicht vormt van een omzettingsinrichting volgens de uitvinding die gecombineerd is met een ventilatiesysteem en 10 ingebouwd is in een dak van een woning, en

Fig. 2 een aansluitschema toont van de combinatie van omzettingsinrichting en ventilatiesysteem van fig. 1.

Een inrichting 1 voor het omzetten van 15 zonnestraling in elektrische energie omvat een frame 2 en een aantal daarin opgenomen omzettingselementen 3. De omzettingselementen 3, ook wel aangeduid als fotovoltaische cellen, zijn daarbij opgenomen op een drager en afgedekt door een glasplaat onder vorming van 20 een laminaat. Dit laminaat vormt het fotovoltaïsche paneel dat op het frame wordt bevestigd.

Het frame 2 met daarin de fotovoltaïsche cellen 3 is opgenomen in een dak 4 van een gebouw, bijvoorbeeld een woning 5 (fig. 1). Dit gebouw 5 is verder voorzien 25 van een ventilatiesysteem 6, waardoor lucht uit de omgeving wordt aangezogen en in een of meer te ventileren ruimten 14 in het gebouw 5 wordt gebracht, terwijl lucht uit de ruimte(n) 14 wordt afgezogen en wordt uitgeblazen in de omgeving. Het ventilatiesysteem 6 vertoont daartoe 30 een aan de buitenzijde van het gebouw 5 uitmondende eerste aanzuigopening 7, een in de ruimte(n) 14 uitmondende eerste uitblaasopening 8, een in de ruimte (n) 14 uitmondende tweede aanzuigopening 9 en een tweede uitblaasopening 10 die weer uitmondt in de omgeving.

35 Tussen de eerste aanzuigopening 7 en de eerste uitblaasopening 8 is een eerste ventilator 11 geplaatst, terwijl tussen de tweede aanzuigopening 9 en de tweede uitblaasopening 10 eveneens een ventilator 12 is 5 aangebracht. Deze ventilatoren 11, 12 houden dus een luchtstroom op gang waardoor frisse omgevingslucht wordt aangezogen en verbruikte lucht uit de ruimte(n) 14 in het gebouw 5 wordt afgevoerd.

5 In het getoonde voorbeeld omvat het ventilatiesysteem 6 verder een op zich bekende warmtewisselaar 20, waarin de aangezogen omgevingslucht en de afgevoerde gebruikte lucht met elkaar in warmtewisselend contact gebracht kunnen worden, teneinde 10 de temperatuur van de aangezogen omgevingslucht in de buurt te brengen van de temperatuur in de te ventileren ruimte(n) 14. In deze warmtewisselaar 20 kan de omgevingslucht dus naar behoefte worden voorverwarmd of voorgekoeld. Eventueel kunnen er middelen aanwezig zijn 15 voor het nog verder verwarmen of koelen van de aangezogen omgevingslucht, wanneer dit nodig mocht zijn om de gewenste temperatuur te bereiken.

De omzettingsinrichting 1 fungeert zoals gezegd voor het omzetten van zonnestraling in elektrische 20 energie. Een groot deel van de opvallende zonnestralen wordt echter niet omgezet in elektrische energie, maar uitsluitend in warmte. Teneinde deze warmte nuttig te kunnen gebruiken en zo het rendement van de omzettingsinrichting 1 te verhogen zijn er volgens de 25 uitvinding middelen 13 aanwezig voor het koelen van de omzettingsinrichting 1.

Deze koelmiddelen 13 zijn ingericht voor het langs de omzettingselementen 3 leiden van een stroom koelmedium, bijvoorbeeld lucht. Hiertoe zijn de 30 koelmiddelen 13 in het getoonde voorbeeld geïntegreerd in het ventilatiesysteem 6, dat immers ook is ingericht voor het verplaatsen van relatief grote hoeveelheden lucht, waarvan de temperatuur in het algemeen lager zal zijn dan die van de omzettingselementen 3. Zo kan zonder veel 35 extra inspanning gebruik gemaakt worden van de door het ventilatiesysteem 6 aangezogen en/of uitgeblazen lucht voor het koeien van de omzettingselementen 3.

6

Teneinde het nuttig effect van de opgewekte warmte te maximaliseren, kan deze gebruikt worden om de aangezogen omgevingslucht voor te verwarmen, wanneer de buitentemperatuur relatief laag is. Hierdoor kan worden 5 bespaard op de hoeveelheid extern opgewekte energie die nodig is om de aangezogen lucht ongeveer op de in de te ventileren ruimte(n) 14 van het gebouw 5 heersende temperatuur te brengen.

Wanneer anderzijds de buitentemperatuur zo hoog 10 is, dat het voorverwarmen van de aangezogen lucht niet nodig of zelfs wenselijk is, teneinde te voorkomen dat de temperatuur in de te ventileren ruimte(n) 14 te ver oploopt, kan voor het koelen van de omzettingselementen 3 gebruik gemaakt worden van de gebruikte lucht die uit de 15 ruimte(n) 14 afkomstig is. In dat geval wordt geen extra energiebesparing bereikt, maar dragen de koelmiddeïen 13 er nog steeds wel toe bij, dat de warmte die in de omzettingselementen 3 ontwikkeld wordt op efficiënte wijze wordt afgevoerd, zodat oververhitting van deze 20 elementen 3 wordt voorkomen.

Teneinde te kunnen bepalen welk van de luchtstromen gebruikt moet worden voor het koelen van de omzettingselementen 3, zijn er middelen 15 aanwezig voor het meten van de omgevingstemperatuur, alsmede middelen 25 16 voor het meten van de temperatuur in de te ventileren ruimte(n) 14. Deze temperatuur-meetmiddelen 15, 16 zijn verbonden met een besturing 17, die op zijn beurt verbonden is met kleppen 18, waardoor naar keuze omgevingslucht of gebruikte lucht als koelmedium langs de 30 omzettingselementen kan worden geleid.

De besturing 17 vergelijkt de gemeten omgevingstemperatuur met de gemeten temperatuur in de te ventileren ruimte(n) 14, en brengt de kleppen 18, hier weergegeven als wisselkleppen, in een zodanige stand, dat 35 omgevingslucht langs de omzettingselementen 3 wordt geleid, zolang de omgevingstemperatuur lager is dan de temperatuur in de ruimte(n) 14 (fig. 2). Is dat niet het 7 geval, dan worden de kleppen 18 omgezet, en wordt gebruikte lucht langs de omzettingselementen 3 geleid.

In plaats van de middelen 16 voor het meten van temperatuur in de te ventileren ruimte(n) 14, zou ook 5 gebruik gemaakt kunnen worden van de thermostaat waarmee de temperatuur in de ruimte(n) ingesteld wordt voor het afgeven van een desbetreffend signaal aan de besturing 17.

In het getoonde voorbeeld zijn overigens de 10 koelmiddelen 13 niet slechts functioneel, maar ook constructief geïntegreerd met het ventilatiesysteem 6.

Het frame 2 dat de omzettingelementen 3 draagt is verbonden met een frame of huis 19 waarin de ventilatoren 11, 12 en de warmtewisselaar 20 van het ventilatiesysteem 15 6, alsmede de besturing 17 en klep 18 van de koelmiddelen 13 zijn opgenomen. Hierdoor wordt een eenheid verkregen die "stekerklaar" is, en in een enkele bewerking kan worden geïnstalleerd en aangesloten. Dit leidt tot een aanzienlijke besparing op de installatiekosten.

20 Zo kan dus door het integreren van een fotovoltaïsch paneel met een ventilatiesysteem een belangrijke energiebesparing worden bereikt tijdens het ventileren bij lage omgevingstemperaturen, terwijl bij hogere omgevingstemperaturen een goede warmtehuishouding 25 van het paneel gewaarborgd blijft.

Hoewel de uitvinding hiervoor is toegelicht aan de hand van een voorbeeld, zal het de deskundige duidelijk zijn dat deze daartoe niet is beperkt. Zo zou de opstelling van de verschillende onderdelen gevarieerd 30 kunnen worden, waarbij een constructieve integratie wel de voorkeur verdient, maar niet noodzakelijk is.

Daarnaast zal het duidelijk zijn dat in de praktijk het ventilatiesysteem niet bedoeld is voor het ventileren van de ruimte onder het dak, maar via leidingen verbonden zal 35 zijn met andere ruimten in het gebouw.

Overigens zou de getoonde warmtewisselaar geheel weggelaten kunnen worden, wanneer de installatie bedoeld is voor gebruik in streken waar de 8 omgevingstemperatuur zo laag is, dat de omgevingslucht voor gebruik altijd voorverwarmd zal moeten worden. Hiervoor kan dan de warmte gebruikt worden die aan de omzettingselementen onttrokken wordt. In dat geval kunnen 5 ook de getoonde wisselkleppen komen te vervallen.

De omvang van de uitvinding wordt dan ook uitsluitend bepaald door de navolgende conclusies.

Claims (9)

1. Inrichting voor het omzetten van zonnestraling in elektrische energie, omvattende een frame met een aantal daardoor gedragen omzettingselementen, gekenmerkt door middelen voor het 5 koelen van althans de omzettingselementen.

2. Omzettingsinrichting volgens conclusie 1, met het kenmerk, dat de koelmiddelen ingericht zijn voor het langs de omzettingselementen leiden van een stroom koelmedium.

3. Omzettingsinrichting volgens conclusie 2, met het kenmerk, dat het koelmedium lucht is.

4. Omzettingsinrichting volgens conclusie 3, met het kenmerk, dat de koelmiddelen onderdeel vormen van een systeem voor het ventileren van tenminste één ruimte. 15

5. Omzettingsinrichting volgens conclusie 4, met het kenmerk, dat het ventilatiesysteem tenminste een eerste aanzuigopening voor omgevingslucht en tenminste een in de te ventileren ruimte uitmondende eerste uitblaasopening omvat, en de koelmiddelen aangebracht 20 zijn tussen de eerste aanzuigopening en de eerste uitblaasopening.

6. Omzettingsinrichting volgens conclusie 4, met het kenmerk, dat het ventilatiesysteem tenminste één met de ruimte verbonden tweede aanzuigopening voor af te 25 voeren lucht en tenminste één in de omgeving uitmondende tweede uitblaasopening omvat, en de koelmiddelen aangebracht zijn tussen de tweede aanzuigopening en de tweede uitblaasopening.

7. Omzettingsinrichting volgens conclusie 5 en 30 6, gekenmerkt door middelen voor het meten van de temperatuur van de aangezogen omgevingslucht, de te ventileren ruimte en/of de af te voeren lucht, en met de temperatuurmeetmiddeien verbonden middelen voor het besturen van de koelmiddelen, welke besturingsmiddelen 35 ingericht zijn voor het afhankelijk van de gemeten temperatuur langs de omzettingselementen leiden van de aangezogen omgevingslucht of de af te voeren lucht.

8. Omzettingsinrichting volgens één der conclusies 4 tot 7, met het kenmerk, dat het 5 ventilatiesysteem voorzien is van tenminste één ventilator voor het aanzuigen van omgevingslucht en/of tenminste één ventilator voor het uitblazen van uit de ruimte af te voeren lucht, en de ventilator(en) verbonden is/zijn met het frame van de inrichting.

9. Omzettingsinrichting volgens één der conclusies 4 tot 8, met het kenmerk, dat het ventilatiesysteem tenminste één warmtewisselaar omvat voor het uitwisselen van warmte tussen de aangezogen omgevingslucht en de uit de ruimte af te voeren lucht, 25 welke warmtewisselaar verbonden is met het frame van de inrichting.