WO2022179778A1 - Vorrichtung zur umwandlung von sonnenlichtenergie in elektrische energie und wärme - Google Patents

Vorrichtung zur umwandlung von sonnenlichtenergie in elektrische energie und wärme Download PDF

Info

Publication number
WO2022179778A1
WO2022179778A1 PCT/EP2022/051495 EP2022051495W WO2022179778A1 WO 2022179778 A1 WO2022179778 A1 WO 2022179778A1 EP 2022051495 W EP2022051495 W EP 2022051495W WO 2022179778 A1 WO2022179778 A1 WO 2022179778A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
flow
heat
air
air flow
line
Prior art date
Application number
PCT/EP2022/051495
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Holger Mesle
Original Assignee
Ebm-Papst St. Georgen Gmbh & Co. Kg
Priority date (The priority date 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 date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Ebm-Papst St. Georgen Gmbh & Co. Kg filed Critical Ebm-Papst St. Georgen Gmbh & Co. Kg
Publication of WO2022179778A1 publication Critical patent/WO2022179778A1/de

Links

Classifications

    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F24—HEATING; RANGES; VENTILATING
    • F24S—SOLAR HEAT COLLECTORS; SOLAR HEAT SYSTEMS
    • F24S10/00—Solar heat collectors using working fluids
    • F24S10/25—Solar heat collectors using working fluids having two or more passages for the same working fluid layered in direction of solar-rays, e.g. having upper circulation channels connected with lower circulation channels
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F24—HEATING; RANGES; VENTILATING
    • F24S—SOLAR HEAT COLLECTORS; SOLAR HEAT SYSTEMS
    • F24S10/00—Solar heat collectors using working fluids
    • F24S10/50—Solar heat collectors using working fluids the working fluids being conveyed between plates
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F24—HEATING; RANGES; VENTILATING
    • F24S—SOLAR HEAT COLLECTORS; SOLAR HEAT SYSTEMS
    • F24S50/00—Arrangements for controlling solar heat collectors
    • F24S50/40—Arrangements for controlling solar heat collectors responsive to temperature
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F24—HEATING; RANGES; VENTILATING
    • F24S—SOLAR HEAT COLLECTORS; SOLAR HEAT SYSTEMS
    • F24S60/00—Arrangements for storing heat collected by solar heat collectors
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F24—HEATING; RANGES; VENTILATING
    • F24S—SOLAR HEAT COLLECTORS; SOLAR HEAT SYSTEMS
    • F24S90/00—Solar heat systems not otherwise provided for
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02S—GENERATION OF ELECTRIC POWER BY CONVERSION OF INFRARED RADIATION, VISIBLE LIGHT OR ULTRAVIOLET LIGHT, e.g. USING PHOTOVOLTAIC [PV] MODULES
    • H02S40/00—Components or accessories in combination with PV modules, not provided for in groups H02S10/00 - H02S30/00
    • H02S40/40—Thermal components
    • H02S40/44—Means to utilise heat energy, e.g. hybrid systems producing warm water and electricity at the same time

Definitions

  • the present invention relates to a device that is adapted to partially convert the energy of the sun's light into electrical energy and partially into heat.
  • PVT modules are also known, in which a cooling circuit is provided for cooling a photovoltaic module, through which a cooling liquid flows.
  • a cooling circuit is provided for cooling a photovoltaic module, through which a cooling liquid flows.
  • WO 2018/232537 discloses A1 Module called hybrid collector.
  • the temperature of the photovoltaic module is thereby traversed by a medium, preferably water, on the back of the photovoltaic cells.
  • a sealed air-filled space is formed at the front, the air layer forming a thermal insulation layer.
  • the company Puren also offers an air collector set up for sloping roofs, which forms a closed roof membrane in combination with the on-rafter insulation.
  • the air can flow into the air collector at the lower edge of the roof and heat up as it rises through the air collector.
  • the heated air is then passed through a heat exchanger to be used for heating purposes in a building.
  • the device according to the invention is designed to convert part of the energy of the sunlight into electrical energy and part of the energy of the sunlight into heat. Electrical energy or heat can thus be obtained at the same time. Optional may be dependent only electrical energy or only heat can be obtained from the ambient conditions in other operating states at least temporarily.
  • the device has a photovoltaic module which is arranged in a module housing.
  • the module housing has a front wall, a rear wall spaced from the front wall, and at least one side wall.
  • the module housing surrounds an interior. The interior is sealed against the environment in such a fluid-tight manner that an air flow is directed from a flow inlet to a flow outlet through the module housing.
  • a light entry window is arranged, which is formed, for example, by a pane of glass or another pane that consists of a material that is transparent to a light wavelength range that can be received by the photovoltaic module and converted into electrical energy.
  • the light entry window is transparent to light wavelengths of visible light or sunlight.
  • the photovoltaic module is arranged in the module housing at a distance from the front wall and the rear wall such that a first flow space is formed between the front wall and the photovoltaic module and a second flow space is formed between the rear wall and the photovoltaic module.
  • the two flow spaces are designed in such a way that an air flow can flow from the flow inlet of the module housing to the flow outlet of the module housing through both flow spaces.
  • the air flow reaches both the first flow space and the second flow space in contact with the photovoltaic module and can absorb at least some of the heat generated in the module housing, in particular heat generated by the operation of the photovoltaic module.
  • Each part of the air flow can flow from the flow inlet to the flow outlet through either the first flow space or the second flow space in some exemplary embodiments.
  • a flow connection can be present in the module housing, in particular in the area of one or both side walls, at which the air is guided from the first flow space into the second flow space or vice versa.
  • the flow inlet and the flow outlet can be arranged in a direction of extension parallel to the photovoltaic module on opposite side walls of the module housing.
  • the flow inlet and the flow outlet can be arranged at a distance from the side walls, for example centrally, on a rear wall of the module housing.
  • at least one axial, radial or cross-flow fan can be used in the fan unit to generate the air flow.
  • the air flow through the module housing is generated by means of a fan unit.
  • the fan unit and the module housing are fluidically connected to one another by means of a flow channel.
  • the flow channel is fluidically connected to the flow inlet and the flow outlet of the module housing.
  • a first heat exchanger is preferably arranged at the heat emission point.
  • the device has only a single heat exchanger, namely the first heat exchanger.
  • Other heat exchangers are optional.
  • the first heat exchanger is set up to absorb heat from the air flow along the flow channel and to transfer it to a heat pump circuit.
  • the heat pump circuit is fluidically separated from the air flow generated by the fan unit.
  • at least part of the air flow can be removed at the heat emission point and released to a hot air heating system for heating with hot air.
  • the heat exchanger at the heat emission point is optional and can be omitted.
  • the device also includes a control device.
  • the control device is set up to control the fan unit so that an air temperature of the air flow at the heat emission point, for example at the first heat exchanger, is within a temperature setpoint range.
  • the desired temperature range can be defined by a minimum temperature and a maximum temperature, for example a desired temperature value and a permissible deviation therefrom in relation to higher and lower temperatures.
  • the air generated by the fan unit The flow thus flows through the first and second flow space in the module housing, where it absorbs heat generated by solar radiation and the photovoltaic module and transports the heat along the flow channel to the heat emission point.
  • the first heat exchanger can absorb at least part of the heat from the air flowing through and transfer at least part of the heat to the heat pump circuit.
  • hot air is taken from the heat emission point for heating.
  • the air temperature of the air flow at the heat emission point is controlled and preferably regulated.
  • the air temperature is kept essentially constant.
  • the specified target temperature range is correspondingly small.
  • the amount of heat that is emitted at the heat emission point can thus be known, for example from the first heat exchanger to the heat pump circuit or directly to a hot-air heating system.
  • the operating status of the heat pump circuit or the heating system can therefore be optimally adjusted to the amount of heat transferred.
  • the efficiency of using the heat generated in the module housing is optimized.
  • the air flowing past the front and rear of the photovoltaic module cools the photovoltaic module sufficiently and also ensures high efficiency in converting the energy of the sun light into electrical energy.
  • the overall structure of the device is possible with available standard components.
  • the module housing Because air is used as the heat transfer medium, enough heat can easily be given off even on warm, sunny days in summer when little heat is required the module housing and thus be dissipated by the photovoltaic module. For example, at least part of the warm air flow can be released to the environment and/or an external heating system operated with hot air (hot air heating system) and/or heat can be transferred to a buffer storage tank. In this case, for example, cooler air can be sucked in from a suitable point and fed to the flow channel or the air flow.
  • hot air heating system hot air heating system
  • the device is suitable for use at different locations, for example on a roof, on a house wall, on a balcony parapet, etc.
  • the air temperature of the air flow at the heat emission point is detected by means of a temperature sensor in the flow channel.
  • the temperature sensor can generate a temperature signal that describes the air temperature.
  • the temperature signal can be transmitted to the control device to regulate the air temperature.
  • the air temperature at the heat emission point can also be used indirectly from other measured values and/or the data determined in the control device.
  • the device can have a heat accumulator which can be used as a buffer accumulator.
  • the heat accumulator is set up to absorb heat from at least part of the air flow or to release at least part of the stored heat to the air flow.
  • the heat accumulator can be coupled to at least part of the air flow by means of a second heat exchanger be. Energy efficiency is improved by buffering excess heat on warm days, which can be extracted on cold days with little solar radiation and used to keep the heat pump circuit running in the desired operating range.
  • the device preferably has a distributor which is arranged in the flow channel.
  • the distributor is set up to split the air flow.
  • the air flow flows in the flow channel into the distributor and can be released there either in a single air flow or un subdivided into several partial flows.
  • the distributor can be connected to several lines, each of which can forward all or part of the air flow. With this configuration, the entire air flow does not have to flow along the heat dissipation point, but can be diverted or divided depending on external circumstances.
  • the distributor can be fluidically connected to the heat emission point (e.g. the first heat exchanger) via a first line of the flow channel and can be fluidly connected to the second heat exchanger via a second line of the flow channel.
  • the air flow can either only be fed to the heat emission point (e.g. the first heat exchanger) or only to the second heat exchanger, or a first partial flow can be directed to the heat emission point (e.g. to the first heat exchanger) and a second partial flow to the second heat exchanger.
  • the distributor can be fluidly connected to the environment via a third line. If sufficient heat cannot be dissipated either at the heat emission point or via the second heat exchanger, warm air can be released to the environment via the third line. This protects the photovoltaic module from overheating even on hot, sunny days.
  • the distributor prefferably be fluidically connectable to a hot-air heating system via a fourth line.
  • a hot-air heating system can be fluidically connectable to a hot-air heating system via a fourth line.
  • hot air can be used directly via the hot air heating system to heat rooms, for example.
  • Such a hot air heating system can also be connected to the heat emission point as an alternative or in addition to the first heat exchanger.
  • the numbering of the lines is only for distinguishability and does not require the presence of other lines.
  • the second line and/or the third line and/or the fourth line can be present in any combination in addition to the first line.
  • the apparatus includes a user interface communicatively coupled to the controller.
  • a user can transmit an operating signal to the control device via the user interface and/or receive information from the control device.
  • the user interface can be a touch-sensitive screen, for example on a mobile device, or alternatively can be permanently installed in a building equipped with the device.
  • a user can request a target operating state of the device and/or information via the operating signal.
  • the control device can control or regulate the operating state of the device based on the operating signal.
  • the operating signal can influence or specify the diversion or division of the air flow in the distributor and/or the operating state of the fan unit, for example the volume flow or mass flow generated by the fan unit or can influence it.
  • control device can also be set up to receive weather forecast data, for example via a wireless and/or wired network.
  • the controller may control the operation state of the device based on the weather forecast data.
  • the operating state of the distributor and/or the fan unit can be influenced or specified based on the weather forecast data.
  • the air flow along the flow channel can form a closed flow circuit.
  • the flow duct can have an air supply connection that is fluidly connected to the environment and/or a ventilation system connected to it. In this way, additional air can be supplied for the air flow along the flow channel.
  • Figures 1 and 2 each a block diagram of a
  • FIGS. 3, 4 and 5 each show a block diagram of an exemplary embodiment of a module housing for a photovoltaic module of the device from FIGS. 3, 4 and 5
  • FIG. 6 shows an exemplary embodiment of a method for converting sunlight into electrical energy and heat, which can be carried out using the device according to FIGS. 1 and 2, for example.
  • FIG. 1 shows a block diagram of an exemplary embodiment of a device 10 for converting energy contained in incident sunlight S into electrical energy and into heat.
  • the device 10 To convert the energy contained in the sunlight S into electrical energy, the device 10 has at least one photovoltaic module 11 .
  • the photovoltaic module 11 is connected to an electrical load 13 via a converter circuit 12 .
  • the converter circuit 12 is set up to convert the DC voltage provided by the at least one photovoltaic module 11 into a suitable AC voltage and to make it available to the electrical load 13 .
  • the electrical load 13 can be a consumer or an electrical network Building or an energy supply network of an energy supply company.
  • Each existing photovoltaic module 11 is arranged in a module housing 14 .
  • a separate module housing 14 can be present for each photovoltaic module 11 or several photovoltaic modules 11 can also be arranged in a common module housing 14 .
  • the module housing 14 is shown schematically in FIG. 1 only in a principle and is shown schematically in a plan view in FIG.
  • Each module housing 14 has a front wall 15, a rear wall 16 and at least one side wall 17. In the exemplary embodiment illustrated here ( Figure 3), the module housing 14 shown has a cuboid shape with four side walls 17.
  • the front wall 15 of each module housing 14 has a light entry window 18, which is shown in Figures 1 and 2 schematically dotted.
  • Sunlight S can pass through the light entry window 18 and impinge on the photovoltaic module 11 in the module housing 14 .
  • the light entry window 18 can be transparent for the wavelength range of sunlight S or part thereof and can be formed, for example, by a glass pane or a plastic pane.
  • the light entry window 18 is set up to let through at least the wavelength range of the sunlight S, which the cells of the photovoltaic module 11 in the module housing 14 can convert into electrical energy.
  • the module housing 14 surrounds an interior space 22 and fluidly separates it from the surroundings 23 of the module housing 14 .
  • Air flow L is the module housing 14 at a flow input 24 with an input line 25 and at a Strö determination output 26 with an output line 27 fluidically connected.
  • the air flow L can therefore flow via the input line 25 and the flow input 24 into the module housing 14 and flow through the flow output 26 from the module housing 14 into the output line 27 .
  • the flow inlet 24 and the flow outlet 26 can be designed in such a way that the photovoltaic module 11 in the interior 22 of the module housing 14 has the air flow L flowing around it as uniformly as possible.
  • the photovoltaic module 11 is arranged in the module housing 14 both at a distance from the front wall 15 and at a distance from the rear wall 16 .
  • a first flow space 30 is formed between the photovoltaic module 11 and the front wall 15
  • a second flow space 31 is formed between the photovoltaic module 11 and the rear wall 16 .
  • the two flow spaces 30, 31 are delimited directly by the photovoltaic module 11, so that air flowing through the first flow space 30 flows directly along the front side of the photovoltaic module 11 facing the front wall 15 and air flowing through the second flow space 31 , directly flows along the side of the photovoltaic module 11 facing the rear wall 16 .
  • heat generated in the photovoltaic module 11 during the conversion of solar energy into electrical energy is at least partially given off to the air flow L and the photovoltaic module 11 is cooled.
  • the air flow through the first flow space 30 and the second flow space 31 absorbs at least some of the heat from the front wall 15 and/or the rear wall 16 and/or the at least one side wall 17 of the module housing 14, which can heat up due to the insolation of the sun light S.
  • the flow inlet 24 can have a plurality of connections present on a side wall 17 in order to introduce the air flow L into the module housing 14 .
  • other flow guide devices can also be arranged, in particular in the area between the inlet line 25 and the flow inlet 24, in order to direct the air flow L evenly through the flow spaces 30, 31.
  • it stretches the flow outlet 26 preferably substantially over the entire cross-section of the first Strö mung space 30 and the second flow space 31 in order to forward the air flow from the module housing 14 as evenly as possible.
  • the outlet line 27 can widen in the connection area to the flow outlet 26 or can be connected to the module housing 14 via a widening connecting piece.
  • the input line 25 and the output line 27 are part of a flow channel 32 within which the air flow L can flow.
  • the flow channel 32 has a first line 33 which is fluidly connected to the inlet line 25 and which, for example, can be fluidly connected to the outlet line 27 .
  • a fan unit 34 is connected to the flow channel 32 and, for example, to the first line 33 .
  • the fan unit 34 has at least one Fan, which can be designed as an axial or centrifugal fan, for example. According to the example, the fan unit 34 is arranged in the first line 33 .
  • the fan unit 34 is controlled via a control device 35 .
  • the control device 35 generates a first output signal A1, which is transmitted to the fan unit 34 .
  • the flow inlet 24 and the flow outlet 26 can also be arranged differently relative to one another or relative to the module housing 14, as illustrated schematically by way of example in FIGS .
  • the flow inlet 24 and the flow outlet 26 were arranged at opposite ends of the module housing 14 in the direction of flow, so that part of the air flow L flows exclusively through the first flow chamber 30 and another part through the Air flow L flows exclusively through the second flow chamber 31 .
  • the flow inlet 24 and the flow outlet 26 in the exemplary embodiment according to FIG. 4 are arranged on a common side of the module housing 14 and, for example, on a side wall 17 .
  • the air flow L first flows through one of the two flow spaces 30 or 31 to a deflection point and is then directed into the other flow space 31 or 30, respectively. The air then flows from this deflection point to the flow outlet 26. The entire air flow L is thus first guided through one of the two flow spaces and, for example, the first flow space 30 and then through the other flow space and, for example, the second flow space 31.
  • the airflow L could also first flow through the second flow space 31 and then through the first flow space 30 .
  • the flow inlet 24 and the flow outlet 26 are arranged one above the other on a common side wall 17, while between the photovoltaic module 11 and the opposite side wall 17 there is a passage for the flow connection between the first flow space 30 and the second flow space 31 is formed, the point here as a deflection for deflecting the air flow L is used.
  • FIG. 5 shows a further exemplary embodiment of a module housing 14 in which the flow inlet 24 and the flow outlet 26 open into the rear wall 16 of the module housing 14 .
  • the flow inlet 24 is in fluid communication with one of the two flow spaces and, for example, with the first flow space 30 .
  • the other flow chamber, for example, according to the second flow chamber 31 is in fluid communication with the flow outlet 26 .
  • the air flow L first flows into the first flow space 30 and in the area of the side walls 17 from the first flow space 30 into the second flow space 31. Similar to the exemplary embodiment according to FIG. The air flows through the second flow space 31 to the flow outlet 26.
  • a central flow inlet 24 and two or more flow outlets 26 arranged offset to the IN ANY to be.
  • the at least one flow inlet 24 and the at least one flow outlet 26 can be offset at right angles to the plane of the drawing and arranged at the same point, for example in the center, in relation to the plane of the drawing.
  • the design of the module housing 14 and the arrangement of the at least one flow inlet 24 and the at least one flow outlet 26 there are many possible modifications, with the exemplary embodiments described above also being able to be combined with one another.
  • a tangential fan can be used as the fan unit 34 .
  • the air flow L through the flow channel 32 flows at a heat emission point 29 through a first heat exchanger 36.
  • the first heat exchanger 36 is arranged in the first line 33 in accordance with the game. It is advantageous if the fan unit 34 and the first heat exchanger 36 are arranged directly adjacent in the first line 33 . In particular, between the fan unit 34 and the first heat exchanger 36 there can finally be a pipe connection of the first line 33 .
  • the first heat exchanger 36 is arranged downstream of the fan unit 34 , as a modification of this there is also the possibility of arranging the first heat exchanger 36 upstream of the tilator unit 34 .
  • the first heat exchanger 36 generates a thermal coupling between the air flow L through the flow channel 32 and a heat pump circuit 37.
  • a fluid F circulates through the heat pump circuit 37, which is either liquid or gaseous within the heat pump circuit 37 depending on its pressure .
  • the gaseous fluid F absorbs heat as it flows through the first heat exchanger 36, which the heat exchanger 36 removes from the air flow L and transfers at least partially to the fluid F.
  • the heated fluid F is then compressed by a compressor 38 and the pressure increase causes a phase transition into the liquid state.
  • the liquid fluid first flows through a condenser 39, which can be formed by a heat exchanger for example, and gives off heat, for example to a heating system 40 of a building.
  • the fluid F Downstream of the condenser 39, the fluid F flows through a throttle 41, with a reduction in pressure and a resulting phase transition from the liquid state to the gaseous state F taking place.
  • the cooled, gaseous fluid F then flows again through the first heat exchanger 36 to absorb heat.
  • the control device 35 controls the fan unit 34 in such a way that an air temperature T of the air flow L at the first heat exchanger 36 is as constant as possible, and in particular within a Temperature setpoint range remains: T min ⁇ T ⁇ T max .
  • the air temperature T is thus at least as high as a minimum temperature T min and at most as high as a maximum temperature T max .
  • a temperature sensor 45 is arranged at the heat emission point 29 to measure the air temperature T.
  • the temperature sensor 45 is arranged on the first heat exchanger 36 and, for example, in the first line 33 .
  • the temperature sensor 45 generates a temperature signal Tm, which describes the air temperature T of the air at the heat release point 29, that is, for example, the air flowing through the first heat exchanger 36 air.
  • a distributor 46 is inserted into the fluidic connection between the outlet line 27 and the first line 33 .
  • the fluid connection between the outlet line 27 and the first line 33 can be established by means of the distributor 46 , so that the air flowing through the outlet line 27 is directed into the first line 33 .
  • a second line 47 is fluidically connected to the distributor 46, in which a second heat exchanger 48 is arranged.
  • the second heat exchanger 48 is set up to absorb at least part of the heat from the air flow through the second line 47 and to transmit it to a heat storage medium in a heat accumulator 49 .
  • the second heat exchanger 48 can also be directed to absorbing heat from the heat storage medium in the heat storage medium 49 and delivering it to an air flow L flowing through the second line 47 .
  • an air flow L flowing through the second line 47 can be either cooled or warmed.
  • the second line 47 Downstream of the second heat exchanger 48, the second line 47 is fluidly connected either to the distributor 46 or to another point of the flow channel 32, for example with the first line 33
  • the distributor 46 is also fluidically connected to a third line 50 via which at least part of the air flow L can be released to the environment 23 .
  • the manifold 46 can be connected to a fourth line 51 which fluidly connects the flow channel 32 to a hot air heating system 52 .
  • At least part of the airflow L can be fed to the hot-air heating system 52 via the fourth line 51, for example to heat rooms in a building directly via the warm airflow L, which is fed via the fourth line 51.
  • the hot air heating system 52 can be part of the heating system 40 .
  • the distributor 46 is communicatively connected to the control device 35 .
  • the control device 35 generates a second output signal A2 for activating the distributor 46.
  • the distributor 46 can be switched to a desired state by means of the second output signal A2, so that the air flow L flowing into the distributor 46 is either routed in its entirety to the first line 33, the second line 47, the third line 50 or the fourth line 51 is discharged or alternatively divided into two or more partial streams, which are fed to different lines 33, 47, 50, 51.
  • weather forecast data W can be transmitted to the control device 35, which can optionally also be taken into account when determining the first output signal A1 and/or the second output signal A2.
  • the weather forecast data W can be made available to the control device 35 via the Internet, for example.
  • the device 10 can also have a user interface 53 .
  • the user interface 53 can be set up to output information for a user and/or be set up for the input of data.
  • the user interface 53 can be used to generate an operating signal B for the control device 35 .
  • the control device 35 can take the operating signal B into account when determining the first output signal A1 and/or the second output signal A2.
  • All signals e.g. output signals A1, A2 and operating signal B
  • data e.g. weather forecast data W
  • the flow channel 32 can have an air supply connection 54 fluidly be closed in order to introduce air into the flow channel 32, for example air flowing or circulating from the environment 23 or an external system, for example in the hot air heating system 52 or another ventilation system.
  • the control device 35 generates the first output signal A1 for the fan unit 34, at least based on the determined air temperature T, for example according to the temperature signal Tm.
  • the operating state of the fan unit 34 is controlled in such a way that the air temperature T at the first heat exchanger 36 is essentially constant and corresponds at least to the minimum temperature T min and at most to the maximum temperature T max .
  • the first heat exchanger 36 and the heat pump circuit 37 can be optimally adapted to the air temperature T prevailing at the heat emission point 29, as a result of which a very high overall energy efficiency of the device 10 is achieved.
  • the speed of the fan unit 34 can be adjusted via the first output signal Al.
  • the number of fans currently being driven can also be selected via the first output signal Al.
  • the operating state of the fan unit 34 can be set via the first output signal Al in such a way that a volume flow dV of the air flow L is increased in order to lower the air temperature T and/or that a volume flow dV of the air flow L is reduced in order to reduce the air temperature T to increase.
  • the distributor 46 can also be controlled in order to direct or distribute the warm air flow L.
  • the temperature of the air flow L can also be reduced in that excess heat is given off to the heat accumulator 49 via the second line 47 and the second heat exchanger 48 .
  • the control device 35 can correspondingly control the distributor 46 by means of the second output signal A2.
  • the heat in the heat accumulator 49 can be used on overcast, cool days to heat the air flow L and to operate the heat pump circuit 37 .
  • Another option is to dissipate excess heat by directing at least part of the air flow L directly to the environment 23 via the third line 50 and/or to the hot-air heating system 52 via the fourth line 51 .
  • FIG. 10 A block diagram of a further exemplary embodiment of the device 10 is illustrated in FIG.
  • the configuration essentially corresponds to the device 10 according to FIG. 1, so that reference can be made to the above description.
  • the differences between the second exemplary embodiment according to FIG. 2 and the first exemplary embodiment according to FIG. 1 are explained below.
  • the heating system 40 is designed as a hot air heating system.
  • a valve 55 may be present to at least a portion of the air flow L through the flow channel 32 or through the to remove the first line 33 and direct it to a heating system 40 designed as a hot air heating system.
  • the heating system 40 can be designed similarly to the hot-air heating system 52 according to FIG.
  • FIG. 6 shows an exemplary embodiment of a method that can be carried out by means of the control device 35 for controlling the air flow L through the flow channel 32 and thus for operating the device 10 .
  • the method starts in a first method step VI.
  • the control device 35 uses the first output signal A1 to cause an air flow L to be generated through the flow duct 32 and thus also through the module housing 14.
  • the air flow L is heated as it flows through the module housing 14 and can heat at least part of this Heat is transferred to the heat pump circuit 37 by means of the first heat exchanger 36 and/or at least part of the air flow at the heat emission point 29 is given off to a heating system 40 designed as a hot air heating system.
  • the air temperature T is measured at the heat emission point 29 (for example at the first heat exchanger 36) and transmitted to the control device 35 (third method step V3).
  • a fourth method step V4 then checks whether the air temperature T is greater than the maximum temperature T max . If this is not the case (branch NOK from the fourth method step V4), it is checked in a fifth method step V5 whether the air temperature T is lower than a minimum temperature T min . Also can optionally checked whether the volume flow dV of the air flow L, which is generated by the fan unit 34, is greater than a minimum (eg zero).
  • the method is continued in a sixth procedural step V6, in which the air flow L, i.e. its volume flow dV, is reduced by the air temperature T at least up to the minimum temperature T min raise.
  • the sixth method step V6 the method is continued again in the third method step V3.
  • the method is continued in the third method step V3, since a further reduction in the volume flow dV of the air flow is either not necessary (T>T min ) or not possible (dV is already minimal).
  • a seventh method step V7 checks whether the volume flow dV of the air flow L is less than a maximum volume flow dV max . If this is the case (branch OK from the seventh method step V7), the volume flow dV of the air flow L can be increased in an eighth method step V8.
  • the method is continued in a ninth method step V9 and part of the heat contained in the air flow L is given off to another external system in addition to the heat transfer or air discharge at the heat emission point 29 .
  • At least part of the warm air flow L can be discharged to the environment 23 via the third line 50 .
  • at least part of the warm air flow L can be delivered to the hot-air heating system 52 via the fourth line 51 .
  • One or more of these measures prevents the temperature in the module housing 14 from becoming too high, which can impair the performance of the photovoltaic module 11 .
  • the desired air temperature T can be maintained in order to keep the energy efficiency when using the heat in the heat pump circuit 37 in an optimal range.
  • the distributor 46 can be omitted. If a distributor 46 is provided, at least one of the further lines 47, 50, 51 is connected in addition to the first line 33. The numbering of the lines is used here only for differentiation and the presence of the third line 50 or the fourth line 51 does not require the presence of the second line 47 or the third line 50. Rather, the described possibilities of dividing the air flow L into partial flows via a distributor 46 or into one of the existing lines 33 , 47, 50, 51 can be combined with one another as desired.
  • the invention relates to a device 10 having at least one photovoltaic module 11 and at least one module housing 14, which is connected to a flow channel 32 via a flow inlet 24 and a flow outlet 26 for conducting an air flow L through the module housing 14.
  • a photovoltaic module 11 is arranged in such a way that a flow space 30, 31 is formed on both opposite sides of the photovoltaic module 11, through which the air flow L can flow.
  • a heat dissipation point 29 is present in the flow channel, at which point a first heat exchanger 36 can be coupled to the flow channel 32 .
  • a fan unit 34 for generating the air flow L is controlled by a control device 35 in such a way that an air temperature T of the air flow L at the heat emission point 29 - in particular through the first heat exchanger 36 - is within a predetermined minimum temperature T min to T max . This allows a very good overall energy efficiency to be achieved.

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Sustainable Development (AREA)
  • Sustainable Energy (AREA)
  • Thermal Sciences (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Combustion & Propulsion (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Cooling Or The Like Of Electrical Apparatus (AREA)

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung (10) aufweisend wenigstens ein Photovoltaikmodul (11) und wenigstens einem Modulgehäuse (14), das über einen Strömungseingang (24) und einen Strömungsausgang (26) zur Hindurchleitung einer Luftströmung (L) durch das Modulgehäuse (14) mit einem Strömungskanal (32) verbunden ist. In jedem vorhandenen Modulgehäuse (14) ist wenigstens ein Photovoltaikmodul (11) derart angeordnet, dass auf beiden entgegengesetzten Seiten des Photovoltaikmoduls (11) jeweils ein Strömungsraum (30, 31) gebildet ist, durch den die Luftströmung (L) strömen kann. Im Strömungskanal (32) wird an einer Wärmeabgabestelle (29) zumindest einen Teil der Wärme oder der Luftströmung (L) abgegeben. Mittels einer Steuereinrichtung (35) wird eine Ventilatoreinheit (34) zur Erzeugung der Luftströmung (L) derart gesteuert, dass eine Lufttemperatur (T) der Luftströmung (L) an der Wärmeabgabestelle (29) innerhalb einer vorgegebenen Minimaltemperatur (Tmin) bis (Tmax) liegt. Dadurch lässt sich eine sehr gute Gesamtenergieeffizienz erreichen.

Description

Vorrichtung zur Umwandlung von Sonnenlichtenergie in elekt rische Energie und Wärme
[0001] Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrich tung, die dazu eingerichtet ist, die Energie des Sonnen lichts teilweise in elektrische Energie und teilweise Wärme umwandeln zu können.
[0002] Es ist bekannt, über Solaranlagen die vom Sonnen licht erzeugte Wärme auf ein Fluid zu übertragen und das erwärmte Fluid weiter zu fördern, beispielsweise zu Heiz zwecken. Bei der luftgeführten Solarthermie wird Luft als Wärmetransportmedium verwendet. Solche Solaranlagen können zusätzlich über Photovoltaikmodule verfügen, um den erfor derlichen Strom für die Solaranlage bereit zu stellen, so dass sich die Solaranlage autark mit elektrische Energie versorgen kann. Mit der warmen Luft aus der Solaranlage können beispielsweise Wohnräume belüftet und mithin geheizt werden .
[0003] In der Praxis sind auch sogenannte PVT-Module be kannt, bei denen zur Kühlung eines Photovoltaikmoduls ein Kühlkreislauf vorhanden ist, durch den eine Kühlflüssigkeit strömt. Durch das Kühlen der Photovoltaikmodule mit der Kühlflüssigkeit kann deren Wirkungsgrad verbessert werden. Die von der Kühlflüssigkeit aufgenommene Wärme kann zur Be heizung gewonnen werden.
[0004] Beispielsweise offenbart WO 2018/232537 Al ein Modul, das als Hybridkollektor bezeichnet wird. Die Tempe ratur des Photovoltaikmoduls wird dabei von einem Medium, vorzugsweise Wasser an der Rückseite der Photovoltaikzellen durchströmt. An der Vorderseite ist ein abgedichteter luft gefüllter Raum gebildet, wobei die Luftschicht eine Wärmei solationsschicht bildet.
[0005] Die Firma Puren bietet außerdem einen für schräggeneigte Dächer eingerichteten Luftkollektor an, der in Kombination mit der AufSparrendämmung eine geschlossene Dachhaut bildet. Die Luft kann an der unteren Dachkante in den Luftkollektor strömen und sich beim Aufsteigen durch den Luftkollektor erwärmen. Die erwärmte Luft wird an schließend durch einen Wärmetauscher geleitet, um in einem Gebäude für Heizzwecke verwendet zu werden.
[0006] Bei den bekannten Systemen ist die Effizienz der parallelen Gewinnung von Wärme und elektrischer Energie noch unbefriedigend. Es kann daher als Aufgabe der vorlie genden Erfindung angesehen werden, eine Vorrichtung zu schaffen, die die Energie des Sonnenlichts zumindest zum Teil in Wärme und zumindest zum Teil in elektrische Energie umwandelt und dabei mit einem einfachen Aufbau eine hohe Effizienz erreicht.
[0007] Diese Aufgabe wird durch eine Vorrichtung mit den Merkmalen des Patentanspruches 1 gelöst.
[0008] Die erfindungsgemäße Vorrichtung ist dazu einge richtet, einen Teil der Energie des Sonnenlichts in elekt rische Energie und einen Teil der Energie des Sonnenlichts in Wärme umzuwandeln. Somit kann gleichzeitig elektrische Energie oder Wärme gewonnen werden. Optional kann abhängig von den Umgebungsbedingungen in anderen Betriebszuständen zumindest zeitweise nur elektrische Energie oder nur Wärme gewonnen werden.
[0009] Die Vorrichtung weist ein Photovoltaikmodul auf, das in einem Modulgehäuse angeordnet ist. Das Modulgehäuse hat eine Vorderwand, eine mit Abstand zur Vorderwand ange ordnete Rückwand und wenigstens eine Seitenwand. Das Modul gehäuse umgibt einen Innenraum. Der Innenraum ist gegenüber der Umgebung derart fluiddicht abgeschlossen, dass eine Luftströmung von einem Strömungseingang zu einem Strömungs ausgang durch das Modulgehäuse geleitet wird.
[0010] In der Vorderwand ist ein Lichteintrittsfenster angeordnet, das beispielsweise durch eine Glasscheibe oder eine andere Scheibe gebildet ist, die aus einem Material besteht, das für einen Lichtwellenlängenbereich transparent ist, der durch das Photovoltaikmodul empfangen und in elektrische Energie umgewandelt werden kann. Insbesondere ist das Lichteintrittsfenster transparent für Lichtwellen längen des sichtbaren Lichts bzw. Sonnenlichts.
[0011] Das Photovoltaikmodul ist im Modulgehäuse derart mit Abstand zur Vorderwand und zur Rückwand angeordnet, dass zwischen der Vorderwand und dem Photovoltaikmodul ein erster Strömungsraum und zwischen der Rückwand und dem Pho tovoltaikmodul ein zweiter Strömungsraum gebildet ist. Die beiden Strömungsräume sind derart ausgebildet, dass eine Luftströmung vom Strömungseingang des Modulgehäuses zum Strömungsausgang des Modulgehäuses durch beide Strömungs räume strömen kann. Dabei gelangt die Luftströmung sowohl im ersten Strömungsraum, als auch im zweiten Strömungsraum in Kontakt mit dem Photovoltaikmodul und kann zumindest ei nen Teil der im Modulgehäuse entstehenden Wärme aufnehmen, insbesondere auch Wärme, die durch den Betrieb des Photo- voltaikmoduls entsteht.
[0012] Jeder Teil der Luftströmung kann bei einigen Aus führungsbeispielen vom Strömungseingang zum Strömungsaus gang entweder durch den ersten Strömungsraum oder den zwei ten Strömungsraum strömen. Alternativ kann im Modulgehäuse, insbesondere im Bereich einer oder beider Seitenwände eine Strömungsverbindung vorhanden sein, an der die Luft vom ersten Strömungsraum in den zweiten Strömungsraum geleitet wird oder umgekehrt.
[0013] Der Strömungseingang und der Strömungsausgang können in einer Erstreckungsrichtung parallel zum Photovol taikmodul an entgegengesetzten Seitenwänden des Modulgehäu ses angeordnet sein. Bei einem weiteren Ausführungsbeispiel können der Strömungseingang und der Strömungsausgang mit Abstand zu den Seitenwänden, beispielsweise mittig, an ei ner Rückwand des Modulgehäuses angeordnet sein. Bei allen Ausführungsbeispielen kann auch mehr als ein Strömungsein gang und/oder mehr als ein Strömungsausgang vorhanden sein. Bei den verschiedenen Ausführungsbeispielen der Vorrichtung kann in der Ventilatoreinheit wenigstens ein Axial-, Ra dial- oder Querstromventilator zur Erzeugung der Luftströ mung eingesetzt werden.
[0014] Die Luftströmung durch das Modulgehäuse wird mit tels einer Ventilatoreinheit erzeugt. Die Ventilatoreinheit und das Modulgehäuse sind fluidisch mittels eines Strö mungskanals miteinander verbunden. Der Strömungskanal ist mit dem Strömungseingang und dem Strömungsausgang des Mo dulgehäuses fluidisch verbunden.
[0015] Innerhalb des Strömungskanals ist eine Wärmeabga bestelle vorhanden. An der Wärmeabgabestelle ist vorzugs weise ein erster Wärmeübertrager angeordnet. Bei einem Aus führungsbeispiel weist die Vorrichtung lediglich einen ein zigen Wärmeübertrager, nämlich den ersten Wärmeübertrager auf. Weitere Wärmeübertrager sind optional. Der erste Wär meübertrager ist dazu eingerichtet, Wärme aus der Luftströ mung entlang des Strömungskanals aufzunehmen und an einen Wärmepumpenkreislauf zu übertragen. Der Wärmepumpenkreis lauf ist fluidisch von der Luftströmung getrennt, die von der Ventilatoreinheit erzeugt wird. Bei einem anderen Aus führungsbeispiel kann zumindest ein Teil der Luftströmung an der Wärmeabgabestelle entnommen und zur Heizung mit Heißluft an ein Heißluftheizsystem abgegeben werden. Der Wärmeübertrager an der Wärmeabgabestelle ist dabei optional und kann entfallen.
[0016] Zu der Vorrichtung gehört außerdem eine Steuer einrichtung. Die Steuereinrichtung ist dazu eingerichtet, die Ventilatoreinheit zu steuern, so dass eine Lufttempera tur der Luftströmung an der Wärmeabgabestelle, beispiels weise am ersten Wärmeübertrager, in einem Temperatursollbe reich liegt. Der Temperatursollbereich kann durch eine Mi nimaltemperatur und eine Maximaltemperatur definiert wer den, beispielsweise einen Temperatursollwert und eine davon zulässige Abweichung zu höheren und zu geringeren Tempera turwerten.
[0017] Die durch die Ventilatoreinheit erzeugte Luft- strömung strömt somit durch den ersten und zweiten Strö mungsraum im Modulgehäuse, nimmt dort Wärme auf, die durch die Sonneneinstrahlung und das Photovoltaikmodul erzeugt werden und transportiert die Wärme entlang des Strömungska nals zur Wärmeabgabestelle . Dort kann z.B. der erste Wär meübertrager zumindest einen Teil der Wärme der hindurch strömenden Luft aufnehmen und zumindest einen Teil der Wärme zum Wärmepumpenkreislauf übertragen. Alternativ oder zusätzlich wird an der Wärmeabgabestelle Heißluft zum Hei zen entnommen. Dabei wird die Lufttemperatur der Luftströ mung an der Wärmeabgabestelle gesteuert und vorzugsweise geregelt. Die Lufttemperatur wird im Wesentlichen konstant gehalten. Der vorgegebene Temperatursollbereich ist ent sprechend klein.
[0018] Insbesondere kann somit die Wärmemenge bekannt, die an der Wärmeabgabestelle abgegeben wird, beispielsweise vom ersten Wärmeübertrager an den Wärmepumpenkreislauf oder am direkt an ein Heißluftheizsystem übertragen wird. Der Betriebszustand des Wärmepumpenkreislaufs bzw. des Heizsys tems kann daher optimal auf die übertragene Wärmemenge an gepasst werden. Die Effizienz der Nutzung der im Modulge häuse erzeugten Wärme ist optimiert. Die an der Vorderseite und Rückseite des Photovoltaikmoduls vorbeiströmende Luft kühlt das Photovoltaikmodul ausreichend und sorgt außerdem für eine hohe Effizienz beim Umwandeln der Energie des Son nenlichts in elektrische Energie. Gleichzeitig ist der Ge samtaufbau der Vorrichtung mit verfügbaren Standardkompo nenten möglich.
[0019] Dadurch, dass als Wärmeträger Luft verwendet wird, kann auch an warmen, sonnigen Tagen im Sommer, wenn wenig Wärme benötigt wird, ohne Weiteres genügend Wärme aus dem Modulgehäuse und somit vom Photovoltaikmodul abgeführt werden. Beispielsweise kann zumindest ein Teil der warmen Luftströmung an die Umgebung und/oder ein externes mit Heißluft betriebenes Heizsystem (Heißluftheizsystem) abge geben werden und/oder es kann Wärme an einen Pufferspeicher übertragen werden. Dabei kann zum Beispiel kühlere Luft von einer geeigneten Stelle angesaugt und dem Strömungskanal bzw. der Luftströmung zugeführt werden.
[0020] Die Vorrichtung ist für den Einsatz an unter schiedlichen Aufstellungsorten geeignet, beispielsweise auf einem Dach, an einer Hauswand, an einer Balkonbrüstung, usw.
[0021] Es ist vorteilhaft, wenn die Lufttemperatur der Luftströmung an der Wärmeabgabestelle mittels eines Tempe ratursensors im Strömungskanal erfasst wird. Der Tempera tursensor kann ein Temperatursignal erzeugen, das die Luft temperatur beschreibt. Das Temperatursignal kann zur Rege lung der Lufttemperatur an die Steuereinrichtung übertragen werden. Alternativ dazu kann die Lufttemperatur an der Wär meabgabestelle auch indirekt aus anderen Messwerten und/o der Daten ermittelt in der Steuereinrichtung verwendet wer den.
[0022] Die Vorrichtung kann bei einer bevorzugten Aus führungsform einen Wärmespeicher aufweisen, der als Puffer speicher eingesetzt werden kann. Der Wärmespeicher ist dazu eingerichtet, Wärme von zumindest einen Teil der Luftströ mung aufzunehmen bzw. zumindest einen Teil der gespeicher ten Wärme an die Luftströmung abzugeben. Beispielsweise kann der Wärmespeicher mittels eines zweiten Wärmeübertra gers mit zumindest einem Teil der Luftströmung gekoppelt sein. Die Energieeffizienz wird durch die Pufferung von überschüssiger Wärme an warmen Tagen verbessert, die an kalten Tagen mit geringer Sonneneinstrahlung entnommen und verwendet werden kann, um den Wärmepumpenkreislauf weiter im gewünschten Betriebsbereich betreiben zu können.
[0023] Vorzugsweise weist die Vorrichtung einen Vertei ler auf, der im Strömungskanal angeordnet ist. Der Vertei ler ist dazu eingerichtet, die Luftströmung aufzuteilen.
Die Luftströmung strömt im Strömungskanal in den Verteiler und kann dort entweder in einem einzigen Luftstrom oder un terteilt in mehrere Teilströme abgegeben werden. Zu diesem Zweck kann der Verteiler an mehrere Leitungen angeschlossen sein, die jeweils die gesamte Luftströmung oder einen Teil strom weiterleiten können. Durch diese Ausgestaltung muss nicht die gesamte Luftströmung entlang der Wärmeabgabe stelle strömen, sondern kann abhängig von äußeren Umständen umgeleitet oder aufgeteilt werden.
[0024] Bei einem Ausführungsbeispiel ist der Verteiler über eine erste Leitung des Strömungskanals fluidisch mit der Wärmeabgabestelle (z.B. dem ersten Wärmeübertrager) verbindbar und über eine zweite Leitung des Strömungskanals fluidisch mit dem zweiten Wärmeübertrager verbindbar. Dadurch kann die Luftströmung entweder nur dem zur Wärmeab gabestelle (z.B. dem ersten Wärmeübertrager) oder nur dem zweiten Wärmeübertrager zugeführt werden oder es können ein erster Teilstrom zur Wärmeabgabestelle (z.B. zum ersten Wärmeübertrager) und ein zweiter Teilstrom zum zweiten Wär meübertrager geleitet werden.
[0025] Es ist außerdem vorteilhaft, wenn der Verteiler über eine dritte Leitung fluidisch mit der Umgebung ver bindbar ist. Wenn weder an der Wärmeabgabestelle, noch über den zweiten Wärmeübertrager ausreichend Wärme abgeführt werden kann, kann Warmluft über die dritte Leitung an die Umgebung abgegeben werden. Dadurch wird das Photovoltaikmo- dul auch an sonnigen heißen Tagen vor Überhitzung ge schützt.
[0026] Es ist zusätzlich oder alternativ möglich, dass der Verteiler über eine vierte Leitung fluidisch mit einem Heißluftheizsystem verbindbar ist. Dadurch kann Heißluft beispielsweise direkt über das Heißluftheizsystem zum Hei zen von Räumen verwendet werden. Ein derartiges Heißluft heizsystem kann alternativ oder zusätzlich zum ersten Wär meübertrager auch mit der Wärmeabgabestelle verbunden sein.
[0027] Es sei darauf hingewiesen, dass die Nummerierung der Leitungen nur zur Unterscheidbarkeit erfolgt und nicht das Vorhandensein anderer Leitungen voraussetzt. Die zweite Leitung und/oder die die dritte Leitung und/oder die vierte Leitung können in beliebiger Kombination zusätzlich zur ersten Leitung vorhanden sein.
[0028] Bei einer bevorzugten Ausführungsform weist die Vorrichtung eine Benutzerschnittstelle auf, die mit der Steuereinrichtung kommunikationsverbunden ist. Ein Benutzer kann über die Benutzerschnittstelle ein Bediensignal an die Steuereinrichtung übertragen und/oder Informationen von der Steuereinrichtung erhalten. Die Benutzerschnittstelle kann ein berührungsempfindlicher Bildschirm sein, beispielsweise an einem mobilen Gerät oder alternativ fest in einem mit der Vorrichtung ausgestatteten Gebäude installiert sein. Über das Bediensignal kann ein Benutzer einen Sollbetriebs zustand der Vorrichtung und/oder Informationen anfordern.
[0029] Die Steuereinrichtung kann den Betriebszustand der Vorrichtung basierend auf dem Bediensignal steuern oder regeln. Beispielsweise kann das Bediensignal die Umleitung bzw. Aufteilung der Luftströmung im Verteiler beeinflussen oder vorgeben und/oder den Betriebszustand der Ventilato reinheit, beispielsweise den erzeugten Volumenstrom oder Massenstrom der Ventilatoreinheit beeinflussen oder vorge ben.
[0030] Die Steuereinrichtung kann zusätzlich oder alter nativ auch dazu eingerichtet sein, Wettervorhersagedaten zu empfangen, beispielsweise über ein drahtloses und/oder drahtgebundenes Netzwerk. Die Steuereinrichtung kann den Betriebszustand der Vorrichtung basierend auf den Wetter vorhersagedaten steuern. Auch hierbei können der Betriebs zustand des Verteilers und/oder der Ventilatoreinheit ba sierend auf den Wettervorhersagedaten beeinflusst oder vor gegeben werden.
[0031] Die Luftströmung entlang des Strömungskanals kann einen geschlossenen Strömungskreislauf bilden. Insbesondere bei Ausführungsbeispielen, bei denen die Möglichkeit zur Abgabe von warmer Luft aus dem Strömungskanal an die Umge bung vorgesehen ist, kann der Strömungskanal einen Luftzu fuhranschluss aufweisen, der fluidisch mit der Umgebung und/oder einer daran angeschlossenen Lüftungsanlage verbun den ist. Auf diese Weise kann zusätzliche Luft für die Luftströmung entlang des Strömungskanals zugeführt werden. [0032] Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung erge ben sich aus den abhängigen Ansprüchen, der Beschreibung und den Zeichnungen. Nachfolgend werden bevorzugte Ausfüh rungsbeispiele der Erfindung anhand der beigefügten Zeich nungen im Einzelnen erläutert. In den Zeichnungen zeigen:
[0033] Figuren 1 und 2 jeweils ein Blockschaltbild eines
Ausführungsbeispiels einer erfindungsgemäßen Vorrichtung,
[0034] Figur 3, 4 und 5 jeweils ein Blockschaltbild ei nes Ausführungsbeispiels eines Modulgehäuses für ein Photo- voltaikmodul der Vorrichtung aus Figur 1 und 2 und
[0035] Figur 6 ein Ausführungsbeispiel eines Verfahrens zur Umwandlung von Sonnenlicht in elektrische Energie und Wärme, das beispielsweise mit der Vorrichtung gemäß der Fi guren 1 und 2 durchgeführt werden kann.
[0036] Figur 1 zeigt ein Blockschaltbild eines Ausfüh rungsbeispiels einer Vorrichtung 10 zur Umwandlung von in einfallendem Sonnenlicht S enthaltener Energie in elektri sche Energie und in Wärme.
[0037] Zur Umwandlung der im Sonnenlicht S enthaltenen Energie in elektrische Energie weist die Vorrichtung 10 we nigstens ein Photovoltaikmodul 11 auf. Das Photovoltaikmo- dul 11 ist über einen Wandlerschaltkreis 12 mit einer elektrischen Last 13 verbunden. Der Wandlerschaltkreis 12 ist dazu eingerichtet, die von dem wenigstens einen Photo voltaikmodul 11 bereitgestellte Gleichspannung in eine ge eignete Wechselspannung umzuwandeln und der elektrischen Last 13 zur Verfügung zu stellen. Die elektrische Last 13 kann ein Verbraucher sein oder ein elektrische Netz eines Gebäudes oder ein Energieversorgungsnetz eines Energiever sorgungsunternehmens .
[0038] Jedes vorhandene Photovoltaikmodul 11 ist in ei nem Modulgehäuse 14 angeordnet. Dabei kann für jedes Photo voltaikmodul 11 ein separates Modulgehäuse 14 vorhanden sein oder es können auch mehrere Photovoltaikmodule 11 in einem gemeinsamen Modulgehäuse 14 angeordnet werden. Das Modulgehäuse 14 ist in Figur 1 lediglich in einer Prin zipdarstellung schematisiert dargestellt und in Figur 3 schematisiert in Draufsicht gezeigt. Jedes Modulgehäuse 14 hat eine Vorderwand 15, eine Rückwand 16 und wenigstens eine Seitenwand 17. Bei dem hier veranschaulichten Ausfüh rungsbeispiel (Figur 3) hat das dargestellte Modulgehäuse 14 eine quaderförmige Gestalt mit vier Seitenwänden 17. Die Vorderwand 15 jedes Modulgehäuses 14 weist ein Lichtein trittsfenster 18 auf, das in den Figuren 1 und 2 schema tisch punktiert dargestellt ist. Durch das Lichteintritts fenster 18 kann Sonnenlicht S hindurchgelangen und auf das Photovoltaikmodul 11 im Modulgehäuse 14 auftreffen. Das Lichteintrittsfenster 18 kann durch eine für den Wellenlän genbereich des Sonnenlichts S oder einen Teil davon trans parent sein und zum Beispiel durch eine Glasscheibe oder eine Kunststoffscheibe gebildet sein. Das Lichteintritts fenster 18 ist dazu eingerichtet, zumindest den Wellenlän genbereich des Sonnenlichts S hindurchzulassen, den die Zellen des Photovoltaikmoduls 11 im Modulgehäuse 14 in elektrische Energie umwandeln können.
[0039] Das Modulgehäuse 14 umgibt einen Innenraum 22 und trennt diesen fluidisch von der Umgebung 23 des Modulgehäu ses 14 ab. Zur Durchströmung des Modulgehäuses 14 mit einer Luftströmung L ist das Modulgehäuse 14 an einem Strömungs eingang 24 mit einer Eingangsleitung 25 und an einem Strö mungsausgang 26 mit einer Ausgangsleitung 27 fluidisch ver bunden. Die Luftströmung L kann daher über die Eingangslei tung 25 und den Strömungseingang 24 in das Modulgehäuse 14 einströmen und durch den Strömungsausgang 26 aus dem Modul gehäuse 14 in die Ausgangsleitung 27 strömen. Abhängig von der Dimension und der Form des Modulgehäuses 14 können der Strömungseingang 24 und der Strömungsausgang 26 derart aus gestaltet werden, dass das Photovoltaikmodul 11 im Innen raum 22 des Modulgehäuses 14 möglichst gleichmäßig von der Luftströmung L umströmt wird.
[0040] Wie es in den Figuren 1 und 2 veranschaulicht ist, ist das Photovoltaikmodul 11 im Modulgehäuse 14 sowohl mit Abstand zur Vorderwand 15, als auch mit Abstand zur Rückwand 16 angeordnet. Dadurch ist zwischen dem Photovol taikmodul 11 und der Vorderwand 15 ein erster Strömungsraum 30 und zwischen dem Photovoltaikmodul 11 und der Rückwand 16 ein zweiter Strömungsraum 31 gebildet. Die beiden Strö mungsräume 30, 31 werden unmittelbar durch das Photovolta ikmodul 11 begrenzt, so dass durch den ersten Strömungsraum 30 strömende Luft unmittelbar an der der Vorderwand 15 zu gewandten vorderen Seite des Photovoltaikmoduls 11 entlang strömt und Luft, die durch den zweiten Strömungsraum 31 strömt, unmittelbar an der der Rückwand 16 zugewandten Seite des Photovoltaikmoduls 11 entlangströmt. Dadurch wird im Photovoltaikmodul 11 bei der Umwandlung von Solarenergie in elektrische Energie erzeugte Wärme zumindest teilweise an die Luftströmung L abgegeben und das Photovoltaikmodul 11 gekühlt.
[0041] Die Luftströmung durch den ersten Strömungsraum 30 und den zweiten Strömungsraum 31 nimmt zumindest auch teilweise Wärme der Vorderwand 15 und/oder der Rückwand 16 und/oder der wenigstens einen Seitenwand 17 des Modulgehäu ses 14 auf, das sich aufgrund der Einstrahlung des Sonnen lichts S erwärmen kann.
[0042] Wie es in Figur 3 schematisch veranschaulicht ist, kann der Strömungseingang 24 mehrere an einer Seiten wand 17 vorhandene Anschlüsse aufweisen, um die Luftströ mung L in das Modulgehäuse 14 einzuleiten. Zusätzlich oder alternativ können auch andere Strömungsleiteinrichtungen, insbesondere im Bereich zwischen der Eingangsleitung 25 und dem Strömungseingang 24 angeordnet sein, um die Luftströ mung L gleichmäßig durch die Strömungsräume 30, 31 zu lei ten. Wie es in Figur 3 schematisch veranschaulicht ist, er streckt sich der Strömungsausgang 26 vorzugsweise im We sentlichen über den gesamten Querschnitt des ersten Strö mungsraums 30 sowie des zweiten Strömungsraums 31, um die Luftströmung aus dem Modulgehäuse 14 möglichst gleichmäßig weiterzuleiten. Die Ausgangsleitung 27 kann sich im Verbin dungsbereich zum Strömungsausgang 26 aufweiten bzw. über ein sich aufweitendes Anschlussstück mit dem Modulgehäuse 14 verbunden sein.
[0043] Die Eingangsleitung 25 und die Ausgangsleitung 27 sind Bestandteil eines Strömungskanals 32, innerhalb dem die Luftströmung L strömen kann. Der Strömungskanal 32 hat eine erste Leitung 33, die fluidisch mit der Eingangslei tung 25 verbunden ist und die beispielsgemäß fluidisch mit der Ausgangsleitung 27 verbunden werden kann. Zur Erzeugung der Luftströmung L ist mit dem Strömungskanal 32 und bei spielsgemäß der ersten Leitung 33 eine Ventilatoreinheit 34 verbunden. Die Ventilatoreinheit 34 weist wenigstens einen Ventilator auf, der beispielsweise als Axial- oder Radial ventilator ausgebildet sein kann. Beispielsgemäß ist die Ventilatoreinheit 34 in der ersten Leitung 33 angeordnet. Die Ventilatoreinheit 34 wird über eine Steuereinrichtung 35 gesteuert. Hierzu erzeugt die Steuereinrichtung 35 ein erstes Ausgangssignal Al, das der Ventilatoreinheit 34 übermittelt wird.
[0044] Alternativ zu den in den Figuren 1-3 veranschau lichten Ausführungsbeispielen können der Strömungseingang 24 und der Strömungsausgang 26 relativ zueinander bzw. re lativ zum Modulgehäuse 14 auch anders angeordnet sein, wie es beispielhaft schematisch in den Figuren 4 und 5 veran schaulicht ist. Bei dem Ausführungsbeispiel gemäß der Figu ren 1-3 waren der Strömungseingang 24 und der Strömungsaus gang 26 an sich in Strömungsrichtung entgegengesetzten En den des Modulgehäuses 14 angeordnet, so dass ein Teil der Luftströmung L ausschließlich durch den ersten Strömungs raum 30 und ein anderer Teil der Luftströmung L ausschließ lich durch den zweiten Strömungsraum 31 strömt. Im Unter schied dazu sind der Strömungseingang 24 und der Strömungs ausgang 26 beim Ausführungsbeispiel gemäß Figur 4 an einer gemeinsamen Seite des Modulgehäuses 14 und beispielsgemäß an einer Seitenwand 17 angeordnet. Die Luftströmung L strömt zunächst durch einen der beiden Strömungsräume 30 o- der 31 bis zu einer Umlenkstelle und wird dort in den je weils anderen Strömungsraum 31 bzw. 30 geleitet. Anschlie ßend strömt die Luft ausgehend von dieser Umlenkstelle zum Strömungsausgang 26. Somit wird die gesamte Luftströmung L zunächst durch einen der beiden Strömungsräume und bei spielsgemäß den ersten Strömungsraum 30 geführt und an schließend durch den jeweils anderen Strömungsraum und bei spielsgemäß den zweiten Strömungsraum 31. Die Luftströmung L könnte auch zunächst durch den zweiten Strömungsraum 31 und anschließend durch den ersten Strömungsraum 30 strömen. Der Strömungseingang 24 und der Strömungsausgang 26 sind bei dem in Figur 4 veranschaulichten Ausführungsbeispiel übereinander an einer gemeinsamen Seitenwand 17 angeordnet, während zwischen dem Photovoltaikmodul 11 und der gegen überliegenden Seitenwand 17 ein Durchgang zur Strömungsver bindung zwischen dem ersten Strömungsraum 30 und dem zwei ten Strömungsraum 31 gebildet ist, der hier als Umlenk stelle zum Umlenken der Luftströmung L dient.
[0045] In Figur 5 ist ein weiteres Ausführungsbeispiel eines Modulgehäuses 14 veranschaulicht, bei dem Strömungs eingang 24 und der Strömungsausgang 26 in die Rückwand 16 des Modulgehäuses 14 einmünden. Der Strömungseingang 24 steht mit einem der beiden Strömungsräume und beispielsge mäß dem ersten Strömungsraum 30 in Fluidverbindung. Der an dere Strömungsraum, beispielsgemäß der zweite Strömungsraum 31, steht mit dem Strömungsausgang 26 in Fluidverbindung. Die Luftströmung L strömt zunächst in den ersten Strömungs raum 30 und im Bereich der Seitenwände 17 vom ersten Strö mungsraum 30 in den zweiten Strömungsraum 31. Ähnlich wie beim Ausführungsbeispiel gemäß Figur 4 ist hier eine Strö mungsverbindung bzw. Umlenkstelle für die Luftströmung L gebildet. Durch den zweiten Strömungsraum 31 strömt die Luft zum Strömungsausgang 26.
[0046] Bei sämtlichen Ausführungsbeispielen kann auch mehr als ein Strömungseingang 24 und mehr als ein Strö mungsausgang 26 vorhanden sein. Beispielsweise können bei dem in Figur 5 dargestellten Ausführungsbeispiel an der Rückwand 16 ein zentraler Strömungseingang 24 und zwei oder mehr versetzt dazu angeordnete Strömungsausgänge 26 vorhan den sein. Alternativ zu der in Figur 5 schematisch darge stellten Ausführungsform kann der wenigstens eine Strö mungseingang 24 und der wenigstens eine Strömungsausgang 26 rechtwinklig zur Zeichenebene versetzt und bezogen auf die Zeichenebene an derselben Stelle, beispielsweise mittig, angeordnet sein. Bei der Ausgestaltung des Modulgehäuses 14 und dem Anordnen des wenigstens einen Strömungseingangs 24 sowie des wenigstens einen Strömungsausgangs 26 bestehen vielfältige Abwandlungsmöglichkeiten, wobei die vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispiele auch miteinander kombi niert werden können.
[0047] Insbesondere beim Ausführungsbeispiel nach Figur 5 kann als Ventilatoreinheit 34 ein Querstromventilator verwendet werden.
[0048] Die Luftströmung L durch den Strömungskanal 32 strömt an einer Wärmeabgabestelle 29 durch einen ersten Wärmeübertrager 36. Der erste Wärmeübertrager 36 ist bei spielsgemäß in der ersten Leitung 33 angeordnet. Es ist vorteilhaft, wenn die Ventilatoreinheit 34 und der erste Wärmeübertrager 36 unmittelbar benachbart in der ersten Leitung 33 angeordnet sind. Insbesondere kann zwischen der Ventilatoreinheit 34 und dem ersten Wärmeübertrager 36 aus schließlich eine Rohrverbindung der ersten Leitung 33 vor handen sein. Beim Ausführungsbeispiel ist der erste Wärme übertrager 36 stromabwärts der Ventilatoreinheit 34 ange ordnet, wobei in Abwandlung hierzu auch die Möglichkeit be steht, den ersten Wärmeübertrager 36 stromaufwärts der Ven tilatoreinheit 34 anzuordnen. [0049] Der erste Wärmeübertrager 36 erzeugt eine Wärme kopplung zwischen der Luftströmung L durch den Strömungska nal 32 und einem Wärmepumpenkreislauf 37. Durch den Wärme pumpenkreislauf 37 zirkuliert ein Fluid F, das innerhalb des Wärmepumpenkreislaufs 37 abhängig von seinem Druck ent weder flüssig oder gasförmig ist. Das gasförmige Fluid F nimmt beim Strömen durch den ersten Wärmeübertrager 36 Wärme auf, den der Wärmeübertrager 36 aus der Luftströmung L entnimmt und zumindest teilweise auf das Fluid F über trägt. Das erwärmte Fluid F wird dann über einen Verdichter 38 verdichtet und durch die Druckerhöhung findet ein Pha senübergang in den flüssigen Zustand statt. Das flüssige Fluid strömt zunächst durch einen Kondensator 39, der bei spielsweise durch einen Wärmeübertrager gebildet sein kann, und gibt dabei Wärme ab, beispielsweise an ein Heizsystem 40 eines Gebäudes. Stromabwärts des Kondensators 39 strömt das Fluid F durch eine Drossel 41, wobei eine Druckreduzie rung und ein dadurch verursachter Phasenübergang vom flüs sigen Zustand in den gasförmigen Zustand F stattfindet. Das abgekühlte, gasförmige Fluid F strömt dann wieder zur Wär meaufnahme durch den ersten Wärmeübertrager 36.
[0050] Um die Wärmekopplung zwischen der Luftströmung L im Strömungskanal 32 und dem Wärmepumpenkreislauf 37 zu op timieren, steuert die Steuereinrichtung 35 die Ventilato reinheit 34 derart, dass eine Lufttemperatur T der Luft strömung L am ersten Wärmeübertrager 36 möglichst konstant ist und insbesondere innerhalb eines Temperatursollbereichs bleibt: Tmin < T < Tmax. Die Lufttemperatur T ist somit min destens so groß wie eine Minimaltemperatur Tmin und höchs tens so groß wie eine Maximaltemperatur Tmax. [0051] Zur Messung der Lufttemperatur T ist ein Tempera tursensor 45 an der Wärmeabgabestelle 29 angeordnet. Beim Ausführungsbeispiel ist der Temperatursensor 45 am ersten Wärmeübertrager 36 und beispielsgemäß in der ersten Leitung 33 angeordnet. Der Temperatursensor 45 erzeugt ein Tempera tursignal Tm, das die Lufttemperatur T der Luft an der Wär meabgabestelle 29 beschreibt, also beispielsgemäß der durch den ersten Wärmeübertrager 36 strömenden Luft.
[0052] Bei dem in Figuren 1 und 2 veranschaulichten Aus führungsbeispiel der Vorrichtung 10 ist ein Verteiler 46 in die fluidische Verbindung zwischen der Ausgangsleitung 27 und der ersten Leitung 33 eingesetzt. Mittels des Vertei lers 46 kann die Fluidverbindung zwischen der Ausgangslei tung 27 und der ersten Leitung 33 hergestellt werden, so dass die durch die Ausgangsleitung 27 strömende Luft in die erste Leitung 33 geleitet wird.
[0053] An den Verteiler 46 ist außerdem eine zweite Lei tung 47 fluidisch angeschlossen, in der ein zweiter Wärme übertrager 48 angeordnet ist. Der zweite Wärmeübertrager 48 ist dazu eingerichtet, zumindest einen Teil der Wärme der Luftströmung durch die zweite Leitung 47 aufzunehmen und an ein Wärmespeichermedium in einem Wärmespeicher 49 zu über tragen. Der zweite Wärmeübertrager 48 kann auch dazu einge richtet sein, Wärme des Wärmespeichermediums im Wärmespei cher 49 aufzunehmen und an eine durch die zweite Leitung 47 strömende Luftströmung L abzugeben. Somit kann eine durch die zweite Leitung 47 strömende Luftströmung L entweder ge kühlt oder gewärmt werden. Stromabwärts des zweiten Wärme übertragers 48 ist die zweite Leitung 47 entweder mit dem Verteiler 46 oder mit einer anderen Stelle des Strömungska nals 32 fluidisch verbunden, beispielsweise mit der ersten Leitung 33.
[0054] Bei dem hier veranschaulichten Ausführungsbei spiel ist der Verteiler 46 außerdem an eine dritte Leitung 50 fluidisch angeschlossen, über die zumindest ein Teil der Luftströmung L an die Umgebung 23 abgegeben werden kann.
[0055] Außerdem kann der Verteiler 46 an eine vierte Leitung 51 angeschlossen sein, die den Strömungskanal 32 fluidisch mit einem Heißluftheizsystem 52 verbindet. Zumin dest ein Teil der Luftströmung L kann dem Heißluftheizsys tem 52 über die vierte Leitung 51 zugeführt werden, bei spielsweise um Räume eines Gebäudes direkt über die warme Luftströmung L zu heizen, die über die vierte Leitung 51 zugeführt wird. Das Heißluftheizsystem 52 kann Bestandteil des Heizsystems 40 sein.
[0056] Der Verteiler 46 ist beim Ausführungsbeispiel mit der Steuereinrichtung 35 kommunikationsverbunden. Die Steu ereinrichtung 35 erzeugt ein zweites Ausgangssignal A2 zur Ansteuerung des Verteilers 46. Der Verteiler 46 kann mit tels des zweiten Ausgangssignals A2 in einen gewünschten Zustand geschaltet werden, so dass die in den Verteiler 46 strömende Luftströmung L entweder insgesamt an die erste Leitung 33, die zweite Leitung 47, die dritte Leitung 50 o- der die vierte Leitung 51 abgegeben wird oder alternativ in zwei oder mehr Teilströme unterteilt wird, die unterschied lichen Leitungen 33, 47, 50, 51 zugeführt werden.
[0057] Die Erzeugung des ersten Ausgangssignals Al und/oder des zweiten Ausgangssignals A2 erfolgt basierend auf dem Temperatursignal Tm des Temperatursensors 45, das der Steuereinrichtung 35 übermittelt wird. Zusätzlich kön nen der Steuereinrichtung 35 Wettervorhersagedaten W über mittelt werden, die optional zusätzlich bei der Ermittlung des ersten Ausgangssignals Al und/oder des zweiten Aus gangssignals A2 berücksichtigt werden können. Dadurch ist beispielsweise eine vorausschauende Steuerung des Betriebs zustands der Vorrichtung 10 basierend auf dem prognosti zierten Wetter möglich. Die Wettervorhersagedaten W können der Steuereinrichtung 35 beispielsweise über das Internet bereitgestellt werden.
[0058] Bei dem in Figuren 1 und 2 veranschaulichten Aus führungsbeispiel kann die Vorrichtung 10 außerdem eine Be nutzerschnittstelle 53 aufweisen. Die Benutzerschnittstelle 53 kann dazu eingerichtet sein, Informationen für einen Be nutzer auszugeben und/oder für das Eingeben von Daten ein gerichtet sein. Beispielsweise kann mittels der Benutzer schnittstelle 53 ein Bediensignal B für die Steuereinrich tung 35 generiert werden. Die Steuereinrichtung 35 kann das Bediensignal B bei der Ermittlung des ersten Ausgangssig nals Al und/oder des zweiten Ausgangssignals A2 berücksich tigen.
[0059] Alle Signale (z.B. Ausgangssignale Al, A2 und Be diensignal B) und Daten (z.B. Wettervorhersagedaten W) kön nen drahtgebunden und/oder drahtlos übertragen werden.
[0060] Insbesondere bei einer Ausgestaltung des Strö mungskanals 32 bzw. der Vorrichtung 10, bei der ein Teil der Luft bzw. der Luftströmung L an externe Systeme 40, 52 oder an die Umgebung 23 abgegeben werden kann, kann an den Strömungskanal 32 ein Luftzufuhranschluss 54 fluidisch an- geschlossen sein, um Luft in den Strömungskanal 32 einzu leiten, beispielsweise aus der Umgebung 23 oder einem ex ternen System, beispielsweise im Heißluftheizsystem 52 oder einem anderen Lüftungssystem strömende oder zirkulierende Luft.
[0061] Die Steuereinrichtung 35 erzeugt das erste Aus gangssignal Al für die Ventilatoreinheit 34, zumindest ba sierend auf der ermittelten Lufttemperatur T, beispielsge mäß dem Temperatursignal Tm. Der Betriebszustand der Venti latoreinheit 34 wird derart gesteuert, dass die Lufttempe ratur T am ersten Wärmeübertrager 36 im Wesentlichen kon stant ist und zumindest der Minimaltemperatur Tmin und höchstens der Maximaltemperatur Tmax entspricht. Dadurch kann der erste Wärmeübertrager 36 und der Wärmepumpenkreis lauf 37 optimal an die an der Wärmeabgabestelle 29 herr schende Lufttemperatur T angepasst werden, wodurch eine sehr hohe Gesamtenergieeffizienz der Vorrichtung 10 er reicht wird. Über das erste Ausgangssignal Al kann bei spielsweise die Drehzahl der Ventilatoreinheit 34 angepasst werden. Wenn die Ventilatoreinheit 34 mehrere Ventilatoren aufweist, kann über das erste Ausgangssignal Al auch die Anzahl der aktuell angetriebenen Ventilatoren gewählt wer den. Jedenfalls kann der Betriebszustand der Ventilatorein heit 34 über das erste Ausgangssignal Al derart eingestellt werden, dass ein Volumenstrom dV der Luftströmung L erhöht wird, um die Lufttemperatur T zu senken und/oder dass ein Volumenstrom dV der Luftströmung L verringert wird, um die Lufttemperatur T zu erhöhen.
[0062] Zusätzlich zu der Steuerung der Ventilatoreinheit 34 kann auch der Verteiler 46 gesteuert werden, um die warme Luftströmung L zu leiten bzw. zu verteilen. [0063] An sonnigen, warmen Tagen kann die Temperatur der Luftströmung L auch dadurch reduziert werden, dass über schüssige Wärme über die zweite Leitung 47 und den zweiten Wärmeübertrager 48 an den Wärmespeicher 49 abgegeben wird. Die Steuereinrichtung 35 kann den Verteiler 46 mittels des zweiten Ausgangssignals A2 entsprechend steuern. Die Wärme im Wärmespeicher 49 kann an bedeckten, kühlen Tagen verwen det werden, um die Luftströmung L zu erwärmen und den Wär mepumpenkreislauf 37 zu betreiben.
[0064] Eine weitere Option besteht darin, überschüssige Wärme dadurch abzuführen, dass zumindest ein Teil der Luft strömung L direkt über die dritte Leitung 50 an die Umge bung 23 und/oder über die vierte Leitung 51 an das Heiß- luftheizsystem 52 geleitet wird.
[0065] In Figur 2 ist ein Blockschaltbild eines weiteren Ausführungsbeispiels der Vorrichtung 10 veranschaulicht.
Die Ausgestaltung entspricht im Wesentlichen der Vorrich tung 10 gemäß Figur 1, so dass auf die vorstehende Be schreibung verwiesen werden kann. Nachfolgend werden die Unterschiede des zweiten Ausführungsbeispiels gemäß Figur 2 gegenüber dem ersten Ausführungsbeispiel gemäß Figur 1 er läutert .
[0066] Der wesentliche Unterschied besteht darin, dass an der Wärmeabgabestelle 29 auf einen Wärmetauscher 36 ver zichtet wird. Das Heizsystem 40 ist hierbei als Heißluft heizsystem ausgestaltet. An der Wärmeabgabestelle 29 kann ein Ventil 55 vorhanden sein, um zumindest einen Teil der Luftströmung L durch den Strömungskanal 32 bzw. durch die erste Leitung 33 zu entnehmen und zu einem als Heißluft heizsystem ausgebildeten Heizsystem 40 zu leiten. Das Heizsystem 40 kann in diesem Fall ähnlich ausgebildet sein, wie das Heißluftheizsystem 52 gemäß Figur 1.
[0067] In Figur 6 ist schematisch ein Ausführungsbei spiel eines Verfahrens veranschaulicht, das mittels der Steuereinrichtung 35 zur Steuerung der Luftströmung L durch den Strömungskanal 32 und damit zum Betreiben der Vorrich tung 10 ausgeführt werden kann.
[0068] Das Verfahren startet in einem ersten Verfahrens schritt VI. In einem zweiten Verfahrensschritt V2 veran lasst die Steuereinrichtung 35 über das erste Ausgangssig nal Al das Erzeugen einer Luftströmung L durch den Strö mungskanal 32 und somit auch durch das Modulgehäuse 14. Die Luftströmung L wird beim Durchströmen des Modulgehäuses 14 erwärmt und kann zumindest einen Teil dieser Wärme mittels des ersten Wärmeübertragers 36 an den Wärmepumpenkreislauf 37 übertragen und/oder zumindest einen Teil der Luftströ mung an der Wärmeabgabestelle 29 an ein als Heißluft heizsystem ausgebildetes Heizsystem 40 abgeben.
[0069] Während des Erzeugens der Luftströmung L wird die Lufttemperatur T an der Wärmeabgabestelle 29 (beispiels weise am ersten Wärmeübertrager 36) gemessen und an die Steuereinrichtung 35 übermittelt (dritter Verfahrensschritt V3). Daraufhin wird in einem vierten Verfahrensschritt V4 geprüft, ob die Lufttemperatur T größer ist als die Maxi maltemperatur Tmax. Ist dies nicht der Fall (Verzweigung NOK aus dem vierten Verfahrensschritt V4), wird in einem fünf ten Verfahrensschritt V5 geprüft, ob die Lufttemperatur T kleiner ist als eine Minimaltemperatur Tmin. Außerdem kann optional geprüft werden, ob der Volumenstrom dV der Luft strömung L, der durch die Ventilatoreinheit 34 erzeugt wird, größer ist als ein Minimum (z.B. Null). Treffen beide Voraussetzungen zu (Verzweigung OK aus dem fünften Verfah rensschritt V5), wird das Verfahren in einem sechsten Ver fahrensschritt V6 fortgesetzt, indem die Luftströmung L, also deren Volumenstrom dV verringert wird, um die Lufttem peratur T zumindest bis zur Minimaltemperatur Tmin zu erhö hen. Nach dem sechsten Verfahrensschritt V6 wird das Ver fahren wieder im dritten Verfahrensschritt V3 fortgesetzt.
[0070] Wird im fünften Verfahrensschritt V5 bereits er kannt, dass die Lufttemperatur T zumindest so groß ist wie die Minimaltemperatur Tmin oder optional, dass der Volumen strom dV bereits auf ein Minimum (z.B. Null) reduziert wurde (Verzweigung NOK aus dem fünften Verfahrensschritt V5), wird das Verfahren im dritten Verfahrensschritt V3 fortgesetzt, da eine weitere Verringerung des Volumenstroms dV der Luftströmung entweder nicht notwendig ist (T > Tmin) oder nicht möglich ist (dV ist bereits minimal).
[0071] Wenn im vierten Verfahrensschritt V4 festgestellt wurde, dass die Lufttemperatur T die Maximaltemperatur Tmax überschreitet (Verzweigung OK aus dem vierten Verfahrens schritt V4), wird in einem siebten Verfahrensschritt V7 ge prüft, ob der Volumenstrom dV der Luftströmung L kleiner ist als ein Maximalvolumenstrom dVmax. Trifft dies zu (Ver zweigung OK aus dem siebten Verfahrensschritt V7), kann der Volumenstrom dV der Luftströmung L in einem achten Verfah rensschritt V8 erhöht werden. Ist hingegen bereits der ma ximal mögliche Maximalvolumenstrom dVmax der Ventilatorein heit 34 eingestellt und eine weitere Erhöhung daher nicht möglich (Verzweigung NOK aus dem siebten Verfahrensschritt V7), wird das Verfahren in einem neunten Verfahrensschritt V9 fortgesetzt und ein Teil der in der Luftströmung L ent haltenen Wärme wird zusätzlich zu der Wärmeübertragung oder Luftausleitung an der Wärmeabgabestelle 29 an ein weiteres externes System abgegeben.
[0072] Zur Abgabe von überschüssiger Wärme, die an der Wärmeabgabestelle 29 nicht abgegeben wird (z.B. vom den Wärmepumpenkreislauf 37 bzw. dem Heizsystem 40 nicht benö tigt wird), bestehen mehrere Möglichkeiten. In einem einfa chen Fall kann zumindest ein Teil der warmen Luftströmung L über die dritte Leitung 50 an die Umgebung 23 abgegeben werden. Alternativ oder zusätzlich kann zumindest ein Teil der warmen Luftströmung L über die vierte Leitung 51 an das Heißluftheizsystem 52 abgegeben werden. Es ist alternativ oder zusätzlich auch möglich, einen Teil der warmen Luft strömung L durch die zweite Leitung 47 zu führen und dabei einen Teil der Wärme über den zweiten Wärmeübertrager 48 in den Wärmespeicher 49 zu übertragen, sofern der Wärmespei cher 49 noch Wärme aufnehmen kann. Durch eine oder mehrere dieser Maßnahmen wird verhindert, dass die Temperatur im Modulgehäuse 14 zu groß wird, wodurch die Leistung des Pho- tovoltaikmoduls 11 beeinträchtigt werden kann. Außerdem kann die gewünschte Lufttemperatur T aufrechterhalten wer den, um die Energieeffizienz bei der Nutzung der Wärme im Wärmepumpenkreislauf 37 in einem optimalen Bereich zu hal ten.
[0073] Bei einer abgewandelten Ausführungsform kann der Verteiler 46 entfallen. Wenn ein Verteiler 46 vorgesehen ist, so ist neben der ersten Leitung 33 zumindest eine der weiteren Leitungen 47, 50, 51 angeschlossen. Die Nummerie rung der Leitungen dient hier nur zur Unterscheidung und das Vorhandensein der dritten Leitung 50 oder der vierten Leitung 51 erfordert nicht das Vorhandensein der zweiten Leitung 47 bzw. der dritten Leitung 50. Vielmehr können die beschriebenen Möglichkeiten, die Luftströmung L über einen Verteiler 46 in Teilströme zu unterteilen oder in eine der vorhandenen Leitungen 33, 47, 50, 51 einzuleiten, beliebig miteinander kombiniert werden.
[0074] Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung 10 auf weisend wenigstens ein Photovoltaikmodul 11 und wenigstens einem Modulgehäuse 14, das über einen Strömungseingang 24 und einen Strömungsausgang 26 zur Hindurchleitung einer Luftströmung L durch das Modulgehäuse 14 mit einem Strö mungskanal 32 verbunden ist. In jedem vorhandenen Modulge häuse 14 ist wenigstens ein Photovoltaikmodul 11 derart an geordnet, dass auf beiden entgegengesetzten Seiten des Pho- tovoltaikmoduls 11 jeweils ein Strömungsraum 30, 31 gebil det ist, durch den die Luftströmung L strömen kann. Im Strömungskanal ist eine Wärmeabgabestelle 29 vorhanden, an der ein erster Wärmeübertrager 36 mit dem Strömungskanal 32 gekoppelt sein kann. An der Wärmeabgabestelle 29 wird zu mindest einen Teil der Wärme, die die Luftströmung L beim Durchströmen des Modulgehäuses 14 aufnimmt, an einen Wärme pumpenkreislauf 37 übertragen und/oder direkt zumindest ein Teil der heißen Luftströmung L an ein mit Heißluftheizsys tem abgegeben. Mittels einer Steuereinrichtung 35 wird eine Ventilatoreinheit 34 zur Erzeugung der Luftströmung L der art gesteuert, dass eine Lufttemperatur T der Luftströmung L an der Wärmeabgabestelle 29 - insbesondere durch den ers ten Wärmeübertrager 36 - innerhalb eines vorgegebenen Mini maltemperatur Tmin bis Tmax liegt. Dadurch lässt sich eine sehr gute Gesamtenergieeffizienz erreichen. Bezugszeichenliste :
10 Vorrichtung
11 Photovoltaikmodul
12 Wandlerschaltkreis
13 elektrische Last
14 Modulgehäuse
15 Vorderwand
16 Rückwand
17 Seitenwand
18 Lichteintrittsfenster
22 Innenraum
23 Umgebung
24 Strömungseingang
25 Eingangsleitung
26 Strömungsausgang
27 Ausgangsleitung
29 Wärmeabgabestelle
30 erster Strömungsraum
31 zweiter Strömungsraum
32 Strömungskanal
33 erste Leitung
34 Ventilatoreinheit
35 Steuereinrichtung
36 erster Wärmeübertrager
37 Wärmepumpenkreislauf
38 Verdichter
39 Kondensator
40 Heizsystem
41 Drossel 45 Temperatursensor
46 Verteiler
47 zweite Leitung
48 zweiten Wärmeübertrager
49 Wärmespeicher
50 dritte Leitung
51 vierte Leitung
52 Heißluftheizsystem
53 Benutzerschnittstelle
54 Luftzufuhranschluss
55 Ventil
Al erstes Ausgangssignal A2 zweites Ausgangssignal B Bediensignal dV Volumenstrom der Luftströmung dVmax Maximalvolumenstrom F Fluid
L Luftströmung
S Sonnenlicht
T Lufttemperatur
Tm Temperatursignal
Tmax Minimaltemperatur
Tmin Maximaltemperatur
VI erster Verfahrensschritt V2 zweiter Verfahrensschritt
V3 dritter Verfahrensschritt
V4 vierter Verfahrensschritt
V5 fünfter Verfahrensschritt
V6 sechster Verfahrensschritt V7 siebter Verfahrensschritt V8 achter Verfahrensschritt V9 neunter Verfahrensschritt
W Wettervorhersagedaten

Claims

Patentansprüche:
1. Vorrichtung (10), die zur Umwandlung von im Sonnenlicht (S) enthaltener Energie in elektrische Energie oder Wärme, aufweisend:
- wenigstens ein Photovoltaikmodul (11),
- wenigstens ein Modulgehäuse (14), das eine Vorder wand (15), eine Rückwand (16) und wenigstens eine Seitenwand (17) aufweist, die einen Innenraum (22) gegenüber der Umgebung (23) umschließen, wobei in der Vorderwand (15) ein Lichteintrittsfenster (18) angeordnet ist, und wobei das wenigstens eine Photo voltaikmodul (11) derart mit Abstand zur Vorderwand (15) und zur Rückwand (16) im wenigstens einen Mo dulgehäuse (14) angeordnet ist, dass zwischen dem wenigstens einen Photovoltaikmodul (11) und der Vor derwand (15) ein erster Strömungsraum (30) und zwi schen dem wenigstens einen Photovoltaikmodul (11) und der Rückwand (16) ein zweiter Strömungsraum (31) gebildet ist,
- eine Ventilatoreinheit (34), die dazu eingerichtet ist eine Luftströmung (L) entlang eines Strömungska nals (32) zu erzeugen, der fluidisch mit dem ersten Strömungsraum (30) und dem zweiten Strömungsraum (31) verbunden ist,
- eine Wärmeabgabestelle (29)am Strömungskanal (32), an der in der Luftströmung (L) enthaltene Wärme an einen mit der Luftströmung (L) gekoppelten ersten Wärmeübertrager (36) übertragen wird oder an der zu mindest ein Teil der Luftströmung (L) an ein Heizsystem (40) angegeben wird - eine Steuereinrichtung (35), die dazu eingerichtet ist, die Ventilatoreinheit (34) zu steuern, so dass eine Lufttemperatur (T) der Luftströmung (L) an der Wärmeabgabestelle (29) in einem Temperartursollbe reich (Tmin bis Tmax) liegt.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei der erste Wärmeüber trager (36) dazu eingerichtet ist, Wärme aus der Luft strömung (L) aufzunehmen und an einen Wärmepumpenkreis lauf (37) abzugeben.
3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, aufweisend einen
Temperatursensor (45) im Strömungskanal (32), der dazu eingerichtet ist, ein die Lufttemperatur (T) der Luft strömung (L) am ersten Wärmeübertrager (36) beschrei bendes Temperatursignal (Tm) zu erzeugen, und der zur Übertragung des Temperatursignals (Tm) mit der Steuer einrichtung (35) verbunden ist.
4. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, aufweisend einen Wärmespeicher (49), der zur Speiche rung von Wärme aus zumindest einem Teil der Luftströ mung (L) eingerichtet ist und/oder der zur Abgabe von Wärme auf zumindest einen Teil der Luftströmung (L) eingerichtet ist.
5. Vorrichtung nach Anspruch 4, wobei der Wärmespeicher
(49) über einen zweiten Wärmeübertrager (48) mit zumin dest einem Teil der Luftströmung (L) durch den Strö mungskanal (32) gekoppelt ist.
6. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, aufweisend einen Verteiler (46), der im Strömungskanal (32) angeordnet und dazu eingerichtet ist, die eintre tende Luftströmung (L) in einer einzigen Strömung oder in mehreren Teilströmen abzugeben.
7. Vorrichtung nach Anspruch 5 und 6, wobei der Verteiler
(46) fluidisch über eine erste Leitung (33) des Strö mungskanals (32) mit der Wärmeabgabestelle (29) und über eine zweite Leitung (47) des Strömungskanals (32) mit dem zweiten Wärmeübertrager (48) verbindbar ist.
8. Vorrichtung nach Anspruch 6 oder 7, wobei der Verteiler
(46) über eine dritte Leitung (50) des Strömungskanals
(32) fluidisch mit der Umgebung (23) verbindbar ist.
9. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 6 bis 8, wobei der Verteiler (46) über eine vierte Leitung (51) des Strö mungskanals (32) fluidisch mit einem Heißluftheizsystem
(52) verbindbar ist.
10. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 5 bis 7, wobei die Steuereinrichtung (35) mit dem Verteiler (46) kommuni kationsverbunden ist, so dass der Verteiler (46) mit tels der Steuereinrichtung (35) steuerbar ist.
11. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, aufweisend eine mit der Steuereinrichtung (35) kommuni kationsverbundene Benutzerschnittstelle (53), wobei die Steuereinrichtung (35) dazu eingerichtet ist, ein Be diensignal (B) der Benutzerschnittstelle (53) zu emp fangen, das einen Sollbetriebszustand für die Vorrich tung (10) vorgibt, und den Betriebszustand der Vorrich tung (10) basierend auf dem Bediensignal (B) zu steu ern.
12. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Steuereinrichtung (35) dazu eingerichtet ist, Wettervorhersagedaten (W) zu empfangen und den Be triebszustand der Vorrichtung (10) basierend auf den Wettervorhersagedaten (W) zu steuern.
13. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Strömungskanal (32) einen Luftzufuhranschluss (54) aufweist, der fluidisch mit der Umgebung (23) und/oder einer Lüftungsanlage verbunden ist.
PCT/EP2022/051495 2021-02-23 2022-01-24 Vorrichtung zur umwandlung von sonnenlichtenergie in elektrische energie und wärme WO2022179778A1 (de)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE102021104205.4 2021-02-23
DE102021104205.4A DE102021104205A1 (de) 2021-02-23 2021-02-23 Vorrichtung zur Umwandlung von Sonnenlichtenergie in elektrische Energie und Wärme

Publications (1)

Publication Number Publication Date
WO2022179778A1 true WO2022179778A1 (de) 2022-09-01

Family

ID=80736066

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
PCT/EP2022/051495 WO2022179778A1 (de) 2021-02-23 2022-01-24 Vorrichtung zur umwandlung von sonnenlichtenergie in elektrische energie und wärme

Country Status (2)

Country Link
DE (1) DE102021104205A1 (de)
WO (1) WO2022179778A1 (de)

Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE10207852A1 (de) * 2001-02-23 2002-09-19 Vaillant Gmbh Solar-Kollektor
DE102005029465A1 (de) * 2005-06-24 2006-12-28 Thomas Habel Vorrichtung und Verfahren zur Wärmeenergieversorgung eines Gebäudes
US20110269087A1 (en) * 2010-04-30 2011-11-03 Duchateau Gary L Portable solar panel for heating air
US8816870B2 (en) * 2009-03-31 2014-08-26 Pvt Solar, Inc. Healthy home graphical user interface method and device
US20150194557A1 (en) * 2014-01-03 2015-07-09 Douglas Williams Solar hybrid photovoltaic-thermal collector assembly and method of use
WO2018232537A1 (de) 2017-06-19 2018-12-27 Bluesolar Ag Hybridkollektor
WO2019104380A1 (en) * 2017-11-28 2019-06-06 Sunovate Pty Ltd Improvements to solar panels and harvesting of solar derived energy

Family Cites Families (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102014008884A1 (de) 2013-07-05 2015-01-08 Jan-Henrik Baur thermisch photovoltaisches Absorptionselement

Patent Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE10207852A1 (de) * 2001-02-23 2002-09-19 Vaillant Gmbh Solar-Kollektor
DE102005029465A1 (de) * 2005-06-24 2006-12-28 Thomas Habel Vorrichtung und Verfahren zur Wärmeenergieversorgung eines Gebäudes
US8816870B2 (en) * 2009-03-31 2014-08-26 Pvt Solar, Inc. Healthy home graphical user interface method and device
US20110269087A1 (en) * 2010-04-30 2011-11-03 Duchateau Gary L Portable solar panel for heating air
US20150194557A1 (en) * 2014-01-03 2015-07-09 Douglas Williams Solar hybrid photovoltaic-thermal collector assembly and method of use
WO2018232537A1 (de) 2017-06-19 2018-12-27 Bluesolar Ag Hybridkollektor
WO2019104380A1 (en) * 2017-11-28 2019-06-06 Sunovate Pty Ltd Improvements to solar panels and harvesting of solar derived energy

Also Published As

Publication number Publication date
DE102021104205A1 (de) 2022-08-25

Similar Documents

Publication Publication Date Title
EP1606564B1 (de) Verfahren und vorrichtung zur energierückgewinnung
DE102018104410A1 (de) Klimatisierungssystem eines Kraftfahrzeugs und Verfahren zum Betreiben des Klimatisierungssystems
DE4209188C2 (de) Anordnung zur Klimatisierung von Räumen, insbesondere der Fahrgastzelle von Kraftfahrzeugen
DE102012009909B4 (de) Klimatisierungsvorrichtung für ein Kraftfahrzeug, Verfahren zu deren Betrieb und Kraftfahrzeug
DE19827511A1 (de) Vorrichtung und Verfahren zur Lüftung und Wärmeenergieversorgung für Niedrig-Energie-Gebäude oder Passivhäuser
DE69819688T2 (de) Verfahren und vorrichtung zur kühlung einer elektronischendatenverarbeitungsanlage und die verwendung
DE112019006489T5 (de) Fahrzeugluftkonditioniereinrichtung
DE4111319A1 (de) Klimaanlage
DE112019006766T5 (de) Fahrzeugklimaanlage
EP3059652B1 (de) Steuereinrichtung sowie anlage zur raumtemperaturregelung
DE102006007848B4 (de) Anlage zum Erwärmen einer Einrichtung wie einer Halle mit hohem Temperaturniveau, die entfeuchtet werden muss, insbesondere einer Schwimmhalle
DE29720577U1 (de) Wärmepumpen/Klima-Anlage mit Energiereceycling
DE19813157C2 (de) Raumlufttechnische Anlage zur bivalenten Klimatisierung eines Raumes
DE19500527A1 (de) Klimagerät
DE10323287A1 (de) Verfahren und Vorrichtung zur Energierückgewinnung
EP0676594A2 (de) Wärmepumpen-Gebäudeheizungsanlage
WO2022179778A1 (de) Vorrichtung zur umwandlung von sonnenlichtenergie in elektrische energie und wärme
DE19604356A1 (de) Verfahren und Vorrichtung zur Gewinnung von thermischer Energie aus solarer Energie
WO2012113932A2 (de) Lüftungs- und heizsystem
DE112017006099T5 (de) Klimaanlage für Fahrzeuge
DE29706131U1 (de) Wärmepumpen/Klima-Anlage mit Wärmerückgewinnung
EP0115014A2 (de) Verfahren zur Energieeinsparung bei der Regelung der Lufttemperatur in Gebäuden und Gebäude hierzu
EP0078932A1 (de) Verfahren zur Beheizung und Belüftung und/oder Klimatisierung von Wohnräumen
EP2247898B1 (de) Verfahren zur optimierten thermischen energiestromlenkung
EP0811809A2 (de) Verfahren zum Betreiben einer Wärempumpe

Legal Events

Date Code Title Description
121 Ep: the epo has been informed by wipo that ep was designated in this application

Ref document number: 22709587

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1

NENP Non-entry into the national phase

Ref country code: DE

122 Ep: pct application non-entry in european phase

Ref document number: 22709587

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1