WO2009146813A2 - Polyurethanschichten zur thermoregulierung sowie deren verwendung - Google Patents

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WO2009146813A2
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Definitions

  • the invention relates to polyurethane layers with tubes or hoses, with which it is possible to thermally regulate the polyurethane itself or materials adjacent to the polyurethane by heat exchange by means of flowing through the tubes / hoses media, as well as their use.
  • the encapsulation of solar cells is currently an important technical topic that is being intensively worked on.
  • the background here is, inter alia, the most effective use of both the electrical and the thermal energy.
  • the thermal energy released in the energy conversion of the solar cells on the surface of the solar cell reduces the electrical yield. That is, the hotter the surface, especially in summer, the lower the current efficiency.
  • solar cells are usually more effective on a cold, sunny winter's day than on a hot summer's day.
  • the yield of the solar cell can be increased.
  • the dissipated heat can optionally be used.
  • the cooling of solar cells is already known from DE-A 43 07 705 and DE-A 299 13 202. However, the cooling takes place here externally and is only possible with loss of transmission, as for example steel cooling coils or plastic hoses are used.
  • the object of the present invention was to effectively encapsulate solar cells, effectively dissipate the resulting heat and optionally use.
  • the invention relates to polyurethane layers, which are characterized in that they are traversed by preferably parallel tubes or tubes with a diameter of ⁇ 95% of the polyurethane layer thickness, preferably ⁇ 80%, through which a medium flows for heat exchange.
  • the tubes or hoses may be formed as round or flat tubes or hoses. As pipes / hoses and multi-channel pipes or hoses can be used.
  • the preferred diameter of the tubes or hoses is between 2 to 20 mm in most applications of the polyurethane layer.
  • Glass tubes are particularly preferably used. However, it can also be used pipes / hoses made of plastic.
  • liquids are preferred as the medium.
  • gases such as air
  • media are non-corrosive, non-toxic media, such as water or - -
  • the medium is a transparent medium.
  • the medium flowing through the tubes or hoses in the polyurethane medium can also be used as a heating medium by flowing at elevated temperature through the tubes or hoses and so, for example, the fogging of the particular transparent polyurethane is prevented.
  • the heat absorbed by the media flowing through the tubes / hoses can be dissipated via heat exchangers and thus used, for example, to produce hot water.
  • the polyurethane When used in a solar module, the polyurethane protects both the solar cell and the tubes or hoses embedded in the polyurethane, in particular the glass tube, as far as these are used.
  • the solar cell can be technically easily encapsulated by the polyurethane, without the efficiency of the solar cell is severely impaired, since both the polyurethane and the tubes / hoses and the medium can be transparent.
  • the polyurethane, the tubes or hoses and the medium are particularly transparent when they are aligned with the light source and, as in the case of a solar module, the light rays should pass as freely as possible.
  • the polyurethane layers according to the invention also have the advantage that they can be easily prepared from transparent, pourable, relatively scratch-resistant and elastic polyurethane.
  • Another object of the invention are solar modules made of solar cells, which are in polyurethane, which is transparent at least where it is aligned to the light source, encapsulated, which are characterized in that the polyurethane is preferably traversed by parallel tubes or hoses, through a medium for heat exchange flows, wherein the tubes and tubes and the medium, at least where they are aligned with the light source, are transparent.
  • the solar module according to the invention has the advantage that the overall efficiency of the solar cell is increased because the efficiency can be increased by the active cooling of the solar cell.
  • the transparent polyurethane with the cooling medium in the pipes / hoses not only acts as a heat exchanger, but also protects the solar cells from knocks and scratches.
  • the polyurethane has a higher scratch resistance and greater flexibility over other plastics.
  • the polyurethane layer has the advantage that it is not fragile and, moreover, highly elastic.
  • the transparent polyurethane layer lies on the side of the solar module facing the sun.
  • a transparent polyurethane layer is not necessary.
  • the polyurethane layer according to the invention can be used.
  • the polyurethane layers of the invention can be used as layers not only for the encapsulation of solar cells, but also for thermoregulation of reactors.
  • the polyurethane layers can be used as a coating of facades, floor coverings or the like as well as pipe insulation.
  • the transparent polyurethane layers are suitable for the production of transparent reactors.
  • the so-called algae reactors may be mentioned here.
  • the algae produce in the reactors under light influence from CO 2 oxygen (photosynthesis).
  • CO 2 oxygen photosynthesis
  • a temperature of about 27 ° C must be maintained, which is kept constant via a heat exchange via the reactor wall.
  • the reactor wall consists either of the transparent polyurethane layer according to the invention or the reactor, for example of glass, is coated with the polyurethane layer according to the invention.
  • the polyurethane layer according to the invention can also be used for the production of thermal insulation elements.
  • thermal insulation elements may e.g. be used in the insulation of buildings.
  • paraffins can be used in particular here.
  • said elements may e.g. in the form of windows or transparent external facades thermally regulate the interior of the building.
  • Syntactic polyurethane may also be used as the polyurethane, which is preferably used as a coating for the production of pipe insulation, such as e.g. in the off-shore industry, can be used.
  • the polyurethane layer may preferably contain hollow microsphere bodies. These hollow microspheres act as a heat-insulating medium in the polyurethane layer. - -
  • the layers can be prepared by the methods known per se by placing the tubes / hoses and applying the polyurethane reaction mixture by pouring, spraying or injecting.
  • Figure 1 shows a section of a layer according to the invention, in which the tubes (1) in the poly urethane (2) are arranged.
  • the medium (not shown) flows through the tubes.
  • FIG. 2 shows a cross section through a solar module with transverse and longitudinal tubes (1) and solar cells (3), which are embedded in polyurethane (2).
  • the module is additionally protected by a cover layer (4) made of glass or plastic.
  • the module additionally has a protective and / or stabilizing plate (5) and a frame (6).

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Abstract

Die Erfindung betrifft Polyurethanschichten mit Rohren oder Schläuchen, mit denen es möglich ist, das Polyurethan selbst oder an das Polyurethan angrenzende Materialien durch Wärmeaustausch mittels durch die Rohre/Schläuche strömenden Medien thermisch zu regulieren, sowie deren Verwendung.

Description

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Polyurethanschichten zur Thermoreeulierung sowie deren Verwendung
Die Erfindung betrifft Polyurethanschichten mit Rohren oder Schläuchen, mit denen es möglich ist, das Polyurethan selbst oder an das Polyurethan angrenzende Materialien durch Wärmeaustausch mittels durch die Rohre/Schläuche strömenden Medien thermisch zu regulieren, sowie deren Ver- wendung.
Die Verkapselung von Solarzellen ist derzeit ein wichtiges technisches Thema, das intensiv bearbeitet wird. Hintergrund ist hierbei unter anderem eine möglichst effektive Nutzung sowohl der elektrischen als auch der thermischen Energie. Die bei der Energieumwandlung der Solarzellen frei werdende thermische Energie an der Oberfläche der Solarzelle verringert die elektrische Ausbeute. Das heißt, je heißer die Oberfläche, insbesondere im Sommer, desto geringer die Stromausbeute.
Somit sind Solarzellen an einem kalten, sonnigen Wintertag meist effektiver als an einem heißen Sommertag. Durch Abfuhr dieser Wärme kann die Ausbeute der Solarzelle gesteigert werden. Zusätzlich kann die abgeführte Wärme gegebenenfalls genutzt werden. Im Prinzip ist die Kühlung von Solarzellen bereits aus DE-A 43 07 705 und DE-A 299 13 202 bekannt. Allerdings erfolgt die Kühlung hier extern und ist nur unter Verlust der Transmission möglich, da beispielsweise Stahlkühlschlangen oder Kunststoffschläuche eingesetzt werden.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung war es, Solarzellen effektiv zu verkapseln, die entstehende Wärme effektiv abzuführen und gegebenenfalls zu nutzen.
Diese Aufgabe konnte durch die erfindungsgemäßen Polyurethanschichten gelöst werden.
Gegenstand der Erfindung sind Polyurethanschichten, die dadurch gekennzeichnet sind, dass sie von bevorzugt parallel angeordneten Rohren oder Schläuchen mit einem Durchmesser von < 95 % der Polyurethanschichtdicke, bevorzugt < 80 %, durchzogen werden, durch die ein Medium zum Wärmeaustausch strömt.
Die Rohre oder Schläuche können als Rund- oder Flachrohre bzw. -Schläuche ausgebildet sein. Als Rohre/Schläuche können auch Multikanalrohre oder -schlauche eingesetzt werden.
Der bevorzugte Durchmesser der Rohre oder Schläuche liegt bei den meisten Anwendungen der Polyurethanschicht zwischen 2 bis 20 mm.
Besonders bevorzugt werden Glasrohre eingesetzt. Es können jedoch auch Rohre/Schläuche aus Kunststoff verwendet werden.
Aufgrund der höheren Wärmekapazität sind Flüssigkeiten als Medium bevorzugt. Es können jedoch auch Gase, wie z.B. Luft, eingesetzt werden. Besonders bevorzugte Medien (Medien zur Kühlung oder zur Heizung) sind nicht korrosive, nicht toxische Medien, wie z.B. Wasser oder - -
Silikonöl. Als Medien können auch Schmelzen (wegen der hohen Wärmekapazität) eingesetzt werden. Kohlenwasserstoffe, Fluorchlorkohlenwasserstoffe, Paraffinöle und andere aus dem Stand der Technik bekannte Medien sowie Abmischungen daraus können hier ebenfalls verwendet werden. Besonders bevorzugt handelt es sich bei dem Medium um ein transparentes Medium.
Es können als Medium auch aggressive Medien eingesetzt werden, da durch die Rohre/Schläuche das Polyurethan geschützt wird und eine Diffusion des Mediums in das Polyurethan nicht möglich ist.
Das durch die Rohre oder Schläuche im Polyurethan strömende Medium kann auch als Heizmedium benutzt werden, indem es mit erhöhter Temperatur durch die Rohre oder Schläuche strömt und so beispielsweise das Beschlagen des insbesondere transparenten Polyurethans verhindert wird.
Bei einer Kühlung kann die von den durch die Rohre/Schläuche strömenden Medien aufgenommene Wärme über Wärmetauscher abgeführt werden und so beispielsweise zur Erzeugung von Warmwasser genutzt werden.
Das Polyurethan schützt bei Verwendung in einem Solarmodul sowohl die Solarzelle als auch die im Polyurethan eingebetteten Rohre oder Schläuche, insbesondere die Glasröhre, soweit diese eingesetzt werden. Die Solarzelle kann von dem Polyurethan technisch einfach eingekapselt werden, ohne dass die Effizienz der Solarzelle stark beeinträchtigt wird, da sowohl das Polyurethan als auch die Rohre/Schläuche und das Medium transparent sein können. Das Polyurethan, die Rohre oder Schläuche und das Medium sind insbesondere dann transparent, wenn sie zur Lichtquelle ausgerichtet sind und, wie im Fall eines Solarmoduls, die Lichtstrahlen möglichst ungehindert durchlassen sollen. Die erfindungsgemäßen Polyurethanschichten haben zudem den Vorteil, dass sie aus transparentem, gießbarem, relativ kratzfestem und elastischem Polyurethan einfach hergestellt werden können.
Ein weiterer Gegenstand der Erfindung sind Solarmodule aus Solarzellen, die in Polyurethan, welches zumindest dort, wo es zur Lichtquelle ausgerichtet ist, transparent ist, eingekapselt sind, die dadurch gekennzeichnet sind, dass das Polyurethan von bevorzugt parallel angeordneten Rohren oder Schläuchen durchzogen ist, durch die ein Medium zum Wärmeaustausch strömt, wobei die Rohre und Schläuche und das Medium zumindest dort, wo sie zur Lichtquelle hin ausgerichtet sind, transparent sind.
Das erfindungsgemäße Solarmodul hat den Vorteil, dass der Gesamtwirkungsgrad der Solarzelle erhöht wird, da durch die aktive Kühlung der Solarzelle der Wirkungsgrad gesteigert werden kann. Das transparente Polyurethan mit dem Kühlmedium in den Rohren/Schläuchen wirkt jedoch nicht nur als Wärmetauscher, sondern schützt die Solarzellen auch vor Schlägen und Kratzern. Darüber hinaus weist das Polyurethan gegenüber anderen Kunststoffen eine höhere Kratzfestigkeit und eine höhere Flexibilität auf. Gegenüber Glas hat die Polyurethanschicht den Vorteil, dass sie nicht zer- brechlich und darüber hinaus hoch elastisch ist.
Vorzugsweise liegt die transparente Polyurethanschicht auf der der Sonne zugewandten Seite des Solarmoduls. Auf der Seite, die der Sonne abgewandt ist, ist eine transparente Polyurethanschicht nicht notwendig. Auf dieser von der Sonne abgewandten Seite können alle aus dem Stand der Technik bekannten Polyurethan-Materialien, aber auch die erfindungsgemäße Polyurethanschicht eingesetzt werden.
Die erfindungsgemäßen Polyurethanschichten können als Schichten nicht nur zur Verkapselung von Solarzellen eingesetzt werden, sondern auch zur Thermoregulierung von Reaktoren.
Sie können bei der Herstellung von Solarkollektoren verwendet werden und bei der Herstellung und Thermoregulierung von Gewächshäusern. Die Polyurethanschichten können als Beschichtung von Fassaden, Bodenbelägen oder dergleichen sowie als Rohrisolierungen eingesetzt werden.
Die transparenten Polyurethanschichten eignen sich zur Herstellung von transparenten Reaktoren. Beispielhaft seien hier die sogenannten Algenreaktoren genannt. Die Algen produzieren in den Reaktoren unter Licht einfluss aus CO2 Sauerstoff (Fotosynthese). Damit die Algen effizient arbeiten, ist eine Temperatur von etwa 27°C einzuhalten, die über einen Wärmeaustausch über die Reaktorwand konstant gehalten wird. Die Reaktorwand besteht entweder aus der erfindungsgemäßen transparenten Polyurethanschicht oder der Reaktor beispielsweise aus Glas ist mit der erfindungsgemäßen Polyurethanschicht beschichtet.
Die erfindungsgemäße Polyurethanschicht kann auch zur Herstellung von Wärmedämmelementen eingesetzt werden. Derartige Wärmedämmelemente können z.B. bei der Isolierung von Gebäuden eingesetzt werden. Als Wärmeaustauschmedium können hier insbesondere Paraffine eingesetzt werden. So können besagte Elemente z.B. in Form von Fenstern oder transparenten Außenfassaden die Innenräume des Gebäudes thermisch regulieren.
Als Polyurethan kann auch syntaktisches Polyurethan eingesetzt werden, das bevorzugt als Beschichtung zur Herstellung von Rohrisolierungen, wie z.B. in der Off-shore Industrie, eingesetzt werden kann.
Bevorzugt kann die Polyurethanschicht Mikrohohlkugelkörper enthalten. Diese Mikrohohlkugel- körper wirken als wärmedämmendes Medium in der Polyurethanschicht. - -
Die Schichten können nach den an sich bekannten Verfahren hergestellt werden, indem die Rohre/Schläuche vorgelegt werden und die Polyurethanreaktionsmischung durch Gießen, Sprühen oder Einspritzen aufgebracht wird.
Figur 1 zeigt einen Ausschnitt aus einer erfindungsgemäßen Schicht, in der die Rohre (1) im PoIy- urethan (2) angeordnet sind. Das Medium (nicht gezeichnet) strömt durch die Rohre.
Figur 2 zeigt einen Querschnitt durch ein Solarmodul mit quer und längs verlaufenden Rohren ( 1 ) und Solarzellen (3), die in Polyurethan (2) eingebettet sind. Zur Lichtquelle hin ist das Modul durch eine Deckschicht (4) aus Glas oder Kunststoff zusätzlich geschützt. Das Modul weist zusätzlich eine Schutz- und/oder stabilisierend wirkende Platte (5) sowie einen Rahmen (6) auf.

Claims

Patentansprüche
1. Polyurethanschicht, dadurch gekennzeichnet, dass die Schicht von vorzugsweise parallel angeordneten Rohren oder Schläuchen mit einem Durchmesser von < 95 % der Dicke der Polyurethanschicht durchzogen wird, durch die ein Medium zum Wärmeaustausch strömt.
2. Polyurethanschicht gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Polyurethan transparent ist.
3. Polyurethanschicht gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Rohre oder Schläuche transparent sind.
4. Polyurethanschicht gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Medium transpa- rent ist.
5. Verwendung der Polyurethanschicht gemäß Anspruch 1 zur Herstellung von Reaktoren, Solarmodulen und Solarkollektoren, zur Beschichtung von Reaktoren, Fassaden, Bodenbelägen und Gewächshäusern sowie zur Rohrisolierung.
6. Solarmodule aus Solarzellen, die in Polyurethan, welches zumindest dort, wo es zur Licht- quelle ausgerichtet ist, transparent ist, eingekapselt sind, dadurch gekennzeichnet, dass das
Polyurethan von vorzugsweise parallel angeordneten Rohren oder Schläuchen durchzogen ist, durch die ein Medium zum Wärmeaustausch strömt, wobei die Rohre oder Schläuche und das Medium zumindest dort, wo sie zur Lichtquelle hin ausgerichtet sind, transparent sind.
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