WO2014036584A1 - Kombi-solarkollektor - Google Patents

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WO2014036584A1
WO2014036584A1 PCT/AT2013/050170 AT2013050170W WO2014036584A1 WO 2014036584 A1 WO2014036584 A1 WO 2014036584A1 AT 2013050170 W AT2013050170 W AT 2013050170W WO 2014036584 A1 WO2014036584 A1 WO 2014036584A1
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vacuum tube
solar collector
combined solar
collector according
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Reinold Ferschitz
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Reinold Ferschitz
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    • Y02E10/00—Energy generation through renewable energy sources
    • Y02E10/60—Thermal-PV hybrids

Definitions

  • the invention relates to a combi solar collector with a rotatably mounted glass cylinder vacuum tube, in the interior of which an absorber plate is arranged with at least one attached thereto, can be traversed by a fluid heat pipe, and at least one of the vacuum tube associated photovoltaic element.
  • Such a combined solar collector is known from WO 2011/153561 AI.
  • the vacuum tube is designed, for example circular-cylindrical, and in the axis of a fluid, such as water, through-flowable heat pipe is arranged.
  • a plate-shaped absorber plate is connected to receive the impinging heat radiation and thus to heat the fluid flowing through the heat pipe reinforced.
  • the photo- voltaikelement is on the inside of the vacuum tube angeord ⁇ net, for example a thin-film module.
  • Photovoltaic element extends over slightly more than Hälf ⁇ te of the scale and so leaves a portion of the circumference of the vacuum tube for the passage of solar radiation on the absorber plate and heat pipe freely back.
  • the vacuum tube is placed in the corresponding rotational position.
  • hybrid solar collector according to DE 43 23 270 AI, in which a trough-shaped housing is present, ⁇ sen top cover is formed by a glass plate, on de ⁇ ren inside flat photovoltaic elements are mounted. Inside the tub are heat pipes with absorbers. The interior of the fixed housing is evacuated.
  • This known hybrid solar collector is thus not only relatively expensive in its construction, it also has a less efficient energy conversion, especially when heating the heat medium due to the fixed arrangement.
  • JP 02140556 A describes a device for Energywand ⁇ ment of sunlight with an evacuated glass cylinder, in which a heat pipe is arranged with a heat collector. On a part of the outer surface of the cylinder is a photovoltaic element With silicon layers arranged between transparent electrodes, only a portion of relatively short wavelength is absorbed by the incident light in the layers, while relatively long-wavelength light is transmitted and only absorbed by the heat collector.
  • US 2004/0055631 A1 discloses a hybrid solar collector, wherein planar photovoltaic cells are arranged on the outside on a flat side of a unilaterally flattened vacuum tube. Another combination collector is shown in DE 10 2008 056 116 AI, solar thermal modules are not arranged in a Vakuumröh ⁇ re, but in a rectangular, sealed by a transparent support housing. Photovol ⁇ taische modules are arranged ⁇ also inside this housing.
  • JP 58037449 A describes a hybrid solar collector with vacuum glass tubes and therein heat pipes with collector vanes and with solar batteries, which are arranged between reflective plates below the vacuum glass tubes. A rotatable mounting of the glass tubes is not described here.
  • the invention provides a combi solar collector as stated at the outset, which is characterized in that the photovoltaic element outside the vacuum tube is ordered.
  • the photovoltaic element is therefore rotatably arranged, for example.
  • the photovoltaic element is located outside the rotary cylinder vacuum tube so that it is easily accessible for making any changes.
  • the photovoltaic element can turn cover approximately half of the vacuum tube, and upon rotation of the Photovoltaikele- ments, for example together with the vacuum tube in a corresponding position which does not covered Hälf ⁇ te of the vacuum tube solar radiation can relatively be turned to the sun thus so as the Heat medium in the heat pipe with good efficiency to erhit ⁇ zen; in another rotational position, the photovoltaic element is aligned with the sun to generate electricity with the highest possible efficiency.
  • the arrangement of the combination solar collector with the mentioned twisting possibility rela ⁇ tive to a substructure can be as in the WO
  • 2011/153561 AI can be provided, and in view of the disclosure contained therein, a new description of the rotary arrangement as well as the arrangement of individual vacuum tubes, as also disclosed in the aforementioned document and also for the present combination solar collector can be provided with advantage, unnecessary.
  • the photovoltaic element can be easily cross-sectional circular arc shape around the ⁇ rotatably mounted vacuum tube around a circumferential region of the same leaving free, be disposed.
  • a particularly compact arrangement is achieved when the pho ⁇ ⁇ tovoltaikelement is being introduced directly to the outside of the vacuum tube.
  • the photovoltaic element can here by a
  • the photovoltaic element can also have a planar surface, in which case appropriate connecting elements for holding the photovoltaic element, for example on the vacuum tube, are to be provided.
  • the photovoltaic element may also be translucent out ⁇ forms, so as to be able to convert solar energy simultaneously into electrical energy and thermal energy.
  • a further advantageous disclosed embodiment is characterized in that the photovoltaic element is parabolaptartig currentlybil ⁇ det.
  • the photovoltaic element is parabolaptartig currentlybil ⁇ det.
  • the photovoltaic element integrated in the parabolic mirror can advantageously also be planar, with a view to simpler manufacture.
  • the photovoltaic element is connected to the rotatably mounted vacuum tube via at least one fastening element which leaves free a circumferential region of the vacuum tube.
  • the photovoltaic element is snapped on at least one clip with arcuate, elastically deflectable legs as a fastener on the vacuum tube.
  • the photovoltaic element must not necessarily be fixed to the vacuum tube ⁇ , it can also be mounted as a separate component independent of the vacuum tube, rather, as to a substructure or attached to it, bearing parts or bearing brackets.
  • the photovoltaic element is integrated into a parabolic mirror or combined with a parabolic mirror as mentioned above. Accordingly, the photovoltaic element in these embodiments is moved, independently of the vacuum tube, to a parasol in front of the vacuum tube or to a position laterally of this vacuum tube or to a position below the vacuum tube.
  • the photovoltaic element is rotatably mounted on a bearing bracket separate from the vacuum tube.
  • Fig. 1A is a schematic sectional two Combined Solarkollekto ⁇ ren a solar collector assembly having a support structure, in a rotational position facing the sunlight with photovoltaic elements;
  • FIG. 1B shows this arrangement of combination solar collectors according to FIG. 1A, but now in a position rotated by 180 ° of the glass cylinder vacuum tubes in order to allow the solar radiation to act fully on the heat pipe; and Figs. 2A, 2B to 10A, 10B in corresponding representations eight further embodiments of the present combined solar ⁇ collector in each case a multiple arrangement, each two vacuum tubes are shown above a substructure.
  • FIG. 1 illustrates an arrangement with combination solar collectors, wherein each combined solar collector has a transparent, rotatably mounted glass cylinder vacuum tube 1. Inside this vacuum tube 1 is a Ab ⁇ sorber plate 2 with an associated, can be traversed by a fluid heat pipe. 3
  • the pivot bearing of the vacuum tubes 1 is indicated in Fig. 1A with double arrows 5.
  • these rotary bearing and the rotary drive as described in WO 2011/153561 AI be realized, so that here a further description is unnecessary.
  • the rotation can be done manually, thermally or electrically.
  • each vacuum tube 1 On the outside of each vacuum tube 1 is a Photovoltaikele- element 4, for example by means of a thin-film method, in thin ⁇ layer module construction, applied. So that no additional component is erfor ⁇ sary for the installation of the photovoltaic element 4; the application can in particular by means of vapor deposition on the outside of the vacuum tube 1, which consists of glass, he follow ⁇ . Such a photovoltaic element 4 also achieves good efficiency in diffused light.
  • ene rotational position of the combined solar panels is illustrated, in which the respective photovoltaic element 4 of the sun (see Clareinstrahlung 7) faces.
  • the area left free by the photovoltaic elements 4 faces the substructure 6.
  • Fig. 1B (and also in Figs. 2B to 10B) is shown the rotational position of the vacuum tubes 1 in which the photovoltaic element 4 is present on the side of the substructure 6, whereas the peripheral region of the vacuum tube 1 left free by the photovoltaic element 4 is the one Sun radiation 7 is facing, so that in this rotational position, the solar energy with high efficiency in thermal energy, for heating the flowing during operation through the heat pipe 3 thermal fluid is converted.
  • the solar energy is converted with the aid of the photovoltaic elements 4 into electrical energy, as known per se, with optimum efficiency.
  • FIG. 1 In the off guide 2 (Fig 2A, more detail in accordance with. 2B to Fig. 10A, 10B) form according to FIG.
  • To 10 is the vacuum tube 1 with the Ab ⁇ sorberblech 2 and the heat pipe 3, and the sub-structure 6 are the same as in Fig. 1 is formed, so that a ⁇ derholung as the description of these components in the individual drawing figures may be superfluous.
  • FIGS. 2 to 10 differ only in terms of the arrangement of the photovoltaic elements 4 from the imple mentation form of FIG. 1, as will be explained in more detail below.
  • FIGS. 2A, 2B (hereinafter, abbreviated to FIG. 2), a photovoltaic element 4, which is also circular in cross-section, is disposed on the outside of each vacuum tube 1;
  • a distance between the photovoltaic element 4 and the outside of the vacuum tube 1 is provided, with special ⁇ te fasteners 8, here in the form of distributed over the circumference and the length of the vacuum tube 1 spacer elements 9, are provided.
  • These fasteners 8 and spacers 9 may be attached to the outside of the vacuum tubes 1, for example by means of a releasable adhesive.
  • FIGS. 3 and 4 (in concrete terms again FIGS. 3A, 3B and 4A, 4B) provide planar photovoltaic elements 4, which are arranged with fastening elements 8, in the form of individual, at intervals along the tube (1), elastically deflectable Clamps 10, with their legs 11, 12, the vacuum tube 1 in comprise a kind of snap connection over a little more than half the peripheral area, are releasably secured to the vacuum tube 1.
  • the width of the photovoltaic elements 4 is approximately equal to the diameter of the vacuum tubes 1.
  • a substantially greater width of the photovoltaic elements 4 is provided so that the photovoltaic elements 4 at juxtaposed vacuum tubes 1 form approximately a continuous plane, which in the rotational position shown in FIG. 4A a particularly large yield of electrical energy in the conversion of solar energy made ⁇ light.
  • the photovoltaic element 4 in the manner of a Pa ⁇ rabolaciouss 13 is designed so as in the rotational position shown in Fig. 5B, when the solar energy is converted into thermal energy by reflection on the concave side of an additional light 7 'in the Inside the vacuum tube 1, to heat the absorber plate 2 and the heat pipe 3, to allow.
  • Similar plate-shaped end-side holder 14 connect also in the embodiment of FIG. 6, the respective vacuum tube 1 with a parabolic mirror 13 '.
  • These parabolic mirrors 13 ' are in the From guide shape of Figure 6 separately formed from planar photovoltaic elements 4; however, these planar photovoltaic elements 4 are in the respective parabolic reflector 13 'in tegriert ⁇ , ie, they form with the parabolic mirror 13' together form a (structural) unit such as is un ⁇ indirectly evident from the illustration in Fig. 6.
  • FIG. 7 is an imple mentation of the present combined solar collector, with a vacuum tube 1 as described, shown, wherein now each two planar photovoltaic elements 4 to the vacuum tube 1 - in itself similar to the imple mentation form of FIG. 1 - directly - in an angular arrangement - are appropriate.
  • adhesive dots 15 are schematically indicated in FIG. 7A.
  • this embodiment corresponds in turn to the previously described embodiments, so that a more detailed explanation is unnecessary.
  • Fig. 8 shows, starting from the embodiment of FIG. 7, a modification in that now the two photovoltaic elements 4, which in turn, similar to FIG. 7, are arranged roof-shaped, with distance - via fasteners 8, approximately in shape of spacer elements similar to the spacer elements 9 in Fig. 2 - are attached to the vacuum tube 1.
  • the fasteners 8 and spacers 9 may be attached to the outside of the vacuum tube 1, for example by gluing etc.
  • FIG. 9 shows a variant with a 5-part polygonal photovoltaic element 4 which, for example, has frontal plate-shaped holders 14 ', similar to the embodiment according to FIG. 5, as fasteners 8 is connected to the front side of the vacuum tube 1.
  • FIG. 10 is shown an imple mentation form, in each case two photovoltaic elements 4, for example, in one of Fig. 8 verlgeichbaren roof-shaped arrangement, at a distance from the vacuum tube 1, are provided.
  • the arrangement of the photovoltaic elements 4 1-6 in the embodiment according to FIG. (It could even ⁇ course, also only a single such photovoltaic element 4, such as in the FIG., Or a polygonal photovoltaic element, as shown in Fig. 9, be provided) is provided independently of the vacuum tube 1, wherein the photovoltaic elements 4 are mounted on a support structure 16, in particular in the manner of bearing brackets 16, on the substructure 6. These bearing brackets 16 are shown in Fig.
  • the bearing brackets 16 are arranged outside of the vacuum tube 1 in the region of the Stirnsei ⁇ th, and on each photovoltaic element 4 by means of holders or fasteners 8, for example, similar to the plate-shaped holders 14 in Fig. 5 and 6, stored.
  • the vacuum tubes 1 can be arranged stationary in this embodiment, but in turn rotatable - for example, also on the bearing structures 16 - mounted.
  • the photovoltaic element or elements 4 can be pivoted around the stationary vacuum tube 1 like a parasol, for example in a lateral position or in the lower position according to FIG. 10B, in which case, for example, the mirrored back sides of the photovoltaic elements 4 as reflectors additionally receive sunlight according to FIGS arrows 7 ', reflec ⁇ ren in the interior of the vacuum tube. 1

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Abstract

Kombi-Solarkollektor mit einer drehbar angeordneten Glaszylinder-Vakuumröhre (1), in deren Innenraum ein Absorberblech (2) mit wenigstens einem daran angebrachten, von einem Fluid durchströmbaren Wärmerohr (3) angeordnet ist, und mit wenigstens einem der Vakuumröhre (1) zugeordneten Photovoltaikelement (4), welches außerhalb der Vakuumröhre (1) angeordnet ist.

Description

Kombi-Solarkollektor
Die Erfindung betrifft einen Kombi-Solarkollektor mit einer drehbar gelagerten Glaszylinder-Vakuumröhre, in deren Innenraum ein Absorberblech mit wenigstens einem daran angebrachten, von einem Fluid durchströmbaren Wärmerohr angeordnet ist, und mit wenigstens einem der Vakuumröhre zugeordneten Photovoltaikele- ment .
Ein derartiger Kombi-Solarkollektor ist aus WO 2011/153561 AI bekannt. Die Vakuumröhre ist beispielsweise kreiszylindrisch ausgeführt, und in der Achse ist das von einem Fluid, wie etwa Wasser, durchströmbare Wärmerohr angeordnet. Mit diesem Wärme¬ rohr ist ein plattenförmiges Absorberblech verbunden, um die auftreffende Wärmestrahlung aufzunehmen und so das das Wärmrohr durchströmende Fluid verstärkt aufheizen zu können. Das Photo- voltaikelement ist auf der Innenseite der Vakuumröhre angeord¬ net, beispielsweise als Dünnschichtmodul. Dieses
Photovoltaikelement erstreckt sich über etwas mehr als die Hälf¬ te des Umfangs und lässt so einen Teilbereich des Umfangs der Vakuumröhre für den Durchtritt von Sonnenstrahlung zum Absorberblech und Wärmerohr hin frei. Je nachdem, ob das Fluid, das das Wärmerohr durchströmt, aufgeheizt werden soll, oder ob vornehm¬ lich elektrischer Strom mit Hilfe des Photovoltaikelements er¬ zeugt werden soll, wird die Vakuumröhre in die entsprechende Drehlage gebracht.
Derartige Kombi-Solarkollektoren haben sich bewährt, allerdings ist wegen der Anbringung des Photovoltaikelements an der Innenseite der Vakuumröhre eine spätere Änderung im Bereich der Pho- tovoltaik nicht möglich. Wenn z.B. eine Photovoltaik mit höherer Leistung eingesetzt werden soll, muss die gesamte Vakuumröhre getauscht werden.
Dieser Nachteil trifft auch auf den kombinierten Solarkollektor gemäß JP 57-192745 A zu. Bei diesem bekannten Solarkollektor ist eine äußere Doppelröhre aus Glas vorgesehen, wobei auf der Au¬ ßenseite der inneren Röhre das Photovoltaikelement angebracht ist. Diese innere Röhre wird von einer äußeren Röhre umschlos¬ sen, die jedenfalls lichtdurchlässig ist, und die beiden Röhren sind an den Stirnseiten dicht miteinander verbunden. Axial im Inneren dieser Doppelröhre ist ein Wärmerohr angeordnet, das mit Hilfe von stirnseitigen Gummistopfen in der Doppelröhre gehalten wird. Auch hier ist somit das Photovoltaikelement nach der Her¬ stellung der Doppelröhre nicht mehr zugänglich, so dass eine Änderung oder ein Tausch nicht mehr möglich ist.
Ähnliches gilt auch für den Hybrid-Sonnenkollektor gemäß der DE 43 23 270 AI, bei dem ein wannenförmiges Gehäuse vorliegt, des¬ sen obere Abdeckung durch eine Glasscheibe gebildet ist, an de¬ ren Innenseite ebene Photovoltaikelemente angebracht sind. Im Inneren der Wanne liegen Wärmerohre mit Absorbern vor. Das Innere des fest angeordneten Gehäuses ist evakuiert. Dieser bekannte Hybrid-Sonnenkollektor ist somit nicht nur relativ aufwendig in seiner Konstruktion, er weist auch aufgrund der festen Anordnung eine weniger effiziente Energieumwandlung, vor allem beim Aufheizen des Wärmemediums, auf.
Ein weiteres stationäres Kombi-Solarelement ist aus der DE 197 09 653 AI bekannt. Bei diesem Solarelement ist eine Anordnung von Wärmerohr einerseits und Photovoltaik andererseits in ge¬ trennten Räumen vorgesehen, wobei das Photovoltaikelement wie¬ derum eine ebene Ausbildung hat und in einem unteren Bereich der Konstruktion eingebaut ist, und zwar in Verbindung mit einem Kühlsystem; abgetrennt von diesem die Photovoltaik aufnehmenden Raum ist wie erwähnt der Raum, in dem das Wärmerohr angeordnet ist, wobei dieser Raum an seiner Oberseite durch einen Glas- Halbzylinder begrenzt ist; dieser Glas-Halbzylinder ist ebenso wie die Trennwand zwischen dem Inneren des Glas-Halbzylinders und dem das Photovoltaikelement aufnehmenden Raum lichtdurchläs¬ sig. Es ist ersichtlich, dass hier eine aufwendige Konstruktion gegeben ist, bei der aber nichtsdestoweniger keinerlei Maßnahmen vorgesehen sind, um eine effiziente Umwandlung der Sonnenenergie einerseits in elektrische Energie oder andererseits in Wärme¬ energie zu ermöglichen.
Die JP 02140556 A beschreibt eine Vorrichtung zur Energieumwand¬ lung aus Sonnenlicht mit einem evakuierten Glaszylinder, in dem ein Wärmerohr mit einem Wärmekollektor angeordnet ist. Auf einem Teil der Außenfläche des Zylinders ist ein Photovoltaikelement mit zwischen transparenten Elektroden angeordneten Siliziumschichten vorgesehen, wobei von dem einfallenden Licht nur ein Anteil mit relativ kurzer Wellenlänge in den Schichten absorbiert wird, während relativ langwelliges Licht durchgelassen und erst vom Wärmekollektor absorbiert wird.
Die US 2004/0055631 AI offenbart einen Hybrid-Sonnenkollektor, wobei ebene photovoltaische Zellen außen auf einer flachen Seite eines einseitig abgeflachten Vakuum-Rohrs angeordnet sind. Ein weiterer Kombinationskollektor ist in der DE 10 2008 056 116 AI gezeigt, wobei solarthermische Module nicht in einer Vakuumröh¬ re, sondern in einem rechteckigen, durch einen transparenten Träger dicht verschlossenen Gehäuse angeordnet sind. Photovol¬ taische Module sind ebenfalls im Inneren dieses Gehäuses ange¬ ordnet .
Die JP 58037449 A beschreibt einen Hybrid-Sonnenkollektor mit Vakuum-Glasröhren und darin angeordneten Wärmerohren mit Kollektor-Flügeln und mit Solarbatterien, welche zwischen reflektierenden Platten unterhalb der Vakuum-Glasröhren angeordnet sind. Eine drehbare Lagerung der Glasröhren ist auch hier nicht beschrieben .
Zu erwähnen ist noch, dass aus AT 506 129 AI gekrümmte Photovol- taik-Module sowie Verfahren zu deren Herstellung bekannt sind, wobei eine ebene kristalline Solarzelle zwischen Trägerschicht und Deckschicht eingeschlossen ist, um so ein Laminat zu bilden, das nachfolgend in die gewünschte Form gebogen wird, wobei die Solarzellen gebrochen werden, jedoch miteinander elektrisch verbunden bleiben.
Es ist nun Aufgabe der Erfindung, einen Kombi-Solarkollektor wie eingangs angegeben vorzuschlagen, der eine einfache Konstruktion aufweist, weiters eine effiziente Energieumwandlung erlaubt und überdies im Bedarfsfall gegebenenfalls auch die Vornahme von Än¬ derungen am Photovoltaikelement ermöglicht.
Zur Lösung dieser Aufgabe sieht die Erfindung einen Kombi-Solarkollektor wie eingangs angegeben vor, der dadurch gekennzeichnet ist, dass das Photovoltaikelement außerhalb der Vakuumröhre an- geordnet ist. Das Photovoltaikelement ist daher beispielsweise drehbar angeordnet.
Beim vorliegenden Kombi-Solarkollektor ist das Photovoltaikelement außerhalb der Drehzylinder-Vakuumröhre angeordnet, so dass es für die Vornahme von etwaigen Änderungen gut zugänglich ist. Das Photovoltaikelement kann wiederum ungefähr die Hälfte der Vakuumröhre abdecken, und bei Verdrehen des Photovoltaikele- ments, z.B. zusammen mit der Vakuumröhre, in eine entsprechende Position relativ zur Sonne kann somit die nicht abgedeckte Hälf¬ te der Vakuumröhre der Sonneneinstrahlung zugewendet werden, um so das Wärmemedium im Wärmerohr mit guten Wirkungsgrad zu erhit¬ zen; in einer anderen Drehposition ist das Photovoltaikelement zur Sonneneinstrahlung ausgerichtet, um mit möglichst hohem Wirkungsgrad elektrisch Strom zu erzeugen. Die Anordnung des Kombi- Solarkollektors mit der angesprochenen Verdrehmöglichkeit rela¬ tiv zu einer Unterkonstruktion kann dabei so wie in der WO
2011/153561 AI beschrieben vorgesehen werden, und im Hinblick auf die dort enthaltene Offenbarung kann sich eine neuerliche Beschreibung der Dreh-Anordnung ebenso wie der Mehrfachanordnung von einzelnen Vakuumröhren, wie dies in dem vorgenannten Dokument ebenfalls geoffenbart ist und auch für den vorliegenden Kombi-Solarkollektor mit Vorteil vorgesehen werden kann, erübrigen .
Das Photovoltaikelement kann einfach im Querschnitt kreisbogen¬ förmig um die drehbar gelagerte Vakuumröhre herum, einen Um- fangsbereich des selben freilassend, angeordnet sein. Dabei ist eine besonders kompakte Anordnung dann erzielbar, wenn das Pho¬ tovoltaikelement direkt an der Außenseite der Vakuumröhre ange¬ bracht ist. Das Photovoltaikelement kann hier durch ein
Dünnschichtmodul, etwa durch Aufdampfen, gebildet sein, es kann jedoch auch so wie in der vorerwähnten AT 506 129 AI beschrieben ausgebildet und z.B. aufgeklebt sein. Grundsätzlich ist aber selbstverständlich jedes Photovoltaikelement möglich.
Im Hinblick auf eine besondere Flexibilität im Fall von Änderun¬ gen am Photovoltaikelement ist es andererseits vielfach von Vor¬ teil, wenn das Photovoltaikelement im Abstand von der Außenseite der Vakuumröhre angeordnet ist. Das Photovoltaikelement kann überdies auch ebenflächig ausgebil- det sein, wobei dann entsprechende Verbindungselemente zur Hal- terung des Photovoltaikelements , z.B. an der Vakuumröhre, vorzusehen sind.
Das Photovoltaikelement kann ferner auch lichtdurchlässig ausge¬ bildet sein, um so Sonnenenergie gleichzeitig in elektrische Energie sowie in thermische Energie umwandeln zu können.
Eine weitere vorteilhafte Aus führungs form zeichnet sich dadurch aus, dass das Photovoltaikelement parabolspiegelartig ausgebil¬ det ist. Anstatt einer parabolspiegelartigen Ausbildung ist es andererseits auch denkbar, das Photovoltaikelement in einem Pa¬ rabolspiegel zu integrieren. Das in dem Parabolspiegel inter- grierte Photovoltaikelement kann dabei mit Vorteil auch, im Hinblick auf die einfachere Herstellung, ebenflächig sein.
Wie bereits vorstehend erwähnt ist beim vorliegenden Kombi-So- larkollektor mit Vorteil vorgesehen, dass das Photovoltaikele- ment mit der drehbar gelagerten Vakuumröhre über zumindest ein Befestigungselement, das einen Umfangsbereich der Vakuumröhre freilässt, verbunden ist.
Dabei ist es möglich, das Photovoltaikelement einfach über mehr oder wenige kurze Distanzelemente an die Außenseite der Vakuum¬ röhre anzuschließen; diese Distanzelemente können beispielsweise an der Außenseite der Vakuumröhre (ggfs. lösbar) angeklebt wer¬ den .
Eine andere vorteilhafte Möglichkeit der Befestigung des Photo¬ voltaikelements an der Vakuumröhre wird erzielt, wenn das Photo¬ voltaikelement an der Stirnseite der Vakuumröhre über Halter- Befestigungselemente angeschlossen ist.
Ferner ist es vielfach von Vorteil, wenn das Photovoltaikelement über zumindest eine Klammer mit bogenförmigen, elastisch auslenkbaren Schenkeln als Befestigungselement auf die Vakuumröhre aufgeschnappt ist. Das Photovoltaikelement muss nicht zwangsläufig an der Vakuum¬ röhre befestigt werden, es kann vielmehr auch als eigener Bauteil unabhängig von der Vakuumröhre angebracht werden, etwa an einer Unterkonstruktion bzw. an darauf angebrachten Lagerteilen oder Lagerkonsolen. Dies gilt auch, wenn das Photovoltaikelement wie vorstehend erwähnt in einen Parabolspiegel integriert bzw. mit einem Parabolspiegel kombiniert ist. Das Photovoltaikelement wird bei diesen Aus führungs formen demgemäß unabhängig von der Vakuumröhre vergleichbar einem Sonnenschirm vor die Vakuumröhre oder in eine Position seitlich dieser Vakuumröhre bzw. in eine Position unterhalb der Vakuumröhre bewegt. Von besonderem Vorteil ist es jedenfalls, wenn das Photovoltaikelement an einer von der Vakuumröhre gesonderten Lagerkonsole drehbar gelagert ist.
Die Erfindung wird nachstehend anhand von in der Zeichnung dargestellten bevorzugten Ausführungsbeispielen, auf die sie jedoch nicht beschränkt sein soll, noch weiter erläutert. Es zeigen:
Fig. 1A in einem schematischen Schnitt zwei Kombi-Solarkollekto¬ ren einer Solarkollektoranordnung mit einer Unterkonstruktion, in einer Drehstellung mit zur Sonneneinstrahlung gewandten Photovoltaikelementen;
Fig. 1B diese Anordnung von Kombi-Solarkollektoren gemäß Fig. 1A, nun jedoch in einer um 180° verdrehten Position der Glaszylinder-Vakuumröhren, um die Sonneneinstrahlung voll auf das Wärmerohr einwirken zu lassen; und die Fig. 2A, 2B bis 10A, 10B in entsprechenden Darstellungen acht weitere Ausführungsbeispiele des vorliegenden Kombi-Solar¬ kollektors in jeweils einer Mehrfachanordnung, wobei jeweils zwei Vakuumröhren oberhalb einer Unterkonstruktion gezeigt sind.
In Fig. 1 (Fig. 1A und 1B) ist eine Anordnung mit Kombi-Solarkollektoren veranschaulicht, wobei jeder Kombi-Solarkollektor eine transparente, drehbar gelagerte Glaszylinder-Vakuumröhre 1 aufweist. Im Inneren dieser Vakuumröhre 1 befindet sich ein Ab¬ sorberblech 2 mit einem damit verbundenen, von einem Fluid durchströmbaren Wärmerohr 3. Die Drehlagerung der Vakuumröhren 1 ist in Fig. 1A mit Doppelpfeilen 5 angedeutet. Im übrigen können diese Drehlagerung und der Drehantrieb wie in der WO 2011/153561 AI beschrieben realisiert sein, so dass sich hier eine weitere Beschreibung erübrigen kann. Die Drehung kann händisch, thermisch oder elektrisch erfolgen .
An der Außenseite jeder Vakuumröhre 1 ist ein Photovoltaikele- ment 4, z.B. mittels eines Dünnschichtverfahrens, in Dünn¬ schichtmodul-Bauweise, aufgebracht. Damit ist für die Anbringung des Photovoltaikelements 4 kein zusätzliches Bauelement erfor¬ derlich; die Aufbringung kann insbesondere mittels Aufdampfen auf der Außenseite der Vakuumröhre 1, die aus Glas besteht, er¬ folgen. Ein solches Photovoltaikelement 4 erreicht auch einen guten Wirkungsgrad bei diffusem Licht.
In der Zeichnung ist weiters für die beispielhaft gezeigten zwei Vakuumröhren 1 ein Teil einer Unterkonstruktion 6 schematisch veranschaulicht. Weiters ist auch schematisch die Sonnenein¬ strahlung 7 angedeutet.
In Fig. 1A (und in entsprechender Weise in den Fig. 2A bis 10A) ist ene Drehposition der Kombi-Solarkollektoren veranschaulicht, in der das jeweilige Photovoltaikelement 4 der Sonne (s. Sonneneinstrahlung 7) zugewandt ist. Der von den Photovoltaik- elementen 4 freigelassene Bereich ist der Unterkonstruktion 6 zugewandt .
Demgegenüber ist in Fig. 1B (und ebenso in den Fig. 2B bis 10B) jene Drehstellung der Vakuumröhren 1 gezeigt, in der das Photovoltaikelement 4 auf der Seite der Unterkonstruktion 6 vorliegt, wogegen der vom Photovoltaikelement 4 freigelassene Umfangsbe- reich der Vakuumröhre 1 der Sonneneinstrahlung 7 zugewandt ist, so dass in dieser Drehposition die Solarenergie mit hohem Wirkungsgrad in thermische Energie, zur Erwärmung des im Betrieb durch das Wärmerohr 3 strömenden Wärmefluids, umgewandelt wird. Hingegen wird in der Position gemäß Fig. 1A die Solarenergie mit Hilfe der Photovoltaikelemente 4 in elektrische Energie, wie an sich bekannt, mit optimalem Wirkungsgrad umgewandelt. Selbstverständlich können zwischen den beiden in Fig. 1A bzw. 1 etc. gezeigten Extrempositionen auch Zwischen-Drehstellungen eingestellt werden, in denen je nach schrägem Einfall der Sonnenstrahlung 7 entweder das Photovoltaikelement 4 oder der von diesem freigelassenen Umfangsbereich der schrägen Sonneneinstrahlung ausgesetzt wird. Diesbezüglich kann auch auf die Ausführungen in der vorgenannten WO 2011/153561 AI verwiesen werden .
Bei den Aus führungs formen gemäß Fig. 2 bis 10 (genauer gemäß Fig. 2A, 2B bis Fig. 10A, 10B) ist die Vakuumröhre 1 mit dem Ab¬ sorberblech 2 und dem Wärmerohr 3 sowie der Unterkonstruktion 6 jeweils gleich wie in Fig. 1 ausgebildet, so dass sich eine Wie¬ derholung der Beschreibung dieser Komponenten bei den einzelnen Zeichnungsfiguren erübrigen kann. Diese Aus führungs formen gemäß Fig. 2 bis 10 unterscheiden sich nur hinsichtlich der Anordnung der Photovoltaikelemente 4 von der Aus führungs form gemäß Fig. 1, wie nachstehend näher erläutert wird.
Im Einzelnen ist gemäß Fig. 2A, 2B (nachstehend kurz Fig. 2) ein im Querschnitt ebenfalls kreisbogenförmiges Photovoltaikelement 4 an der Außenseite jeder Vakuumröhre 1 angeordnet; allerdings ist gemäß Fig. 2 ein Abstand zwischen dem Photovoltaikelement 4 und der Außenseite der Vakuumröhre 1 vorgesehen, wobei gesonder¬ te Befestigungselemente 8, hier in Form von über den Umfang und die Länge der Vakuumröhre 1 verteilten Distanzelementen 9, vorgesehen sind. Diese Befestigungselemente 8 bzw. Distanzelemente 9 können beispielsweise mittels eines lösbaren Klebers an der Außenseite der Vakuumröhren 1 angebracht sein.
Die kreisbogenförmig gekrümmten Photovoltaikelemente 4 gemäß Fig. 1 ebenso wie gemäß Fig. 2 können, abgesehen von der vorstehend erwähnten Ausbildung als Dünnschichtmodul, auch in der Art wie in AT 506 129 AI erläutert ausgebildet sein.
In den Fig. 3 und 4 (konkret wiederum Fig. 3A, 3B bzw. 4A , 4B) sind ebenflächige Photovoltaikelemente 4 vorgesehen, welche mit Befestigungselementen 8, hier in Form von einzelnen, in Abständen längs der Röhre (1) angeordneten, elastisch auslenkbaren Klammern 10, die mit ihren Schenkeln 11, 12 die Vakuumröhre 1 in einer Art Schnappverbindung über etwas mehr als den halben Um- fangsbereich umfassen, an der Vakuumröhre 1 lösbar befestigt sind .
In der Aus führungs form gemäß Fig. 3 ist die Breite der Photovol- taikelemente 4 ungefähr gleich dem Durchmesser der Vakuumröhren 1. Demgegenüber ist in der Aus führungs form gemäß Fig. 4 eine wesentlich größere Breite der Photovoltaikelemente 4 vorgesehen, so dass die Photovoltaikelemente 4 an nebeneinander angeordneten Vakuumröhren 1 annähernd eine durchgehende Ebene bilden, die in der Drehposition gemäß Fig. 4A eine besonders große Ausbeute an elektrischer Energie bei der Umwandlung der Solarenergie ermög¬ licht .
Nichtsdestoweniger ist in der Position gemäß Fig. 4B eine optimale Bestrahlung des Absorberblechs 2 sowie des Wärmerohrs 3, zur Erwärmung des durch das Wärmerohr 3 strömenden Fluids, möglich.
Gemäß Fig. 5 ist das Photovoltaikelement 4 in der Art eines Pa¬ rabolspiegels 13 ausgebildet, um so in der Drehposition gemäß Fig. 5B, wenn die Solarenergie in thermische Energie umgewandelt wird, durch Reflexion an der konkaven Seite eine zusätzliche Einstrahlung 7' in das Innere der Vakuumröhre 1, zur Erwärmung des Absorberblechs 2 und des Wärmerohrs 3, zu ermöglichen. Auf der konvexen Seite der Photovoltaikelemente 4, s. Fig. 5A, er¬ folgt dagegen die effiziente Umwandlung der Solarenergie in elektrische Energie.
Weiters ist beim Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 5 eine Halterung der parabolspiegelartigen Photovoltaikelemente 4 an den jeweiligen Vakuumröhren 1 mit Hilfe von stirnseitigen Halter-Befestigungselementen 8, beispielsweise in Form von allgemein
kreissektorförmigen plattenförmigen Haltern 14, vorgesehen. Diese Befestigungselemente 8 sind der Einfachheit halber in Fig. 5B weggelassen worden.
Ähnliche plattenförmige stirnseitige Halter 14 verbinden auch im Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 6 die jeweilige Vakuumröhre 1 mit einem Parabolspiegel 13'. Diese Parabolspiegel 13' sind in der Aus führungs form gemäß Fig. 6 gesondert von ebenflächigen Photo- voltaikelementen 4 gebildet; jedoch sind diese ebenflächigen Photovoltaikelemente 4 in den jeweiligen Parabolspiegel 13' in¬ tegriert, d.h. sie bilden mit dem Parabolspiegel 13' zusammen eine (bauliche) Einheit, wie aus der Darstellung in Fig. 6 un¬ mittelbar ersichtlich ist.
In Fig. 7 ist eine Aus führungs form des vorliegenden Kombi-Solarkollektors, mit einer Vakuumröhre 1 wie beschrieben, gezeigt, wobei nunmehr jeweils zwei ebene Photovoltaikelemente 4 an der Vakuumröhre 1 - an sich ähnlich wie bei der Aus führungs form gemäß Fig. 1 - direkt - in einer winkeligen Anordnung - angebracht sind. Als Beispiel für die Befestigung an den Vakuumröhren 1 sind in Fig. 7A Klebepunkte 15 schematisch angedeutet.
Im Übrigen entspricht diese Aus führungs form wiederum den vorhergehend beschriebenen Ausführungsformen, so dass sich eine genauere Erläuterung erübrigen kann.
Fig. 8 zeigt ausgehend von der Ausführungform gemäß Fig. 7 eine Abwandlung insofern, als nunmehr die jeweils zwei Photovoltaikelemente 4, die wiederum, ähnlich wie in Fig. 7, dachförmig angeordnet sind, mit Abstand - und zwar über Befestigungselemente 8, etwa in Form von Distanzelementen ähnlich den Distanzelementen 9 in Fig. 2 - an der Vakuumröhre 1 befestigt sind. Auch hier können die Befestigungselemente 8 bzw. Distanzelemente 9 an der Außenseite der Vakuumröhre 1 beispielsweise durch Ankleben etc. befestigt sein.
In Fig. 9 ist in Weiterbildung der Aus führungs formen gemäß Fig. 7 und 8 eine Variante mit einem 5-teiligen polygonalen Photovol- taikelement 4 gezeigt, welches beispielsweise über stirnseitige plattenförmige Halter 14', ähnlich wie bei der Aus führungs form gemäß Fig. 5, als Befestigungselemente 8 mit der Stirnseite der Vakuumröhre 1 verbunden ist.
Schließlich ist in Fig. 10 eine Aus führungs form gezeigt, bei der jeweils zwei Photovoltaikelemente 4, z.B. in einer der Fig. 8 verlgeichbaren dachförmigen Anordnung, mit Abstand von der Vakuumröhre 1, vorgesehen sind. Im Unterschied zu den bisherigen Aus führungs formen ist jedoch beim Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 10 die Anordnung der Photovoltaikelemente 4 (es könnte selbst¬ verständlich auch nur ein einzelnes derartiges Photovoltaikele- ment 4, etwa wie in den Fig. 1-6 gezeigt, oder ein polygonales Photovoltaikelement , wie in Fig. 9, vorhanden sein) unabhängig von der Vakuumröhre 1 vorgesehen, wobei die Photovoltaikelemente 4 über eine Lagerkonstruktion 16, insbesondere in der Art von Lagerkonsolen 16, an der Unterkonstruktion 6 angebracht sind. Diese Lagerkonsolen 16 sind in Fig. 10A gezeigt, in Fig. 10B jedoch der Einfachheit halber weggelassen. Die Lagerkonsolen 16 sind außerhalb der Vakuumröhre 1 im Bereich von deren Stirnsei¬ ten angeordnet, und an ihnen ist jedes Photovoltaikelement 4 mit Hilfe von Haltern oder Befestigungselementen 8, z.B. ähnlich den plattenförmigen Haltern 14 in Fig. 5 und 6, gelagert. Die Vakuumröhren 1 können in diesem Ausführungsbeispiel auch stationär angeordnet sein, sind jedoch wiederum drehbar - z.B. ebenfalls an den Lagerkonstruktionen 16 - angebracht. Das oder die Photovoltaikelemente 4 können ähnlich einem Sonnenschirm um die stationäre Vakuumröhre 1 herum verschwenkt werden, etwa in eine seitliche Position oder aber in die untere Position gemäß Fig. 10B, wobei dann beispielsweise die verspiegelten Rückseiten der Photovoltaikelemente 4 als Reflektoren zusätzlich Sonnenlicht, gemäß den Pfeilen 7', in das Innere der Vakuumröhre 1 reflektie¬ ren .
Die Erfindung wurde vorstehend anhand von besonders bevorzugten Ausführungsbeispielen im Detail erläutert. Selbstverständlich sind aber auch weitere Abwandlungen und Modifikationen denkbar, ohne den Rahmen der Erfindung, wie er in den Ansprüchen definiert ist, zu verlassen. So ist es beispielsweise denkbar, in den verschiedenen Ausführungsformen, z.B. gemäß Fig. 1 oder 2 usw., aber auch Fig. 7 etc., auch transparente, d.h. lichtdurchlässige, Photovoltaikelemente 4 zu verwenden. Ferner können bei den mit Abstand von der Außenseite der Vakuumröhren 1 angeordne¬ ten Photovoltaikelementen 4, s. Fig. 2, stirnseitige plattenför- mige Halter 14 vorgesehen sein, ebenso wie auch bei der
Aus führungs form gemäß Fig. 3. Weiters ist es denkbar, z.B. beim Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 2 oder 8 anstatt der mehr oder weniger punktuellen Distanzelemente 9 streifenförmige, insbeson¬ dere achsparallele, Distanzelemente 9 vorzusehen; gegebenenfalls können jedoch auch sich in Umfangsrichtung erstreckende bogenförmige Distanzelemente 9 zur Befestigung der Photovoltaikele- mente 4 an den Außenseiten der Vakuumröhren 1, mit Abstand zu dieser, vorgesehen werden.

Claims

Patentansprüche :
1. Kombi-Solarkollektor mit einer drehbar gelagerten Glaszylinder-Vakuumröhre (1), in deren Innenraum ein Absorberblech (2) mit wenigstens einem daran angebrachten, von einem Fluid durchströmbaren Wärmerohr (3) angeordnet ist, und mit wenigstens ei¬ nem der Vakuumröhre (1) zugeordneten Photovoltaikelement (4), dadurch gekennzeichnet, dass das Photovoltaikelement (4) außer¬ halb der Vakuumröhre (1) angeordnet ist.
2. Kombi-Solarkollektor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Photovoltaikelement (4) im Querschnitt kreisbogenförmig um die drehbar gelagerte Vakuumröhre (1) herum, einen Umfangsbe- reich derselben freilassend, angeordnet ist.
3. Kombi-Solarkollektor nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Photovoltaikelement (4) direkt an der Außenseite der Vakuumröhre (1) angebracht ist.
4. Kombi-Solarkollektor nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Photovoltaikelement (4) durch ein Dünnschichtmodul ge¬ bildet ist.
5. Kombi-Solarkollektor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Photovoltaikelement (4) ebenflächig ausgebildet ist.
6. Kombi-Solarkollektor nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Photovoltaikelement (4) im Abstand von der Außenseite der Vakuumröhre (1) angeordnet ist.
7. Kombi-Solarkollektor nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Photovoltaikelement (4) licht¬ durchlässig ausgebildet ist.
8. Kombi-Solarkollektor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Photovoltaikelement (4) parabolspiegelartig ausgebildet ist .
9. Kombi-Solarkollektor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Photovoltaikelement (4) in einen Parabolspiegel (13') integriert ist.
10. Kombi-Solarkollektor nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass das in den Parabolspiegel (13') integrierte Photovol- taikelement (4) ebenflächig ist.
11. Kombi-Solarkollektor nach einem der Ansprüche 1, 2 oder 5 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass das Photovoltaikelement (4) mit der drehbar gelagerten Vakuumröhre (1) über zumindest ein Befestigungselement (8), das einen Umfangsbereich der Vakuumröhre (1) freilässt, verbunden ist.
12. Kombi-Solarkollektor nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass das Photovoltaikelement (4) über Distanzelemente (9) an die Außenseite der Vakuumröhre (1) angeschlossen ist.
13. Kombi-Solarkollektor nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass das Photovoltaikelement (4) an der Stirnseite der Va¬ kuumröhre (1) über Halter-Befestigungselemente (14)
angeschlossen ist.
14. Kombi-Solarkollektor nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass das Photovoltaikelement (4) über zumindest eine Klam¬ mer (10) mit bogenförmigen, elastisch auslenkbaren Schenkeln
(11, 12) als Befestigungselement (8) auf die Vakuumröhre (1) aufgeschnappt ist.
15. Kombi-Solarkollektor nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass das Photovoltaikelement (4) an einer von der Vakuumröhre (1) gesonderten Lagerkonsole (16) drehbar gelagert ist.
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