DE102004043205A1

DE102004043205A1 - Fotovoltaik-Element

Info

Publication number: DE102004043205A1
Application number: DE102004043205A
Authority: DE
Original assignee: Georg Fischer AG; BETTRICH JOSEF
Current assignee: Georg Fischer AG; BETTRICH JOSEF
Priority date: 2004-09-03
Filing date: 2004-09-03
Publication date: 2006-03-09

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Fotovoltaik-Element mit wenigstens einer Fotozelle zur Erzeugung von elektrischem Strom, die vorzugsweise in einem Gehäuse flächig derart angeordnet ist, dass durch Lichteinwirkung Strom erzeugt wird. DOLLAR A Die Erfindung zeichnet sich dadurch aus, dass eine Temperaturregelung an bzw. in dem Fotovoltaik-Element vorgesehen ist.

Description

Die Erfindung betrifft ein Fotovoltaik-Element mit wenigstens einer Fotozelle zur Erzeugung von elektrischem Strom, die vorzugsweise in einem Gehäuse flächig derart angeordnet ist, dass durch Lichteinwirkung Strom erzeugt wird.

Derartige Fotovoltaik-Elemente sind bekannt. Sie dienen dazu, den Energiebedarf aus natürlichen Ressourcen zu decken. Dazu sind in derartigen Fotovoltaik-Elementen Fotozellen angordnet, die aufgrund der Lichteinwirkung elektrischen Strom erzeugen.

Dieser elektrische Strom wird dann von dieser Anlage in das öffentliche Netz eingespeist bzw. am Erzeugungsort sofort vom Verbraucher verbraucht. Derartige Fotovoltaik-Anlagen werden beispielsweise auf Dächern größerer Gebäude, aber auch auf Dächern von Einfamilienhäusern angeordnet. Dazu werden sie in der Regel auf der Südseite bzw. auf der Seite des Daches montiert, wo die meiste Sonnenstrahlung zu erwarten ist. Es ist weiterhin bekannt, derartige Anlagen auf Gestellen am Boden zu montieren, wenn ausreichend Platz dazu vorhanden ist. Selbstverständlich werden mit derartigen Fotovoltaik-Anlagen auch Dächer von Nutzungsgebäuden, wie beispielsweise Industriehallen oder aber Gebäude in der Landwirtschaft, wie beispielsweise Rinder- oder Schweinzuchtanlagen ausgestattet. Der Wirkungsgrad derartiger Anlagen ist dann am besten, wenn die Aussentemperaturen nicht zu hoch, aber auch nicht zu niedrig sind. In Gegenden mit hoher Sonneneinstrahlung kommt es vor, dass sich die Fotovoltaik-Anlagen derart erhitzen, dass der Wirkungsgrad der Anlage gegen 0 geht, das heisst, es wird weniger Strom erzeugt, je höher die Temperatur der Anlage ist.

Insbesondere in südlichen Ländern, beispielsweise Spanien oder noch weiter südlicher in Afrika, ist die Sonneneinstrahlung über den Verlauf eines Tages derart hoch, dass die Temperaturen der Fotovoltaik-Anlagen leicht eine Temperatur von 70° Grad Celsius oder höher erreichen. Dann weisen die Fotovoltaik-Anlagen einen Wirkungsgrad auf, der gegen 0 geht. Umgekehrt ist es in Ländern, die weiter ab vom Äquator liegen, insbesondere in den nördlichen Staaten, häufig so, dass aufgrund sehr niedriger Aussentemperaturen die Fotovoltaik-Anlage ebenfalls nur geringe Stromabgaben aufweist. Insbesondere dann, wenn durch Schneefall die Fotovoltaik-Anlage mit Schnee bedeckt ist, werden ebenfalls äußerst unzureichende Energieerzeugungswerte erreicht.

Ausgehend von dem oben dargestellten Stand der Technik ist es Aufgabe der Erfindung, ein Fotovoltaik-Element anzugeben, das eine Erhöhung des Wirkungsgrades bei der Stromerzeugung durch das Fotovoltaik-Element insgesamt ermöglicht.

Die Erfindung geht von dem dargestellten Stand der Technik aus und schlägt zur Lösung der Aufgabe ein Fotovoltaik-Element mit wenigstens einer Fotozelle zur Erzeugung von elektrischem Strom vor, die vorzugsweise in einem Gehäuse flächig derart angeordnet ist, dass durch Lichteinwirkung Strom erzeugt wird, das sich dadurch auszeichnet, dass eine Temperaturregelung an bzw. in dem Fotovoltaik-Element vorgesehen ist.

So ist es beispielsweise in Zeiten, an denen sich das Fotovoltaik-Element stark erhitzt, vorgesehen, das Element zu kühlen. In Zeiten, in denen die Außentemperaturen sehr niedrig sind, insbesondere in den Wintermontaten, ist es nach der Erfindung vorgesehen, das Fotovoltaik-Element dann zu beheizen. Erfindungsgemäß wurde gefunden, dass Fotovoltaik-Anlagen bzw. -Elemente dann am besten arbeiten, wenn eine im wesentlichen konstante Temperatur vorliegt. Das heißt, je geringer die Abweichung von einer optimalen Temperatur, umso höher ist der Wirkungsgrad des Fotovoltaik-Elementes. So wurde beispielsweise gefunden, dass im Winter in nördlichen Breitenkreisen an klaren Wintertagen mit guter Sonneneinstrahlung wesentlich höhere Energieabgabewerte zu verzeichnen waren, als im Sommer bei wesentlich höheren Außentemperaturen. Das Problem liegt darin, dass die Fotozellen bei erhöhter Außentemperatur und bei sehr intensiver Sonneneinstrahlung derart stark erhitzt werden, dass diese Erhitzung der Fotozellen zu einem immer schlechteren Wirkungsgrad führt, je höher die Temperatur der Fotozelle wird. Hält man aber die Temperatur auf einem im wesentlichen gleichbleibenden Wert, so erreicht man über die Dauer der Lichteinstrahlung eine wesentlich höhere Effezienz der gesamten Anlage. Demzufolge wurde nachgewiesen, dass sehr gute Energieabgabewerte beispielsweise bei Temperaturen von +25° Grad Celsius erreicht werden konnten. Somit ist es klar, dass man durch eine Temperaturregelung an bzw. in dem Fotovoltaik-Element dem aus dem Stand der Technik bekannten Problem begegnen kann. Beispielsweise kann man mittels einer entsprechenden Temperaturregelung im Sommer dafür sorgen, dass die Anlagen gekühlt werden und im Winter in umgekehrter Weise eben für eine Beheizung der Fotovoltaik-Elemente derart, dass die Temperatur bei einem optimalen Wert für die Stromerzeugung bleibt.

Eine Weiterbildung der Erfindung schlägt demnach vor, dass die Temperaturregelung eine Kühlung oder eine Beheizung des Fotovoltaik-Elementes bewirkt, derart, dass eine im wesentlichen gleichbleibende Temperatur erhalten wird.

Zur Temperaturregelung wird dazu eine im wesentlichen bekannte Steuerung vorgesehen. Eine Weiterbildung der Erfindung schlägt weiterhin vor, dass die Temperaturregelung einen Temperatursensor aufweist. Der Temperatursensor ist dazu bevorzugt an bzw. in der Nähe der Fotozelle angeordnet.

Da die Fotovoltaik-Anlagen derart gestaltet sind, dass sie bevorzugt in einem bestimmten Winkel zu der einfallenden Sonnenstrahlung aufgestellt sind, ist es bevorzugt, wenn entsprechend einer Weiterbildung der Erfindung die Temperatrurregelung in Einbaurichtung unterhalb der Fotozellen vorgesehen ist.

Für die Temperaturregelung bietet sich dazu eine Reihe technischer Möglichkeiten an. So ist es beispielsweise entsprechend einer Variante der Erfindung vorgesehen, dass zur Temperaturregelung ein gasförmiges oder flüssiges Medium eingesetzt wird. Das Medium ist beispielsweise durch Luft oder Wasser angegeben. Kühlt man oder heizt man das Fotovoltaik-Element mit Luft, ist es beispielsweise von Vorteil, wenn dazu eine Ventilation vorgesehen ist, die für einen ausreichenden Austausch des an dem Fotovoltaik-Element vorbeistreichenden Mediums sorgt. Ist als Medium Wasser vorgesehen, dann ist selbstverständlich dazu ein entsprechender Behälter bzw. ein geschlossener Kreislauf vorzusehen. Hierzu kann es erforderlich sein, entsprechende Umwälzpumpen vorzusehen. Es ist aber ebenso möglich, den Wasserkreislauf an einem vorhandenen Heiz- bzw. Kühlkreislauf des Gebäudes oder der Anlage anzuschliessen.

Eine sehr wirkungsvolle Maßnahme zur Temperaturregelung ist entsprechend einer bevorzugten Weiterbildung der Erfindung dadurch angegeben, dass die Vergrößerung der Oberfläche des Gehäuses des Fotovoltaik-Elementes oder der Fotozelle selbst vorgesehen ist. Die Vergrößerung der Oberfläche des Gehäuses bzw. der Fotozelle wird dabei selbstverständlich bevorzugt an der der Lichteinstrahlung abgewandten Seite der Fotozelle angeordnet.

Die Vergrößerung der Oberfäche läßt sich erfindungsgemäß in einfacher Weise durch Lamellen, Rippen oder dergleichen erreichen, die bevorzugt an der Unterseite des Gehäuses des Fotovoltaik-Elementes bzw. an der Unterseite der Fotozelle selbst angeordnet sind. Mit Hilfe von Lamellen oder Rippen lässt sich dabei die Kühl- oder Heizfläche um ein Vielfaches vergrößern. Dadurch ist ein wesentlich günstigerer Wärmeaustausch zwischen Fotozelle und dem Medium, welches zur Kühlung bzw. zur Heizung vorgesehen ist, gegeben. Die Lamellen bzw. Rippen oder dergleichen können dabei entsprechend einer bevorzugten Variante der Erfindung in einem Gehäuse bzw. in dem Gehäuse für den Medienkreislauf zur Kühlung bzw. Heizung angeordnet sein.

Eine Weiterbildung der Erfindung ist dadurch angegeben, dass die Lamellen bzw. Rippen aus einem hochwärmeleitfähigen Material gebildet sind. Hierzu sind verschiedene Materialien bekannt. Die Erfindung ist hierbei nicht auf ein einziges Material eingeschränkt, so dass die Spezifizierung lediglich mit einem hochwärmeleitfähigen Material getroffen wird.

Ein weiterer Aspekt der Erfindung ist dadurch angegeben, dass zwischen der Fotozelle und den Lamellen bzw. Rippen ein Kühlkörper angeordnet ist. Der Kühlkörper kann dabei ebenfalls aus einem hochwärmeleitfähigen Material ausgebildet sein. Er kann dabei sowohl als Hohlkörper, als auch als Vollmaterialkörper vorgesehen sein.

Bevorzugt ist es entsprechend einer Variante der Erfindung, wenn der Kühlkörper als Hohlkörper ausgebildet ist, der mit dem Medium (Luft oder Wasser) beaufschlagbar ist. Dadurch wird eine sehr geringe Temperaturschwankung für die Fotoelemente gewährleistet, was zu der erhöhten Effezienz des Fotovoltaik-Elementes führt.

Der Kühlkörper ist entsprechend einer weiteren Ausfürhungsform der Erfindung Bestandteil des Gehäuses.

Dabei ist es günstig, wenn der Temperatursensor in bzw. an dem Gehäuse oder in bzw. an dem Kühlkörper angeordnet ist. Damit lassen sich Temperaturschwankungen sehr schnell ausgleichen. Die Lamellen bzw. Rippen sind zur Temperaturaufnahme bzw. zur Temperaturabgabe derart in dem Gehäuse angeordnet, dass das Medium beim Vorbeiströmen Wärme aufnimmt bzw. abgibt. Dabei kann eine Ausführungsform mit winklig zur Durchströmungsordnung angeordneten Lamellen bzw. Rippen ebenso nach der Erfindung vorgesehen sein, wie eine schräge bzw. querliegende Anordnung der Lamellen bzw. Rippen zur Strömungsrichtung der Medien.

Eine Ausführungsform mit einem zum Beispiel im Gegenstrom arbeitenden Wärmetauscher ist erfindungsgemäß ebenfalls vorgesehen.

Ein weiteres Fotovoltaik-Element nach der Erfindung zeichnet sich dadurch aus, dass das Medium an bzw. in dem Gehäuse, vorzugsweise in einem geschlossenen behälterartig ausgebildeten Gehäuse geführt ist bzw. durch dieses bewegt wird.

Dabei wurde gefunden, dass es von Vorteil ist, wenn zur Führung bzw. Bewegung des Mediums Aggregate wie Pumpen, Ventilatoren, Lüfter oder dergleichen, vorgesehen sind. Dadurch lässt sich der Wärme- bzw. Kühlvorgang wesentlich günstiger gestalten.

Die Erfindung umfasst auch ein Fotovoltaik-Element, wie zuvor beschrieben, das sich dadurch auszeichnet, dass das Gehäuse derart ausgebildet ist, dass sich das Medium aufgrund der Erwärmung bzw. der Abkühlung von selbst im Körper bewegt. Insbesondere bei Anschluß an einen vorhandenen Kühl- bzw. Wärmekreislauf kann eine solche Ausführungsform von Vorteil sein. Der Aufwand hierfür ist dabei etwas geringer, als wenn man zur Bewegung der Medien entsprechende Aggregate, wie zuvor beschrieben, benötigt.

Eine Weiterbildung der Erfindung ist dadurch angegeben, dass ein geschlossenes System, insbesondere ein Umlaufsystem für das Medium vorgesehen ist bzw. das Fotovoltaik-Element an ein Umlaufsystem anschließbar bzw. ankoppelbar ausgebildet ist. Damit lässt sich ein noch günstigerer Kühl-/Wärmekreislauf realisieren. Insbesondere die Einbindung in einen vorhandenen Kreislauf bietet die Möglichkeit, beispielsweise Heiz- oder Kühlkreisläufe, Wärmeschichtspeicher oder dergleichen, mit zu nutzen.

Eine Weiterbildung der Erfindung sieht demnach vor, dass das Umlaufsystem ein vorhandenes Heizungssystem, eine thermische Solaranlage oder ein Kühlkreislauf, vorzugsweise mit einem integrierten Wärmespeicher ist. Der Wärmespeicher kann dabei selbstverständlich auch als Wärmeschichtspeicher ausgebildet sein.

Ein weiterer Aspekt ist dadurch angegeben, dass ein Fotovoltaik-Element zur Verfügung gestellt wird, das sich durch einen modularen Aufbau auszeichnet. Mittels des modularen Aufbaus ist es gegeben, dass man verschiedene Fotovoltaik-Elemente zu einer grösseren Fotovoltaik-Anlage koppeln kann. In gleicher Weise bietet der modulare Aufbau die Möglichkeit der Komplettiereung vorhandener modularer Anlagen. Der modulare Aufbau bietet weiterhin die Möglichkeit, ein System zur Verfügung zu stellen, das auch als Ergänzungs- bzw. Komplettierungssystem vorhandener bereits montierter Fotovoltaik-Anlagen dienen kann. Der modulare Aufbau ist dabei derart vorgesehen, dass beispielsweise auch Bestandteile des Fotovoltaik-Elementes untereinander koppelbar sind. So ist es beispielsweise entsprechend einer Variante vorgesehen, das Fotoelement bzw. dessen Gehäuse mit einem Kühl- bzw. Heizelement zu koppeln. Die einzelnen Fotovoltaik-Elemente bzw. Heiz- oder Kühlelemente sind dann auch untereinander verbindbar. Dies ist in einfacher Weise durch Schnellkupplungen zu erreichen. Die elektrischen Verbindungen werden dabei mit entsprechenden Stecksystemen gewährleistet.

Eine Weiterbildung des zuvor beschriebenen Fotovoltaik-Elementes zeichnet sich demnach dadurch aus, dass Schnellkupplungen zur An- bzw. Abkopplung an das Umlaufsystem bzw. zur Kopplung der Elemente untereinander vorgesehen sind.

Weiterhin sind erfindungsgemäß auch Mittel zur Befestigung an bzw. auf einer Unterkonstruktion vorgesehen. Dabei ist es von Vorteil, wenn die Mittel zur Befestigung durch lösbar feste Verbindungsmöglichkeiten angegeben sind. Dabei haben sich insbesondere Clips- oder Klicksysteme als vorteilhaft erwiesen. Ein spezieller Effekt wird dabei zusätzlich erreicht, indem derartige Fotovoltaik-Elemente zu einer Fotovoltaik-Anlage in sehr kurzer Zeit an den vorgesehenen Standorten montierbar sind. Die Einsparungen bei der Montagezeit sind dabei nicht unerheblich. Des weiteren ist es günstig, dass mit Hilfe von lösbarfesten Verbindungen im Falle eines notwendigen Wechsels des Standortes der Fotovoltaik-Anlage diese sehr einfach demontiert und an neuer Stelle wieder montiert werden kann. Dies hat den Vorteil, dass beispielsweise ein Besitzer einer solchen Anlage, der aufgrund eines Wohnungswechsels nach herkömmlicher Weise auf die Fotovoltaik-Anlage verzichten müsste bzw. diese gegebenenfalls mit Verlusten verkaufen müsste, jetzt diese Anlage demontieren und am neuen Standort wieder montieren kann.

Die Mittel zur Befestigung sind beispielsweise durch einen an der Unterkonstruktion vorgesehenen Federring vorgesehen, der auf einem an der Unterkonstruktion befestigbarem Stift, ein Zylinder oder dergleichen, angeordnet ist, wobei an bzw. in dem Gehäuse eine Ringnut für das Eingreifen des Federringes vorgesehen ist, die mit dem Federring zur lösbar festen Befestigung des Fotovoltaik-Elementes dient.

Die Unterkonstruktion ist vorteilhafterweise durch eine Träger-, Schienen-, oder Rahmenkonstruktion angegeben.

Von Vorteil ist es auch, wenn die Unterkonstruktion zumindest teilweise als Verbindungsmittel für das Koppeln der Elemente bzw. Module an das Umlaufsystem dient. Dazu können beispielsweise Teile der Unterkonstruktion als Medienleitung und Teile der Unterkonstruktion als Stromleitung ausgebildet sein.

Wie bereits erwähnt, zeichnet sich eine vorteilhafte Variante der Erfindung dadurch aus, dass das bzw. die Mittel zur Befestigung durch Klick- bzw. Clipsverbindunqen angegeben sind.

Zur Verbindung des Fotovoltaikelementes mit dem Stromkreis sind Steckverbindungen vorgesehen. Diese Steckverbindungen können dabei sowohl für den Anschluß des Fotovoltaikelementes an den Stromkreis beziehungsweise zur Verbindung der Elemente unter einander dienen. Selbstverständlich ist es auch möglich, zur Verbindung mehrerer Fotovoltaikelemente untereinander die Unterkonstruktion beziehungsweise Teile hiervon als Stromleiter auszubilden und dafür zu nutzen.

Bevorzugt ist es dabei, wenn die Steckverbindungen für den Elektroanschluß und die Anschlüsse für das Umlaufsystem jeweils in dem oberen beziehungsweise unteren Träger der Unterkonstruktion vorgesehen sind.

Ein weiterer Aspekt der Erfindung ist dadurch angegeben, dass das Fotovoltaikelement mit einem entsprechenden modularen Aufbau ausgebildet ist. Dadurch ist es entsprechend einer vorteilhaften Variante der Erfindung möglich, dass die Temperaturregelung als Nachrüstbausatz für den Anschluß beziehungsweise Anbau an bereits vorhandene Anlagen beziehungsweise Fotovoltaikelemente dient. Dabei kann man sowohl Kühl- als auch Heizsätze vorsehen, die dann an noch nicht gekühlte beziehungsweise beheizte Fotovoltaikanlagen angebaut werden können.

Die Erfindung stellt auch eine Fotovoltaikanlage zur Verfügung, die aus einer Vielzahl von Fotovoltaikelementen, wie zuvor beschrieben, besteht.

Eine Fortbildung dieser Fotovoltaikanlage ist mit einer Unterkonstruktion versehen, die beispielsweise auf einem Gebäudedach befestigbar ist, weist ein Stromerzeugungsmodul, bestehend aus wenigstens einem Fotovoltaikelement auf, besitzt ein zusätzliches Kühlmodul, welches an einem Standort mit weniger Sonneneinstrahlung beziehungsweise Wärmeinstrahlung, zum Beispiel auf der Nordseite eines Gebäudedaches anordenbar ist und weist ein Umlaufsystem auf, welches die zuvor beschriebenen Stromerzeugungs- beziehungsweise Kühlmodule miteinander verbindet. So ist es beispielsweise nach dieser Variante der erfindungsgemäßen Fotovoltaikanlage möglich, auf der Rückseite des Fotovoltaik elementes einen Kühlkreislauf mit flüssigem Medium zu installieren. Dieser Kühlkreislauf nimmt die Wärme der Fotovoltaikanlage auf. Das Kühlmedium wird dabei vorzugsweise über eine große Oberfläche die Wärme des Fotovoltaikelementes aufnehmen. Hierbei ist es selbstverständlich möglich, die so erzeugte wärmere Flüssigkeit, zum Beispiel Wasser in einen vorhandenen Heizkreislauf einzuspeisen und dort zu nutzen. In gleicher Weise ist es aber auch gegeben, dass zusätzliche Kühlflächen für den Flüssigkeitskreislauf vorgesehen werden. So ist es nach der Erfindung durchaus durchführbar, wenn auf der Südseite eines Daches beziehungsweise eines Gebäudes eine Fotovoltaikanlage installiert wird, um auf der Nordseite dann einen Ausgleich, sprich Kühlung zu schaffen, indem dort entsprechende Kühlschlangen installiert werden. Andere Möglichkeiten sind erfindungsgemäß durchaus vorgesehen. Im Umkehrschluß kann natürlich die ganze Anlage auch so konzipiert werden, dass im Winter, beispielsweise bei Schneefall, eine Beheizung durch das in einem Speicher befindliche warme Wasser vorgenommen werden kann, so dass die Anlage entweder recht schnell schneefrei gemacht werden wird oder die Temperatur so eingestellt wird, dass eine Steuerung dafür sorgt, dass eine Umwälzpumpe dann Warmwasser zur Fotovoltaikanlage pumpt, wenn bestimmte Temperaturwerte unterschritten werden. Für südliche Länder kann es beispielsweise von Vorteil sein, die Fotovoltaikanlage im Freien, beispielsweise auf Gebäudedächern anzuordnen und eine Kühlung beispielsweise im Erdreich oder in Wasserläufen oder dergleichen vorzusehen.

Eine weitere Ausführungsform der erfindungsgemäßen Fotovoltaikanlage sieht danach vor, dass die Anlage an einen Heizungsbeziehungsweise Kühlkreislauf beziehungsweise an einer Heizungs- beziehungsweise Kühlanlage anschließbar ausgebildet ist.

Erfindungsgemäß ist es ebenfalls vorgesehen, dass die Anlage eine eigene Steuerung zur Regelung der Temperatur und/oder der Umlaufgeschwindigkeit des Mediums aufweist.

Durch die Erfindung wird auch ein Verfahren zur Montage eines Fotovoltaikelementes, wie zuvor beschrieben, vorgeschlagen, das sich durch die Abfolge folgender Verfahrensschritte auszeichnet:

– Anbringen beziehungsweise Aufstellen der Unterkonstruktion,
– Installation der Medienleitungen beziehungsweise der Wasserbeziehungsweise Luf- und Elektroanschlüsse,
– Montage der Fotovoltaikelemente durch Aufclipsen oder Aufbeziehungsweise Anklicken mittels einer Clips- beziehungsweise Klikverbindung auf die Unterkonstruktion,
– Gleichzeitiges oder anschließendes Verbinden der Fotovoltaikelemente untereinander beziehungsweise mit den Medienleitungen.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand von Ausführungsbeispielen weiter beschrieben. Es zeigen:
1 eine Schnittdarstellung durch eine Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Fotovoltaikelementes,
2a und 2b Seitenansicht und Unteransicht einer Ausführungsform des erfindungsgemäßen Fotovoltaikelementes und
3a und 3b Befestigungsmittel zur Befestigung eines Fotovoltaikelementes nach der Erfindung auf einer Unterkonstruktion.
Die 1 zeigt eine Seitenansicht einer Ausführungsform des erfindungsgemäßen Fotovoltaik-Elementes. Die Fotozellen 1 befinden sich an der Oberseite des Fotovoltaik-Elementes. Sie werden mit dieser Seite, der Lichtquelle zugewandt, montiert. Unterhalb der Fotozelle 1 befindet sich die Temperaturregelung 2. Diese ist schematisch mit dem Pfeil angedeutet. Die Temperaturregelung 2 ist in der dargestellten Ausführungsform in einem Gehäuse 4 angeordnet. Das Gehäuse 4 ist als geschlossenes Gehäuse ausgeführt. In dem Gehäuse 4 sind in der Ausführungsform nach der 1 ein Kühlkörper 2/1 sowie Kühlrippen 2/2 angeordnet. Die Kühlrippen 2/2 sind dabei quer zu einer Strömungsrichtung eines Mediums vorgesehen. Der Kühlkörper selbst kann aus Vollmaterial erhalten worden sein. Es ist jedoch auch vorgesehen, den Kühlkörper 2/1 nach einem Hohlmaterial auszubilden, der von dem Medium durchflossen bzw. umströmt bzw. umspült werden kann. Der Medienzu- bzw. -ablauf ist hier mit den Pfeilen 3/1 und 3/2 schematisch angedeutet. Die Rippen 2/2 sind lamellenartig unterhalb des Kühlkörpers 2/1 angeordnet. Sie vergrößern in erheblichem Maße die Fläche zur Wärmeabgabe- bzw. -aufnahme an das bzw. von dem Medium. Über den Kühlkörper 2/1 wird in äußerst effezienter Weise die Fotozelle 1 bzw. die Ebene mit mehreren dort angeordneten Fotozellen 1 gekühlt bzw. erwärmt. Je nach gestellter Aufgabe sind beide Varianten durch die Temperaturregelung 2 realisierbar. Der nicht dargestellte Temperatursensor befindet sich zum Beispiel unter den Fotozellen 1 bzw. im Gehäuse 4. In Ländern mit hoher Sonneneinstrahlung, wie beispielsweise in Südeuropäischen und Afrikanischen Staaten in der Nähe des Äquators ist dabei bevorzugt die gesamte Anlage auf eine Kühlung ausgelegt. In Nordeuropäischen oder Nordamerikanischen Staaten mit wesentlich geringerer Sonneneinstrahlung ist sowohl eine Kühlung als auch eine Heizung vorgesehen. Erfindungsgemäß wird erreicht, dass mit einer konstanten Temperatur mit recht geringen Temperaturschwankungen jetzt gearbeitet werden kann, wodurch die gesamte Effezienz der Solaranlage bzw. des einzelnen Solarelementes selbstverständlich auch erhöht wird.
Die 2a zeigt eine Seitenansicht eines Fotovolataik-Elementes nach der Erfindung. Bezugszeichen, die bereits vorgestellt wurden, werden in gleicher Weise wieder verwendet. So ist mit dem Bezugszeichen 1 und dem Pfeil lediglich schematisch angedeutet, dass sich Foto- bzw. Solarelemente an der Oberseite des Elementes befinden. Das Gehäuse ist mit dem Bezugszeichen 4 bezeichnet. In das Gehäuse 4 führt ein Medienzulauf 5 und der Medienauslauf ist mit dem Bezugszeichen 6 gekennzeichnet. Diese Zu- bzw. Abläufe sind lediglich schematisch dargestellt. Es sind verschiedene Varianten erfindungsgemäß vorgesehen. Beispielsweise ist es möglich, die Medienzu- bzw. -abläufe mittels Schnellkupplungen auszustatten, um die Elemente untereinander bzw. mit der Unterkonstruktion in einfacher und schneller Weise verbinden zu können.
Die 2b zeigt eine Untersicht des Fotovoltaik-Elementes bzw. einer Ausführungsform eines solchen. In dieser Variante sind Mittel zur Befestigung 7 vorgesehen, die hier beispielsweise in Form von Öffnungen ausgebildet sind, in die beispielsweise das Element an an der Unterkonstruktion vorhandene Schrauben eingehängt werden kann.
Die 3a und 3b zeigen eine Ausführungsvariante für ein Befestigungsmittel, das für die Befestigung des erfindungsgemäßen Fotovoltaik-Elementes dient. 3a ist dabei eine Schnittdarstellung in Seitenansicht und 3b eine Draufsicht. Mit dem Bezugszeichen 8 ist die Unterkonstruktion nur teilweise dargestellt, in die ein Stift 11 mittels einer Schraubverbindung eingeschraubt wird. An dem Stift 11 ist ein Federring 9 in einer umlaufenden Nut 13 vorgesehen. Der Federring 9 greift im Befestigungsfalle in eine Nut 10 am Gehäuse 4 ein. Diese Nut 10 ist dabei bevorzugt in einer Bohrung 12 angeordnet, die in dem Gehäuse 4 vorgesehen ist.
Diese Variante eines Befestigungsmittels ist nur ein Beispiel von vielen möglichen Verbindungsarten. So sind beispielseise sogenannte Clipsverbindungen als Befestigungsmittel bekannt, die sich ebenfalls in sehr einfacher Weise durch Aufstecken der befestigten Elemente realisieren lassen.
Die jetzt mit der Anmeldung und später eingereichten Ansprüche sind Versuche zur Formulierung ohne Präjudiz für die Erzielung weitergehenden Schutzes.
Sollte sich hier bei näherer Prüfung, insbesondere auch des einschlägigen Standes der Technik, ergeben, dass das eine oder andere Merkmal für das Ziel der Erfindung zwar günstig, nicht aber entscheidend wichtig ist, so wird selbstverständlich schon jetzt eine Formulierung angestrebt, die ein solches Merkmal, insbesondere im Hauptanspruch, nicht mehr aufweist.
Die in den abhängigen Ansprüchen angeführten Rückbeziehungen weisen auf die weitere Ausbildung des Gegenstandes des Hauptanspruches durch die Merkmale des jeweiligen Unteranspruches hin. Jedoch sind diese nicht als ein Verzicht auf die Erzielung eines selbständigen, gegenständlichen Schutzes für die Merkmale der rückbezogenen Unteransprüche zu verstehen.
Merkmale, die bislang nur in der Beschreibung offenbart wurden, können im Laufe des Verfahrens als von erfindungswesentlicher Bedeutung, zum Beispiel zur Abgrenzung vom Stand der Technik beansprucht werden.
Merkmale, die nur in der Beschreibung offenbart wurden, oder auch Einzelmerkmale aus Ansprüchen, die eine Mehrzahl von Merkmalen umfassen, können jederzeit zur Abgrenzung vom Stande der Technik in den ersten Anspruch übernommen werden, und zwar auch dann, wenn solche Merkmale im Zusammenhang mit anderen Merkmalen erwähnt wurden beziehungsweise im Zusammenhang mit anderen Merkmalen besonders günstige Ergebnisse erreichen.

Claims

Fotovoltaik-Element mit wenigstens einer Fotozelle zur Erzeugung von elektrischen Strom, die vorzugsweise in einem Gehäuse flächig derart angeordnet ist, dass durch Lichteinwirkung Strom erzeugt wird, dadurch gekennzeichnet, dass eine Temperaturregelung (2) an bzw. in dem Fotovoltaik-Element vorgesehen ist.
Fotovoltaik-Element nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Temperaturregelung (2) eine Kühlung oder eine Beheizung des Fotovoltaik-Elementes bewirkt, derart, dass eine im wesentlichen gleichbleibende Temperatur erhalten wird.
Fotovoltaik-Element nach einem oder beiden der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Temperaturregelung einen Temperatur-Sensor aufweist.
Fotovoltaik-Element nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Temperatur-Sensor am bzw. in der Nähe der Fotozelle (1) angeordnet ist.
Fotovoltaik-Element nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Temperaturregelung (2) in Einbaurichtung bevorzugt unterhalb der Fotozellen (1) vorgesehen ist.
Fotovoltaik-Element nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zur Temperaturregelung ein gasförmiges oder flüssiges Medium vorgesehen ist.
Fotovoltaik-Element nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Medium durch Luft oder Wasser angegeben ist.
Fotovoltaik-Element nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Temperaturregelung (2) durch eine Vergrößerung der Oberfläche des Gehäuses (4) und/oder der Fotozelle (1) selbst angegeben ist.
Fotovoltaik-Element nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Vergrößerung der Oberfläche durch Lamellen, Rippen (2/2) oder dergleichen angegeben ist, die bevorzugt an der Unterseite des Gehäuses (4) des Fotovoltaik-Elements bzw. an der Unterseite der Fotozelle (1) angeordnet sind.
Fotovoltaik-Element nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Lamellen, Rippen (2/2) oder dergleichen in dem Gehäuse (4) angeordnet sind.
Fotovoltaik-Element nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Lamellen bzw. Rippen (2/2) aus einem hochwärmeleitfähigen Material gebildet sind.
Fotovoltaik-Element nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen der Fotozelle (1) und den Lamellen bzw. Rippen (2/2) ein Kühlkörper (2/1) angeordnet ist.
Fotovoltaik-Element nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Kühlkörper (2/1) aus hochwärmeleitfähigem Material gebildet ist.
Fotovoltaik-Element nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Kühlkörper (2/1) als Hohlkörper ausgebildet ist, der mit dem Medium beaufschlagbar ist.
Fotovoltaik-Element nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Kühlkörper (2/1) Bestandteil des Gehäuses (4) ist.
Fotovoltaik-Element nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Temperatur-Sensor in bzw. an dem Gehäuse (4) oder in bzw. an dem Kühlkörper (2/1) angeordnet ist.
Fotovoltaik-Element nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Lamellen bzw. Rippen (2/2) zur Temperaturaufnahme bzw. -abgabe derart in dem Gehäuse (4) angeordnet sind, dass das Medium beim Vorbeiströmen Wärme aufnimmt bzw. abgibt.
Fotovoltaik-Element nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Lamellen bzw. Rippen (2/2) schräg bzw. quer zur Strömungsrichtung des Mediums angeordnet sind.
Fotovoltaik-Element nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Medium an bzw. in dem Gehäuse (4), vorzugsweise in einem geschlossenen, behälterartig ausgebildeten Gehäuse, geführt ist bzw. durch dieses bewegt wird.
Fotovoltaik-Element nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zur Führung bzw. Bewegung des Mediums Aggregate, wie Pumpen, Ventilatoren, Lüfter oder dergleichen vorgesehen sind.
Fotovoltaik-Element nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Gehäuse (4) derart ausgebildet ist, dass sich das Medium aufgrund der Erwärmung bzw. der Abkühlung von selbst im Körper bewegt bzw. in einen Kreislauf versetzt.
Fotovoltaik-Element nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein geschlossenes System, insbesondere ein Umlaufsystem für das Medium vorgesehen ist, bzw. das Fotovoltaik-Element an ein Umlaufsystem anschließbar bzw. ankoppelbar ist.
Fotovoltaik-Element nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Umlaufsystem ein vorhandenes Heizungssystem, eine thermische Solaranlage oder ein Kühlkreislauf, vorzugsweise mit einem integrierten Wärmespeicher ist.
Fotovoltaik-Element nach einem oder mehreren der vorher gehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch einen modularen Aufbau.
Fotovoltaik-Element nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Fotovoltaik-Element Kupplungen aufweist, mittels derer mehrere Elemente bzw. Module untereinander koppelbar sind.
Fotovoltaik-Element nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass Schnellkupplungen zur An- bzw. Abkopplung an das Umlaufsystem bzw. zur Kopplung der Elemente untereinander vorgesehen sind.
Fotovoltaik-Element nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass Mittel zur Befestigung (7) an bzw. auf einer Unterkonstruktion (8) vorgesehen sind.
Fotovoltaik-Element nach einem oder mehreren der vorherbgehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Mittel zur Befestigung (7) durch einen an der Unterkonstruktion (8) vorgesehenen Federring (9) angegeben ist, der auf einem an der Unterkonstruktion (8) befestigbaren Stift (11), Zylinder oder dergleichen angeordnet ist, wobei an bzw. in dem Gehäuse (4) eine Ring-Nut (10) für das Eingreifen des Federringes (9) vorgesehen ist.
Fotovoltaik-Element nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Unterkonstruktion (8) durch eine Träger-, Schienen- oder Rahmenkonstruktion angegeben ist.
Fotovoltaik-Element nach einem oder mehreren der vorher gehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Unterkonstruktion (8) zumindest teilweise als Verbindungsmittel für das Koppeln der Elemente bzw. Module an das Umlaufsystem dient.
Fotovoltaik-Element nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das bzw. die Mittel zur Befestigung (7) durch Klick- bzw. Clips-Verbindungen angegeben ist bzw. sind.
Fotovoltaik-Element nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass Steckverbindungen für den Anschluss an den Stromkreis an dem Element zur Verbindung der Elemente untereinander bzw. an oder auf der Unterkonstruktion (8) vorgesehen sind.
Fotovoltaik-Element nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Steckverbindung für den Elektroanschluss und die Anschlüsse für das Umlaufsystem jeweils in dem oberen bzw. unteren Träger der Unterkonstruktion (8) vorgesehen ist.
Fotovoltaik-Element nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Temperaturregelung (2) als modularer Bestandteil, insbesondere als Nachrüstbausatz für den Anschluß bzw. Anbau an bereits montierte Fotovoltaik-Elemente ausgebildet ist.
Fotovoltaik-Anlage, bestehend aus einer Vielzahl von Fotovoltaik-Elementen nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche 1 bis 34.
Fotovoltaik-Anlage nach Anspruch 35, mit einer Unterkonstruktion, die beispielsweise auf einem Gebäudedach befestigbar ist, einem Stromerzeugungsmodul, bestehend aus wenigstens einen. Fotovoltaik-Element, einem zusätzlichen Kühlmodul, welches an einem Standort mit weniger Wärmeeinstrahlung, zum Beispiel auf der Nordseite des Gebäudedaches anordenbar ist, und einem Umlaufsystem, welches Stromerzeugungsmodul und Kühlmodul miteinander verbindet.
Fotovoltaik-Anlage nach einem oder beiden der vorhergehenden Ansprüche 35 und 36, dadurch gekennzeichnet, dass die Anlage an eine Heizungs- bzw. Kühlanlage anschließbar ausgebildet ist.
Fotovoltaik-Anlage nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüch 35 bis 37, dadurch gekennzeichnet, dass die Anlage eine eigene Steuerung zur Regelung der Temperatur und/oder der Umlaufgeschwindigkeit des Mediums aufweist.
Verfahren zur Montage eines Fotovoltaik-Elementes nach einem der vorhergehenden Ansprüche 1 bis 34 bzw. einer Fotovoltaik-Anlage nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche 35 bis 38, gekennzeichnet durch die Abfolge folgender Verfahrensschritte: – Anbringen bzw. Aufstellen der Unterkonstruktion, – Installation der Medienleitungen bzw. der Wasser- bzw. Luft- und Elektroanschlüsse, – Montage der Fotovoltaik-Elemente durch Aufclipsen oder Auf- bzw. Anklicken mittels einer Clips- bzw. Klickverbindung auf die Unterkonstruktion, – gleichzeitiges oder anschließendes Verbinden der Fotovoltaik-Elemente untereinander bzw. mit den Medienleitungen.