DE29813325U1 - Vorrichtung zur Umwandlung von Solarenergie in elektrische Energie und/oder Wärmeenergie - Google Patents
Vorrichtung zur Umwandlung von Solarenergie in elektrische Energie und/oder WärmeenergieInfo
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Description
Vorrichtung zur Umwandlung von Solarenergie in elektrische Energie und/oder Wärmeenergie
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung der im Oberbegriff des Anspruchs 1 angegebenen
Gattung.
Vorrichtungen dieser Art sind in zahlreichen Varianten bekannt (z.B. DE 34 19 797 Al,
DE 41 20 943 Al, DE 42 06 931 Al, DE 296 05 277 Ul). Dabei kann der Energiewandler
eine photovoltaische Solarzellenanordnung zur Erzeugung von elektrischer Energie,
eine von einem Wärmeträgerfluid durchflossene Strömungsleitung, auch Kollektor genannt, zur Erzeugung von Wärmeenergie durch Erwärmung des Wärmeträgerfluids oder
eine Kombination von beidem enthalten.
Bei reinen Solarzellenanlagen kann dem Energiewandler eine Kühleinrichtung zugeordnet
werden, die z.B. aus einer ein Wärmeträgerfluid führenden Kühlleitung besteht, in die
eine Förderpumpe eingeschaltet ist. Das Wärmeträgerfluid wird dabei bevorzugt im
Kreislauf geführt. Dagegen ist bei einer ausschließlich Kollektoren aufweisenden Anlage
der Energiewandler Bestandteil eines Hauptkreislaufs. Dieser enthält zusätzlich zum
Energiewandler einen Speicher zur Speicherung der durch Umwandlung von Solarenergie
in Wärmeenergie erhaltenen Wärme und außer im Fall von sogenannten Thermosiphonanlagen
auch eine die Zwangsumwälzung des Wärmeträgerfluids bewirkende Umwälzpumpe. Die Strömungsleitungen sind dabei oft hinter flächigen Absorbern angeordnet, die für
&khgr;. &Ogr;;
eine verbesserte Umwandlung der einfallenden Solarstrahlen in thermische Energie sorgen.
Bei kombinierten Anlagen schließlich kann der Energiewandler aus einer Solarzellenanordnung
bestehen, wobei dem Energiewandler einerseits über die ihm zugeordnete, von einem
Wärmeträgerfluid durchflossene Kühlleitung Wärme entzogen wird, während gleichzeitig
das erwärmte Wärmeträgerfluid wie bei reinen Kollektoranlagen durch einen Speicher
geleitet wird. Derartige Hybridmodule dienen somit zur gleichzeitigen Erzeugung von
Wärmeenergie und elektrischer Energie. Das Wärmeträgerfluid ist meistens eine Flüssigkeit,
z.B. Wasser oder ein Wasser/Glykol-Gemisch, kann aber auch ein Gas wie z.B. Luft
sein.
Bei Vorrichtungen dieser Art ergibt sich das Problem, daß die Temperatur des Energiewandlers
und des Wärmeträgerfluids in Abhängigkeit von den Betriebsbedingungen stark ansteigen kann. Das gilt z.B. für den Fall, daß die in den Hauptkreislauf geschaltete
Umwälzpumpe ausfällt oder ausgeschaltet wird, um z.B. eine zu starke Erwärmung bzw.
Aufladung des Speichers zu vermeiden, oder daß dem Speicher keine Energie entnommen
wird, was z.B. bei einer an einem Gebäude montierten Vorrichtung in Ferienzeiten
unvermeidbar ist. Erfolgt die Energiewandlung mit Hilfe von Kollektoren, führen diese
bei derartigen Stillstandzeiten höchstens auftretenden Temperaturen von z.B. 150 0C und
mehr zu starken thermischen Belastungen, z.B. durch die unterschiedlichen Wärmeausdehnungen
der den Energiewandler bildenden Materialien, was eine reduzierte Lebensdauer zur Folge haben kann.
Werden dagegen zur Energiewandlung auch oder nur photovolatische Solarzellen verwendet,
tritt außer der Gefahr von thermischen Belastungen noch der bekannte Nachteil hinzu, daß der Wirkungsgrad von Solarzellen mit geringer werdender Kühlwirkung stark
abnimmt. Allgemein wird bei Anwendung moderner Solarzellenmodule damit gerechnet,
daß ein Leistungsverlust von ca. 0,45 % pro 1 0C Temperaturerhöhung (durchschnittlicher
Wert bei Verwendung von kristallinen Solarzellen) eintritt, so daß sich die Leistung bei
einer Modultemperatur von 70 0C um ca. 20 % gegenüber den Herstellerangaben reduziert,
die in der Regel auf eine Betriebstemperatur von 25 0C bezogen sind. Soll daher die
mit den Solarzellenmodulen erhaltene elektrische Energie in das öffentliche Stromnetz
eingespeist werden, ergeben sich für den Betreiber der Vorrichtung in den genannten
Fällen beträchtliche Verluste aufgrund mangelnder Kühlleistung.
Demgegenüber liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, die Vorrichtung der eingangs
bezeichneten Gattung so auszubilden, daß ungewünschte Temperaturerhöhungen im Bereich des Energiewandlers nicht eintreten oder zumindest wirkungsvoll reduziert werden
können.
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Zur Lösung dieser Aufgabe dienen die kennzeichnenden Merkmale des Anspruchs
Die Erfindung bringt den Vorteil mit sich, daß beim Erreichen einer vorgewählten
Temperatur automatisch die Förderpumpe in der Kühlleitung eingeschaltet und dadurch
eine Kühlung des Energiewandlers bewirkt wird. Der Energiewandler kann dadurch wirksam vor hohen thermischen Belastungen geschützt werden.
Weitere vorteilhafte Merkmale der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen.
Die Erfindung wird nachfolgend in Verbindung mit der beiliegenden Zeichnung an
Ausführungsbeispielen näher erläutert. Es zeigen:
Fig. 1 schematisch eine erfindungsgemäße Vorrichtung zur Umwandlung von Solarenergie
in Wärmeenergie und/oder elektrische Energie gemäß einer ersten Ausführungsform der Erfindung;
Fig. 2 und 3 weitere Ausführungsformen der erfindungsgemäßen Vorrichtung; und
Fig. 4 eine besonders bevorzugte Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Solarzellenanordnung
im Querschnitt.
Nach der grob schematischen Darstellung in Fig. 1 enthält eine Vorrichtung zur Umwandlung
von Solarenergie in elektrische Energie und Wärmeenergie z.B. einen Energiewandler
1, der einer durch Pfeile angedeuteten Solarstrahlung ausgesetzt ist, einen Speicher 2 und eine Umwälzpumpe 3, die durch Strömungsleitungen hintereinander
geschaltet und zu einem geschlossenen Hauptkreislauf miteinander verbunden sind, in dem
ein Wärmeträgerfluid, z.B. Wasser, in Richtung der eingezeichneten Pfeile zirkuliert. Der
&KHgr;-
Energiewandler 1 besteht z.B. aus einem der Solarstrahlung ausgesetzten oberen Abschnitt
la, der mit nicht näher dargestellten Solarzellen belegt ist, und einem unteren Abschnitt
Ib, der eine nicht näher dargestellte, einen Einlaß 4 und einen Auslaß 5 aufweisende, in
einem Kühlkörper ausgebildete Kühlleitung Ic aufweist, die zur Kühlung der Solarzellen
von dem auch im Hauptkreislauf strömenden Wärmeträgermedium durchströmt wird. Die
in den Photovoltaikkreis eingesetzten Verbindungen und Bauteile sind bekannt und daher
nicht dargestellt. Der Speicher 2 ist z.B. ein üblicher Warmwasserspeicher, der durch das
im Energiewandler 1 erwärmte Wärmeträgerfluid aufgeheizt wird und die ihm zugeführte
thermische Energie speichert, bis sie von einem Verbraucher, z.B. einem Haushalt,
entnommen wird.
Erfindungsgemäß ist dem Energiewandler 1 ein zu seiner Kühlung bestimmter Kühlkreislauf
nach Art eines Bypasses parallel geschaltet. Dieser Kühlkreislauf enthält die Kühlleitung Ic und eine Förderpumpe 6 und ist so ausgebildet, daß er automatisch
eingeschaltet wird, wenn an einer vorgewählten Stelle des Hauptkreislaufs eine unerwünscht
hohe Temperatur festgestellt wird. Der Kühlkreislauf ist außerdem so eingerichtet,
daß ein in ihm geführtes Wärmeträgermedium beim Einschalten der Umwälzpumpe 6 in Pfeilrichtung umgewälzt wird und dabei den Energiewandler 1 in ähnlicher Weise
durchströmt, wie dies für das Wärmeträgerfluid des Hauptkreislaufes gilt. Der Kühlkreislauf
ist vorzugsweise mit einem vom Wärmeträgerfluid durchströmten Wärmetauscher 7 versehen, der z.B. ein Luft/Flüssigkeit-Wärmetauscher ist, dessen Flüssigkeitspassagen
vom Wärmeträgerfluid durchströmt werden, während ein Ventilator 8 Kühlluft durch die
Luftpassagen drückt.
Besonders zweckmäßig und einfach ist eine Anordnung, bei der das Wäxmeträgerfluid in
beiden Kreisläufen dasselbe ist, d.h. die beiden Kreisläufe an die Kühlleitung Ic angeschlossen
sind. Zu diesem Zweck sind der Einlaß 4 und der Auslaß 5 z.B. mit je einem elektrisch, pneumatisch oder sonstwie steuerbaren Umschaltventil 9 bzw. 10 verbunden,
wobei das Umschaltventil 9 zwei wahlweise mit den beiden Kreisläufen verbindbare
Ausgänge und das Umschaltventil 10 zwei wahlweise mit den beiden Kreisläufen verbindbare
Eingänge aufweist. Beide Umschaltventile 9,10 sind außerdem über Steuerleitungen
11,12 mit einer Schalteinrichtung 14 verbunden. Diese kann über weitere Steuerleitungen
mit an vorgewählten Stellen angeordneten Temperaturfühlern verbunden sein, wobei ein
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Temperaturfühler 15 z.B. die Temperatur des Wärmeträgerfluids am Auslaß 5 der
Kühlleitung Ic und ein anderer Temperaturfühler 16 z.B. die Temperatur im Speicher 2
abtastet. Weitere Steuerleitungen 17,18 und 19 sind mit der Umwälzpumpe 3, der Förderpumpe 6 und dem Ventilator 8 verbunden. Alternativ kann der Temperaturfühler
auch an einer vorgewählten Stelle des Energiewandlers 1 angeordnet sein und dessen
Temperatur direkt abtasten.
Die Schalteinrichtung 14 ist z.B. mit Mitteln der Mikroprozessorsteuerung so eingerichtet,
daß für den Fall, daß einer der Temperaturfühler 15,16 eine ungewünscht hohe Temperatür
von z.B. 70 0C anzeigt, die beiden Umschaltventile 9,10 über die Steuerleitungen
11,12 so geschaltet werden, daß der Energiewandler 1 bzw. die Kühlleitung Ic mit dem
Kühlkreislauf, aber nicht mehr mit dem Hauptkreislauf verbunden ist. Gleichzeitig wird
über die Steuerleitungen 17,18 und 19 einerseits die Umwälzpumpe 3 ausgeschaltet,
während andererseits die Förderpumpe 6 und der Ventilator 8 eingeschaltet werden.
Dadurch ist der Kühlkreislauf aktiviert, der jetzt so lange eingeschaltet bleibt, bis die
Temperatur am Ort des betreffenden, Temperaturfühlers 15,16 wieder unter einen kritischen
Wert abgesunken ist, worauf die Umschaltventile 9,10 wieder auf den Hauptkreislauf
umgeschaltet, die Umwälzpumpe 3 eingeschaltet und die Förderpumpe 6 und der Ventilator 8 ausgeschaltet werden.
Handelt es sich bei den beiden Kreisläufen um separate Kreisläufe, dann genügt es, bei
Bedarf die Förderpumpe 6 und den Ventilator 8 einzuschalten und die Umwälzpumpe 3
auszuschalten bzw. umgekehrt, d.h. die Umschaltventile 9,10 werden in diesem Fall nicht
benötigt.
Die Schalteinrichtung 14 kann im übrigen zusätzlich mit weiteren Sensoren versehen sein,
die ungewünschte Zustände signalisieren und ein Umschalten der Pumpen 3,6 und/oder
der Umschaltventile 9,10 bewirken.
Durch die Erfindung wird der Vorteil erzielt, daß für den Fall, daß der Energiewandler
mit Solarzellen arbeitet, im Normalfall mit Hilfe des permanent zugeschalteten Hauptkreislaufs
eine Beladung des Speichers 2 bis zu einer maximalen Speichertemperatur von z.B. 70 0C sichergestellt wird, während darüber hinaus mit Hilfe des Kühlkreislaufs
vermieden werden kann, daß der Energiewandler 1 oder Teile davon, wie z.B. die
Solarzellen, aufgrund einer sehr hohen thermischen Belastung beschädigt oder zerstört
werden. Außerdem stellt der Kühlkreislauf sicher, daß der Energiewandler 1 auch bei
veränderten Bedingungen stets mit einem günstigeren Wirkungsgrad arbeitet. Dagegen
dient der Kühlkreislauf bei einer Vorrichtung, die ausschließlich mit der Wärmeerzeugung
dienenden Solarkollektoren arbeitet, überwiegend dem Schutz der Vorrichtung vor thermischer Belastung. Dabei ist die vom Kühlkreislauf bewirkte Kühl- bzw. Schutzwirkung
im allgemeinen um so besser, je näher der Wärmetauscher 7 am Energiewandler 1 liegt, d.h. je kürzer die Verbindungsleitungen sind.
Nach einer besonders bevorzugten Ausführungsform der Erfindung erfolgen die von der
Schalteinrichtung 14 bewirkten Schaltungen unter Berücksichtigung vorgewählter Temperaturzustände.
Wird beispielsweise am Ort des Temperaturfühlers 15 eine Temperatur T1
und am Ort des Temperaturfühlers 16 eine Temperatur T2 gemessen, kann z.B. der
Temperatur T2 ein Maximalwert T2max zugeordnet und z.B. gefordert werden, daß die
Umwälzpumpe 3 ausgeschaltet wird bzw. ausgeschaltet bleibt, wenn und solange T2
> T2max ist, um ein Entladen des Speichers 2 mit Sicherheit zu vermeiden. Gleichzeitig
könnte der Temperatur T1 ein Maximalwert Tlmax zugeordnet und gefordert werden, daß
die Förderpumpe 6 und ggf. auch der Ventilator 8 eingeschaltet wird, wenn bei T2
> T2max gleichzeitig T1
> Tlmax ist, um sicherzustellen, daß der Energiewandler 1
gekühlt wird, sobald seine Temperatur T1 eine vorgewählte Maximaltemperatur übersteigt.
Weiter könnte festgelegt werden, daß bei T2 < T2max die Förderpumpe 6 immer ausgeschaltet
ist oder bleibt, um einer möglichen Beladung des Speichers 2 in jedem Fall Vorrang zu geben, und die Umwälzpumpe 3 eingeschaltet wird, wenn gleichzeitig
T1 - T2 > TB ist.
Ein besonders vorteilhafter Schaltplan ergibt sich aus der nachfolgenden Tabelle:
| Laufende Nummer |
Temperatur gefälle |
Temperatur T2 | Temperatur T1 | Umwälzpumpe 3 |
Förderpumpe 6 |
| 1 | T1-T2ST8 | T2ST2^ | T1^T1n, | AUS | EIN |
| 2 | T1-T2ST8 | T2ST2n^ | t^t,^ | AUS | AUS |
| 3 | T1-T2ST8 | T2 < T2n^ | T1ST1n^ | EIN | AUS |
| 4 | T1-T2ST8 | Tj<T2mi | Ti<Tla« | EIN | AUS |
| 5 | T1-T2 < T8 | T2ST2n^ | T,STlmt | AUS | EIN |
| 6 | T1-T2 < T8 | T2ST2n^x | &tgr;,<&tgr;11&Igr;&Bgr;&Igr; | AUS | AUS |
| 7 | T1-T2 < T8 | T2 < T2n^ | T1ST11111x | AUS | AUS |
| 8 | &Tgr;&Ggr;&Tgr;2<&Tgr;&Bgr; | T2 < T^ | T^T^ | AUS | AUS |
| 9 | T2 < T2^1 Aufgrund von Pumpenausfall oder manueller Abschaltung keine Einspei cherung |
T1 STlmax+ | AUS, z.B. Ausfall/manu elle Abschal tung |
ETN |
Darin bedeuten:
T1 = Temperatur am Ort des Temperaturfühlers 15;
T2 = Temperatur am Ort des Temperaturfühlers 16;
= maximale gewünschte Temperatur am Ort des Temperaturfühlers 15;
= maximale gewünschte Temperatur am Ort des Temperaturfühlers 16; TB = vorgewählte Temperaturdifferenz zwischen T1 und T2.
Beträgt z.B. die Temperatur T2max = 70 0C, dann könnte der Wert TlmM auf 50 0C und
der Wert TB auf 8 0C festgelegt werden.
Die laufenden Nummern 1 bis 8 der obigen Tabelle zeigen die verschiedenen Schaltungen.
Die obigen Schaltungen berücksichtigen z.B. nicht den Fall, daß bei T2
< T2max die Umwälzpumpe 3 unbeabsichtigt oder beabsichtigt ausgeschaltet oder aufgrund eines Defektes
ausgefallen ist. Für diesen Fall zeigt die obige Tabelle an, daß die Förderpumpe 6 stets
ausgeschaltet ist. Dies könnte wiederum zur Folge haben, daß die Temperatur Tj bei
starker Sonneneinstrahlung weit über den gewünschten Wert von Tlmax ansteigt. Erfindungsgemäß
ist daher zusätzlich eine übergeordnete Steuerung vorgesehen, die beim Erreichen einer vorgewählten Temperatur Tlmax+ von z.B. 110 0C den Kühlkreislauf auch
dann zuschaltet, wenn der Speicher 2 auf einer Temperatur T2 ist, die unter dem Wert
T2max liegt (vgl. die lfd. Nummern 3, 4, 7, 8 der obigen Tabelle).
Schaltungstechnisch kann diese übergeordnete Steuerung durch in Fig. 1 schematisch
angedeutete UND- bzw. ODER-Funktionen realisiert werden. Innerhalb der Schalteinrichtung
14 sind z.B. mit dem Ausgang des Temperaturfühlers 15 zwei Vergleicher 20,21 verbunden, während der Ausgang des Temperaturfühlers 16 am Eingang eines
Vergleichers 22 liegt. Die Ausgänge der Vergleicher 21 und 22 sind mit zwei Eingängen
eines UND-Glieds 23 verbunden, während der Ausgang des Vergleichers 20 und der Ausgang des UND-Glieds 23 mit zwei Eingängen eines ODER-Glieds 24 verbunden sind,
dessen Ausgang zur Förderpumpe 6 führt.
Der Vergleicher 22 gibt z.B. bei T2 >: T2mM ein Ausgangssignal (z.B. logisch "1") ab.
Der Vergleicher 21 gibt ein entsprechendes Signal bei T1 >. Tlmai ab. Dadurch wird der
Förderpumpe 6 nur dann ein ihre Einschaltung bewirkendes Signal (z.B. logisch "1")
zugeleitet (vgl. obige Tabelle), wenn T2 > T2max und gleichzeitig T1 ^ Tlmax ist. In allen
anderen Situationen liegt zumindest an einem Ausgang der Vergleicher 21,22 kein Ausgangssignal an (z.B. logisch "0"), so daß die Förderpumpe 6 ausgeschaltet wird oder
bleibt.
Der Vergleicher 20 prüft z.B. entsprechend der lfd. Nummer 9 der obigen Tabelle, ob
T1 > Tlmax+ gilt. Trifft dies zu, erzeugt er ein Ausgangssignal (z.B. logisch "1"),
wodurch über das ODER-Glied 24 die Förderpumpe 6 eingeschaltet wird, obwohl das UND-Glied 23 kein entsprechendes Ausgangssignal abgibt. Gleichzeitig kann das Signal
am Ausgang des Vergleichers 20 dazu verwendet werden, ein Alarmgerät einzuschalten,
das eine Störung signalisiert.
Im übrigen können, wie es bei Steuerungen der beschriebenen Art üblich ist, unterschiedliche
Tlmax-Werte für Ein- und Ausschaltvorgänge definiert und hard- oder softwaremäßig
erfaßt werden. Dadurch wird erreicht, daß für Einschaltvorgänge der Pumpen 3,6 z.B. die oben angegebenen Werte Tlmax = 50 0C bzw. Tlmax+ = 110 0C verwendet werden,
während für nachfolgende Ausschaltvorgänge z.B. Werte von Tlmax = 45 0C oder
= 100 °C zugrunde gelegt werden.
Fig. 2 zeigt eine Ausführungsform, bei der der Kühlkreislauf unmittelbar einem einzelnen
Energiewandler 1 zugeordnet oder in diesen integriert ist. Dagegen ist bei der Ausführungsform
nach Fig. 3 vorgesehen, mehrere Solarzellenmodule 21 bis 23 in Parallelschaltung
mit einem einzigen Kühlkreislauf zu verbinden. Im übrigen sind in Fig. 2 und gleiche Teile mit denselben Bezugszeichen wie in Fig. 1 versehen.
Fig. 4 zeigt eine besonders bevorzugte Solarzellenanordnung, die wenigstens eine
Solarzelle 24 enthält, die z.B. nach einer heute üblichen Technik hergestellt ist und z.B.
aus einer im wesentlichen planparallelen Platte mit einer Größe von ca. 120 mm &khgr; 120
mm in der Draufsicht und einer Dicke von wenigen Millimetern besteht. Dabei kann eine
an sich beliebige Anzahl derartiger Solarzellen 24 in elektrischer Parallel- und/oder
Serienschaltung zu einem sogenannten Modul zusammengefaßt sein. 20
An ihrer oberen bzw. vorderen Breitseite sind die Solarzellen 24 mit einer transparenten
Abdeckung 25 belegt, die z.B. aus einer planparallelen Glasplatte besteht und alle ggf.
vorhandenen Solarzellen 24 abdeckt. Jede Solarzelle 24 ist z.B. mittels einer aus einem
elastischen Kleber bestehenden Schicht 26, die die unterschiedlichen Wärmedehnungen der
Solarzellen 24 und der Abdeckung 25 ausgleicht, an letzterer befestigt.
An den unteren bzw. hinteren Breitseiten der Solarzellen 24 ist ein erfindungsgemäßer
Kühlkörper 27 angebracht, der z.B. in Richtung der in Fig. 1 dargestellten Pfeile vom
Wärmeträgerfluid durchströmt werden kann. Der Kühlkörper 27 enthält eine Vielzahl von
einzelnen Streifen 28a,28b, die in Strömungsrichtung hintereinander und parallel angeordnet
sind und sich quer zur Strömungsrichtung erstrecken. Die Streifen 28a,28b sind quer
zur Strömungsrichtung mäanderförmig gewellt, so daß sie untere Abschnitte 29a und 29b,
obere Abschnitte 30a und 30b sowie dazwischen liegende Stege 31a und 31b aufweisen.
Die Rückseiten der Abschnitte 29a,29b und die Vorderseiten der Abschnitte 30a,30b
liegen dabei vorzugsweise im wesentlichen in Ebenen, die parallel zueinander und in
einem der Länge der Stege 3la,3Ib entsprechenden Abstand voneinander angeordnet sind.
Die Wellungen von aufeinander folgenden Streifen 28a,28b sind außerdem vorzugsweise
quer zur Strömungsrichtung gegeneinander versetzt.
Der Kühlkörper 27 wird vorzugsweise einstückig hergestellt, wobei die Streifen 28a,28b
durch einen Walzvorgang mit Hilfe von Profilwalzen oder durch einen Stanzvorgang aus
einem Blech gefertigt werden. Das Blech besteht aus einem vorzugsweise dünnen, gut
wärmeleitenden Material, insbesondere Metallblechen (z.B. Kupfer, Aluminium). Der
Kühlkörper 27 erstreckt sich zweckmäßig über alle vorhandenen Solarzellen 24. Es
können jedoch auch mehrere, parallel oder sonstwie angeordnete Kühlkörper 27 der
angegebenen Art eingesetzt werden, die z.B. wahlweise dem Hauptkreislauf oder dem
Kühlkreislauf nach Fig. 1 zugeordnet sind.
Die Verbindung des Kühlkörpers 27 mit den Solarzellen 24 erfolgt zweckmäßig dadurch,
daß die vorderen Abschnitte 30a,30b der Streifen 28a,28b mittels einer Schicht 32 aus
einem vorzugsweise elastischen und gut wärmeleitenden Kleber, der die unterschiedlichen
Wärmedehnungen des Kühlkörpers 27 und der Solarzellen 24 ausgleicht, an letzteren
befestigt werden.
Aufgrund der beschriebenen Ausbildung des Kühlkörpers 27 bilden die Abschnitte
29a,29b, 30a,30b und die Stege 31a,31b eine Vielzahl von in Strömungsrichtung verlaufenden
Passagen oder Durchgängen, die innerhalb der einzelnen Streifen 28a,28b
abwechselnd nach vorn bzw. oben und nach hinten bzw. unten offene Bereiche 33 und
begrenzen. Die nach vorn offenen Bereiche 33 stehen dabei unmittelbar den Rückseiten
der Solarzellen 24 gegenüber, so daß ein diese Bereiche 33 durchströmendes Wärmeträgerfluid
in direkte Berührung mit den Rückwänden der Solarzellen 24 gelangt und eine intensive Wärmeabfuhr bewirkt.
Die Bereiche 34 sind nach unten bzw. rückwärts offen, liegen aber mit ihren vorderen
Abschnitten 30a,30b an den Rückseiten der Solarzellen 24 an, so daß ein sie durchströmendes
Wärmeträgerfluid jeweils über diese Abschnitte 30a,30b am Abtransport der
• &phgr; &phgr;
&lgr; m &phgr; ·
• &phgr; Φ &phgr; Φ Φ Φ
Wärme beteiligt ist. Insgesamt ergibt sich aufgrund der Wellungen auch bei kurzen Stegen
3la,3Ib bzw. flachen Kühlkörpern 27 eine sehr große Wärmeaustauschfläche und damit
eine gute Kühlwirkung, die durch den Versatz der Streifen 28a,28b und die dadurch
bewirkte intensive Verwirbelung des durch den Kühlkörper 27 strömenden Wärmeträgerfluids
zusätzlich erhöht wird.
An der Rückseite des Kühlkörpers 27 bzw. an den Abschnitten 29a,29b ist eine Rückwand
35 befestigt, die z.B. durch Rahmenteile und Dichtungen fest oder lösbar mit der Abdeckung
25 verbunden ist, so daß ein den Kühlkörper 27 umgebendes, insgesamt allseits geschlossenes Gehäuse entsteht, das mit dem Einlaß 4 bzw. dem Auslaß 5 nach Fig. 1
versehen wird. Außerdem könnte das Gehäuse in diesem Fall im Bereich des Einlasses 4
bzw. Auslasses 5 mit vom Kühlkörper 27 freien Abschnitten versehen sein, die Sammelkammem
für das Wärmeträgerfluid bilden und dessen Verteilung über die Breite des Kühlkörpers 27 verbessern.
Die Erfindung ist nicht auf die beschriebenen Ausführungsbeispiele beschränkt, die auf
vielfache Weise abgewandelt werden können. Dies gilt insbesondere für das aus Fig. 1
ersichtliche Prinzipschaltbüd. Beispielsweise wäre es möglich, in Fig. 1 einen ausschließlich
aus Solarzellen bestehenden Energiewandler 1 vorzusehen, dem lediglich der Kühlkreislauf
zugeordnet ist, d.h. der Hauptkreislauf würde in diesem Fall völlig entfallen. Bei
dieser Variante würde der Kühlkreislauf bei Über- bzw. Unterschreitung vorgewählter
Temperaturen am Ort des Temperaturfühlers 15 ein- bzw. ausgeschaltet und allein der
Kühlung dienen. Außerdem könnte die Kühlleitung Ic in einem offenen Kreis angeordnet
sein, da das in ihr strömende Wärmeträgerfluid jetzt nur der Kühlung, aber nicht auch der
Aufheizung eines Speichers dient. Dasselbe gilt für den Fall, daß die Kühlleitung Ic
zusätzlich zu einem in den Hauptkreislauf geschalteten Kollektor od. dgl. vorhanden ist.
Außerdem kann die Ausbildung der Solarzellenanordnung auch eine andere als die nach
Fig. 4 sein. Als Wärmetauscher 7 können insbesondere übliche Platten- oder Schalenwärmetauscher
verwendet werden. Weiter braucht der Speicher 2 nicht unbedingt ein üblicher, z.B. in einem Gebäude angeordneter Warmwasserspeicher sein. Alternativ
könnte der Speicher 2 z.B. auch ein Schwimmbecken sein. Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung der Erfindung sollte die Vorrichtung außerdem so ausgelegt sein, daß die
zum Betreiben der Schalteinrichtung 14, der Umwälzpumpen 3,6 und des Ventilators 8
benötigte elektrische Energie ganz oder teilweise von einem in der Vorrichtung enthaltenen
Energiewandler 1 in Form einer Solarzellenanordnung aufgebracht wird. Weiterhin könnten die Umschaltventile 9,10 als Thermostatventile ausgebildet sein, die beim
Erreichen vorgewählter Temperaturen den Hilfskreislauf öffnen und gleichzeitig den
Hauptkreislauf schließen bzw. umgekehrt. Schließlich versteht sich, daß die verschiedenen
Merkmale der Erfindung auch in anderen als den dargestellten und beschriebenen Kombinationen angewendet werden können.
Claims (12)
1. Vorrichtung zur Umwandlung von Solarenergie in elektrische Energie und/oder
Wärmeenergie mit einem Energiewandler (1) und einer diesem zugeordneten, ein Wärmeträgerfluid
führenden und eine schaltbare Förderpumpe (6) aufweisenden Kühlleitung (lc),
dadurch gekennzeichnet, daß eine an die Förderpumpe (6) angeschlossene Schalteinrichtung
(14) zum selbsttätigen Einschalten der Förderpumpe (6) beim Überschreiten einer vorgewählten Temperatur (T1) im Energiewandler (1) und/oder in der Kühlleitung (Ic)
vorgesehen ist.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß sie einen den Energiewandler
(1) und einen Speicher (2) aufweisenden, ein Wärmeträgerfluid führenden Hauptkreislauf enthält und die Kühlleitung (Ic) dem Energiewandler (1) parallel geschaltet
ist.
3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Kühlleitung
(Ic) in einem Kühlkreislauf angeordnet ist.
4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der
Schalteinrichtung (14) wenigstens ein an einer vorgewählten Stelle des Energiewandlers
(1) und/oder der Kühlleitung (Ic) angeordneter Temperatursensor (15) zur Ermittlung der
vorgewählten Temperatur (T1) zugeordnet ist.
5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der
Schalteinrichtung (14) wenigstens ein weiterer, dem Speicher (2) zugeordneter Temperaturfühler
(16) zugeordnet ist und die Schalteinrichtung (14) auch zum Ein- bzw. Ausschalten
einer im Hauptkreislauf angeordneten Umwälzpumpe (3) beim Über- bzw.
Unterschreiten vorgewählter Temperaturen (T2) im Speicher (2) eingerichtet ist.
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6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die
Schalteinrichtung (14) so ausgebildet ist, daß sie die Förderpumpe (6) und/oder die
Umwälzpumpe (3) beim Über- bzw. Unterschreiten vorgewählter Temperaturen und/oder Temperaturdifferenzen (T1 - T2) ein- bzw. ausschaltet.
7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 3 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß der
Kühlkreislauf einen Wärmetauscher (J) enthält.
8. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Wärmetauscher (7)
ein Luft/Flüssigkeit-Wärmetauscher ist.
9. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die
Kühlleitung (Ic) durch Umschaltventile (9,10) mit dem Hauptkreislauf verbunden ist,
mittels derer der Energiewandler (1) wahlweise in den Hauptkreislauf oder in die Kühlleitung
schaltbar ist.
10. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß der
Energiewandler (1) wenigstens eine Solarzelle (24) enthält.
11. Vorrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß der Energiewandler (1)
eine Solarzellenanordnung mit einem auf der Rückseite der Solarzelle (24) angebrachten,
vom Wärmeträgerfluid durchströmten Kühlkörper (27) aufweist.
12. Vorrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß der Kühlkörper (27) aus
einer Lamelle mit einer Mehrzahl von Wellungen besteht, die vom Wärmeträgerfluid
durchströmte Bereiche (33,34) oder Kanäle bilden, die an parallel zur Strömungsrichtung
des Wärmeträgerfluids erstreckten Seiten offen sind und mit diesen offenen Seiten
unmittelbar an die Solarzellen (24) grenzen.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| DE29813325U DE29813325U1 (de) | 1998-07-28 | 1998-07-28 | Vorrichtung zur Umwandlung von Solarenergie in elektrische Energie und/oder Wärmeenergie |
Applications Claiming Priority (1)
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|---|---|---|---|
| DE29813325U DE29813325U1 (de) | 1998-07-28 | 1998-07-28 | Vorrichtung zur Umwandlung von Solarenergie in elektrische Energie und/oder Wärmeenergie |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| DE29813325U1 true DE29813325U1 (de) | 1999-01-07 |
Family
ID=8060417
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| DE29813325U Expired - Lifetime DE29813325U1 (de) | 1998-07-28 | 1998-07-28 | Vorrichtung zur Umwandlung von Solarenergie in elektrische Energie und/oder Wärmeenergie |
Country Status (1)
| Country | Link |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| R207 | Utility model specification |
Effective date: 19990218 |
|
| R150 | Utility model maintained after payment of first maintenance fee after three years |
Effective date: 20011218 |
|
| R157 | Lapse of ip right after 6 years |
Effective date: 20050201 |