NL2011377C2 - Verbeterd zonnepaneel. - Google Patents

Description

VERBETERD ZONNEPANEEL

De uitvinding heeft betrekking op een vloeistof gekoeld zonnepaneel bestemd voor plaatsing op een dak waarin het dak een dakplaat omvat die is bedekt met dakbedekkingselementen en waarin het paneel althans ten dele de aanwezige dakbedekkingselementen, zoals dakpannen of golfplaten, vervangt, omvattende een eerste fotovoltaïsche laag, die is voorzien van fotovoltaïsche cellen, een warmte afvoerende laag, die tegen de achterzijde van de eerste fotovoltaïsche laag aanligt, waarin de warmte afvoerende laag is voorzien van één of meerdere warmte opnemende elementen, waardoor in bedrijf vloeistof stroomt die door de warmte opnemende elementen opgenomen warmte afvoert, een warmte isolerende laag, die tegen de warmte afvoerende laag is aangebracht, en een transparante deklaag, die op de eerste fotovoltaïsche laag is aangebracht op enige afstand ervan, waarvan de randen van de deklaag zodanig gevormd zijn dat de randen in bedrijf samenwerken met aanliggende dakbedekkingselementen.

Het zonnepaneel volgens de aanhef is bekend op het vakgebied en is beschreven in de Internationale octrooiaanvrage PCT/AU2009/000321. De warmte opnemende elementen worden op het vakgebied aangeduid als absorbers.

Het bekende zonnepaneel heeft als voordeel dat het zonnepaneel in bedrijf gekoeld wordt, waardoor de prestatie van de fotovoltaïsche cellen toeneemt. De koeling vindt plaats door warmte af te voeren, danwel door gekoelde vloeistof aan te voeren in de warmte opnemende elementen. De afgevoerde warmte kan tevens nuttig gebruikt worden voor verschillende doeleinden. Daarnaast heeft het bekende zonnepaneel als voordeel dat de bovenzijde van de deklaag op min of meer gelijk niveau ligt als de bovenzijde van de dakbedekkingselementen en de randen van de deklaag samenwerken met de randen van de aanliggende dakbedekkingselementen. Hierdoor is het bekende zonnepaneel geïntegreerd in het bestaande dak en ligt het niet op het dak.

Het bekende zonnepaneel heeft als nadeel dat het gewicht en de dikte van het zonnepaneel voornamelijk wordt bepaald door de warmte afvoerende laag. Dit komt met name door het warmte opnemende element, die een buizenstelsel omvat, waardoor vloeistof stroomt om de opgenomen warmte af te voeren.

Het is het doel van de uitvinding om te voorzien in een zonnepaneel volgens de aanhef met een verbeterd warmte opnemend element, die dun en licht kan worden uitgevoerd en die desondanks de warmte efficiënt kan afvoeren. Door toepassing van een dun warmte opnemend element is de grootte van het zonnepaneel niet afhankelijk van het gewicht ervan. Het zonnepaneel wordt door de aanvrager als “Collectorpan” aangeduid.

Daartoe voorziet de uitvinding in een zonnepaneel volgens de aanhef, waarin elk warmte opnemend element in hoofdzaak een eerste en tweede paneel omvat die op enige afstand van elkaar zijn opgesteld en waarin tussen het eerste en tweede paneel een vloeistofdichte ruimte is gevormd, die één of meerdere kanalen omvat, waardoor in gebruik van het zonnepaneel vloeistof stroomt voor opname van de door het eerste paneel opgenomen warmte en in het tweede paneel verdiepingen zijn aangebracht, waarin het eerste paneel ter plaatste van de verdiepingen met het tweede paneel is verbonden en waarin elk kanaal tussen opeenvolgende verdiepingen is gelegen, de breedte van elk kanaal groter is dan de hoogte ervan, de breedte van elke verdieping kleiner is dan de breedte van elk van de kanalen en de kanalen in hoofdzaak parallel ten opzichte van elkaar verlopen en waarin de kanalen in harpconfiguratie met elkaar zijn verbonden. Daarbij staan eerste uiteinden van elk kanaal in vloeistofcommunicatie en staan tweede uiteinden van elk kanaal in vloeistofcommunicatie. De harpconfiguratie kan op het vakgebied ook als ladderconfiguratie worden aangeduid.

Hierdoor kan het warmte opnemende element dun blijven en kan de door het warmte opnemende element opgenomen warmte rechtstreeks worden afgegeven aan de vloeistof en kan de vloeistof over in hoofdzaak het gehele oppervlak van het eerste paneel worden geleid. Elke verdieping is aangebracht als een vervorming of een uitstulping in het tweede paneel met bekende vervormingstechnieken. Daarbij is breedte van elk kanaal groter is dan de hoogte ervan. De hoogte van het kanaal is bepaald door de afstand tussen het eerste en het tweede paneel. Door de breedte van elk kanaal groter te kiezen dan de hoogte ervan is er voldoende contactoppervlak tussen het eerste paneel en de vloeistof om de door het eerste paneel opgenomen warmte efficiënt over te dragen aan de vloeistof. De kanalen verlopen in hoofdzaak parallel ten opzichte van elkaar en zijn de kanalen in harpconfiguratie met elkaar verbonden. Hierdoor lopen de verdiepingen parallel, waardoor het tweede paneel met verdiepingen met behulp van gangbare vormgevingstechnieken gemakkelijk te produceren is. Een ander voordeel van de genoemde technische maatregelen is dat het warmte opnemende element door de parallelle kanalen in een bepaalde vorm kan worden gebogen.

Bij voorkeur is het eerste en/of tweede paneel vervaardigd uit aluminium. Aluminium is goedkoper ten opzichte van andere metalen met goede warmtegeleidende eigenschappen. Daarnaast leent aluminium zich goed voor verschillende vormgevingstechnieken.

In een eerste voorkeursuitvoeringsvorm van het zonnepaneel volgens de uitvinding heeft de bovenzijde van de deklaag, bij voorkeur in zijn geheel, de vorm van de te vervangen dakbedekkingselementen. Hierdoor neemt het zonnepaneel de functie over van de verwijderde dakbedekkingselementen en vormt het zonnepaneel één visueel geheel met de niet verwijderde dakbedekkingselementen.

Bij voorkeur is de ruimte tussen de deklaag en de eerste fotovoltaïsche laag luchtdicht en is deze ruimte gevuld met een droog gas. Hierdoor wordt op voorkomen dat condensvorming optreedt in deze ruimte.

In een alternatieve uitvoeringsvorm van het inventieve zonnepaneel is het zonnepaneel voorzien van een tweede fotovoltaïsche laag, die is ingericht voor het omzetten van infrarood licht naar elektriciteit, en die op de eerste fotovoltaïsche laag is aangebracht. De tweede fotovoltaïsche laag is transparant.

In alle uitvoeringsvormen van het inventieve zonnepaneel zijn bij voorkeur tussen de deklaag en de eerste fotovoltaïsche laag en nabij de randen van de eerste fotovoltaïsche laag één of meerdere spiegels zodanig geplaatst, dat invallend licht naar de eerste fotovoltaïsche laag reflecteert. Hierdoor zal in gebruik van het zonnepaneel meer licht op de eerste fotovoltaïsche laag vallen.

De uitvinding zal nader worden toegelicht aan de hand van de volgende figuren, waarin:

Figuur 1 een bovenaanzicht toont van de voorkeursuitvoeringsvorm van het zonnepaneel volgens de uitvinding;

Figuur 2 de voorkeursuitvoeringsvorm van het zonnepaneel volgens de uitvinding toont dat is aangebracht op een dak, waarin een aantal dakbedekkingselementen zijn vervangen door het zonnepaneel;

Figuur 3 een doorsnede toont van de voorkeursuitvoeringsvorm van het zonnepaneel volgens de uitvinding.

Gelijke cijfers in de figuren duiden gelijke onderdelen aan.

Figuur 1 toont een bovenaanzicht van de voorkeursuitvoeringsvorm van het zonnepaneel 1 volgens de uitvinding. Het vloeistof gekoelde zonnepaneel 1 is bestemd voor plaatsing op een dak waarin het dak een dakplaat omvat die is bedekt met dakbedekkingselementen. Het paneel 1 vervangt daarbij een deel van de aanwezige dakbedekkingselementen. Het paneel 1 omvat een transparante deklaag 2, waarvan de randen 3 van de deklaag 2 zodanig gevormd zijn dat de randen in bedrijf samenwerken met aanliggende dakbedekkingselementen. Onder de deklaag 2 is een eerste fotovoltaïsche laag 4, die is voorzien van fotovoltaïsche cellen. De stroom die door de fotovoltaïsche cellen wordt gegenereerd kan worden afgevoerd door de elektrische bedrading 5. Onder de eerste fotovoltaïsche laag 4 is een warmte afvoerende laag 6 aangebracht, waarin de warmte afvoerende laag is voorzien van een warmte opnemend element 7, waardoor in bedrijf vloeistof stroomt die de door het warmte opnemende element 7 opgenomen warmte afvoert. Het warmte opnemende element 7 wordt op het vakgebied als een absorber aangeduid. De vloeistof kan via de aanvoeraansluiting 8 en afvoeraansluiting 9 worden toe- en afgevoerd. Onder de warmte afvoerende laag 6 is een warmte isolerende laag 16 aangebracht. Tussen de deklaag en de randen van de eerste fotovoltaïsche laag is een spiegelde zijwand zodanig geplaatst, dat invallend licht op de zijwand naar de fotovoltaïsche reflecteert. De lagen 4, 6, 7 en 16 zijn in figuren 2 en 3 getoond.

Figuur 2 toont de voorkeursuitvoeringsvorm van het zonnepaneel 1 volgens de uitvinding aangebracht op een dak 10, waarin een aantal dakbedekkingselementen 12 zijn vervangen door het zonnepaneel 1. Het dak 10 omvat een dakplaat 11, die is bedekt met dakbedekkingselementen 12. Het zonnepaneel 1 ligt op de dakplaat 11, zodat het zonnepaneel 1 gemakkelijk is te installeren. Ter illustratie is een dakpan getoond. Dit kan echter elk dakbedekkingselement zijn, zoals bijvoorbeeld een golfplaat. De bovenzijde van de deklaag 2 heeft dezelfde vorm van de vervangen dakbedekkingselementen 12. De lagen 4, 6 en 7 van het zonnepaneel 1 zijn samengesteld getekend.

Figuur 3 toont een doorsnede van de voorkeursuitvoeringsvorm van het zonnepaneel 1 volgens de uitvinding. Het paneel 1 omvat een (hoog) transparante deklaag 2. Onder de deklaag 2 is een eerste fotovoltaïsche laag 4, die is voorzien van fotovoltaïsche cellen (niet getekend). Onder de eerste fotovoltaïsche laag 4 is een warmte afvoerende laag 6 aangebracht, die is gevormd door de absorber 7. De absorber 7 omvat in hoofdzaak twee panelen 13-1, 13-2 die op enige afstand van elkaar zijn opgesteld. Tussen de panelen 13-1, 13-2 is een vloeistofdichte ruimte gevormd, die meerdere kanalen K omvat. In gebruik van het zonnepaneel 1 stroomt vloeistof L door de kanalen K voor opname van de door het eerste paneel 13-1 opgenomen warmte. In het tweede paneel 13-2 zijn verdiepingen 14 aangebracht. Het eerste paneel 13-1 is ter plaatste van de verdiepingen 14 met het tweede paneel 13-2 verbonden. Elk kanaal K is tussen opeenvolgende verdiepingen 14 gelegen. De breedte van elk kanaal K is groter dan de hoogte ervan en de breedte van elke verdieping 14 is kleiner dan de breedte van elk van de kanalen K. Achter de warmte afvoerende laag 6 is een warmte isolerende laag 16 aangebracht. Door genoemde technische maatregelen kan het zonnepaneel 1 dun en licht worden uitgevoerd. De combinatie van de eerste fotovoltaïsche laag 4, warmte afvoerende laag 6 en warmte isolerende laag 16 wordt door de aanvrager als ‘Collectorcel’ aangeduid.

De kanalen K verlopen bij voorkeur in hoofdzaak parallel ten opzichte van elkaar, waarin de kanalen K in harpconfiguratie met elkaar zijn verbonden. In vergelijking met een continue S configuratie kan bij een harpconfiguratie een lagere vloeistofdruk gebruikt worden en hoeft minder vloeistof door een kanaal te stromen. Hierdoor kan het doorsnede oppervlak van het kanaal beperkt blijven. Bij voorkeur is het eerste en/of tweede paneel vervaardigd uit aluminium. Aluminium heeft een wat lagere warmtegeleidingscoëfficiënt dan koper, maar is daarentegen goedkoper en lichter.

De ruimte 15 tussen de deklaag 2 en de eerste fotovoltaïsche laag 4 is luchtdicht en is gevuld met een droog gas.

Figuur 4 toont een dwarsaanzicht van het dakbedekkingstelsel volgens de uitvinding. Het inventieve dakbedekkingstelsel omvat de volgende dakbedekkingselementen: Dakbedekkingselement A : Vloeistof gekoeld zonnepaneel volgens de uitvinding. Dakbedekkingselement B : Zonnecollector voorzien van een gelijke dekplaat als Dakbedekkingselement A.

Dakbedekkingselement C: Raam voorzien van een omranding omvattende een gelijke dekplaat als Dakbedekkingselement A.

Dakbedekkingselement D: Passtuk voorzien van een gelijke dekplaat als Dakbedekkingselement A.

Met behulp van het dakbedekkingstelsel volgens de uitvinding kan een compleet dak worden voorzien van de inventieve dakbedekkingselementen.

De algemene uitvindingsgedachte van de uitvinding is het creëren van een dun en licht zonnepaneel met een hoge opbrengst die in een bestaand of nieuw dak te integreren is en die ook gemakkelijk en goedkoop is te produceren. Daarbij is het cruciaal dat de vloeistof in het warmte opnemende element in direct contact staat met het eerste paneel en dat de vloeistof over een zo groot mogelijk oppervlak van het eerste paneel wordt geleid. Het bekende zonnepaneel kan niet bij elke grootte dun en licht worden uitgevoerd, aangezien de dikte van het eerste en tweede paneel afhankelijk is van grootte van het warmte opnemende element. De opbrengst van het bekende zonnepaneel is door een niet goede warmteoverdracht beperkt.

In bovenstaande beschrijving wordt met warmte afvoerende laag tevens koelte toevoerende laag bedoeld. Bij een warmte afvoerende laag zal de door de absorber stromende vloeistof warmte opnemen van het eerste paneel en bij een koelte toevoerende laag zal de door de absorber stromende vloeistof koelte afgeven aan het eerste paneel.

De gebruiksmogelijkheden van het inventieve zonnepaneel zijn getoond in het Nederlandse patent 1039010 van dezelfde aanvrager.

De uitvinding is derhalve niet beperkt tot de beschreven en getoonde voorkeursuitvoeringsvormen, maar strekt zich uit tot elke uitvoeringsvorm die valt binnen de reikwijdte van de beschermingsomvang, zoals gedefinieerd in de conclusies en bezien in het licht van de voorgaande beschrijving en bijbehorende tekeningen.

Claims (6)

1. Vloeistof gekoeld zonnepaneel bestemd voor plaatsing op een dak waarin het dak een dakplaat omvat die is bedekt met dakbedekkingselementen en waarin het paneel althans ten dele de aanwezige dakbedekkingselementen vervangt, omvattende een eerste fotovoltaïsche laag, die is voorzien van fotovoltaïsche cellen, een warmte afvoerende laag, die tegen de achterzijde van de eerste fotovoltaïsche laag aanligt, waarin de warmte afvoerende laag is voorzien van één of meerdere warmte opnemende elementen, waardoor in bedrijf vloeistof stroomt die door de warmte opnemende elementen opgenomen warmte afvoert, een warmte isolerende laag, die tegen de warmte afvoerende laag is aangebracht, en een transparante deklaag, die op de eerste fotovoltaïsche laag is aangebracht op enige afstand ervan, waarvan de randen van de deklaag zodanig gevormd zijn dat de randen in bedrijf samenwerken met aanliggende dakbedekkingselementen, met het kenmerk, dat elke absorber in hoofdzaak een eerste en tweede paneel omvat die op enige afstand van elkaar zijn opgesteld en waarin tussen het eerste en tweede paneel een vloeistofdichte ruimte is gevormd, die één of meerdere kanalen omvat, waardoor in gebruik van het zonnepaneel vloeistof stroomt voor opname van de door het eerste paneel opgenomen warmte en in het tweede paneel verdiepingen zijn aangebracht, waarin het eerste paneel ter plaatste van de verdiepingen met het tweede paneel is verbonden en waarin elk kanaal tussen opeenvolgende verdiepingen is gelegen, de breedte van elk kanaal groter is dan de hoogte ervan, de breedte van elke verdieping kleiner is dan de breedte van elk van de kanalen en de kanalen in hoofdzaak parallel ten opzichte van elkaar verlopen en waarin de kanalen in harpconfiguratie met elkaar zijn verbonden.

2. Zonnepaneel volgens één der voorgaande conclusies, met het kenmerk, dat het eerste en/of tweede paneel is vervaardigd uit aluminium.

3. Zonnepaneel volgens één der voorgaande conclusies, met het kenmerk, dat de bovenzijde van de deklaag de vorm heeft van de te vervangen dakbedekkingselementen.

4. Zonnepaneel volgens één der voorgaande conclusies, met het kenmerk, dat de ruimte tussen de deklaag en de eerste fotovoltaïsche laag luchtdicht is en is gevuld met een droog gas.

5. Zonnepaneel volgens één der voorgaande conclusies, met het kenmerk, dat het zonnepaneel is voorzien een tweede fotovoltaïsche laag, die is ingericht voor het omzetten van infrarood licht naar elektriciteit, en die op de eerste fotovoltaïsche laag is aangebracht.

6. Zonnepaneel volgens één der voorgaande conclusies, met het kenmerk, dat tussen de deklaag en de eerste fotovoltaïsche laag en nabij de randen van de eerste fotovoltaïsche laag één of meerdere spiegels zodanig zijn geplaatst, dat invallend licht naar de eerste fotovoltaïsche laag reflecteert.