DE10251446B4 - Kühlanordnung für lichtbündelnde Photovoltaik-Anlagen - Google Patents
Kühlanordnung für lichtbündelnde Photovoltaik-Anlagen Download PDFInfo
- Publication number
- DE10251446B4 DE10251446B4 DE10251446A DE10251446A DE10251446B4 DE 10251446 B4 DE10251446 B4 DE 10251446B4 DE 10251446 A DE10251446 A DE 10251446A DE 10251446 A DE10251446 A DE 10251446A DE 10251446 B4 DE10251446 B4 DE 10251446B4
- Authority
- DE
- Germany
- Prior art keywords
- heat pipe
- cooling arrangement
- foot part
- cooling
- heat
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Expired - Fee Related
Links
- 238000001816 cooling Methods 0.000 title claims abstract description 63
- 239000012530 fluid Substances 0.000 claims abstract description 24
- 239000000463 material Substances 0.000 claims description 4
- 229910000679 solder Inorganic materials 0.000 claims description 4
- 239000010410 layer Substances 0.000 description 6
- 239000007788 liquid Substances 0.000 description 6
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 description 4
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 4
- 239000011148 porous material Substances 0.000 description 4
- 239000012790 adhesive layer Substances 0.000 description 3
- 230000005855 radiation Effects 0.000 description 3
- 239000000853 adhesive Substances 0.000 description 2
- 230000001070 adhesive effect Effects 0.000 description 2
- 239000000919 ceramic Substances 0.000 description 2
- 239000004020 conductor Substances 0.000 description 2
- OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N Carbon Chemical compound [C] OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 241001481710 Cerambycidae Species 0.000 description 1
- RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N Copper Chemical compound [Cu] RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 206010028980 Neoplasm Diseases 0.000 description 1
- 235000014443 Pyrus communis Nutrition 0.000 description 1
- 230000006978 adaptation Effects 0.000 description 1
- 229910052782 aluminium Inorganic materials 0.000 description 1
- XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N aluminium Chemical compound [Al] XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 201000011510 cancer Diseases 0.000 description 1
- 229910052799 carbon Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000010276 construction Methods 0.000 description 1
- 229910052802 copper Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000010949 copper Substances 0.000 description 1
- 230000006866 deterioration Effects 0.000 description 1
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 1
- 239000000835 fiber Substances 0.000 description 1
- 230000005484 gravity Effects 0.000 description 1
- 230000017525 heat dissipation Effects 0.000 description 1
- 238000013021 overheating Methods 0.000 description 1
- 230000000630 rising effect Effects 0.000 description 1
- 230000001932 seasonal effect Effects 0.000 description 1
- 230000008016 vaporization Effects 0.000 description 1
- 238000009834 vaporization Methods 0.000 description 1
- 238000009736 wetting Methods 0.000 description 1
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L31/00—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
- H01L31/04—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof adapted as photovoltaic [PV] conversion devices
- H01L31/052—Cooling means directly associated or integrated with the PV cell, e.g. integrated Peltier elements for active cooling or heat sinks directly associated with the PV cells
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F28—HEAT EXCHANGE IN GENERAL
- F28D—HEAT-EXCHANGE APPARATUS, NOT PROVIDED FOR IN ANOTHER SUBCLASS, IN WHICH THE HEAT-EXCHANGE MEDIA DO NOT COME INTO DIRECT CONTACT
- F28D15/00—Heat-exchange apparatus with the intermediate heat-transfer medium in closed tubes passing into or through the conduit walls ; Heat-exchange apparatus employing intermediate heat-transfer medium or bodies
- F28D15/02—Heat-exchange apparatus with the intermediate heat-transfer medium in closed tubes passing into or through the conduit walls ; Heat-exchange apparatus employing intermediate heat-transfer medium or bodies in which the medium condenses and evaporates, e.g. heat pipes
- F28D15/0266—Heat-exchange apparatus with the intermediate heat-transfer medium in closed tubes passing into or through the conduit walls ; Heat-exchange apparatus employing intermediate heat-transfer medium or bodies in which the medium condenses and evaporates, e.g. heat pipes with separate evaporating and condensing chambers connected by at least one conduit; Loop-type heat pipes; with multiple or common evaporating or condensing chambers
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F28—HEAT EXCHANGE IN GENERAL
- F28D—HEAT-EXCHANGE APPARATUS, NOT PROVIDED FOR IN ANOTHER SUBCLASS, IN WHICH THE HEAT-EXCHANGE MEDIA DO NOT COME INTO DIRECT CONTACT
- F28D15/00—Heat-exchange apparatus with the intermediate heat-transfer medium in closed tubes passing into or through the conduit walls ; Heat-exchange apparatus employing intermediate heat-transfer medium or bodies
- F28D15/02—Heat-exchange apparatus with the intermediate heat-transfer medium in closed tubes passing into or through the conduit walls ; Heat-exchange apparatus employing intermediate heat-transfer medium or bodies in which the medium condenses and evaporates, e.g. heat pipes
- F28D15/0275—Arrangements for coupling heat-pipes together or with other structures, e.g. with base blocks; Heat pipe cores
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F28—HEAT EXCHANGE IN GENERAL
- F28D—HEAT-EXCHANGE APPARATUS, NOT PROVIDED FOR IN ANOTHER SUBCLASS, IN WHICH THE HEAT-EXCHANGE MEDIA DO NOT COME INTO DIRECT CONTACT
- F28D15/00—Heat-exchange apparatus with the intermediate heat-transfer medium in closed tubes passing into or through the conduit walls ; Heat-exchange apparatus employing intermediate heat-transfer medium or bodies
- F28D15/02—Heat-exchange apparatus with the intermediate heat-transfer medium in closed tubes passing into or through the conduit walls ; Heat-exchange apparatus employing intermediate heat-transfer medium or bodies in which the medium condenses and evaporates, e.g. heat pipes
- F28D15/04—Heat-exchange apparatus with the intermediate heat-transfer medium in closed tubes passing into or through the conduit walls ; Heat-exchange apparatus employing intermediate heat-transfer medium or bodies in which the medium condenses and evaporates, e.g. heat pipes with tubes having a capillary structure
- F28D15/046—Heat-exchange apparatus with the intermediate heat-transfer medium in closed tubes passing into or through the conduit walls ; Heat-exchange apparatus employing intermediate heat-transfer medium or bodies in which the medium condenses and evaporates, e.g. heat pipes with tubes having a capillary structure characterised by the material or the construction of the capillary structure
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L31/00—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
- H01L31/04—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof adapted as photovoltaic [PV] conversion devices
- H01L31/052—Cooling means directly associated or integrated with the PV cell, e.g. integrated Peltier elements for active cooling or heat sinks directly associated with the PV cells
- H01L31/0521—Cooling means directly associated or integrated with the PV cell, e.g. integrated Peltier elements for active cooling or heat sinks directly associated with the PV cells using a gaseous or a liquid coolant, e.g. air flow ventilation, water circulation
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F24—HEATING; RANGES; VENTILATING
- F24S—SOLAR HEAT COLLECTORS; SOLAR HEAT SYSTEMS
- F24S40/00—Safety or protection arrangements of solar heat collectors; Preventing malfunction of solar heat collectors
- F24S40/50—Preventing overheating or overpressure
- F24S40/55—Arrangements for cooling, e.g. by using external heat dissipating means or internal cooling circuits
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E10/00—Energy generation through renewable energy sources
- Y02E10/50—Photovoltaic [PV] energy
Abstract
Kühlanordnung
für lichtbündelnde, der
Lichtquelle nachführbare
Photovoltaik-Anlagen,
mit einer oder einer Reihe von Photovoltaik-Vorrichtungen, wobei
die Kühlanordnung
aus einem an einer Wärmeübertragungsfläche einer
PV-Vorrichtung (1) oder an den Wärmeübertragungsflächen mehrerer
benachbarter PV-Vorrichtungen (1) befestigten Wärmerohr (8) besteht,
dadurch gekennzeichnet,
dass das Wärmerohr (8) aufweist:
einen erweiterten, an der Wärmeübertragungsfläche der zu kühlenden PV-Vorrichtung (1) befestigten Fußteil (9),
dessen Breite und Länge der Breite beziehungsweise Länge der Wärmeübertragungsfläche einer oder mehrerer benachbarter PV-Vorrichtungen (1) entsprechen,
einen innen hohlen Kopfteil (12), der in direkter Verbindung mit dem Fußteil (9) steht und einen kleineren Querschnitt aufweist als der Fußteil (9),
so dass ein innerhalb des Wärmerohrs (8) befindliches Arbeitsfluid (10) auch dann im Fußteil (9) gehalten wird, wenn sich das Wärmerohr (8) in einer aus der vertikalen Lage, in der der Fußteil (9) unterhalb des Kopfteils (12) angeordnet ist, maximal ausgelenkten Betriebsstellung befindet, und
eine Auskleidung...
dadurch gekennzeichnet,
dass das Wärmerohr (8) aufweist:
einen erweiterten, an der Wärmeübertragungsfläche der zu kühlenden PV-Vorrichtung (1) befestigten Fußteil (9),
dessen Breite und Länge der Breite beziehungsweise Länge der Wärmeübertragungsfläche einer oder mehrerer benachbarter PV-Vorrichtungen (1) entsprechen,
einen innen hohlen Kopfteil (12), der in direkter Verbindung mit dem Fußteil (9) steht und einen kleineren Querschnitt aufweist als der Fußteil (9),
so dass ein innerhalb des Wärmerohrs (8) befindliches Arbeitsfluid (10) auch dann im Fußteil (9) gehalten wird, wenn sich das Wärmerohr (8) in einer aus der vertikalen Lage, in der der Fußteil (9) unterhalb des Kopfteils (12) angeordnet ist, maximal ausgelenkten Betriebsstellung befindet, und
eine Auskleidung...
Description
- Die Erfindung bezieht sich auf eine Kühlanordnung für lichtbündelnde, einer beweglichen Lichtquelle nachführbare Photovoltaik-Anlagen, mit einer oder einer Reihe von Photovoltaik-Vorrichtungen (PV-Zellen oder PV-Module), wobei die Kühlanordnung aus einem an einer Wärmeübertragungsfläche einer PV-Vorrichtung oder an den Wärmeübertragungsflächen mehrerer benachbarter PV-Vorrichtungen befestigten Wärmerohr besteht.
- Übliche Photovoltaik-Anlagen, bei denen mehrere Zellen und Module zu Platten zusammengefasst sind, kommen ohne eine Zwangskühlung aus. Dabei nimmt man Wirkungsgradverschlechterungen, die mit höheren Betriebstemperaturen einhergehen, in Kauf. Bei Hochleistungsanlagen wird das Sonnenlicht mittels eines langgestreckten Parabolspiegels auf die lichtempfindlichen Flächen einer großen Anzahl hintereinander angeordneter PV-Module konzentriert. Derartige Anlagen kommen ohne wirkungsvolle Kühlung nicht aus. Auf den den lichtempfindlichen Flächen gegenüberliegenden Flächen oder Seiten der PV-Module sind in der Regel aus Metall, zum Beispiel Aluminium, bestehende Kühlkörper montiert, über deren Kühlrippen die Wärme durch Konvektion und Strahlung auf die umgebende Luft übertragen wird. Dabei übersteigt die Größe der Fläche der Kühlrippen die der Fläche der Fotomodule um ein Mehrfaches. Aber auch mit derartigen Kühlkörpern lässt sich die Temperatur der PV-Module nur auf einen Temperaturunterschied Δt von 30 bis 35°C über der Temperatur der umgebenden Luft drücken. Denn infolge der begrenzten Wärmeleitfähigkeit des Metalls der Kühlkörper und Kühlrippen ist eine weitere Vergrößerung ihrer Oberfläche nicht mehr wirtschaftlich. Ähnliche Schwierigkeiten bestehen auch bei solchen Anlagen, bei denen das Sonnenlicht mittels einer Fresnel-Linsenanordnung auf die lichtempfindlichen Flächen der PV-Module fokussiert wird.
- Aus der
US 5 660 644 A ist bereits eine Kühlanordnung der eingangs und im Oberbegriff des Anspruchs 1 beschriebenen, zur Verwendung im Weltraum bestimmten An bekannt. Das Wärmerohr gestattet eine besonders wirksame Kühlung der PV-Vorrichtungen, wobei die Wärme offenbar über eine Kühlrippe abgeführt wird, die sich über die gesamte Länge des Wärmerohrs erstreckt. Über den inneren Aufbau des Wärmerohrs und die Führung des Arbeitsfluids lässt sich der Druckschrift nichts entnehmen. - Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Kühlanordnung für PV-Vorrichtungen so weiterzuentwickeln, dass bei Aufstellung auf dem Erdboden in jeder über den Tageslauf bestehenden Betriebslage eine wirksame Kühlung der PV-Vorrichtungen gewährleistet ist.
- Diese Aufgabe wird bei einer Kühlanordnung der eingangs beschriebenen Art erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass das Wärmerohr aufweist:
einen erweiterten, an der Wärmeübertragungsfläche der zu kühlenden PV-Vorrichtung befestigten Fußteil,
dessen Breite und Länge der Breite beziehungsweise Länge der Wärmeübertragungsfläche einer oder mehrerer benachbarter PV-Vorrichtungen entsprechen,
einen innen hohlen Kopfteil, der in direkter Verbindung mit dem Fußteil steht und einen kleineren Querschnitt aufweist als der Fußteil,
so dass ein innerhalb des Wärmerohrs befindliches Arbeitsfluid auch dann im Fußteil gehalten wird, wenn sich das Wärmerohr in einer aus der vertikalen Lage, in der der Fußteil unterhalb des Kopfteils angeordnet ist, maximal ausgelenkten Betriebsstellung befindet, und
eine Auskleidung aus einem offenporigen, eine Dochtwirkung entfaltenden Material, die wenigstens die Oberflächenbereiche innerhalb des Fußteils bedeckt, die während des normalen Betriebs vom Arbeitsfluid berührt werden können. - Aus der
US 4 320 246 ist es an sich bekannt, bei einer unbeweglichen fokussierenden Photovoltaik-Anlage im Wärmerohr eine eine Dochtwirkung entfaltende Auskleidung vorzusehen. Diese müsste aber versagen, wenn das Wärmerohr um seine Längsachse gedreht würde. - Wichtig ist bei der erfindungsgemäßen Kühlanordnung, dass die Abmessungen des Fuß- und Kopfteils sowie die Menge des Arbeitsfluids so bemessen werden, dass auch bei der im Betrieb vorkommenden stärksten Auslenkung des Wärmerohrs der flüssige Teil des Arbeitsfluids stets im Fußteil bleibt.
- Vorzugsweise ist die gesamte innere Oberfläche des Wärmerohrs mit der Auskleidung versehen. Dabei bleibt flüssiges Arbeitsfluid auch im Kopfteil stets in der Auskleidung gebunden, so dass die flüssigen und dampfförmigen Teile des Arbeitsfluids einander in ihrer Bewegung nicht behindern.
- Nachführbare, lichtbündelnde PV-Anlagen werden üblicherweise in Nord-Südrichtung aufgestellt, was in der Nähe des Äquators unproblematisch ist. Bei Aufstellung im Bereich höherer Breitengrade ist es aber zweckmäßig, die Anlage auch um ihre horizontale Querachse schwenkbar zu machen und sie dem jahreszeitlich veränderlichen Azimut der Sonne nachzuführen. Hierbei würde aber das Arbeitsfluid, insbesondere bei längeren Anlagen, an einem Ende des Wärmerohrs zusammenlaufen, so dass eine sichere Kühlung nicht mehr gewährleistet wäre. Daher ist in einer bevorzugten Ausführungsform der Fußteil des Wärmerohrs in dessen Längsrichtung in einzelne Kammern unterteilt.
- Der Kopfteil des Wärmerohrs ist vorzugsweise in Form eines oder mehrerer Rohre ausgebildet, wobei an der Außenfläche des/der Rohre Kühlrippen befestigt sind. Die äußere Kühlrippe, also die im Betrieb direkt dem Sonnenlicht zugewandte Fläche, ist vorzugsweise mit einer reflektierenden Schicht versehen.
- In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist das Wärmerohr lösbar mit der Wärmeübertragungsfläche der PV-Vorrichtung verbunden. Die Verbindung kann aus einer Lotmetallschicht, einer Schrauben-Mutter-Verbindung oder einem Klammermechanismus bestehen. Auch Kombinationen dieser Verbindungsarten sind denkbar.
- Durch die erfindungsgemäße Kühlanordnung kann die Kühlleistung bei fokussierenden, nachgeführten PV-Anlagen wesentlich verbessert werden. Dabei ist es möglich, die erfindungsgemäße Kühlanordnung wegen der lösbaren Verbindung mit dem zu kühlenden PV-Modul auch noch nachträglich bei bestehenden Anlagen anzubringen.
- Im folgenden werden Ausführungsbeispiele der erfindungsgemäßen Kühlvorrichtung an Hand der Zeichnung erläutert. Es zeigen:
-
1 den Längsschnitt einer an einem PV-Modul befestigten erfindungsgemäßen Kühlanordnung, -
2 den Längsschnitt einer erfindungsgemäßen Kühlanordnung mit abgewandelter Befestigung, -
3 schematisch die Lage der Kühlanordnung zu unterschiedlichen Tageszeiten, -
4 eine schematische isometrische Darstellung einer Reihe von mehreren hintereinander angeordneten Kühlvorrichtungen und -
5 die schematische Ansicht einer lichtbündelnden Photovoltaik-Anlage mit einer erfindungsgemäßen Kühlanordnung, bei der das lichtbündelnde Element als Fresnel-Linse ausgeführt ist. -
1 zeigt eine erfindungsgemäße Kühlanordnung mit einem Wärmeaustauschrohr8 , das aus einem Fußteil9 mit erweitertem Querschnitt und einem rohrförmigen Kopfteil12 besteht, dessen Querschnittsfläche (Querschnitt jeweils parallel zur Oberfläche des PV-Moduls1 , s. u.) wesentlich geringer ist als die des Fußteils9 . Die Außenwandung des Wärmerohrs8 besteht aus einem möglichst gut wärmeleitenden Material, im Ausführungsbeispiel Kupfer. - Der erweiterte Fußteil
9 hat hier die Form eines flachen Quaders. Andere Formen sind möglich, z. B. die Form einer Birne oder einer Pyramide. - Die Innenfläche zumindest des erweiterten Fußteils
9 ist mit einer Auskleidung11 aus einem offenporigen, eine Dochtwirkung entfaltenden, gut wärmeleitenden Material versehen, zum Beispiel Metall, einer gesinterten Keramik, Kohlenstoff oder Keramikfasern, Maschengitter, Filz oder Kombinationen dieser Materialien. Es ist auch möglich, an der Innenwand des Wärmerohrs8 axiale Kapillarnuten anzubringen. Wichtig ist, dass ein flüssiges Arbeitsfluid10 das Material der Auskleidung11 benetzt, in die Poren oder Hohlräume der Auskleidung11 eindringen kann und dort durch Adhäsionskräfte gehalten wird. - Lässt man die Innenfläche des rohrförmigen Kopfteils
12 frei, so kann die Wärme von den Dampfmolekülen des Arbeitsfluids direkt auf die Rohrwandung übergehen. Andererseits hat eine Auskleidung11 auch auf der Oberfläche des rohrförmigen Kopfteils12 den Vorteil, dass die dampfförmigen und die kondensierten Moleküle des Arbeitsfluids einander nicht an der Bewegung behindern. - Bei der in
1 gezeigten Anordnung wird das von oben auf einen nicht gezeigten "Konzentrator", also einen parabolischen Spiegel oder eine langgestreckte Fresnel-Linse, einfallende Sonnenlicht auf die lichtempfindliche Fläche des PV-Moduls1 fokussiert. - Auf der äußeren Oberfläche des rohrförmigen Kopfteils
12 sind metallische Kühlrippen13 angebracht, deren oberste auf der dem Sonnenlicht direkt ausgesetzten Fläche mit einer reflektierenden Schicht20 versehen ist. Die untere Oberfläche dieser Kühlrippe13 sowie die Oberflächen der übrigen Kühlrippen13 und des Wärmerohrs8 sind geschwärzt. -
1 zeigt weiter die Befestigung der so ausgebildeten Kühlanordnung an einem fotovoltaischen Modul1 . Dessen in der Zeichnung untere Oberfläche ist dem Sonnenlicht ausgesetzt. Die obere Oberfläche ist mit einer wärmeleitfähigen Kleberschicht3 versehen, die den PV-Modul1 mit einer metallischen Zwischenplatte4 verbindet. Die Kühlanordnung8 ist mittels am Fußteil9 befestigter Federklammern7 an der Zwischenplatte4 befestigt. -
2 zeigt eine alternative Ausführungsform der Befestigung: die Kühlanordnung8 ist zusätzlich mit einer weiteren Kleberschicht3 oder mittels einer Lotschicht5 an der Zwischenplatte4 befestigt. - Bei beiden Befestigungsarten lässt sich die Kühlanordnung
8 vom PV-Modul1 lösen, so dass dieser bei Bedarf ausgewechselt werden kann. Alternativ oder zusätzlich kann die Kühlanordnung8 mittels einer nicht gezeigten Schraube/Mutter-Verbindung an der Zwischenplatte4 befestigt werden. Auch ließen sich in die Zwischenplatte4 Gewindelöcher bohren, so dass eine entsprechende Schraubverbindung direkt in die Zwischenplatte4 eingeschraubt werden könnte. - Die Höhe des Fußteils
9 kann bis zu einige Zentimeter betragen; seine Breite ist etwas größer als die des PV-Moduls1 . - Vom PV-Modul
1 wird die Wärme über die wärmeleitende Klebeschicht3 und die metallische Zwischenplatte4 direkt zum Boden des Fußteils9 (1 ) oder durch die weitere wärmeleitende Klebeschicht3 beziehungsweise die Lotschicht5 (2 ) übertragen. Durch die eintretende Wärme wird das auf und in der Auskleidung11 befindliche Arbeitsfluid10 erhitzt und verdampft. Der Dampf strömt stets zur kühlsten Stelle des Wärmerohrs8 im rohrförmigen Kopfteil12 , wo er kondensiert und seine latente Verdampfungswärme an die Wand des Kopfteils12 überträgt, von wo die Wärme von den Kühlrippen13 durch Strahlung und Konvektion an die Atmosphäre abgegeben wird. Das kondensierte Arbeitsfluid10 fließt unter der Schwerkraft zurück zum unteren Fußteil9 des Wärmerohrs8 , womit sich der Kreislauf schließt. - Der Innendurchmesser des rohrförmigen Kopfteils
12 kann 1 bis 3 cm betragen; er sollte so optimiert werden, dass die gegenläufigen Ströme aus dampfförmigem und kondensiertem Arbeitsfluid einander möglichst wenig Widerstand entgegensetzen. Je Fußteil eines Wärmerohrs8 können mehrere Kopfteile12 vorhanden sein; ihre Gesamtzahl pro Fußteil9 wird bestimmt durch die erforderliche Kühlleistung unter den jeweiligen Arbeitsbedingungen der lichtbündelnden Photovoltaik-Anlage. -
3 veranschaulicht den funktionellen Zweck der Ausbildung des Wärmerohrs8 mit einem weiten Fußteil9 und dem schmalen oberen Kopfteil12 . Bei einer der Sonnenstellung nachgeführten Photovoltaik-Anlage gelangt die Kühlanordnung aus einer fast horizontalen Stellung am Morgen (3 links) über eine vertikale Stellung (mittags) in eine entgegengesetzte, ebenfalls wieder fast horizontale Stellung (3 rechts) am Abend. Dabei wird durch die erfindungsgemäße Ausgestaltung des Wärmerohrs verhindert, dass der jeweils flüssige Anteil des Arbeitsfluids10 aus dem Fußteil9 in den Kopfteil12 fließt. Obwohl sich dabei in den Extremstellungen Arbeitsfluid an den Seiten des Fußteils9 sammelt (3 links und rechts), kann es nicht in den Kopfteil12 fließen. Andererseits wird eine vollständige Kühlwirkung erhalten, weil die Auskleidung11 das Arbeitsfluid gleichmäßig über den die Wärme aufnehmenden Boden des erweiterten Fußteils9 verteilt. - In der Nähe des Äquators, zwischen dem nördlichen und südlichen Wendekreis (Wendekreis des Krebses und Wendekreis des Steinbocks), kann ein PV-Modul und selbst eine lange Reihe von PV-Moduln zusammen mit den zugehörigen Wärmerohren
8 parallel zum Erdboden angeordnet werden. Es ist daher sichergestellt, dass selbst bei einem eine Vielzahl von PV-Moduln überdeckenden Wärmerohr8 das Arbeitsfluid10 einigermaßen gleichmäßig über den Boden des Fußteils9 verteilt ist. Dies gilt mit gewissen Einschränkungen selbst dann, wenn die Photovoltaik-Anlage jahreszeitlich nachgeführt, also die Reihe von PV-Moduln gegenüber der Horizontalen leicht geneigt oder gekippt wird. Auf größeren nördlichen oder südlichen Breitengraden schwankt aber die Neigung einer Reihe von Photovoltaik-Moduln1 mit den Jahreszeiten und weicht sehr stark von der Horizontalen ab, so dass der flüssige Teil des Arbeitsfluids am Ende eines längeren Fußteils zusammenlaufen und eine gleichmäßige Benetzung der Wärmeübertragungsfläche des Fußteils9 auch unter Einsatz der Auskleidung11 nicht mehr gewährleistet würde. Es käme daher zu Überhitzungen an den Stellen, die nicht mehr ausreichend mit Arbeitsfluid benetzt sind. Es ist daher bei solchen Anlagen notwendig, den Fußteil9 eines längeren Wärmerohrs8 in einzelne Kammern zu unterteilen, die je mit wenigstens einem rohrförmigen Kopfteil12 versehen sind, oder kürzere Wärmerohre8 vorzusehen, wie dies schematisch in4 gezeigt ist. Dort überdeckt der Fußteil9 eines Wärmerohres8 jeweils nur die Länge eines PV-Moduls1 . Kürzere Einheiten sind nicht möglich, weil es am Stoß zwischen Fußteilen12 zu einer mangelhaften Wärmeabfuhr kommen würde. - Die Höhe des rohrförmigen Kopfteils
12 des Wärmerohrs8 mit den daran befestigten Kühlrippen13 bestimmt die Größe der wärmeabführenden Gesamtfläche und damit die erreichbare Kühlleistung des Kühlers (4 ). Wenn die benachbarten Kühlrippen13 auf der äußeren Oberfläche des Rohrs12 in einem Abstand von 1 cm befestigt sind, erreicht man bei dreißig Kühlrippen13 mit einer Dicke von 1 mm und einer Breite von 15 cm eine wärmeabführende Fläche von 3000 cm2. Damit kommt man bei einer Länge von 1 m auf eine Gesamtfläche von 3000 × 30 = 90000 cm2 = 9 m2. Dies reicht aus, die Temperatur des PV-Moduls auf Δt ≤ 20°C über der Umgebungstemperatur zu halten, selbst wenn die Sonnenaufstrahlung 1200 W/m2 bei Windstille beträgt. - Damit lässt sich durch Wahl der Höhe des rohrförmigen Kopfteils
12 die mögliche Kühlleistung praktisch beliebig erhöhen. Auch kann die Anzahl der rohrförmigen Kopfteile12 je Oberfläche des Fußteils9 erhöht werden, wodurch wiederum die Fläche der einzelnen Kühlrippen erhöht wird. Diese Möglichkeiten verbessern drastisch die Kühlleistung und die mögliche Anpassung an die erforderliche Solar-Strahlungskonzentration und an gewisse Arbeitsbedingungen der lichtbündelnden Photovoltaik-Anlage. - Die erfindungsgemäße Kühlanordnung lässt sich bei entsprechender konstruktiver Anpassung nicht nur bei neuen, sondern auch bei bereits vorhandenen und in Betrieb befindlichen lichtbündelnden Photovoltaik-Anlagen verwenden.
-
5 zeigt schematisch eine lichtbündelnde Photovoltaik-Anlage, bei der als Sonnenlichtkonzentrator eine senkrecht zur Bildebene langgestreckte Fresnel-Linse19 verwendet wird. Die über eine Drehachse17 auf einem Fuß14 gelagerte Kühlanordnung besteht aus einem zentralen erweiterten Fußteil9 und symmetrisch nach oben ragenden Kopfteilen12 mit daran befestigten metallischen Kühlrippen13 . Die Kühlanordnung ist auf einen PV-Modul1 aufgesteckt und mittels Federklammern7 (1 ,2 ) gehalten. Die Innenwände des Behälters sind mit einer Auskleidung11 aus einem porösen Material beschichtet, und speziell, das heißt Doppel-T-förmig, ausgebildete Wände und Auskleidungen aus porösem Material11 heben das Arbeitsfluid vom Boden des erweiterten Fußteils9 nach oben, wo es über die metallische Platte4 mit dem PV-Modul1 in thermischen Kontakt kommt. Bei dieser Konstruktion wird die Wärme in gleicher Weise vom PV-Modul1 abgeführt, wie dies oben beschrieben wurde. Bei Aufstellung der Photovoltaik-Anlage in höheren Breitengraden sollte das Wärmerohr8 ebenso unterteilt werden, wie dies an Hand4 beschrieben wurde. - Etwa die gleiche An von Kühlanordnung lässt sich bei Photovoltaik-Anlagen verwenden, bei denen zur Lichtbündelung Parabolspiegel verwendet werden.
Claims (7)
- Kühlanordnung für lichtbündelnde, der Lichtquelle nachführbare Photovoltaik-Anlagen, mit einer oder einer Reihe von Photovoltaik-Vorrichtungen, wobei die Kühlanordnung aus einem an einer Wärmeübertragungsfläche einer PV-Vorrichtung (
1 ) oder an den Wärmeübertragungsflächen mehrerer benachbarter PV-Vorrichtungen (1 ) befestigten Wärmerohr (8 ) besteht, dadurch gekennzeichnet, dass das Wärmerohr (8 ) aufweist: einen erweiterten, an der Wärmeübertragungsfläche der zu kühlenden PV-Vorrichtung (1 ) befestigten Fußteil (9 ), dessen Breite und Länge der Breite beziehungsweise Länge der Wärmeübertragungsfläche einer oder mehrerer benachbarter PV-Vorrichtungen (1 ) entsprechen, einen innen hohlen Kopfteil (12 ), der in direkter Verbindung mit dem Fußteil (9 ) steht und einen kleineren Querschnitt aufweist als der Fußteil (9 ), so dass ein innerhalb des Wärmerohrs (8 ) befindliches Arbeitsfluid (10 ) auch dann im Fußteil (9 ) gehalten wird, wenn sich das Wärmerohr (8 ) in einer aus der vertikalen Lage, in der der Fußteil (9 ) unterhalb des Kopfteils (12 ) angeordnet ist, maximal ausgelenkten Betriebsstellung befindet, und eine Auskleidung (11 ) aus einem offenporigen, eine Dochtwirkung entfaltenden Material, die wenigstens die Oberflächenbereiche innerhalb des Fußteils (9 ) bedeckt, die während des normalen Betriebs vom Arbeitsfluid (10 ) berührt werden können. - Kühlanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Auskleidung (
11 ) die gesamte innere Oberfläche des Wärmerohrs (8 ) bedeckt. - Kühlanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Fußteil (
9 ) des Wärmerohrs (8 ) in dessen Längsrichtung in einzelne Kammern unterteilt ist. - Kühlanordnung nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Kopfteil (
12 ) des Wärmerohrs (8 ) als ein oder mehrere zylindrische Rohre ausgebildet ist an deren äußerer Oberfläche Kühlrippen (13 ) befestigt sind. - Kühlanordnung nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass die äußere Oberfläche einer Kühlrippe (
13 ), die dem Sonnenlicht direkt ausgesetzt ist, mit einer Reflexionsschicht (20 ) versehen ist. - Kühlanordnung nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Wärmerohr (
8 ) lösbar an der Wärmeübertragungsfläche der PV-Vorrichtung (1 ) befestigt ist. - Kühlanordnung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Wärmerohr (
8 ) mittels einer Lotschicht (5 ), mittels einer Schrauben-Mutter-Verbindung oder mittels eines Klammermechanismus (7 ) an der PV-Vorrichtung (1 ) befestigt ist.
Priority Applications (3)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE10251446A DE10251446B4 (de) | 2002-11-05 | 2002-11-05 | Kühlanordnung für lichtbündelnde Photovoltaik-Anlagen |
AU2003283110A AU2003283110A1 (en) | 2002-11-05 | 2003-11-05 | Cooling assembly for light concentrator photovoltaic systems |
PCT/CA2003/001709 WO2004042828A2 (en) | 2002-11-05 | 2003-11-05 | Cooling assembly for light concentrator photovoltaic systems |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE10251446A DE10251446B4 (de) | 2002-11-05 | 2002-11-05 | Kühlanordnung für lichtbündelnde Photovoltaik-Anlagen |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
DE10251446A1 DE10251446A1 (de) | 2004-05-19 |
DE10251446B4 true DE10251446B4 (de) | 2004-11-11 |
Family
ID=32115227
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
DE10251446A Expired - Fee Related DE10251446B4 (de) | 2002-11-05 | 2002-11-05 | Kühlanordnung für lichtbündelnde Photovoltaik-Anlagen |
Country Status (3)
Country | Link |
---|---|
AU (1) | AU2003283110A1 (de) |
DE (1) | DE10251446B4 (de) |
WO (1) | WO2004042828A2 (de) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE102007028416A1 (de) * | 2007-06-20 | 2008-12-24 | Dracowo Forschungs- Und Entwicklungs Gmbh | Beschichtungs- und Trägermaterialien für Anlagen zur Photovoltaik- und Solarthermiegewinnung und deren technischer Aufbau |
Families Citing this family (15)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE102004043205A1 (de) * | 2004-09-03 | 2006-03-09 | Fischer, Georg | Fotovoltaik-Element |
DE102004055185A1 (de) * | 2004-11-16 | 2006-05-24 | Beck Energie Gmbh | Photovoltaikmodul mit austauschbaren Zellen |
DE102004055186B4 (de) * | 2004-11-16 | 2012-07-19 | Beck Energy Gmbh | Photovoltaikmodul mit Submodulen |
ATE447143T1 (de) * | 2007-05-07 | 2009-11-15 | Electrolux Home Prod Corp | Gaskochvorrichtung |
EP2220687A1 (de) | 2007-11-19 | 2010-08-25 | Applied Materials, Inc. | Solarzellenkontaktbildungsprozess mit einem strukturierten ätzmaterial |
EA201071073A1 (ru) * | 2008-03-14 | 2011-02-28 | Необульб Текнолоджиз, Инк. | Устройство на солнечных элементах с высокой эффективностью теплорассеивания |
US8309446B2 (en) | 2008-07-16 | 2012-11-13 | Applied Materials, Inc. | Hybrid heterojunction solar cell fabrication using a doping layer mask |
DE102009012720A1 (de) * | 2009-03-11 | 2010-09-16 | Meuleman, André, Dipl.-Ing. | Kühlsystem für Photovoltaikmodule |
FR2945376B1 (fr) | 2009-05-06 | 2012-06-29 | Commissariat Energie Atomique | Recepteur solaire hybride pour la production d'electricite et de chaleur et systeme solaire a concentration comportant un tel recepteur |
DE102010036393A1 (de) * | 2010-07-14 | 2012-01-19 | Sunsail Energy Gmbh & Co. Kg | Hybrid-Kollektor |
JP5564396B2 (ja) * | 2010-10-25 | 2014-07-30 | タイヨー電子株式会社 | 集光発電装置 |
US8746975B2 (en) | 2011-02-17 | 2014-06-10 | Media Lario S.R.L. | Thermal management systems, assemblies and methods for grazing incidence collectors for EUV lithography |
US8731139B2 (en) | 2011-05-04 | 2014-05-20 | Media Lario S.R.L. | Evaporative thermal management of grazing incidence collectors for EUV lithography |
ES2539511B1 (es) * | 2013-12-31 | 2016-05-18 | Abengoa Solar New Tech Sa | Sistema híbrido de cilindro paramétrico termosolar y receptor fotovoltaico |
US9673751B2 (en) * | 2014-05-05 | 2017-06-06 | David Dobney | Rotating furling catenary solar concentrator |
Citations (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US4320246A (en) * | 1978-05-04 | 1982-03-16 | Russell George F | Uniform surface temperature heat pipe and method of using the same |
US5660644A (en) * | 1995-06-19 | 1997-08-26 | Rockwell International Corporation | Photovoltaic concentrator system |
JPH10321890A (ja) * | 1997-05-15 | 1998-12-04 | Hitachi Chem Co Ltd | 太陽電池冷却システム |
Family Cites Families (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US4200472A (en) * | 1978-06-05 | 1980-04-29 | The Regents Of The University Of California | Solar power system and high efficiency photovoltaic cells used therein |
-
2002
- 2002-11-05 DE DE10251446A patent/DE10251446B4/de not_active Expired - Fee Related
-
2003
- 2003-11-05 AU AU2003283110A patent/AU2003283110A1/en not_active Abandoned
- 2003-11-05 WO PCT/CA2003/001709 patent/WO2004042828A2/en not_active Application Discontinuation
Patent Citations (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US4320246A (en) * | 1978-05-04 | 1982-03-16 | Russell George F | Uniform surface temperature heat pipe and method of using the same |
US5660644A (en) * | 1995-06-19 | 1997-08-26 | Rockwell International Corporation | Photovoltaic concentrator system |
JPH10321890A (ja) * | 1997-05-15 | 1998-12-04 | Hitachi Chem Co Ltd | 太陽電池冷却システム |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE102007028416A1 (de) * | 2007-06-20 | 2008-12-24 | Dracowo Forschungs- Und Entwicklungs Gmbh | Beschichtungs- und Trägermaterialien für Anlagen zur Photovoltaik- und Solarthermiegewinnung und deren technischer Aufbau |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
WO2004042828A3 (en) | 2005-01-13 |
WO2004042828A2 (en) | 2004-05-21 |
DE10251446A1 (de) | 2004-05-19 |
AU2003283110A1 (en) | 2004-06-07 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
DE10251446B4 (de) | Kühlanordnung für lichtbündelnde Photovoltaik-Anlagen | |
DE60315095T2 (de) | Thermosiphon für elektronische Geräte zum Kühlen mit einem ungleichmässigen Luftstrom | |
DE4430517A1 (de) | Rinnenkollektor | |
DE2602530B1 (de) | Latentwaermespeicher | |
DE4121534A1 (de) | Kuehlvorrichtung | |
DD139757A5 (de) | Vorrichtung zum transport von waermeenergie | |
DE2806337C2 (de) | Sonnenkollektoranlage zur unmittelbaren Umwandlung der zugeführten Wärmeenergie in elektrische Energie | |
DE202007000529U1 (de) | Konzentrator-Photovoltaik-Vorrichtung mit zusätzlicher thermischer Nutzung sowie damit versehene Anlage | |
DE102011056877B4 (de) | Vorrichtung und Verfahren zur direkten Erzeugung von elektrischer Energie aus thermischer Energie | |
WO2010028818A2 (de) | Solar-flachkollektor | |
DE202007014238U1 (de) | Vorrichtung zur Wärmeübertragung eines Heatpipekondensators | |
WO2013000713A2 (de) | Solaranlage mit einem sonnenkollektor und einem fotovoltaischen oder thermoelektrischen wandler | |
DE3025826A1 (de) | Kollektor fuer sonnenenergie | |
EP2954264A1 (de) | Receiver für solaranlagen und solaranlage | |
DE2900875C2 (de) | Solarkollektor | |
DE102004020850B4 (de) | Röhrenkollektor zur Absorption von Lichtenergie | |
DE102006000668A1 (de) | Verstellbarer Solarkollektor | |
EP2553353B1 (de) | Temperiersystem | |
DE102009030356A1 (de) | Zwei-Phasen-Thermosyphon als großflächiger Wärmetauscher | |
EP2813782A1 (de) | Abschaltender Solarkollektor | |
CH618254A5 (de) | ||
DE10339412B4 (de) | Vorrichtung mit dynamischer LED-Anzeige sowie mit einer Einrichtung zum Wärmeabtransport aus dem Innenraum eines Gehäuses in die Umgebung | |
DE102009040654A1 (de) | Solarkollektor, welcher ein Wärmerohr mit Kondensator aufweist | |
DE202007000300U1 (de) | Konzentrator-Photovoltaik-Vorrichtung mit zusätzlicher thermischer Nutzung sowie damit versehene Anlage | |
DE102022105412A1 (de) | Solarthermischer Kollektor |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
OP8 | Request for examination as to paragraph 44 patent law | ||
8127 | New person/name/address of the applicant |
Owner name: DAY4 ENERGY INC., BURNABY, CA |
|
8364 | No opposition during term of opposition | ||
8339 | Ceased/non-payment of the annual fee |