NO333520B1

NO333520B1 - Solcelletaksten

Info

Publication number: NO333520B1
Application number: NO20093299A
Authority: NO
Inventors: Finn Sandmael
Original assignee: Flaax Holding As
Priority date: 2009-11-06
Filing date: 2009-11-06
Publication date: 2013-07-01
Also published as: CN102713455A; US9909781B2; NO20093299A1; AU2010315985A1; US20120279555A1; CN102713455B; WO2011056076A1; EP2496892A4; EP2496892B1; EP2496892A1; ES2627681T3

Abstract

Det er tilveiebrakt et panel (105) for utnyttelse av solenergi, spesielt i form av paneler utformet som taksten (101), der varmen overføres fra panel til fluid eller omvendt. På dette panelet kan også ett eller flere solcellepanel (107) anordnes slik at det kjøles effektivt under bruk, samtidig som en kan utnytte varmeenergien. Paneler, eksempelvis utført som taksten, enkeltvis eller sammensatt, monteres på dertil egnede lekter (110) og tilsluttes elektriske tilknytningspunkter og gjennomføringer for fluidtransport. Lektene er montert på sløyfer (112) på normalt vis. Enkelte sløyfer benyttes for sammenkobling av elektriske ledere i lektene samt eventuelle fluidkretser i lektene. Konstruksjonen letter montering og vedlikehold.

Description

BAKGRUNN

Teknisk område

Denne oppfinnelsen gjelder en anordning for utnyttelse av solenergi, spesielt i form av paneler utformet som taksten.

Bakgrunnsteknikk

Solenergipaneler har vært kjent og benyttet i en årrekke, men er blitt ekstra aktuelle i de senere år på grunn av stigende energipriser, miljøproblematikk samt en rivende utvikling innen fremstilling av solceller for generering av elektrisk strøm.

Solenergi har en energitetthet på ca. 1 kW/m ved normalt innfallende sollys, fordelt over et bredt spekter omfattende infrarødt, synlig og ultrafiolett lys. Denne innfallende energi kan utnyttes på flere måter, blant annet ved halvlederbaserte solceller for generering av elektrisk strøm, og solfangere for oppvarming av et medium for oppvarmingsformål.

Solcellepaneler utformet som taksten er kjent, og det skal henvises til patentene US 5 986 203 "Solar cell roof tile and method of forming same" som beskriver taksten som omfatter en solcelle, samt US 5 768 831 "Rooftile support for photocell panel" som beskriver taksten der en solcelle er anordnet oppå hver taksten.

Solfangere for plassering på tak er kjent, og det skal henvises til patentene US 4 202 319 "Building roof with solar collector", som beskriver taksten som omfatter en solfanger, samt US 4 083 360, som beskriver et solfangersystem der gjennomskinnelige taksten slipper sollys ned til en absorberende plate der rør med en varmevekslende væske er anordnet for å transportere varmen.

Fra den kjente teknikk skal det vises til EP0335261 som beskriver et element for utnyttelse av solenergi utformet som takstein, med et underlagsmateriale, et område med en termisk solfanger for oppvarming av et fluid, og rørstusser for tilkobling til et sirkulasjonssystem.

Det skal også vises til DE 19603540 som beskriver en solfanger utformet som en takstein, som omfatter bade en termisk solfanger så vel som fotoelektriske solceller.

Videre skal det vises til DE 2851975 som beskriver et taksteinelement med et underlagsmateriale, et panel for varmeopptak og rørtilkoblinger.

Endelig skal det vises til DE 202005018137 Ul og DE 20319908 Ul som begge beskriver andre utførelser av termiske solfangere utformet som takstein for tilkobling til et sirkulasjonssystem for arbeidsfluid.

Problemene med den kjente teknikk og produktene som er i markedet er flere: Utnyttelsesgraden er lav, ca. 10 prosent for solceller, og effektiviteten reduseres når temperaturen stiger.

For solfangere er energiformen varme og ikke elektrisk energi, hvilket setter begrensninger på bruksområde og mengden energi en i praksis kan utnytte;

Kompleksiteten er stor, og installasjon gjøres helst av spesialister, hvilket begrenser utbredelse i markedet, spesielt i gjør-det-selv-markedet;

Solceller og solfangere er tandre, hvilket krever forsiktighet ved produksjon, installasjon og vedlikehold som for eksempel når en må fjerne snø fra tak.

Det er derfor ønskelig med en løsning som lar seg enkelt produsere og installere og som er energieffektiv.

Formål med oppfinnelsen

Med utgangspunkt i den beskrevne teknikks stand er formålet med oppfinnelsen å stille til disposisjon en robust anordning for effektiv utnyttelse av energien i sollys, egnet for enkel produksjon, montering og vedlikehold.

OPPSUMMERING AV OPPFINNELSEN

Ifølge oppfinnelsen oppnås dette formål med en anordning for utnyttelse av solenergi. Denne omfatter et takstendannende underlagsmateriale som er utformet med et område tilpasset et panel for overføring av varme mellom en overflate og et varmeoverførende fluid. Panelet er utrustet med minst ett middel for tilkobling til et samle- og fordelingssystem for det varmeoverførende fluid. På dette panel kan også et solcellepanel anordnes slik at det kjøles effektivt under bruk, samtidig som en kan nyttiggjøre seg varmeenergien.

Paneler, eksempelvis utført som taksten, enkeltvis eller sammensatt, monteres på dertil egnede lekter og tilsluttes elektriske tilknytningspunkter og gjennomføringer for fluidtransport. Lektene er montert på sløyfer på normalt vis. Enkelte sløyfer er innrettet for sammenkobling av elektriske ledere i lektene samt eventuelle fluidkretser i lektene.

KORT BESKRIVELSE AV TEGNINGENE

Oppfinnelsen skal i det følgende beskrives nærmere under henvisning til tegningsfigurene som viser flere utførelseseksempler, og der

fig. 1 skjematisk viser en typisk taksten med areal egnet for anordning av en solcelle der kjølingen skjer ved gjennomstrømning av fluid i hulrom i takstenen;

fig. 2 skjematisk viser en typisk taksten med areal egnet for anordning av panel for varmeoverføring med eventuell solcelle;

fig. 3 skjematisk viser en typisk taksten med areal egnet for anordning av en solcelle der kjølingen skjer ved gjennomstrømning av fluid i hulrom mellom taksten og underlag for solcelle;

fig. 4 skjematisk viser en typisk utførelse av lekter og sløyfer for montering av taksten ifølge oppfinnelsen;

fig. 5 skjematisk viser en typisk utførelse av en varmekrets der fluidkjøling utføres av taksten i følge oppfinnelsen med varmeoverføringspanel uten påmontert solcelle.

DETALJERT BESKRIVELSE

Figur 1 viser et takstensystem 100 omfattende minst en taksten 101 med et ruterformet nedsenket område 102 anordnet for å anbringe et panel 105 for varmeoverføring. Panelet 105 er hult element typisk utført i metall for god termisk ledningsevne, og er utstyrt med rør 106, som står i forbindelse med hulrommet, for transport av fluid for transport av varme.

Panelet 105 anbringes i takstenens 101 nedsenkende område 102 slik at rørene 106 træs igjennom hull 103 slik at rørene 106 festes i en lekte 110 for mekanisk feste på en måte som likner tradisjonell montering av taksten i lekter, så vel som fluidtilkobling til et samle- og fordelingssystem.

Lektene 110 kobles sammen på i det minste ett område til eksempelvis en sløyfe 112 eksempelvis med et overgangsstykke 113, slik at fluid for transport av varme samles og overføres sentralisert. Dette forenkler trekking av slanger og rør, og sikrer også riktig innbyrdes avstand mellom hver taksten.

Når hver taksten festes på lektene kan en festeknott 109 benyttes til å feste hver taksten gjennom hull 104 i nedkant av takstenen for på denne måte å sikre den mot at sterk vind blåser taksten av taket. Dette gjør det mulig at også lett taksten holdes trygt på plass. Festeknotten 109 kan også benyttes som et trinn en kan stå på uten at skade oppstår.

På panelet 105 for varmeoverføring kan eventuelt en solcelle 107 anordnes på en slik måte at panelet 105 holder solcellen 107 kjølig samtidig som også den termiske del av innfallende solenergi utnyttes. Solcellen har typisk to elektroder for overføring av elektrisk strøm: en baksideelektrode som er i elektrisk kontakt med panelet 105 og videre rør 106 til lekten 110 og derfra til sløyfe 112; og en forsideelektrode 108 som er i elektrisk kontakt via festeknotten 109 med stang 109a gjennom hull 104 til en elektrisk skinne 111 som kan tilsvare lekten 110 for andre taksten som er forskjøvet i side og høyde i forhold til taksten 101.

I en utførelse med solcelle på panel for varmeoverføring er lekten 110, sløyfen 112 og overgangsstykket 113 utstyrt med midler for overføring og tilpasning av elektrisk energi i tillegg til midler for fluidtransport. Tilpasning av elektrisk energi omfatter justering av spenning levert til sløyfen 112 og beskyttelse mot at elektrisk strøm flyter i feil retning.

Det er fordelaktig at ved produksjon monteres solcellen 107 på panelet for varmeoverføring 105 før denne sammenstillingen igjen monteres i takstenen 101. Dette samler produksjon med finere toleranser som stiller høyere krav til renhet på ett sted, før en montering på grovere materiell der renhet og toleranser er lavere. En slik montering av solceller gjør solcellen mer beskyttet og robust overfor senere håndtering.

Figur 2 viser en utførelse av en enkelt taksten 200 med et område 202 for montering av en solcelle.

Varmeoverføring kan finne sted på andre måter som også er egnet i denne oppfinnelsen. Figur 3 viser et arrangement der underlaget er i form av langstrakte elementer 300 som er utstyrt med innvendige kanaler 301 for fluidtransport der fluidet transporterer varmen bort fra en solcelle 302. Elementene blir koblet sammen i en manifold, typisk i møner og takkanter, for oppsamling av fluidet for videre overføring.

Taksten-enheter kan også utføres som paneler av flere sammentilte paneler. Dette letter monteringen ettersom det er færre og større enheter og det blir færre koblingspunkter å koble opp til. Som en ytterligere fordel kan de elektriske koblinger være innrettet som koblinger av enkeltpaneler loddrett eller diagonalt, for på den måte å unngå negative virkninger av skygge som faller på tak eller vegger, eksempelvis fra trær eller stolper. Med ruterformede enkelttaksten tilveiebringes en enkel måte å koble paneler diagonalt. Også hver taksten kan omfatte flere solceller. En kombinasjon med 3x3 paneler i ett sammenstilt panel, der hvert panel omfatter 4 solceller og hver solcelle gir ca. 1 V, vil dette sammenstilte panel tilveiebringe ca. 36 V, hvilket er innenfor grensen for hva som er tillatt innen gjør-det-selv-markedet.

For enkel montering er det gunstig at lekter og sløyfer er utstyrt med ferdig tilpasninger for montering av takstensystemet. Figur 4 viser en utførelse 400 der rørene 106 kobles til lekten 110 slik at fluid strømmer fra det ene av to hull 402 og 403 til det andre hull. Minst ett av kanaler 404 og 405 for fluidtransport er anordnet for å danne elektrisk kontakt fra en elektrode gjennom rørene 106, mens festeknotten 109 med stangen 109a danner elektrisk kontakt fra en andre elektrode til en festeanordning 409 i skinne 111 for derved å danne en elektrisk krets. Lektene monteres som normalt på sløyfer, der minst en sløyfe er anordnet for å terminere fluidstrømmer og elektrisk strøm fra lekter og skinner. Lekten 110 er koblet sammen med sløyfen 112 med overgangsstykket 113 slik at det dannes en løsbar forbindelse for fluidstrøm og elektrisk strøm mellom lekten og skinnen. Sløyfen 112 omfatter midler 406 som er anordnet for overføring av fluidstrøm mellom flere lekter, elektrisk leder 407 for overføring av elektrisk strøm mellom flere lekter og elektrisk leder 408 for overføring av elektrisk strøm mellom flere skinner. Sløyfen 112 omfatter også endeterminering for fluidstrøm i koblinger 410 og 411, og endeterminering for elektrisk strøm i koblinger 412 og 413.

I en annen utførelse kjøles taksten ved et sprinkleranlegg anordnet øverst på en slik måte at vannet renner nedover takstensystemet, der vannet eventuelt passerer i hulrom under solcellen 107. Filter kan anordnes i festeknotten 109 som da leder vann til underliggende taksten. Det oppvarmede vannet samles opp i takrenner, noe som utnytter eksisterende strukturer i de fleste hus.

Termisk energi er vanskeligere å omsette til andre former for energi enn elektrisk energi. Et resultat av dette er at man kan fremskaffe mer termisk energi enn en kan nyttiggjøre seg direkte, spesielt i den varme årstid, selv etter oppvarming av varmtvannsbereder, rom og termisk akkumulator for magasinering av varme til et behov melder seg. En mulig løsning er å benytte en stirlingmotor for omdanning av termisk energi til mekanisk energi, og eventuelt derfra til elektrisk energi. I slike tilfeller er det nødvendig med en kald side med et stort termisk sluk. I og med denne oppfinnelse er det også brakt til veie en mulighet for å benytte elementer som ligger i skyggen som en radiator, for på den måte å avgi varme ved konveksjon og stråling. Arealer som ikke belyses med nok solskinn til å gjøre det lønnsomt å benytte solceller, kan i stedet utstyres med taksten anordnet med panel for varmeoverføring 105 uten solcelle 107. Figur 5 viser et system der panel 501 er under oppvarming og tilveiebringer termisk energi og panel 502 er et termisk sluk. Koblingssentral 503 fordeler nyttevarme til anordninger omfattende oppvarmingssystem 504, typisk utført som radiatorer og vannrør, varmvannstank 505 og stirlingmotor 506.

Det kan også være gunstig å utnytte temperaturforskjell mellom taksten og varmvannstank om natten, spesielt i strøk der det er store forskjeller mellom dag- og natt-temperatur som eksempelvis i en ørken. I tillegg til at dette gir økt virkningsgrad på grunn av temperaturforskjell mellom dag og natt, gjør dette at paneler utsettes for mindre temperatursvingninger ved å opprettholde fluidgjennomstrømning også når solen går ned enn om fluidgjennomstrømningen hadde vært avbrutt.

Claims

1. Anordning for utnyttelse av solenergi, særlig i forbindelse med en sammenstilling av taksten som dekker en takflate,karakterisert vedat den omfatter: et takstendannende underlagsmateriale (101, 300) som er utformet med et nedsenket område (102) tilpasset et panel (105) for overføring av varme mellom en overflate og et varmeoverførende fluid, idet panelet (105) er utrustet med minst ett rør (106) for tilkobling til et samle- og fordelingssystem for det varmeoverførende fluid.

2. Anordning i følge krav 1,karakterisert vedat underlagsmaterialet (300) er anordnet med kanaler (301) slik at varmeoverføringen skjer ved gjennomstrømning av fluid gjennom kanaler (301) anordnet i underlagsmaterialet (300).

3. Anordning i følge krav 1-2,karakterisert vedat panelet (105) er anordnet med et hulrom slik at varmeoverføringen skjer ved gjennomstrømning av fluid gjennom panelet (105) for varmeoverføring anordnet på underlagsmaterialet.

4. Anordning i følge krav 3,karakterisert vedat det i det minste ene rør (106) er anordnet for tilkobling til lekter (110) idet lektene (110) omfattes av samle-og fordelingssystemet for det varmeoverførende fluid.

5. Anordning i følge krav 4,karakterisert vedat lektene (110) for overføring av fluidet for varmeoverføring er anordnet for tilkobling til sløyfer (112), idet sløyfene (112) omfattes av samle- og fordelingssystemet for det varmeoverførende fluid.

6. Anordning i følge krav 5,karakterisert vedat minst ett solcellepanel (107, 302) er anordnet på panelet (105, 300) for varmeoverføring.

7. Anordning i følge krav 6,karakterisert vedat det minst ene solcellepanel (107, 302) er anordnet med koblingselementer slik at elektrisk strøm fra det minst ene solcellepanel (107, 302) overføres til lektene (110) og skinner (111), idet koblingselementer omfattende rør (106) og en stang (109a) for videreoverføring av elektrisk strøm.

8. Anordning i følge krav 7,karakterisert vedat lektene (110) og skinnene (111) for overføring av elektrisk strøm er kobles til sløyfene (112) med en tilpassningsenhet (113) for videre overføring av elektrisk strøm.

9. Anordning i følge krav 1-8,karakterisert vedat taksten er sammenstil til paneler med flere sammenstilte paneler.

10. Anordning i følge krav 9,karakterisert vedat elektriske koblinger i sammenstilte paneler er innrettet som koblinger av enkeltpaneler loddrett eller diagonalt.