WO2008125264A1 - Kollektor zur generierung elektrischer und thermischer energie - Google Patents

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Jörg Helbig
Uwe Vincenz
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    • F24S10/753—Solar heat collectors using working fluids the working fluids being conveyed through tubular absorbing conduits with enlarged surfaces, e.g. with protrusions or corrugations the conduits being parallel to each other
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Definitions

  • the invention relates to a collector semitransparent construction for generating electrical and thermal energy from only solar radiation energy using pronouncestrahlungs- permeable Waver.
  • Solar thermal systems are technical systems for heating heating and process water with the help of solar radiation energy. These usually consist of collectors, a connecting piping system, a heat transfer medium and a storage tank with heat exchangers for hot water. There are also measuring, control and regulating devices.
  • collectors At the heart of such a system are the collectors. There are basically two types available here.
  • the vacuum tube collector which evacuated from
  • a second tube or tube system which represents the actual absorber surface and from
  • Heat transfer medium is flowed through.
  • the inner tube is specially coated and is the focus of laterally mounted mirrors. This collector type can be very high
  • the second collector type is the so-called flat collector.
  • This type consists of a specially coated aluminum or copper foil, at the back of a pipe system, preferably made of aluminum or copper, meandering or harp-shaped is applied. To protect against environmental influences, this collector is covered with a glass plate or similar transparent materials towards the top.
  • Piping system is flowed through by a heat transfer medium and thus transports the heat in the direction of the storage system.
  • the heat transfer medium is usually a water-glycol mixture used to prevent frost damage.
  • Photovoltaic refers to the direct conversion of solar radiation into electrical energy due to the release of charge carriers in solids.
  • semiconductors are used, i. Substances that isolate near absolute zero of temperature but acquire conductivity at higher temperatures, targeted disruption of the crystal lattice, or external energy input.
  • the object of the invention is to solve known problems of tightness and foreclosure of the solar thermal collector for photovoltaic elements to avoid short circuits, to minimize thermal losses, and to remedy the known disadvantages of the prior art.
  • the collector according to the invention consists of a housing 9, which forms the bottom and the side walls of the collector and receives all other components and components of the collector and a transparent support 1, which closes the collector at the top and at the same time a protection against external influences from this direction forms.
  • the solar thermal collector in the double-chamber profile can be designed with a vacuum, or the interior of the housing can be evacuated as such.
  • housing 9 and transparent carrier 1 are connected to one another.
  • the upper part of the collector according to the invention forms a semitransparent photovoltaic module 11, while the lower part of the collector corresponds to a solar thermal module 12.
  • photovoltaic elements 2 are arranged, which are preferably fixed on the inside of the transparent support 1 by means of a transparent fixing layer for PV elements 3.
  • photovoltaic elements 2 are arranged according to the prior art as described in DE 4323270 with respect to semitransparent hybrid collectors so that they cover only a portion of the irradiation surface and thus solar radiation is made possible in the collector inside.
  • an insulation space 4 is arranged according to the invention, which is executed in its depth according to the specific territorial requirements or was adapted to the transmittance of the semitransparent photovoltaic module 11.
  • the height of the isolation space 4 is determined by the degree of transparency. Measurements have shown that it is advantageous to increase the height of the insulation space, if the degree of transparency is increased, since the effect of the PV layer as a thermal shield was only limited detectable here.
  • the degree of transparency decreases.
  • the PV layer which is formed of non-radiation permeable, acts as a thermal shield and in addition the heated photovoltaic cells heat by heat radiation at a shorter distance easier to transfer to the absorber layer.
  • the insulation space 4 is followed by an absorber 5, preferably with a coating that improves its effect, a pipe 6 for the medium carrying the heat energy, a reflection layer 7 and an insulation 8 arranged underneath.
  • the reflection layer 7 can be arranged as Absorbtions für and the insulation 8 receives a reflection layer.
  • the photovoltaic elements 2 radiate thermal energy into the interior of the collector, since the outer semitransparent photovoltaic assembly form a thermal shield due to a greater temperature potential than the solar thermal absorber, which prevents heat loss to the environment.
  • Thermalization is a loss mechanism that means extreme heating of the cells.
  • the heating caused by the infrared portion of the sunlight produces so-called lattice vibrations. These in turn ensure that photons not involved in the charge separation process are more likely to collide with the lattice structure.
  • These photons, with energy larger than the energy gap excite charge carriers to states that are above the band edge.
  • the difference between energy of the excited state and the energy of the band edge is delivered as thermal energy to the crystal lattice.
  • the photovoltaic assembly thus has a higher temperature during operation for comparison with the absorber 5, whereby heat dissipation in this direction is prevented.
  • the insulation space 4 which prevents convective heat losses but allows thermal radiation to pass through, defines the distance of the photovoltaic assembly from the solar thermal assembly arranged below the insulation space 4 in the installation direction.
  • the electrical efficiency of the photovoltaic assembly increases because less heat energy is transferred from the solar thermal absorber 5 to the semitransparent PV module 2.
  • a setting can be made according to the respective requirement for electrical energy or heat energy. This is done by the choice of the distance between the solar thermal absorber 5 and the photovoltaic module 2, a further possibility of adjustment consists in the selection of the degree of transparency of the photovoltaic module. 2
  • the degree of transparency is advantageously freely scalable in the case of thin-film technology, whereas the degree of transparency is determined by the size of the wafers used when silicon wafers are used. For example, as shown in Figure 3, using 5inch wafers achieves 60% transparency, while 6inch wafers achieve 30% transparency, as shown in Figure 4.
  • the determination of the transmittance can also be realized by a local photovoltaic sector and a transparent sector.
  • An advantageous design of the solution according to the invention can be, for example, to arrange the photovoltaic part concentrated in a part of the collector.
  • Figure 6 shows a prior art solar thermal collector. This is modified by replacing the transparent layer 1 with a corresponding semitransparent photovoltaic carrier layer.

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Abstract

Die Erfindung betrifft einen Kollektor semitransparenter Bauweise zur Erzeugung elektrischer und thermischer Energie aus ausschließlich solarer Strahlungsenergie, bei welchem in einem gemeinsamen Gehäuse den oberen Teil des Kollektors bildend ein semitransparentes photovoltaisches Modul (11) angeordnet ist und nicht miteinander mechanisch in Verbindung stehend den unteren Teil des Kollektors bildend ein solarthermisches Modul (12) angeordnet ist und zwischen diesen Modulen ein Isolationsraum (4) angeordnet ist, welcher konvektive Wärmeverluste verhindernd Wärmestrahlung hindurch lässt und der Kollektor zur Einstrahlungsrichtung mittels eines transparenten Trägers (1) verschlossen ist.

Description

Kollektor zur Generierung elektrischer und thermischer Energie
Die Erfindung betrifft einen Kollektor semitransparenter Bauweise zur Erzeugung elektrischer und thermischer Energie aus ausschließlich solarer Strahlungsenergie unter Verwendung nichtstrahlungs- durchlässiger Waver.
Unter solarthermischen Anlagen versteht man technische Systeme zur Erwärmung von Heiz- und Brauchwasser mithilfe von solarer Strahlungsenergie. Diese bestehen in der Regel aus Kollektoren, einem verbindenden Rohrleitungssystem, einem Wärmeträgermedium und einem Speicher mit Wärmetauschern für Warmwasser. Hinzu kommen Mess-, Steuer- und Regeleinrichtungen.
Das Herzstück einer solchen Anlage bilden die Kollektoren. Hier sind grundsätzlich zwei Typen verfügbar.
Zum einen der Vakuumröhrenkollektor, welcher aus evakuierten
Glasröhren besteht.
Im Inneren der Röhre befindet sich eine zweite Röhre bzw. Röhrensystem, die die eigentliche Absorberfläche darstellt und vom
Wärmeträgermedium durchflössen wird.
Die innere Röhre ist speziell beschichtet und liegt im Brennpunkt von seitlich angebrachten Spiegeln. Dieser Kollektortyp kann sehr hohe
Temperaturen liefern und weist einen hohen Wirkungsgrad auf. Er ist aber sehr teuer und konstruktionsbedingt nicht für eine Kombination mit Photovoltaik geeignet.
Der zweite Kollektortyp ist der so genannte Flachkollektor. Dieser Typ besteht aus einer speziell beschichteten Aluminium- bzw. Kupferfolie, an deren Rückseite ein Rohrsystem, vorzugsweise aus Aluminium oder Kupfer, mäander- oder harfenförmig aufgebracht ist. Zum Schutz vor Umwelteinflüssen ist dieser Kollektor mit einer Glasplatte oder ähnlichen transparenten Materialien nach oben hin abgedeckt.
Diese Abdeckung lässt die von der Sonne emittierte Strahlung nahezu verlustfrei hindurch. Das unter der Absorberfläche aufgebrachte
Rohrleitungssystem wird von einem Wärmeträgermedium durchflössen und transportiert somit die Wärme in Richtung Speichersystem. Als Wärmeträgermedium wird meist ein Wasser-Glykol-Gemisch genutzt um Frostschäden vorzubeugen.
Photovoltaik bezeichnet die direkte Umwandlung von solarer Strahlung in elektrische Energie aufgrund der Freisetzung von Ladungsträgern in Festkörpern.
Hierzu werden gemäß dem Stand der Technik Halbleiter eingesetzt, d.h. Stoffe, die nahe dem absoluten Nullpunkt der Temperatur isolieren, aber bei höheren Temperaturen, gezielter Störung des Kristallgitters oder durch äußeren Energieeintrag Leitfähigkeit erlangen.
Um architektonischen Belangen wie Optik, Wärmedämmung, Abschattung, Ästhetik und Blendschutz in Verbindung mit der
Photovoltaik gerecht zu werden, sind seit einiger Zeit so genannte semitransparente Solarmodule für die Gebäudeintegration (GIPV) verfügbar.
Hierbei handelt es sich vorzugsweise um Dünnschichtzellen, im Speziellen amorphe, polychristalline oder auch CIS-Zellen.
Dadurch ist es möglich, PV-Module mit 1 % bis 99 % Lichttransmittanz herzustellen. Im Konkreten bedeutet das, dass der Photovoltaikanteil frei skaliert werden kann. So sind Fassaden möglich, die an bestimmten Stellen 90 % des Lichtes absorbieren und an anderen Stellen nur 10 %, wobei alle Module aber die gleiche Ausgangsspannuπg haben, um sie konventionell verschalten zu können.
Diese semitransparenten Zellen weisen eine Vielzahl von Problemen auf. So ist die Stabilität der Zellen während der Herstellung sowie beim Einbringen der Durchbrüche in die Wafer ein besonderer Risikofaktor, der eine Serienfertigung schwierig gestaltet.
Die Probleme bei semitransparenten Zellen mit zwischen Glasplatten eingesetzten Wafern sind eher optischer Natur. Diese Technologie lässt nur an kleinen Bereichen Licht hindurch, wobei aufgrund der verwendeten Wafer die restlichen Bereiche große Schatten werfen. Ein weiteres Problem ist der Einsatz teurer Siliziumwafer sowie das hohe Gewicht aufgrund von zwei verwendeten Glasplatten.
Gemäß des Standes der Technik werden Lösungen vorgeschlagen, welche die bekannten photovoltaischen Baugruppen mit denen der Solarthermie so verbinden, dass ein Wärmeübergang von den erwärmten Wafern mittels direkter Kontaktierung durch Wärmeleitung zu dem solarthermischen Modul vorgenommen wird.
Hierdurch entstehen Nachteile hinsichtlich der Dichtheit des solarthermischen Moduls in Verbindung mit dem elektrisch leitenden photovoltaischen Modul und der Rückkopplung der Wärmeleitfähigkeit vom photovoltaischen Modul zum Absorber und umgekehrt bei wechselnden Wetterbedingungen.
Des Weiteren ist von Nachteil, dass alle in dem kombinierten Kollektor verwendeten Materialien unterschiedliche Wärmeausdehnungs- koeffizienten aufweisen und somit mechanische Probleme im System auftreten können. Des Weiteren ist die direkte Verbindung zwischen solarthermischen Kollektor und den semitransparenten PV-Modul mit hohen thermischen Verlusten verbunden, da Wärmeenergie durch direkten Kontakt vom solarthermischen Absorber zu den PV-Zellen und somit zur Umwelt abgegeben wird.
Aufgabe der Erfindung ist es, bekannte Probleme der Dichtheit sowie Abschottung des Solarthermiekollektors zur photovoltaischen Elementen zu lösen um Kurzschlüsse zu vermeiden, thermische Verluste zu minimieren, sowie die bekannten Nachteile des Standes der Technik zu beheben.
Des Weiteren sind die entstehenden Wirkungsgradeinbußen bei der Kombination von Photovoltaik und Solarthermie zu minimieren sowie die mechanischen Probleme zu beseitigen.
Die Lösung der erfindungsgemäßen Aufgabe ergibt sich aus den kennzeichnenden Merkmalen des Anspruches 1 in Zusammenhang mit den Merkmalen des Oberbegriffes. Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen.
Der erfindungsgemäße Kollektor soll nachfolgend anhand der Abbildungen 1 und 2 näher erläutert werden.
Der erfindungsgemäße Kollektor besteht aus einem Gehäuse 9, welches den Boden und die Seitenwände des Kollektors bildet und alle weiteren Baugruppen und Bestandteile des Kollektors aufnimmt und einem transparenten Träger 1, welcher den Kollektor nach oben hin verschließt und gleichzeitig einen Schutz vor äußeren Einflüssen aus dieser Richtung bildet. Alternativ kann der solarthermische Kollektor im Doppelkammerprofil mit Vakuum ausgeführt sein, beziehungsweise das Innere des Gehäuses als solches evakuiert sein.
Mittels einer gemäß dem Stand der Technik ausgeführten Abdichtung 10 sind Gehäuse 9 und transparenter Träger 1 miteinander verbunden.
Den oberen Teil des erfindungsgemäßen Kollektors bildet ein semitransparentes photovoltaisches Modul 11, während der untere Teil des Kollektors einem solarthermischen Modul 12 entspricht.
An der Unter- und somit Innenseite des transparenten Trägers 1 sind photovoltaische Elemente 2 angeordnet, welche vorzugsweise mittels einer transparenten Fixierschicht für PV-Elemente 3 an der Innenseite des transparenten Trägers 1 fixiert werden.
Diese photovoltaischen Elemente 2 sind gemäß dem Stand der Technik wie in der DE 4323270 beschrieben bezüglich semitransparenten Hybridkollektoren so angeordnet, dass sie nur einen Teil der Einstrahlungsfläche bedecken und somit Sonneneinstrahlung in den Kollektor hinein ermöglicht wird.
Unterhalb dieser Fixierschicht 3 ist erfindungsgemäß ein Isolationsraum 4 angeordnet, welcher in seiner Tiefe gemäß den speziellen territorialen Anforderungen ausgeführt wird beziehungsweise dem Transmissionsgrad des semitransparenten photovoltaischen Moduls 11 angepasst wurde.
Die Höhe des Isolationsraumes 4 wird durch den Transparenzgrad bestimmt. Messungen hierzu haben gezeigt, dass es vorteilhaft ist, die Höhe des Isolationsraumes zu erhöhen, wenn der Transparenzgrad erhöht wird, da hier die Wirkung der PV-Schicht als thermischer Schild nur noch eingeschränkt feststellbar war.
Steigt der Anteil von Photovoltaik, so sinkt der Transparenzgrad. Hier ist es vorteilhaft, den Abstand zu verringern, da die PV-Schicht, welche aus nichtstrahlungsdurchlässigen Wavern gebildet ist, als thermisches Schild fungiert und zusätzlich die erwärmten Photovoltaikzellen Wärme mittels Wärmestrahlung bei geringerem Abstand leichter an die Absorberschicht transferieren.
Dem Isolationsraum 4 schließt sich ein Absorber 5, vorzugsweise mit einer seine Wirkung verbessernden Beschichtung, eine Rohrleitung 6 für das die Wärmenergie tragende Medium eine Reflexionsschicht 7 und eine darunter angeordnete Isolierung 8 an.
Ebenso kann die Reflektionsschicht 7 als Absorbtionsschicht angeordnet werden und die Isolierung 8 erhält eine Reflektionsschicht.
Die photovoltaische Elemente 2 strahlen Wärmeenergie in das Kollektorinnere ab, da die äußere semitransparente photovoltaische Baugruppe auf Grund eines größeren Temperaturpotentials als der solarthermische Absorber einen thermischen Schild bilden, der eine Wärmeabgabe an die Umgebung verhindert.
Thermalisierung ist ein Verlustmechanismus, der eine extreme Erwärmung der Zellen bedeutet. Die Erwärmung durch den infraroten Anteil des Sonnenlichtes erzeugt so genannte Gitterschwingungen. Diese wiederum sorgen dafür, dass nicht am Ladungstrennungsprozess beteiligte Photonen mit einer höheren Wahrscheinlichkeit mit der Gitterstruktur kollidieren. Diese Photonen mit einer Energie, die größer als die Energielücke ist, regen Ladungsträger zu Zuständen an, die oberhalb der Bandkante liegen. Die Differenz zwischen Energie des angeregten Zustandes und der Energie der Bandkante wird als thermische Energie an das Kristallgitter abgegeben.
Die photovoltaische Baugruppe weist somit im Betrieb zum Vergleich mit dem Absorber 5 eine höhere Temperatur auf, wodurch eine Wärmeableitung in dieser Richtung verhindert wird.
Der Isolationsraum 4, welcher konvektive Wärmeverluste verhindert, Wärmestrahlung jedoch hindurch lässt, definiert den Abstand der photovoltaischen Baugruppe zur der in Einbaurichtung unter dem Isolationsraum 4 angeordneten solarthermischen Baugruppe.
Wird der Isolationsraum 4 in seiner Höhe maximiert, erhöht sich der elektrische Wirkungsgrad der photovoltaischen Baugruppe, da weniger Wärmeenergie vom solarthermischen Absorber 5 zu den semitransparenten PV-Modul 2 transferiert wird.
Wird der Isolationsraum 4 in seiner Höhe minimiert, so wird eine höhere Wärmeübertragung von der solarthermischen Baugruppe 5 in die photovoltaische Baugruppe 2 realisiert und der elektrische
Wirkungsgrad wird minimiert, da das Betreiben von photovoltaischen Elementen über Standardtestbedingungen von 25°C Zellentemperatur verlustbehaftet ist.
Somit ist es möglich, mittels der Auswahl der Höhe des Isolationsraumes 4 den erfindungsgemäßen Kollektor den jeweiligen Bedürfnissen entsprechend einzustellen.
Je nach der entsprechenden Anforderung kann eine Einstellung nach dem jeweiligen Bedarf an elektrischer Energie beziehungsweise Wärmenergie erfolgen. Dies erfolgt durch die Wahl des Abstandes zwischen solarthermischen Absorber 5 und dem photovoltaischen Modul 2, eine weitere Möglichkeit der Einstellung besteht in der Auswahl des Transparenzgrades des photovoltaischen Moduls 2.
Auch unter den Schutzumfang gehörend ist zu betrachten die Möglichkeit des Entfalls der transparenten Fixierschicht 3, wenn die photovoltaische Schicht 2 auf anderem Weg mit dem transparenten Träger 1 verbunden wird.
Nachfolgend soll die erfindungsgemäße Lösung anhand von Ausfϋhrungsbeispielen und den Abbildungen 3 bis 6 näher erläutert werden.
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in Abbildung 3 dargestellt.
Hier wird beispielsweise ein Transparenzanteil von 60% an der
Gesamtoberfläche gezeigt.
Dies wird durch das gleichmäßig verteilte Anordnen von Siliziumwafern beziehungsweise durch großflächiges Abscheiden von Dünnschichtsolarzellen, welche im Anschluss durch geeignete Verfahren in viele einzelne photovoltaische Bereiche aufgeteilt werden, erreicht.
Der Transparenzgrad ist bei der Dünnschichttechnologie vorteilhafterweise frei skalierbar, wohingegen bei Verwendung von Siliziumwafern der Transparenzgrad durch die Größe der verwendeten Wafer bestimmt wird. So kann, wie in Abbildung 3 gezeigt, durch den Einsatz von 5inch- Wafern ein Transparenzgrad von 60% erreicht werden, wohingegen 6inch Wafer einen Transparenzgrad von 30% erreichen, wie in Abbildung 4 gezeigt. Die Festlegung des Transmissionsgrades kann auch durch einen lokalen photovoltaischen Sektor und einen transparenten Sektor realisiert werden. Eine vorteilhafte Auslegung der erfindungsgemäßen Lösung kann beispielsweise darin bestehen, den photovoltaischen Teil in einem Teil des Kollektors konzentriert anzuordnen.
Dabei wäre es wiederum von Vorteil, den photovoltaischen Teil unten anzuordnen, wie in Abbildung 5 gezeigt.
Ein positiver Effekt wäre hierbei eine geringere thermische Belastung der photovoltaischen Zellen bei Stillstand oder geringer
Wärmeabnahme, da ein Solarthermiekollektor bauartbedingt die geringste Wärmeentwicklung an dieser Stelle hat.
Im Gegensatz dazu kann man auch eine entgegen gesetzte
Durchströmung wählen, wodurch eine andere Verteilung der photovoltaischen Elemente ermöglicht wird.
Abbildung 6 zeigt einen den Stand der Technik entsprechenden solarthermischen Kollektor. Dieser wird dadurch verändert, dass die transparente Schicht 1 durch einen entsprechenden semitransparente photovoltaische Trägerschicht ersetzt wird.
Dadurch wird es ermöglicht, bereits installierte solarthermischen Kollektoren so nachzurüsten, dass ein Kollektor gemäß der erfindungsgemäßen Lösung geschaffen wird.

Claims

Patentansprüche:
Anspruch 1 :
Kollektor semitransparenter Bauweise zur Erzeugung elektrischer und thermischer Energie aus ausschließlich Solarenergie unter Verwendung nichtstrahlungsdurchlässiger Waver, dadurch gekennzeichnet, dass in einem gemeinsamen Gehäuse den oberen Teil des Kollektors bildend ein semitransparentes photovoltaisches Modul (11) angeordnet ist und nicht miteinander mechanisch in Verbindung stehend den unteren Teil des Kollektors bildend ein solarthermisches Modul (12) angeordnet ist und zwischen diesen Modulen ein Isolationsraum (4) angeordnet ist, welcher konvektive Wärmeverluste verhindernd Wärmestrahlung hindurch lässt und der Kollektor zur Einstrahlungsrichtung mittels eines transparenten Trägers (1) verschlossen ist.
Anspruch 2:
Kollektor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das photovoltaische Modul gebildet ist aus einem transparenten Trägers (1), an dessen Unter- und somit Innenseite photovoltaische Elemente (2) angeordnet sind.
Anspruch 3:
Kollektor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das solarthermische Modul gebildet ist aus einem Absorber (5), einer Rohrleitung (6) für das die Wärmenergie tragende Medium, einer
Reflexionsschicht (7) und einer darunter angeordneten Isolierung (8).
Anspruch 4:
Kollektor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Isolationsraum (4) in seiner Tiefe gemäß den speziellen territorialen Anforderungen mit ihren speziellen meteorologischen Gegebenheiten auszuführen ist.
Anspruch 5: Kollektor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der
Isolationsraum (4) in seiner Tiefe gemäß dem Transmissionsgrad der photovoltaischen Elemente (2) zu variieren ist.
Anspruch 6: Kollektor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der
Isolationsraum (4) in seiner Tiefe gemäß dem Transmissionsgrad der photovoltaischen Elemente (2) und den spezifischen territorialen Anforderungen mit ihren speziellen meteorologischen Gegebenheiten zu variieren ist.
Anspruch 7:
Kollektor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass zur Erreichung der Transparenz des photovoltaischen Moduls die aufgebrachten Solarzellen auf Abstand angeordnet sind.
Anspruch 8:
Kollektor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass hinter den Solarzellen des photovoltaischen Elementes der Absorber (5) keine Beschichtung aufweist und somit Strahlungsenergie von dem photovoltaischen Element 2 zu absorbieren ist.
Anspruch 9:
Kollektor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Reflektionsschicht (7) als Absorptionsschicht ausgeführt und die Isolierung (8) mit einer Reflektionsschicht versehen ist. Anspruch 10 :
Kollektor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der transparente Träger (1) eines solarthermischen Kollektors durch ein entsprechendes semitransparentes photovoltaisches Modul (11) ersetzt wird.
Anspruch 11 :
Kollektor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Kollektor einen lokalen photovoltaischen Sektor und einen transparenten Sektor aufweist.
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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE202009003904U1 (de) 2009-03-03 2009-07-09 Solarhybrid Ag Hybridkollektor
EP2346092A1 (de) * 2008-10-13 2011-07-20 Chin-Huai Young Fotoelektrisches modul
WO2013017677A2 (fr) 2011-08-04 2013-02-07 Nicaise Noel Module photovoltaïque avec échangeur thermique

Families Citing this family (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
AT509738A1 (de) * 2010-04-27 2011-11-15 Vaillant Group Austria Gmbh Kombinationskollektor
US20120234313A1 (en) * 2011-03-18 2012-09-20 ZYRUS Beteiligungsgesellschaft mbH & Co., Patente I KG Solar collector and method for manufacturing such a solar collector
BE1020230A5 (fr) * 2011-10-19 2013-06-04 Szymusik Bronislaw Panneau solaire sanitaire et voltaique.
CA2857366A1 (en) * 2011-12-07 2013-06-13 James DELSAUT Hybrid solar energy recovery system
DE102012219394A1 (de) 2012-10-24 2014-02-13 Robert Bosch Gmbh Solartechniksystem
CN105605799A (zh) * 2014-06-14 2016-05-25 马根昌 光伏发电热水系统
JP5898745B1 (ja) * 2014-09-26 2016-04-06 努力 塩入 給湯機能付太陽光発電外壁パネル
GR20150100272A (el) * 2015-06-15 2017-01-31 Γαρυφαλια Χρηστου Μινου Διαφανο φωτοβολταϊκο πανελ, παραγωγης ηλεκτρικου ρευματος, τοποθετημενο, πανω σε ενα ηλιακο θερμοσιφωνα παραγωγης ζεστου νερου
TWI718284B (zh) * 2016-04-07 2021-02-11 美商零質量純水股份有限公司 太陽能加熱單元
US10153726B2 (en) 2016-09-19 2018-12-11 Binay Jha Non-concentrated photovoltaic and concentrated solar thermal hybrid devices and methods for solar energy collection

Citations (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS59167648A (ja) * 1983-03-11 1984-09-21 Fuji Electric Corp Res & Dev Ltd 太陽エネルギ−コレクタ
DE3419797A1 (de) * 1984-05-26 1985-11-28 Telefunken electronic GmbH, 7100 Heilbronn Solar-energiewandler
GB2214710A (en) * 1988-01-29 1989-09-06 Univ Open Solar collectors
DE4323270A1 (de) * 1993-07-12 1995-01-19 Thermo Solar Energietech Gmbh Hybrid-Sonnenkollektor
EP0788171A2 (de) * 1996-01-31 1997-08-06 Canon Kabushiki Kaisha Wärmekollektor mit Solarzelle und passiver Solarvorrichtung
DE19816294A1 (de) * 1998-04-11 1999-10-14 Hans-Egon Hudel Abdeckung der Bestrahlungsfläche von Solarkollektoren durch transparente Photovoltaik Modulen
DE10064164A1 (de) * 2000-12-22 2002-06-27 Friedrich Zengerle Dacheindeckung und/oder Dachaufbau aus Elementen zur Nutzung der Solarenergie als Kombination von Kollektor-Wärmegewinnung und Foto-Voltaik, aufgebaut in einem gemeinsamen Gehäuse (Sonnen Blockkraftwerk-Thermo-Voltaik Anlage)
DE10207852A1 (de) * 2001-02-23 2002-09-19 Vaillant Gmbh Solar-Kollektor

Family Cites Families (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4186033A (en) * 1978-11-01 1980-01-29 Owens-Illinois, Inc. Structure for conversion of solar radiation to electricity and heat
DE29814206U1 (de) * 1998-08-11 1999-12-16 Haarmann, Norbert, 55124 Mainz Solare Heiz- und Wasserversorgung
DE102004021028A1 (de) * 2004-01-10 2005-08-04 Julian Donner Solargenerator mit Warmwasserbereitung
DE202005019024U1 (de) * 2005-12-07 2006-02-23 Riga, Günter Hybrid-Solarkollektor RR-2D

Patent Citations (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS59167648A (ja) * 1983-03-11 1984-09-21 Fuji Electric Corp Res & Dev Ltd 太陽エネルギ−コレクタ
DE3419797A1 (de) * 1984-05-26 1985-11-28 Telefunken electronic GmbH, 7100 Heilbronn Solar-energiewandler
GB2214710A (en) * 1988-01-29 1989-09-06 Univ Open Solar collectors
DE4323270A1 (de) * 1993-07-12 1995-01-19 Thermo Solar Energietech Gmbh Hybrid-Sonnenkollektor
EP0788171A2 (de) * 1996-01-31 1997-08-06 Canon Kabushiki Kaisha Wärmekollektor mit Solarzelle und passiver Solarvorrichtung
DE19816294A1 (de) * 1998-04-11 1999-10-14 Hans-Egon Hudel Abdeckung der Bestrahlungsfläche von Solarkollektoren durch transparente Photovoltaik Modulen
DE10064164A1 (de) * 2000-12-22 2002-06-27 Friedrich Zengerle Dacheindeckung und/oder Dachaufbau aus Elementen zur Nutzung der Solarenergie als Kombination von Kollektor-Wärmegewinnung und Foto-Voltaik, aufgebaut in einem gemeinsamen Gehäuse (Sonnen Blockkraftwerk-Thermo-Voltaik Anlage)
DE10207852A1 (de) * 2001-02-23 2002-09-19 Vaillant Gmbh Solar-Kollektor

Non-Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
DATABASE INSPEC [online] THE INSTITUTION OF ELECTRICAL ENGINEERS, STEVENAGE, GB; November 1989 (1989-11-01), NAHAR N M ET AL: "Studies on gap spacing between absorber and cover glazing in flat plate solar collectors", XP002495377, Database accession no. 3582681 *
INTERNATIONAL JOURNAL OF ENERGY RESEARCH UK, vol. 13, no. 6, November 1989 (1989-11-01) - December 1989 (1989-12-01), pages 727 - 732, ISSN: 0363-907X *

Cited By (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP2346092A1 (de) * 2008-10-13 2011-07-20 Chin-Huai Young Fotoelektrisches modul
EP2346092B1 (de) * 2008-10-13 2019-12-11 National Taiwan University of Science and Technology Fotoelektrisches modul
DE202009003904U1 (de) 2009-03-03 2009-07-09 Solarhybrid Ag Hybridkollektor
DE102009011532A1 (de) 2009-03-03 2010-09-09 Solarhybrid Ag Hybridkollektor
WO2010099880A2 (de) 2009-03-03 2010-09-10 Solarhybrid Ag Hybridkollektor
WO2013017677A2 (fr) 2011-08-04 2013-02-07 Nicaise Noel Module photovoltaïque avec échangeur thermique

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