DE29913202U1 - Solar cell arrangement - Google Patents
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Description
r*r*
Die Erfindung betrifft eine Solarzellenanordnung, wobei die Solarzellen mit einem Fluid zur Abführung von Wärme zusammengeschaltet sind.The invention relates to a solar cell arrangement, wherein the solar cells are connected to a fluid for dissipating heat.
Derartige Solarzellenanordnungen sind bekannt. Hintergrund einer solchen Technik ist eine möglichst effektive Nutzung sowohl der elektrischen Energie, welche die Solarzellen erzeugen, wie auch der thermischen Energie, welche bei der Umwandlung von Sonnenstrahlung in Strom von den Solarzellen freigesetzt wird, und dies ist ja bis zu 90° der eingestrahlten Energie der Fall. Die bei der Elektroenergieumwandlung freiwerdende thermische Energie an den Oberflächen der Solarzellen wird zugunsten der Elektroenergieausbeute vermindert bzw. effektiver genutzt. Solche Solarzellenanordnungen können genutzt werden bei Ein- und Mehrfamilienhäuser, mobilen Objekten wie Booten und Zügen, bei kommunalen, landwirtschaftlichen und industriellen Objekten und dgl. mehr. Überall dort jedenfalls, wo sowohl elektrische Energie wie auch Wärme, z. B. zur Warmwasserbereitung benötigt wird bzw. verwertet werden kann.Such solar cell arrangements are well known. The background to such technology is the most effective use possible of both the electrical energy that the solar cells generate and the thermal energy that is released by the solar cells when solar radiation is converted into electricity, and this is the case for up to 90° of the incident energy. The thermal energy released on the surfaces of the solar cells during the conversion of electrical energy is reduced or used more effectively in favor of the electrical energy yield. Such solar cell arrangements can be used in single-family and multi-family homes, mobile objects such as boats and trains, in municipal, agricultural and industrial objects and the like. In any case, wherever both electrical energy and heat, e.g. for hot water preparation, are required or can be used.
Es ist bekannt, nicht zuletzt aus der eingangs genannten Patentanmeldung, Solarzellen auf einem von Flüssigkeit oder Gas durchströmten wärmetauscherartigen Element aufzubringen und über die Wandung dieses Elementes die bei der Erzeugung elektrischer Energie freiwerdende Wärme abzuführen und einer Nutzung zuzuführen. Durch die Wärmeabgabe erhöht sich der Wirkungsgrad der Umwandlung von Solarenergie in Elektroenergie und somit bei Nutzung des erwärmten Wärmeträgermediums der GesamtwirkungsgradIt is known, not least from the patent application mentioned at the beginning, to apply solar cells to a heat exchanger-like element through which liquid or gas flows and to dissipate the heat released during the generation of electrical energy through the wall of this element and to use it. The heat emission increases the efficiency of the conversion of solar energy into electrical energy and thus the overall efficiency when using the heated heat transfer medium.
der Solarenergieumsetzung. Die bislang vorgeschlagenen Verbundlösungen sind zwar hinsichtlich bestimmter Anwendungsfälle sehr vorteilhaft, jedoch ist zu beachten, daß die Herstellung eines solchen Verbundes technologisch wie auch ökonomisch aufwendig ist, und eine Vielzahl von Einzelproblemen insbesondere hinsichtlich unterschiedlicher Ausdehnungsquotienten, unterschiedlicher Kurz- und Langzeitbelastbarkeiten der Solarzellen bzw. der Beschichtungsmaterialien und Elementmaterialien zu beachten ist. Zudem sind aufwendige Kapselungen der Solarzellen erforderlich, um einen zuverlässigen Schutz der empfindlichen Solarzellen vor äußeren Einflüssen wie Korrosion, Staub, Hagelschlag usw. zu ermöglichen.of solar energy conversion. The composite solutions proposed so far are very advantageous for certain applications, but it should be noted that the production of such a composite is technologically and economically complex, and a large number of individual problems must be taken into account, particularly with regard to different expansion quotients, different short- and long-term load capacities of the solar cells or the coating materials and element materials. In addition, complex encapsulation of the solar cells is required in order to enable reliable protection of the sensitive solar cells from external influences such as corrosion, dust, hail, etc.
Ausgehend von dem vorbeschriebenen Stand der Technik wird ein Ziel der vorliegenden Erfindung darin gesehen, eine Solarzellenanordnung anzugeben, mit welcher möglichst vorteilhaft sowohl thermische wie auch elektrische Energie aus Solarstrahlung nutzbar gemacht werden kann.Based on the above-described prior art, one aim of the present invention is to provide a solar cell arrangement with which both thermal and electrical energy from solar radiation can be utilized as advantageously as possible.
Diese Aufgabe ist zunächst und im wesentlichen beim Gegenstand des Anspruches 1 gelöst, wobei darauf abgestellt ist, daß die Solarzellen unmittelbar vor- und rückseitig von dem Fluid umströmbar sind. Erfindungsgemäß ist erkannt worden, daß ein strahlungstransparentes Fluid, dies kann ein Gas, aber auch wie weiter unten noch im einzelnen ausgeführt, bevorzugt eine Flüssigkeit sein, aufgrund der wesentlichen besseren Wärmeübergangsbedingungen, auch vorderseitig vor Solarzellen vorbeigeführt werden kann, wobei die erreichten Vorteile durch Abführung der entstehenden Abstrahlungswärme der Solarzellen die etwas, jedoch nicht wesentlich beeinträchtigte, auf die Vorderseite der Solarzellen nach Durchgang durch das Fluid noch auftreffende Strahlung mehr alsThis object is first and foremost achieved by the subject matter of claim 1, whereby the fluid can flow around the solar cells directly at the front and back. According to the invention, it has been recognized that a radiation-transparent fluid, which can be a gas, but also, as explained in more detail below, preferably a liquid, can also be guided past the front of solar cells due to the significantly better heat transfer conditions, whereby the advantages achieved by dissipating the resulting radiation heat of the solar cells more than compensate for the slightly, but not significantly impaired, radiation still impinging on the front of the solar cells after passing through the fluid.
ausgleicht. Die Solarzellen können bei dieser Anordnung jedoch, da sie nicht unmittelbar äußeren Einflüssen ausgesetzt sind, wesentlich "abgemagert" werden, d.h. für ihren mechanischen Schutz ist nicht viel Aufwand zu treiben. In Ausgestaltung ist vorgesehen, daß die Solarzellen selbst ungekapselt sind. Erfindungsgemäß ist also vorgesehen, die kompletten, kontaktierten Solarzellen unmittelbar in der Form, in der sie hergestellt werden, einzusetzen. Weiterhin ist vorgesehen, daß die Solarzellen aufgrund natürlicher Konvektion von dem Fluid umströmt werden. Die Strömungswege vor und hinter den Solarzellen sind entsprechend derart ausgestaltet, daß sich eine deutliche natürliche Konvektion ergibt und aufrechterhalten bleibt. Dies wird bspw. bevorzugt dadurch erreicht, daß die Tiefe der Strömungswege, d.h. eine Dicke einer Fluidschicht auf der Vorder- bzw. der Rückseite einer Solarzelle unterschiedlich ist. Es empfiehlt sich, die Fluiddicke auf der Vorderseite der Solarzelle relativ klein vorzusehen, auf der Rückseite der Solarzelle dagegen relativ groß. Bspw. kann eine Tiefe des Strömungsweges auf der Vorderseite 2 bis 5 mm betragen, auf der Rückseite dagegen ein Mehrfaches, bspw. das Zwei- bis Vierfache. Weiterhin ist bevorzugt vorgesehen, daß das Fluid elektrisch nicht leitend ist. Dies ermöglicht es, auch hinsichtlich der elektrischen Anschlüsse die Solarzellen gleichsam im Rohzustand zu belassen. Eine aufwendige Isolierung der Anschlüsse oder anderer Teile der Solarzellen ist nicht erforderlich. Weiter ist bevorzugt, daß das Fluid eine transparente Flüssigkeit ist, wobei sich in diesem Zusammenhang ein Öl, bspw. ein Silikonöl empfiehlt. Silikonöl ist toxikologisch unbedenklich, chemisch inaktiv in bezug auf Solarzellen und zudem auch recycelbar. Darüber hinaus noch besonders bevorzugt ist aber auch ein Fluid auf Paraffin-Basis, wie es für Latentwärmespeicher an sichHowever, with this arrangement, the solar cells can be made significantly "weaker" because they are not directly exposed to external influences, i.e. not much effort is required to protect them mechanically. In one embodiment, the solar cells themselves are not encapsulated. According to the invention, the complete, contacted solar cells are therefore used directly in the form in which they are manufactured. It is also provided that the solar cells are surrounded by fluid due to natural convection. The flow paths in front of and behind the solar cells are designed in such a way that a clear natural convection is created and maintained. This is preferably achieved, for example, by the depth of the flow paths, i.e. the thickness of a fluid layer, being different on the front and back of a solar cell. It is recommended that the fluid thickness on the front of the solar cell be relatively small, but on the back of the solar cell relatively large. For example, the depth of the flow path on the front side can be 2 to 5 mm, while on the back side it can be several times as deep, e.g. two to four times as deep. It is also preferred that the fluid is not electrically conductive. This makes it possible to leave the solar cells in their raw state, so to speak, with regard to the electrical connections. Extensive insulation of the connections or other parts of the solar cells is not necessary. It is also preferred that the fluid is a transparent liquid, with an oil, e.g. silicone oil, being recommended in this context. Silicone oil is toxicologically harmless, chemically inactive with regard to solar cells and also recyclable. A paraffin-based fluid, such as is used for latent heat storage systems, is also particularly preferred.
bekannt ist (siehe weiter unten). In Anpassung an die von dem Fluid in vorliegendem Zusammenhang auszuübende Funktion ist gewünscht, daß das Fluid über ein breites Temperaturspektrum flüssig ist, wozu vorzugsweise ein C14-Paraffin zur Anwendung kommt. In weiterer Ausgestaltung ist vorgesehen, daß das Fluid, welches die Solarzellen unmittelbar umströmt, in einem geschlossenen System strömt. Vorzugsweise besteht das System im wesentlichen nur aus einem Strömungsweg auf der Vorder- und einem Strömungsweg auf der Rückseite der Solarzellen. Darüber hinaus können aber auch noch kurzschlußartige Strömungswege, über die Höhe verteilt, zwischen den Solarzellen vorgesehen sein. Dies bekommt bspw. einen Sinn, wenn die Solarzellenanordnung teilweise beschattet ist. Es kann sich dann eine gewisse Umlaufströmung auch nur in einem (unteren) Teil der Solarzellenanordnung ausbilden. Die Aufheizung des Fluids erfolgt auf der Vorderseite, während der rückseitige Strömungsweg des Fluids wiederum im Wärmetausch zu einem zweiten Fluid geführt ist. Ein Strömungsweg für das zweite Fluid ist entsprechend in Form einer weiteren Schicht unterhalb bzw. ebenenmäßig benachbart des bezüglich der Solarzellen rückseitigen Strömungsweges des Fluids ausgebildet. Bevorzugt ist der Strömungsweg für das zweite Fluid über die gesamte Länge (und entsprechend auch Breite) des Strömungsweges des ersten Fluids auf der Rückseite der Solarzellen. In diesem Zusammenhang ist es ganz besonderes bevorzugt, wenn das zweite Fluid ein Latentspeichermedium eines Latentwärmespeichers ist oder mit einem solchen Latentwärmespeicher im Wärmetausch steht. Bezüglich der Latentwärmespeicher ist auf einen umfangreichen Stand der Technik zu verweisen, wozu hier der Einfachheit halber auf die Patentanmeldung 42 43.202.2 und die dort angezogene weitere Literatur verwiesen wird. Die genannte Patentanmeldung#wird hiermit^hinsichtlich i.hres Offenbarungsge-is known (see below). In order to adapt to the function to be performed by the fluid in the present context, it is desired that the fluid is liquid over a wide temperature spectrum, for which purpose a C14 paraffin is preferably used. In a further embodiment, it is provided that the fluid which flows directly around the solar cells flows in a closed system. Preferably, the system essentially consists of only one flow path on the front and one flow path on the back of the solar cells. In addition, short-circuit-like flow paths, distributed over the height, can also be provided between the solar cells. This makes sense, for example, if the solar cell arrangement is partially shaded. A certain circulating flow can then also form in only one (lower) part of the solar cell arrangement. The fluid is heated on the front, while the rear flow path of the fluid is in turn led to a second fluid in the heat exchange. A flow path for the second fluid is accordingly formed in the form of a further layer below or level adjacent to the flow path of the fluid on the rear side of the solar cells. The flow path for the second fluid is preferably over the entire length (and correspondingly also width) of the flow path of the first fluid on the rear side of the solar cells. In this context, it is particularly preferred if the second fluid is a latent storage medium of a latent heat storage device or is in heat exchange with such a latent heat storage device. With regard to the latent heat storage device, reference is made to an extensive prior art, for which, for the sake of simplicity, reference is made here to patent application 42 43.202.2 and the further literature cited there. The aforementioned patent application # is hereby incorporated by reference with regard to its disclosure.
haltes vollinhaltlich in die vorliegende Anmeldung mit eingeschlossen. Weitere vorteilhafte Maßnahmen .betreffen die Halterung der Solarzellen bezüglich der vorder- und rückseitigen Strömungswege des ersten Fluids. In diesem Zusammenhang ist es bevorzugt, daß die Solarzellen mittels vorder- und rückseitiger Abstandsnoppen gehaltert sind. Bspw. kann der Aufbau im einzelnen so gestaltet sein, daß auf einer Gehäusewand (transparenten Vorder-., wand) rasterartig Noppen angeordnet sind, auf welche die Solarzellen aufgelegt werden können. Auf einer weiteren Gehäusewand (Rückwand) sind in gleicher Weise Noppen angeordnet. Durch Zusammenlegen der Noppenseiten dieser beiden Gehäusewände ergibt sich ein Gesamtgehäuse, das aus einer ersten Gehäusewand, Noppen, den zischengelegten Solarzellen, weiteren Noppen der zweiten Gehäusewand und der zweiten Gehäusewand besteht. Hierbei ist entsprechend die erste Gehäusewand strahlungstransparent ausgebildet, um die Solarstrahlung zu den Solarzellen durchtreten zu lassen. Die Noppenlängen sind entsprechend den weiter oben stehenden Ausführungen unterschiedlich vorgesehen, so daß sich auf der Vorderseite der Solarzellen, welche der Sonnenstrahlung zugewandt ist, ein in seiner Tiefe (Dicke) kleinerer Strömungsweg als auf der Rückseite der Solarzellen ergibt. In diesem Zusammenhang kann es sich auch empfehlen, eine Wand, bspw. die vordere Wand, flexibel auszugestalten. Dies kann insbesondere dann von Bedeutung sein, wenn es gewünscht ist, die Aufteilung der Ausbeutung zwischen elektrischer und thermischer Energie zu verändern. Durch eine Veränderung der Tiefe des Strömungsweges auf der Vorderseite der Solarzellen ändert sich auch die relative Ausbeute an elektrischer Energie. Eine Vergrößerung der Dicke dieses Strömungsweges führt zu einer Verminderung an Ausbeute an elektrischer Energie, umgekehrt eine Verkleinerung der Dicke zu einer Erhöhung der Ausbeute an elektrischerThe invention is fully included in the present application. Further advantageous measures relate to the mounting of the solar cells with respect to the front and rear flow paths of the first fluid. In this context, it is preferred that the solar cells are mounted by means of spacer studs on the front and rear. For example, the structure can be designed in detail such that studs are arranged in a grid-like manner on a housing wall (transparent front wall), onto which the solar cells can be placed. Studs are arranged in the same way on another housing wall (rear wall). By putting the studded sides of these two housing walls together, an overall housing is produced which consists of a first housing wall, studs, the solar cells placed between them, further studs on the second housing wall and the second housing wall. The first housing wall is accordingly designed to be radiation-transparent in order to allow the solar radiation to pass through to the solar cells. The stud lengths are provided differently in accordance with the above statements, so that on the front of the solar cells, which faces the solar radiation, a flow path is smaller in depth (thickness) than on the back of the solar cells. In this context, it may also be advisable to design a wall, e.g. the front wall, to be flexible. This can be particularly important if it is desired to change the distribution of the exploitation between electrical and thermal energy. By changing the depth of the flow path on the front of the solar cells, the relative yield of electrical energy also changes. Increasing the thickness of this flow path leads to a reduction in the yield of electrical energy, conversely reducing the thickness leads to an increase in the yield of electrical energy.
Energie. Soweit eine oder beide Gehäusewände flexibel ausgebildet sind, kann mittels einer Pumpe oder dgl. der Systemdruck des Fluids erhöht oder abgesenkt werden. Wenn auch, wie weiter vorstehend im einzelnen beschrieben, ein Naturumlauf des ersten Fluids bevorzugt ist, kann gleichwohl auch ein Zwangsumlauf mittels einer Pumpe oder dgl. sich empfehlen, nicht zuletzt im Hinblick auf die zuletzt angesprochene Steuerung der Aufteilung der Energieausbeute·Energy. If one or both housing walls are flexible, the system pressure of the fluid can be increased or reduced by means of a pump or the like. Although, as described in detail above, natural circulation of the first fluid is preferred, forced circulation by means of a pump or the like can also be recommended, not least with regard to the control of the distribution of the energy yield mentioned above.
Gegenstand der Erfindung ist auch eine Anordnung zur Wärmedämmung, mit einer vorderen und einer rückwärtigen Gehäusewand, wobei die Gehäusewände transparent sind und ein zu einer Ebene der Gehäusewände senkrechter Abstand zwischen den Gehäusewänden gering ist, bspw. 5 bis 10 mm beträgt. Für eine solche Anordnung, die grundsätzlich einem gewöhnlichen Zweischeibenfenster entspricht, besteht ein Bedürfnis, eine effektive Wärmedämmung zu erreichen. Hierzu ist vorgesehen, daß der Zwischenraum mit einem Latentwärmespeichermaterial, insbesondere auf Basis Paraffin, gefüllt ist. Es finden die vorstehenden Ausführungen zu dem Paraffinmateril auch hier vollständige Anwendung. Bevorzugt ist noch weiter vorgesehen, daß bei dieser Anordnung zwischen den Gehäusescheiben ein als quasistatisch zu bezeichnender Latentwärmespeicher ausgebildet ist. Zu diesem Begriff ist zunächst auf die DE-Al 27 41 829 zu verweisen. Hieraus ist es bspw. bekannt, in einer Kunststoffhülle eingeschlossene Paraffinmengen als Wärmespeichermedium in einem Latentwärmespeicher zu benutzen. Die Kunststoffhüllen befinden sich wiederum in einem mit Wasser gefüllten Speichergefäß. Bei derartigen Latentwärmespeichern erfolgt der Wärmetransport lediglich über Wärmeleitung durch die Kunststoff umhüllung an das Paraffin. Man bezeichnet solche Speicher als statische Speicher. Weiterhin sind sogenann-The invention also relates to an arrangement for thermal insulation, with a front and a rear housing wall, the housing walls being transparent and the distance between the housing walls perpendicular to a plane of the housing walls being small, for example 5 to 10 mm. For such an arrangement, which basically corresponds to a normal double-pane window, there is a need to achieve effective thermal insulation. For this purpose, it is provided that the space between them is filled with a latent heat storage material, in particular based on paraffin. The above statements on the paraffin material also apply fully here. Preferably, it is also provided that in this arrangement a latent heat storage device, which can be described as quasi-static, is formed between the housing panes. For this term, reference should first be made to DE-Al 27 41 829. From this it is known, for example, to use amounts of paraffin enclosed in a plastic sleeve as a heat storage medium in a latent heat storage device. The plastic sleeves are in turn located in a storage vessel filled with water. In such latent heat storage systems, the heat is transported only by heat conduction through the plastic casing to the paraffin. Such storage systems are referred to as static storage systems. Furthermore, so-called
te dynamische Latentwärmespeicher bekannt, wozu bspw. auf die DD 23 68 62 und die DD 28 01 13 verwiegen wird. Zum Stand der Technik ist in diesem Zusammenhang weiter auf die DE-Al 41 22 859 zu verweisen.Dynamic latent heat storage is known, for which reference is made to DD 23 68 62 and DD 28 01 13. Regarding the state of the art, reference is also made to DE-Al 41 22 859.
Bei dieser Anordnung ist der Zwischenraum zu einem sehr großen Teil, bspw. 95 % oder mehr, mit Latentwärmespeichermaterial, eben bevorzugt auf Paraffinbasis, gefüllt. Das Restvolumen kann durch bspw. Wasser, gegebenenfalls auch Öl, ausgefüllt sein, wobei letzteres als Wärmeträgermedium wirkt. Das Wärmeträgermedium erbringt - in sehr geringem Ausmaß - ein gewisses dynamisches Verhalten, weshalb weiter oben von einem quasistatischen Latentwärmespeicher gesprochen ist, welcher durch die hier beschriebene Anordnung gebildet ist. Der - wenn auch geringfügige - dynamische Charakter des Latentwärmespeichers ist dahingehend von besonderer Bedeutung, daß hierdurch eine gewünschte Schaumbildung ganz wesentlich gefördert wird. Geschäumtes Paraffin (im Erstarrungszustand) oder paraffinischer Kohlenwasserstoff ist hinsichtlich der erreichbaren Wärmedämmwerte noch vorteilhafter als homogen erstarrter paraffinischer Kohlenwasserstoff. Das Verhältnis von Wärmetransportmedium, also bspw. Öl, zu paraffinischem Kohlenwasserstoff kann sich bspw. in der Größenordnung von 1:100 bewegen. Ein Restvolumen in dem Zwischenraum bleibt frei. Im übrigen kann in diesem Zwischendruck ein Über- oder Unterdruck herrschen. Der Überdruck wird sich realistischerweise im Bereich bis etwa 1 A bewegen, der Unterdruck im Bereich von 0,1 bis 0,5 A bis hin zu fast vollständigem Vakuum.In this arrangement, the gap is filled to a very large extent, e.g. 95% or more, with latent heat storage material, preferably paraffin-based. The remaining volume can be filled with water, for example, or possibly oil, the latter acting as a heat transfer medium. The heat transfer medium has a certain dynamic behavior - to a very small extent - which is why we spoke above of a quasi-static latent heat storage device, which is formed by the arrangement described here. The - albeit slight - dynamic character of the latent heat storage device is of particular importance in that it significantly promotes the desired foam formation. Foamed paraffin (in the solidified state) or paraffinic hydrocarbon is even more advantageous in terms of the achievable thermal insulation values than homogeneously solidified paraffinic hydrocarbon. The ratio of heat transport medium, e.g. oil, to paraffinic hydrocarbon can be in the order of 1:100, for example. A residual volume in the gap remains free. In addition, there can be either overpressure or underpressure in this intermediate pressure. Realistically, the overpressure will be in the range of up to about 1 A, the underpressure in the range of 0.1 to 0.5 A up to almost complete vacuum.
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Entsprechend kann das Latentwärmespeichermaterial einen Schäumungszustand, bspw. in Form eines bekannten oberflächenentspannenden Mittels, enthalten. Die Schaumneigung des Latentwärmespeichers ist, wie bereits erwähnt, bewußt unterstützt. Insgesamt ist die Anordnung bevorzugt fensterartig ausgebildet, bzw. soll als Fenster eingesetzt werden. Praktisch kann man ein herkömmliches Isolierglasfenster entsprechend vorstehendem Gedanken dadurch erfindungsgemäß weiterbilden, daß der evakuierte Zwischenraum in der beschriebenen Weise mit Latentwärmespeichermaterial, eben bevorzugt auf Paraffinbasis, gefüllt wird. In weiterer Ausgestaltung ist auch vorgesehen, daß die Anordnung drei Gehäusewände aufweist, jeweils mit geringem senkrechten Abstand zueinander, und daß beide Zwischenräume mit Latentwärmespeichermaterial gefüllt sind. In diesem Zusammenhang empfiehlt es sich insbesondere noch, in den beiden so gebildeten Zwischenräumen Latentwärmespeichermaterial unterschiedlichen Schmelzpunktes einzufüllen. Während das in dem einen Zwischenraum befindliche Latentwärmespeichermaterial bspw. einen Schmelzpunkt von 5° C aufweist, kann das in dem anderen Zwischenraum befindliche Latentwärmespeichermaterial einen solchen von 10° C aufweisen.Accordingly, the latent heat storage material can contain a foaming state, for example in the form of a known surface-relaxing agent. The tendency of the latent heat storage to foam is, as already mentioned, deliberately supported. Overall, the arrangement is preferably designed like a window, or is intended to be used as a window. In practice, a conventional insulating glass window can be further developed according to the above idea in accordance with the invention by filling the evacuated gap in the manner described with latent heat storage material, preferably paraffin-based. In a further embodiment, it is also provided that the arrangement has three housing walls, each with a small vertical distance from one another, and that both gaps are filled with latent heat storage material. In this context, it is particularly recommended to fill the two gaps thus formed with latent heat storage material with different melting points. While the latent heat storage material in one gap has a melting point of 5° C, for example, the latent heat storage material in the other gap can have a melting point of 10° C.
Beim Einsatz als gewöhnliches Fenster, etwa in Industriebauten, ergibt sich die Wirkung, daß die Füllung bei Temperaturen, die über dem Schmelzpunkt liegen, also insbesondere im Sommer, vollständig transparent ist. Hierbei stellt sich eine Wärmespeicherung nur über sensible Wärme ein. Trotzdem ergibt sich ein vergleichsweise schlechter Wärmetransport, d.h. die Wärmeleitzahl ist (in gewünschter Weise) sehr klein. Als Effekt ergibt sich eine Abpufferung von Solarstrahlung im Sommer (Verminderung von Überhitzungen der Räume ohne aufwendige Lüftungssysteme; in Nachtstunden verzögerte Abgabe anWhen used as a normal window, for example in industrial buildings, the effect is that the filling is completely transparent at temperatures above the melting point, i.e. especially in summer. Heat storage only occurs via sensible heat. Nevertheless, heat transport is comparatively poor, i.e. the thermal conductivity is (as desired) very low. The effect is that solar radiation is buffered in summer (reduction in overheating of rooms without complex ventilation systems; delayed release to the outside at night).
die Räume bzw. die Umgebung). Die Wärmedurchgangszahl (veringert) verbessert sich auf mindestens die .halben Werte bekannter Konstruktionen (Thermoglas besitzt etwa einen Wert von 2,4 W/qm/grad, während eine hier beschriebene Anordnung einen solchen Wert von 0,8 W/qm/grad bspw. erreichen kann). Und dies selbst bei geringen senkrechten Abständen der Gehäusewände, also solchen zwischen 5 und 10 mm. Bei Unterschreiten bestimmter Temperaturen ergibt sich aufgrund der Natur des Latentwärmespeichermaterials ein Phasenwechsel, das niedrigschmelzende Material erstarrt bei konstanter Temperatur innerhalb einer bestimmten Zeit. Mit der Erstarrung ändert sich aber auch der Wärmedurchgangswert und es stellen sich konstant kleine Wärmeverluste ein. Insbesondere dann, wenn, wie bevorzugt, das Latentwärmespeichermaterial in gewisser Weise aufschäumt. In dieser Zeit und danach ergibt-sich eben durch das Aufschäumen eine erhöhte Dämmwirkung. An sonnenscheinreichen Wintertagen kann es sogar zu einem Aufschmelzen und damit auch auf diese Weise zu einer Solarenergienutzung (passiv) kommen, welche dann - zeitverzögert - an auf einer Seite der Fenster befindliche Räume weitergegeben wird. Es läßt sich sogar eine gewisse Steuerung erreichen. Der Heizwärmebedarf wird reduziert. Bei Unterschreiten der Solargrenzstrahlung wird sich ein erneutes Erstarren einstellen, was einem plötzlichen Kälteeinbruch in die Räume über die Fenster verhindert. Der Regelungsaufwand der Heizungsanlage verringert sich. Der erfinderische Gedanke ist im übrigen nicht auf einen Zwischenraum beschränkt, sondern kann sich auch noch auf mehrere Zwischenräume, unter Fortsetzung des beschriebenen Systems, erstrecken. Hierbei kann es auch vorteilhaft sein, in den einzelnen Zwischenräumen Latentwärmespeichermaterial mit unterschiedlichem Schmelzpunkt vorzusehen.the rooms or the environment). The heat transfer coefficient (reduced) improves to at least half the values of known designs (thermoglass has a value of around 2.4 W/m²/degree, while an arrangement described here can achieve a value of 0.8 W/m²/degree, for example). And this even with small vertical distances between the housing walls, i.e. between 5 and 10 mm. If the temperature falls below a certain level, the nature of the latent heat storage material causes a phase change; the low-melting material solidifies at a constant temperature within a certain time. However, as it solidifies, the heat transfer value also changes and small heat losses occur constantly. This is particularly the case when, as is preferred, the latent heat storage material foams up to a certain extent. During this time and afterwards, the foaming results in an increased insulating effect. On sunny winter days, the material may even melt, allowing solar energy to be used (passively), which is then passed on - with a time delay - to rooms on one side of the window. A certain degree of control can even be achieved. The heating requirement is reduced. If the solar radiation falls below the limit, the material will solidify again, preventing a sudden cold snap in the rooms through the windows. The amount of control required for the heating system is reduced. The inventive idea is not limited to one gap, but can also extend to several gaps, continuing the system described. It can also be advantageous to provide latent heat storage material with different melting points in the individual gaps.
Nachstehend ist die Erfindung des weiteren anhand der beigefügten Zeichnung, die jedoch lediglich ei«n Ausführungsbeispiel darstellt, erläutert. Hierbei zeigt:The invention is further explained below with reference to the accompanying drawing, which, however, represents only one embodiment. Here:
Fig. 1 eine Draufsicht auf eine rückseitige Gehäusewand mit einem Noppenraster, teilweise belegt mit Solarzellen;Fig. 1 is a plan view of a rear housing wall with a studded grid, partially covered with solar cells;
Fig. 2 eine Schnittdarstellung einer Solarzellenanordnung; Fig. 2 is a sectional view of a solar cell arrangement;
Fig. 3 eine vergrößerte Schnittdarstellung eines Ausschnitts aus der Darstellung gemäß Fig. 2;Fig. 3 is an enlarged sectional view of a detail from the illustration according to Fig. 2;
-Fig. 4 .einen Querschnitt durch eine Anordnung zur-Fig. 4 .a cross section through an arrangement for
Wärmedämmung mit zwei Gehäusewänden;Thermal insulation with two housing walls;
Fig. 5 eine perspektivische, teilweise geschnittene Darstellung des Gegenstandes gemäß Fig. 4;Fig. 5 is a perspective, partially sectioned view of the article according to Fig. 4;
Fig. 6 einen Querschnitt durch eine Anordnung gemäß Fig. 4, mit drei Gehäusewänden;Fig. 6 is a cross-section through an arrangement according to Fig. 4, with three housing walls;
Fig. 7 eine perspektivische Darstellung, teilweise geschnitten, des Gegenstandes gemäß Fig. 6.Fig. 7 is a perspective view, partially sectioned, of the article according to Fig. 6.
Mit Bezug zunächst zu Fig. 2 ist eine Solarzellenanordnüng dargestellt, die aus Solarzellen 1 besteht, die zwischen einer vorderseitigen, transparenten Gehäusewand 2 und einer rückseitigen Gehäusewand 3 angeordnet sind. Ober- und unterseitig bezüglich der dargestellten Anordnung sind Strömungsverbindungen 4 bzw. 5 geschaffen, welche eine Umströmung der Solarzellen 1 durch das in dem Gehäuse befindliche Fluid auf Paraffin-Basis von einem vorderseitigen Strömungsweg 6 zu einem rückseiti-Referring first to Fig. 2, a solar cell arrangement is shown which consists of solar cells 1 which are arranged between a front, transparent housing wall 2 and a rear housing wall 3. On the top and bottom of the arrangement shown, flow connections 4 and 5 are created, which allow the paraffin-based fluid in the housing to flow around the solar cells 1 from a front flow path 6 to a rear flow path 7.
gen Strömungsweg 7 ermöglicht. Insgesamt ist das System der Strömungswege 6, 7 einschließlich der Umleitungen 4, 5 ein geschlossenes Strömungssystem.gen flow path 7. Overall, the system of flow paths 6, 7 including the diversions 4, 5 is a closed flow system.
Bei den Solarzellen 1 handelt es sich um unverkleidete Solarzellen unmittelbar in der für hergestellte Solarzellen üblichen Ausgestaltung. Da das Fluid zudem elektrisch isolierend ist, sind auch keine weiteren Isolationsmaßnahmen an den elektrischen Anschlüssen der Solarzellen erforderlich. Die Verwendung eines Fluids auf Paraffin-Basis ist auch mit einem wesentlichen weiteren Vorteil verbunden. Sollte die Temperatur des Systems einmal soweit absinken, daß das Fluid erstarrt, wird der Umlauf unterbrochen. Hierbei wirkt das Fluid darüber hinaus auch kälteisolierend,. ..so daß. eine Entladung des wärmetechnisch nachgeschalteten Speichers behindert bzw. stark verzögert wird.The solar cells 1 are unclad solar cells in the usual design for manufactured solar cells. Since the fluid is also electrically insulating, no further insulation measures are required on the electrical connections of the solar cells. The use of a paraffin-based fluid also has another significant advantage. If the temperature of the system drops so low that the fluid solidifies, the circulation is interrupted. In this case, the fluid also acts as a cold-insulating agent, so that the discharge of the thermal storage system connected downstream is hindered or significantly delayed.
Bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel ist weiter rückseitig bzw. unterseitig zu dem hinteren Strömungsweg 7 ein Wärmetauschergehäuse 8 vorgesehen, in welchem ein zweites Fluid als Wärmeträgermedium, bevorzugt im Gegenstrom zu dem ersten Fluid, strömt. Das in dem zweiten Gehäuse strömende Fluid wird über eine Leitung 9, bspw.zu einem Verbraucher oder einem Wärmespeicher, insbesondere einem Latentwärmespeicher geführt. Der Rücklauf ist über die untere Leitung 10 vorgesehen. Bei dem Wärmeträgermedium in dem Gehäuse 8 kann es sich bspw. um gewöhnliches Wasser handeln. Weiter unterhalb des Gehäuses 8 bzw., gemäß der Darstellung in Fig. 2, in einer weiteren Schicht, ist eine Wärmedämmung 13' vorgesehen.In the embodiment shown, a heat exchanger housing 8 is provided further to the rear or underside of the rear flow path 7, in which a second fluid flows as a heat transfer medium, preferably in countercurrent to the first fluid. The fluid flowing in the second housing is guided via a line 9, for example to a consumer or a heat accumulator, in particular a latent heat accumulator. The return is provided via the lower line 10. The heat transfer medium in the housing 8 can be, for example, ordinary water. Further below the housing 8 or, as shown in Fig. 2, in a further layer, thermal insulation 13' is provided.
Die vordere Gehäusewand ist transparent, besteht also bspw. aus Glas oder durchsichtigem Kunststoff.The front housing wall is transparent, i.e. it is made of glass or clear plastic, for example.
Eine Tiefe (Dicke) ti des vorderen Strömungsweges 6 ist bedeutend kleiner als eine Tiefe (Dicke) t2 des hinteren Strömungsweges 7. Hierdurch läßt sich ein wirkungsvoller Naturuinlauf des ersten Fluids erreichen. Beim Durchströmen des ersten Strömungsweges 6 wird das Fluid der Sonneneinstrahlung ausgesetzt und nimmt überdies im Wärmetausch von den Solarzellen 1 Wärme auf, so daß es insgesamt zu einer erheblichen Erwärmung des Fluids, das in dem Strömungsweg 6 strömt, kommt. Hiermit ist eine Ausdehnung verbunden, wohingegen auf der Rückseite, in dem Strömungsweg 7 Wärme abgeführt wird und das Fluid sich entsprechend zusammenzieht. Hierdurch wird insgesamt ein wirkungsvoller Naturumlauf erreicht.A depth (thickness) ti of the front flow path 6 is significantly smaller than a depth (thickness) t2 of the rear flow path 7. This allows an effective natural circulation of the first fluid to be achieved. When flowing through the first flow path 6, the fluid is exposed to solar radiation and also absorbs heat from the solar cells 1 in the heat exchange, so that overall the fluid flowing in the flow path 6 heats up considerably. This is associated with expansion, whereas on the back, in the flow path 7, heat is dissipated and the fluid contracts accordingly. Overall, this achieves an effective natural circulation.
Es ist weiter zu erkennen, daß die Solarzellen__l _ durch Noppen 11, 12 gehaltert sind, die von der rückwärtigen Gehäusewand 3 bzw. der vorderen Gehäusewand 1 ausgehen. Zusätzlich können die Noppen noch durch Rastmittel gegeneinander verbunden sein.It can also be seen that the solar cells__l _ are held by studs 11, 12 which extend from the rear housing wall 3 or the front housing wall 1. In addition, the studs can be connected to one another by locking means.
Im einzelnen ist dies weiter erläutert in bezug zu Fig. 1. Hier ist die rückwärtige Gehäusewand 3 zu erkennen, auf welcher Noppen 12 rasterartig angeordnet sind. Im oberen Bereich der Gehäusewand 3 ist in der Darstellung gemäß Fig. 1 eine Reihe von Solarzellen 1 bereits auf die Noppen 12 aufgelegt.This is explained in more detail with reference to Fig. 1. Here, the rear housing wall 3 can be seen, on which studs 12 are arranged in a grid. In the upper area of the housing wall 3, in the illustration according to Fig. 1, a row of solar cells 1 is already placed on the studs 12.
Es ist auch noch bevorzugt vorgesehen, daß auf die Noppen 12 ein maskenartiges Kunststoffteil 13 aufgelegt ist, das eine Vielzahl von in der Regel quadratischen Öffnungen 14 aufweist.It is also preferably provided that a mask-like plastic part 13 is placed on the knobs 12, which has a plurality of generally square openings 14.
Wie sich insbesondere aus der Querschnittsdarstellung gemäß Fig. 3 ergibt, ist im einzelnen in dem Kunststoffteil 13 darüber hinaus eine Stufe 15 ausgebildet, inAs can be seen in particular from the cross-sectional view according to Fig. 3, a step 15 is also formed in the plastic part 13, in
welche die Solarzellen 1 eingelegt werden können. Sie können dort auch verhaftet werden. Andererseits ist eswhich the solar cells 1 can be inserted. You can also be arrested there. On the other hand, it is
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zur Halterung der Solarzellen 1 im eingebauten Zustand auch möglich, den Fuß eines oberen Noppen 11 zu verbreitern. To hold the solar cells 1 in the installed state, it is also possible to widen the base of an upper stud 11.
In Fig. 1 ist auch angedeutet, daß in einem, bevorzugt unteren, Bereich der Solarzellenanordnung in dem Kunststoffteil 13 Durchgangsöffnungen 16 ausgebildet sind, zwischen zwei eingelegten Solarzellen 1. Hierdurch ist es möglich, daß gleichsam im Kurzschluß bzw. Bypass, wie durch die Pfeile in Fig. 2 angedeutet, sich auch nur eine über einen gewissen Abschnitt begrenzte Umlaufströmung ausbilden kann bzw. zusätzlich ausbildet.In Fig. 1 it is also indicated that in a, preferably lower, area of the solar cell arrangement in the plastic part 13 through openings 16 are formed between two inserted solar cells 1. This makes it possible that in the short circuit or bypass, as indicated by the arrows in Fig. 2, only a circulating flow limited over a certain section can form or additionally form.
Das Kunststoffteil 13 kann auch - was im einzelnen nicht dargestellt ist - an den Kreuzungspunkten der die Öffnungen 14 bildenden Stege, also im Zusammenbauzustand im Bereich der Noppen 11 bzw. 12, Öffnungen aufweisen, durch welche ein Verbindungsstab zwischen einzelnen Noppen 11 und 12 hindurchgesteckt werden kann, der bspw. mit einem der Noppen 11 oder 12 fest verbunden sein kann und für welchen darüber hinaus in dem anderen Noppen eine Aufnahmebohrung ausgebildet sein kann. Andererseits kann auch das Kunststoffteil 13 solche Fortsätze aufweisen, die in entsprechender Aufnahmebohrungen in den Noppen 11 bzw. 12 nach Zusammenbau aufgenommen sind.The plastic part 13 can also - although not shown in detail - have openings at the intersection points of the webs forming the openings 14, i.e. in the assembled state in the area of the studs 11 and 12, through which a connecting rod can be inserted between individual studs 11 and 12, which can be firmly connected to one of the studs 11 or 12, for example, and for which a receiving hole can also be formed in the other stud. On the other hand, the plastic part 13 can also have such extensions which are received in corresponding receiving holes in the studs 11 and 12 after assembly.
In Fig. 4 ist eine Anordnung zur Wärmedämmung mit einer vorderen Gehäusewand 2 und einer weiteren Gehäusewand 3 dargestellt, deren senkrechter Abstand t2 vergleichweise gering ist, sich im Bereich von etwa 5 bis 10 mm bewegt. Die Gehäusewände 2,3 können hier bspw. aus Fensterglas bestehen. Der Zwischenraum zwischen den beiden Gehäusewänden 2, 3 ist mit einem Wärmespeichermaterial aufFig. 4 shows an arrangement for thermal insulation with a front housing wall 2 and another housing wall 3, the vertical distance t2 between which is comparatively small, ranging from about 5 to 10 mm. The housing walls 2, 3 can be made of window glass, for example. The space between the two housing walls 2, 3 is filled with a heat storage material on
Paraffinbasis gefüllt. Es herrscht in dem Zwischenraum 17 im übrigen ein gewisser Über- oder Unterdruck, wieParaffin base. There is a certain overpressure or underpressure in the space 17, such as
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dies weiter vorstehend im einzelnen auch erläutert ist.This is explained in more detail above.
In Fig. 5 ist der Gegenstand der Fig. 4 in perspektivischer, teilweise geschnittener Form dargestellt. Es ist ersichtlich, daß es sich hier, mit Ausnahme der Füllung des Zwischenraums 17, um eine übliche Fensterkonstruktion handeln kann.In Fig. 5, the object of Fig. 4 is shown in perspective, partially sectioned form. It is clear that this can be a conventional window construction, with the exception of the filling of the gap 17.
In Fig. 6 ist im Querschnitt eine vergleichbare Anordnung mit drei Gehäusewänden 2, 3, 18 dargestellt. Entsprechend ergeben sich hier Zwischenräume 19 und 20, welche' in gleicher Weise wie vorstehend beschrieben mit einem Latentwärmespeichermaterial.gefüllt._sind. ,Hierbei weist das Latentwärmespeichermaterial in dem Zwischenraum 20 einen anderen Schmelzpunkt auf als das Latentwärmespeichermaterial in dem Zwischenraum 19. Bspw. kann der Schmelzpunkt in dem Zwischenraum 20 bei 10° C und in dem Zwischenraum 19 bei 5 C liegen. Es kann sich auch empfehlen, die Zwischenräume mit unterschiedlichem senkrechten Abstand zu den Gehäusewänden auszubilden. Etwa den im Einbauzustand dem Rauminneren zugewandten Zwischenraum mit einem größeren senkrechten Abstand. Entsprechend ist die Menge des darin befindlichen Latentwärmespeichermaterials dann größer. Wenn hier zugleich der geringere Schmelzpunkt eingestellt ist, erreicht zunächst, bei einem Temperaturabfall auf der Außenseite, der äußere Zwischenraum die Schmelztemperatur (Erstarrungstemperatur) . Wenn dann der dem Inneren zugewandte größere Zwischenraum die Schmelztemperatur (Erstarrungstemperatur) erreicht, wird die hierbei freiwerdende relativ große Wärmemenge zu einem sehr großen Anteil dem Raum zugute kommen, da die äußere Zwischenschicht mitFig. 6 shows a cross-section of a comparable arrangement with three housing walls 2, 3, 18. Correspondingly, this creates gaps 19 and 20 which are filled with a latent heat storage material in the same way as described above. The latent heat storage material in the gap 20 has a different melting point than the latent heat storage material in the gap 19. For example, the melting point in the gap 20 can be 10° C and in the gap 19 5° C. It can also be advisable to design the gaps with different vertical distances to the housing walls. For example, the gap facing the interior of the room when installed has a larger vertical distance. The amount of latent heat storage material therein is then correspondingly larger. If the lower melting point is set here at the same time, the outer gap will first reach the melting temperature (solidification temperature) when the temperature on the outside drops. When the larger space facing the interior reaches the melting temperature (solidification temperature), the relatively large amount of heat released will benefit the space to a very large extent, since the outer intermediate layer with
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dem bereits erstarrten Latentwärmespeichermaterial nunmehr eine wesentliche Isolationswirkung besitzt.the already solidified latent heat storage material now has a significant insulating effect.
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In Fig. 7 ist der Gegenstand gemäß Fig. 6 in perspektivischer, teilweise geschnittener Form dargestellt.In Fig. 7, the object according to Fig. 6 is shown in perspective, partially sectioned form.
Claims (24)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| DE29913202U DE29913202U1 (en) | 1999-07-28 | 1999-07-28 | Solar cell arrangement |
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| DE29913202U DE29913202U1 (en) | 1999-07-28 | 1999-07-28 | Solar cell arrangement |
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| DE29913202U Expired - Lifetime DE29913202U1 (en) | 1999-07-28 | 1999-07-28 | Solar cell arrangement |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| R163 | Identified publications notified | ||
| R207 | Utility model specification |
Effective date: 20010111 |
|
| R156 | Lapse of ip right after 3 years |
Effective date: 20030201 |