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Die
Erfindung betrifft ein Solarmodul, eine Solarfläche mit
mindestens zwei Solarmodulen und eine Solaranlage mit einer Solarfläche.
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Es
ist allgemein bekannt, Solarmodule oder Solarzellen auf Gebäudeflächen
oder dergleichen anzubringen. Dabei wird in der Regel angenommen, dass
aufgrund von Windströmung und dergleichen die Solarmodule
ausreichend gekühlt werden, so dass keine thermischen Schädigungen
der Solarmodule auftreten können. Je nach Sonneneinstrahlung können
jedoch Betriebstemperaturen bis zu 65°C, in extremen Fällen
bis zu 80°C auftreten. Durch die hohen Temperaturen wird
ein Wirkungsgrad der Solarmodule deutlich reduziert.
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Aus
der
DE 33 144 637 ist
ein Dachstein mit einem Grundkörper und einer Abdeckplatte
aus Polymerbeton bekannt, wobei zwischen der Abdeckplatte und dem
Grundkörper ein von Luft durchströmbarer Hohlraum
gebildet ist und Halbleiterphotoelemente in die Abdeckplatte aus
Polymerbeton eingegossen sind. Die Abdeckplatte weist an der Unterseite
Kühlrippen auf, welche in den von Luft durchströmten Hohlraum hineinragen.
Polymerbeton hat jedoch eine sehr geringe Wärmeleitfähigkeit
(von ca. 1 bis 2 W/(mK)), so dass trotz der Kühlrippen
nur eine sehr schlechter Wärmeübergang zu der
Luft gegeben ist.
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Durch
die geringe Wärmeleitfähigkeit des Polymerbetons
ist eine Kühlung jedoch begrenzt und/oder nur mit einem
hohen Luftdurchsatz möglich. Bei geringem Luftdurchsatz
wird die Wärme in der Regel nicht abgeleitet, sondern an
der Abdeckplatte bzw. an dem Dachstein gestaut. Ein hoher Luftdurchsatz
ist beispielsweise durch ein Gebläse oder dergleichen möglich,
wobei jedoch aufgrund der benötigten Antriebsenergie für
das Gebläse ein Energiegewinn durch Kühlung des
Solarmoduls wieder aufgebraucht wird, oder sogar mehr Energie aufgebracht
werden muss.
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Es
ist daher Aufgabe der Erfindung, ein Solarmodul, eine Solarfläche
mit mindestens zwei Solarmodulen und eine Solaranlage mit einer
Solarfläche zu schaffen, welche einen hohen Wirkungsgrad aufweisen.
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Diese
Aufgabe wird gelöst durch ein Solarmodul, insbesondere
Solarmodul für eine Dacheindeckung eines Gebäudedachs,
umfassend eine photovoltaisch aktive Schicht zur Transformation
von Solarstrahlung in elektrische Energie, wobei ein Wärmewiderstand
des Solarmoduls gegenüber einem Kühlmedium zumindest
an einer Unterseite der photovoltaisch aktiven Schicht extrem verringert
ist, so dass die Wärmeleitfähigkeit eines von
Kühlmedium umströmten Bereichs mindestens 200
W/(mK), vorzugsweise mindestens 1000 W/(mK), weiter bevorzugt mindestens
2000 W/(mK), insbesondere mindestens 5000 W/(mK) beträgt.
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Durch
Senkung des Wärmewiderstands wird ein Wärmeübergang
von dem Solarmodul zu einem Kühlmedium verbessert und so
eine intensive Kühlung durch gute Abfuhr der Wärme
von der photovoltaisch aktiven Schicht erzielt. Vorzugsweise wird
der Wärmewiderstand derart gesenkt, dass ein Wirkungsgrad
bis zu 30% erhöht wird. Da ein ausreichende Kühlung
auch bei geringem Durchsatz des Kühlmediums möglich
ist, kann auf ein zusätzliches Gebläse in den
meisten Betriebsarten oder dergleichen verzichtet werden, so dass
ein geschaffener Energiegewinn als Nutzenergie zur Verfügung
steht.
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In
einer Ausgestaltung der Erfindung ist an der Unterseite der photovoltaisch
aktive Schicht mindestens ein von einem Kühlmedium umströmbarer und/oder
durchströmbarer Kühlkörper zur Verringerung
eines Wärmewiderstands vorgesehen. Der Kühlkörper
kann dabei einteilig mit der photovoltaisch aktiven Schicht ausgebildet
oder mit dieser verbunden sein. Bei Ausgestaltungen, in welchen
der Kühlkörper mit der photovoltaisch aktiven
Schicht verbunden wird, kann zwischen den Bauteilen eine Zwischenschicht,
beispielsweise eine Trägerschicht für die photovoltaisch
aktive Schicht vorgesehen sein. Der Kühlkörper
kann geeignet strukturiert sein, um eine mit dem Kühlmedium
in Kontakt tretenden Fläche zu maximieren.
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In
einer vorteilhaften Weiterbildung ist/sind die photovoltaisch aktive
Schicht, eine Trägerschicht der photovoltaisch aktiven
Schicht und/oder der Kühlkörper zumindest teilweise
aus einem Verbundwerkstoff mit einem eingebetteten hochwärmeleitfähigen
Bestandteil aus der Gruppe umfassend Kohlenstoffnanoröhren,
Kohlenstoffnanoröhren-Fullerene-Derivate und Kohlenstoffnanoröhren-Fullerene-Legierungen
ausgebildet. Derartige Verbundwerkstoffe werden im Folgenden teilweise
auch als CNT-Verbundwerkstoffe (Carbon Nanotubes – CNT) bezeichnet.
Als hochwärmeleitfähig werden im Zusammenhang
mit der Erfindung Werkstoffe bezeichnet, welche eine Wärmeleitfähigkeit
von mindestens 1.000 W/(mK), vorzugsweise ca. 6000 W/(mK) aufweisen.
Die Wärmeleitfähigkeit liegt damit beispielsweise
bis zu 15mal höher als die Wärmeleitfähigkeit von
Kupfer oder einem vergleichbaren Werkstoff mit etwa 400 W/(mK).
Vorzugsweise werden Werkstoffe eingesetzt, die eine ge ringe Dichte
aufweisen. Als geringe Dichte wird dabei eine Dichte bezeichnet, welche
maximal in etwa der Dichte von Aluminium entspricht, d. h. maximal
ca. 2,7 g/cm^3 beträgt. Vorzugsweise werden Verbundwerkstoffe
mit einer Dichte von maximal 1,5 bis 2 g/cm^3 eingesetzt. Ein entsprechender
Kühlkörper bzw. ein entsprechendes Solarmodul
sind dabei mit geringem Gewicht realisierbar. Ein geringes Gewicht
ist insbesondere bei einem Einsatz eines derartigen Solarmoduls
für eine Dacheindeckung von Vorteil. Entsprechende Verbundwerkstoffe
können außerdem eine etwa 60mal höhere
Zugfestigkeit als Stahl aufweisen. Sie sind dadurch in der Lage,
eine auftretende Zugspannung in einer Randfaserzone der Trägerschicht
aufzunehmen. Eine besonders leicht bauende und hochwärmeleitfähige
Bauweise ist beispielsweise denkbar, wenn sowohl eine Trägerschicht
als auch ein Kühlkörper aus Verbundwerkstoff vorgesehen
sind.
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In
einer anderen vorteilhaften Ausgestaltung weisen die photovoltaisch
aktive Schicht, die Trägerschicht der photovoltaisch aktiven
Schicht und/oder der Kühlkörper zumindest teilweise
eine Beschichtung aus einem Verbundwerkstoff mit einem eingebetteten,
hochwärmeleitfähigen Bestandteil aus der Gruppe
umfassend Kohlenstoffnanoröhren, Kohlenstoffnanoröhren-Fullerene-Derivate
und Kohlenstoffnanoröhren-Fullerene-Legierungen. Durch
eine Beschichtung kann ein Wärmewiderstand zu einem Kühlmedium
gesenkt werden, wobei eine Beschichtung teilweise kostengünstiger
realisierbar ist, als eine Gestaltung des Kühlkörpers
aus einem entsprechenden Material. Zudem ist es möglich,
eine Beschichtung bei bestehenden Anlagen aufzubringen und so den
Wirkungsgrad zu erhöhen.
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Die
Beschichtung kann vorteilhaft aufgewalzt, aufgespritzt, mit Düsen
aufgetragen oder dergleichen werden. In vorteilhaften Ausführungsbeispielen
ist eine Beschichtung strukturiert, schaumartig und/oder in einer
Art Baumstruktur aufgebracht, welche vorzugsweise ein günstiges
Ver hältnis von wärmeleitenden Abschnitten oder
Strängen zu wärmeabführender Oberfläche
aufweist.
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In
einer weiteren Ausgestaltung ist der Kühlkörper
und/oder eine Beschichtung aus einem Kompositum umfassend Kornbestandteile,
insbesondere Kornbestandteile aus Aluminium, hochwärmeleitfähigem
Verbundwerkstoff oder dergleichen, ausgebildet. Derartige Kornbestandteile
weisen eine maximale Korngröße von ca. 0,1 bis
ca. 3 mm Durchmesser auf. Die Kornbestandteile sind beispielsweise
aus Aluminiumschrott, Recycling-Produkten, Resten der CNT-Verbundwerkstoffverarbeitung,
CNT-Verbundwerkstoffschrott, etc. kostengünstig durch mechanische
Zerkleinerung erzeugbar. Die Kornbestandteile werden durch einen
geeigneten Trägerstoff miteinander verbunden, so dass ein
Körper geformt wird. Das Kompositum oder Kornkompositum
kann Hohlräume oder Gaseinschlüsse enthalten und
ist so mit besonders geringem Gewicht bereitstellbar.
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In
einer weiteren Ausgestaltung weist der Kühlkörper
mindestens eine strömungstechnisch optimierte Struktur
auf. In anderen Worten ist der Kühlkörper so geformt,
dass er geringen Strömungswiderstand aufweist. Ein Fluss
eines Kühlmediums entlang der Unterseite des Solarmoduls
hängt von einer Anordnung des Solarmoduls ab. Bei Anordnung
an einem Dach wird vorzugsweise ein Kühlkanal unterhalb
der Solarmodule geschaffen, welcher sich von einer Dachrinne zu
einem Dachfirst linear erstreckt. In einer Ausgestaltung sind sich
entlang des Kühlkanals erstreckende, in den Kühlkanal
hineinragende Kühlrippen vorgesehen, insbesondere Kühlrippe, welche
quer zur Kanalrichtung gekrümmt verlaufen, um so eine Oberfläche
zu erhöhen.
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In
einer anderen Ausgestaltung der Erfindung ist durch den Kühlkörper
eine umströmbare Oberfläche an der Unterseite
der photovoltaisch aktiven Schicht geschaffen, welche mindestens
doppelt so groß, vorzugs weise mindestens dreimal so groß, insbesondere
mindestens zehnmal so groß ist wie eine Oberfläche
der Unterseite der photovoltaisch aktiven Schicht ohne Kühlkörper.
Der Kühlkörper ist in einer Ausgestaltung derart
gestaltet, dass ein Verhältnis von freier Oberfläche
zu Volumen unter Berücksichtigung strömungstechnischer
Randbedingungen maximiert wird. In anderen Worten wird ein Körper
geschaffen, welcher eine große freie Oberfläche
bei geringem Volumen und geringem Strömungswiderstand aufweist.
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In
einer Weiterbildung der Erfindung ist der Kühlkörper
mittels eines hochwärmeleitfähigen elastischen
Materials, insbesondere mittels eines hochwärmeleitfähigen
Verbundwerkstoff-Vlieses, vorzugsweise eines CNT-Verbundwerkstoff-Vlieses,
an der photovoltaisch aktiven Schicht angebracht. Durch ein elastisches
Material lassen sich Unebenheiten zwischen dem Kühlkörper
und dem Solarmodul ausgleichen. Gleichzeitig bewirkt ein entsprechendes
Material eine gute Wärmeverteilung.
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In
einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung weist der Kühlkörper
mindestens einen Kanal auf, welcher von einem Kühlmedium
durchströmbar ist. Der in dem Kühlkörper
vorgesehene Kanal kann dabei gerade oder mäanderförmig
verlaufen, wobei bei einem mäanderförmigen Verlauf
vorzugsweise große Radien vorgesehen sind, so dass geringer Strömungswiderstand
vorliegt. Der in dem Kühlkörper realisierte Kanal
kann einen beliebigen Querschnitt aufweisen, vorzugsweise sind jedoch
Kanalrohre ohne Unstetigkeiten am Umfang eingesetzt.
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Die
Erfindung wird weiter gelöst durch eine Solarfläche,
insbesondere eine Solar-Dachfläche für ein Gebäudedach,
umfassend mindestens zwei Solarmodule, wobei die Solarmodule mittels
mindestens einem Längsprofil in Reihe verbunden sind, so dass
unterhalb der Solarmodule ein sich in Längsrichtung der
Solarfläche erstreckender Kühlkanal geschaffen
ist. An der Unterseite der Solarmodule sind in einer Ausgestal tung
Kühlkörper vorgesehen, die in den Kühlkanal
hineinragen und von einem Kühlmedium um- und/oder durchströmbar
sind. Die Kühlkanalabschnitte der einzelnen Solarmodule
sind somit fluidisch verbunden. Dadurch wird ein gleichmäßiges Temperaturfeld
unterhalb der Solarfläche erzeugt. Die Solar-Dachfläche
ist beispielsweise für ein Spitzdach oder ein Pultdach
ausgebildet, wobei die in Reihe angeordneten Solarmodule geschuppt
angeordnet sein können. Ein entsprechendes Längsprofil
ist beispielsweise aus der
EP
1 734 588 A2 bekannt, auf welche hiermit vollumfänglich
Bezug genommen wird.
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In
einer Weiterbildung der Solarfläche ist an einem Auslass
des Kühlkanals ein Kollektorelement angeordnet, durch das
ein Kühlmittelstrom am Auslass nacherhitzbar ist. Durch
ein Nacherhitzen des Kühlmittelstroms am Auslass kann eine
Strömungsgeschwindigkeit des Kühlmediums in dem
Kühlkanal erhöht werden. Durch die Erhöhung
der Strömungsgeschwindigkeit wird die Kühlleistung
und damit der Wirkungsgrad der photovoltaisch aktiven Schicht erhöht.
Eine Erhöhung der Strömungsgeschwindigkeit ist
alternativ oder zusätzlich durch weitere Maßnahmen
möglich. Insbesondere bei Anordnung der Solarfläche
an einem Gebäude kann als Luft verwendetes Kühlmedium
beispielsweise aus einem Kellerbereich oder an einer Schattenseite
des Gebäudes entnommen werden. Zudem ist durch geeignete
Anordnung des Kühlkanals an einem Gebäudedach
ein Kamineffekt erzielbar.
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In
einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung ist in dem Längsprofil
ein von dem Kühlkanal thermisch und/oder elektrisch isolierter
Kabelkanal vorgesehen. In dem Kabelkanal sind beispielsweise Anschlussleitungen,
Sensorleitungen und dergleichen für die photovoltaisch
aktive Schicht geführt. Durch die Trennung des Kabelkanals
von einem Kühlkanal sind die Anschlussleitungen leicht
zugänglich und vor Feuchtigkeit geschützt.
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Die
Aufgabe wird weiter gelöst durch eine Solaranlage umfassend
eine Solarfläche, wobei die Solaranlage weiter ein Solarthermiesystem
umfasst und ein durch den Kühlkanal geführtes
Kühlmedium dem Solarthermiesystem zuführbar ist.
Als Solarthermie wird die Umwandlung der solaren Einstrahlung in Wärme
bezeichnet. Eine zugehörige Anlage wird als Solarthermiesystem
bezeichnet. Durch Zuführung des erhitzten Kühlmediums
zu einem Solarthermiesystem, beispielsweise zu einem wärmeabsorbierenden
Aggregat des Solarthermiesystems, ist eine weitere Wirkungsgradsteigerung
erzielbar. Damit ist es möglich, eine hocheffiziente Energiegewinnungsanlage
zu schaffen. Die so geschaffene Solaranlage ist eine Hybridanlage
mit einer Niedertemperaturzone, in welcher die erfindungsgemäß gekühlte
Solarfläche angeordnet ist, und einer Hochtemperaturzone,
in welcher geeignete Aggregate des Solarthermiesystems angeordnet
sind. Geeignete Aggregate sind beispielsweise ein Kollektor und/oder
ein Verdampfer, wobei die Aggregate in sogenannten Split-Einheiten
oder Split-Geräten räumlich getrennt von weiteren
Elementen angeordnet werden können. Die Nutzung des erwärmten
Kühlmediums für das Solarthermiesystem entspricht
einer sogenannten Rekuperation, so dass ein nachfolgender solarthermischer
Prozess auf einem höheren Temperaturniveau gestartet werden
kann, und dadurch auch auf einem gewünschten höheren
Temperaturniveau endet.
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Vorzugsweise
umfasst das Solarthermiesystem mindestens ein wärmeaufnehmendes
Aggregat, welches zumindest teilweise aus einem Verbundwerkstoff
mit einem eingebetteten hochwärmeleitfähigen Bestandteil
aus der Gruppe umfassend Kohlenstoffnanoröhren, Kohlenstoffnanoröhren-Fullerene-Derivate
und Kohlenstoffnanoröhren-Fullerene-Legierungen ausgebildet
ist. Ein derartiges wärmeaufnehmendes Aggregat kann besonders
kleinbauend realisiert werden, wobei im Vergleich zu herkömmlichen
Aggregaten ein gleicher Wirkungsgrad erzielt werden kann. Kleinbauende
Aggregate lassen sich an geeigneter Stelle in einem Gebäude,
beispielsweise im Bereich eines Dachfirsts, vorteilhaft als Split-Einheiten
anbringen. Die Verbindung von einer derartigen Solit-Einheit zu
einem Hauptaggregat und/oder weiteren Aggregaten des Solarthermiesystems
ist über dünne Rohre möglich, so dass
der Einbau keine negativen Auswirkungen auf den nutzbaren Wohnraum
als Folge hat.
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Nicht
zuletzt wird die Aufgabe gelöst durch die Verwendung eines
Verbundwerkstoffs mit einem eingebetteten hochwärmeleitfähigen
Bestandteil aus der Gruppe umfassend Kohlenstoffnanoröhren,
Kohlenstoffnanoröhren-Fullerene-Derivate und Kohlenstoffnanoröhren-Fullerene-Legierungen
für ein Solarmodul und/oder ein wärmeaufnehmendes
Aggregat einer Solarthermieanlage. Derartige Verbundwerkstoffe zeichnen
sich durch hohe Wärmeleitfähigkeit, hohe Steifigkeit
und geringes Gewicht aus. Durch die Verwendung der Verbundwerkstoffe
sind Solaranlagen und/oder Solarthermiesysteme im Leichtbau realisierbar,
wobei aufgrund einer schnellen Wärmeübertragung
an ein Kühlmedium und/oder einen Wärmeträger
des Solarthermiesystems es möglich wird, ein schnell reagierendes,
regelbares Energiesystem für ein Gebäude zu schaffen.
Im Regelfall ist eine geringe Strömungsgeschwindigkeit
für eine Wärmeübertragung aufgrund der
hohen Wärmeleitfähigkeit ausreichend. Bedarfsweise
kann in vorteilhaften Ausgestaltungen einer Hybridanlage umfassend
Solarmodule und Solarthermiesystem eine Strömungsgeschwindigkeit
eines Wärmeträgers und/oder eines Kühlmediums
kurzfristig erhöht werden, um so einen erhöhten
Energiebedarf abzufangen.
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Weitere
Vorteile der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen
und aus der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen
der Erfindung, die in den Zeichnungen schematisch dargestellt sind.
Für gleiche oder ähnliche Bauteile werden in den
Zeichnungen einheitliche Bezugszeichen verwendet. Als Teil eines
Ausführungsbeispiels be schriebene oder dargestellte Merkmale
können ebenso in einem anderen Ausführungsbeispiel
verwendet werden, um eine weitere Ausführungsform der Erfindung
zu erhalten.
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In
den Zeichnungen zeigen:
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1:
eine schematische Darstellung eine Ausschnitts einer Solarfläche;
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2:
eine Vergrößerung eines Details II gemäß 1;
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3:
eine Vergrößerung eines Details eines geschnittenen
Solarmoduls;
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4 bis 9:
Details, ähnlich 3 alternativer
Ausführungsformen eines Solarmoduls;
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10a: eine geschnittene Seitenansicht einer weiteren
Ausführungsform eines Solarmoduls;
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10b: das Solarmodul gemäß 10a in einer Explosionsdarstellung;
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11:
eine geschnittene Seitenansicht einer alternativen Ausführungsform
eines Solarmoduls mit Kühlkörper;
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12:
eine geschnittene Seitenansicht einer weiteren Ausführungsform
eines Solarmoduls;
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13:
eine schematische Darstellung einer erfindungsgemäßen
Solarfläche an einem Gebäudedach;
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14:
schematische Darstellung zweier Ausführungsformen von Solaranlagen
an einem Häuserdach;
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15:
schematische Darstellung zweier weiterer Ausführungsformen
von Solaranlagen an einem Pultdach;
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16:
eine schematische Darstellung einer weiteren Variante einer Solaranlage
an einem Pultdach;
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17:
eine geschnittene Seitenansicht eines Verdampfers und
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18:
eine geschnittene Draufsicht auf den Verdampfer gemäß 17.
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1 zeigt
schematisch einen Ausschnitt einer Solarfläche 1,
umfassend mehrere Solarmodule 2. Die Solarmodule 2 sind
dabei derart angeordnet, dass sie sich an den Randbereichen in einer
Längsrichtung L überlappen. Eine derartige Anordnung wird
auch als geschuppte Anordnung bezeichnet. Dabei handelt es sich
um eine übliche Anordnung von Solarmodulen 2 an
einer schematisch dargestellten Unterkonstruktion 3 eines
Hausdachs. In der dargestellten Ausführungsform erfolgt
eine Anbringung über Längsprofile 4,
welche zueinander parallel und in Querrichtung Q beabstandet angeordnet
sind. Bei den dargestellten Längsprofilen 4 handelt
es sich um U-Profile, wobei in Querrichtung Q aneinander angrenzende
Solarmodule 2 jeweils auf einem Ende eines Schenkels der
U-Profile 4 aufgelegt sind. Die Höhe der U-Profile 4 bestimmt
einen Abstand der Solarmodule 2 von der Unterkonstruktion 3.
Unterhalb der Solarmodule 2 wird so zwischen den Solarmodulen 2 und
der Dachkonstruktion 3 ein Kühlkanal 5 für ein
nicht dargestelltes Kühlmedium geschaffen. Die Solarmodule 2 sind
dabei vorzugsweise ohne Querstreben an der Dachkonstruktion 3 angeordnet,
so dass die Kanal abschnitte unterhalb der einzelnen Solarmodule 2 in
Längsrichtung L fluidisch miteinander verbunden sind.
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2 zeigt
eine Vergrößerung eines Details II gemäß 1.
Wie in 2 erkennbar, kann erfindungsgemäß das
Längsprofil 4 als Kabelkanal genutzt werden, wobei
elektrische Anschlussleitungen 40 für die Solarmodule
wie Solarstromleitungen, Sensorleitungen und dergleichen in dem
Kabelkanal geführt werden können. Wird ein flüssiges
Kühlmedium durch den Kühlkanal 5 geführt,
so kann zusätzlich in dem Kabelkanal eine Rohrleitung 41 für
das Kühlmedium vorgesehen sein.
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Die
Solarmodule 2 liegen auf abgeflachten Enden der Schenkel
des Längsprofils 4 auf. Eine Abdeckung 42 dient
zur Befestigung der Solarmodule 2 an den Längsprofilen 4 und
damit an der Dachkonstruktion 3. Die Abdeckung 42 dient
weiter zur Abdichtung und/oder als Frostschutz. Dabei sind in der
dargestellten Ausführungsform an Auflagestellen und Andruckstellen
der Solarmodule 2 jeweils elastische Kunststoffprofile 43 vorgesehen.
Ein Abstand A zwischen den seitlichen Kanten der in Querrichtung
Q gemäß 1 benachbarten
Solarmodule 2 wird dabei möglichst gering gewählt,
um eine gute Flächennutzung zu erzielen. Andererseits ist
jedoch der Abstand A ausreichen zu dimensionieren, um ein einfaches
Verlegen der Leitungen 40, 41 zu erzielen.
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Erfindungsgemäß ist
ein Wärmewiderstand einer Unterseite des Solarmoduls 2,
insbesondere an einer eine photovoltaisch aktiven Schicht 20 des
Solarmoduls 2 verringert. In der in 2 dargestellten Ausführungsform
ist zu diesem Zweck ein Kühlkörper 6 an
der Unterseite des Solarmoduls 2, genauer an einer Unterseite
der photovoltaisch aktiven Schicht 20 angeordnet. Verschiedene
Ausführungsformen des Kühlkörpers 6 werden
im Folgenden unter Bezugnahme auf die 3 bis 11b im Detail beschrieben.
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3 zeigt
schematisch ein Detail einer Schnittansicht eines Solarmoduls 2 mit
einem Kühlkörper 6. Der dargestellte
Kühlkörper 6 ist beispielsweise aus stranggepressten,
kupferfreien Aluminiumlegierung ausgebildet. Aluminium hat eine
Wärmeleitfähigkeit von 221 W/(mK). Die Wärmeleitfähigkeit
liegt dabei deutlich über der von Beton, Polymerbeton und/oder
einer für die photovoltaisch aktive Schicht verwendeten
Glasfläche. Der Kühlkörper 6 weist
einen an dem Solarmodul 2 angeordneten Grundkörper 61 mit
Kühlrippen 60 auf, welche in Längsrichtung
parallel zueinander angeordnet sind. Die Kühlrippen 60 ragen
von dem Grundkörper 61 ab, wobei ein Übergang
zwischen dem Grundkörper 61 und den Kühlrippen 60 abgerundet
ist. Eine Strecke C zwischen zwei Kühlrippen 60 und
eine Materialdicke D an den abgerundeten Übergangsstellen sind
dabei derart gewählt, dass eine optimale Wärmeleitung
innerhalb des Kühlkörpers 6 möglich
ist, wobei eine Grundfläche 61 und damit das Solarmodul 2 möglichst
gleichmäßig gekühlt wird.
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4 zeigt
ein Detail, ähnlich 3, einer alternativen
Ausführungsform eines Solarmoduls 2 mit einem
Kühlkörper 6. Bei der Ausführungsform
gemäß 4 ist an der Strecke C zwischen
zwei Kühlrippen 60 eine Beschichtung 62 aus
einem hochwärmeleitenden Verbundwerkstoff angebracht. Durch die
Beschichtung 62 wird ein Wärmewiderstand zwischen
dem Kühlkörper 6 und einem den Kühlkörper 6 umströmenden,
nicht dargestellten Medium weiter verringert. Dadurch kann im Vergleich
zu dem Ausführungsbeispiel gemäß 3 bei
einer verringerten umströmten Oberfläche die gleiche
Kühlwirkung erzielt werden. Somit ist es möglich,
den Abstand zwischen zwei Kühlrippen 60 zu erhöhen.
Als hochwärmeleitfähiger Verbundwerkstoff wird
beispielsweise ein Verbundwerkstoff mit Kohlenstoffnanoröhren (carbon
nano tubes – CNT), CNT-Fullerene-Derivaten oder CNT-Fullerene-Legierungen
verwendet, welcher eine Wärmeleitfähigkeit von
2000 bis 6000 W/(mK) aufweist.
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5 zeigt
ein Detail, ähnlich 3, in einer weiteren
Ausführungsform mit einem Kühlkörper 6, welcher
vollständig aus einem im Zusammenhang mit 4 beschriebenen
Verbundwerkstoff herstellt ist. Je nach Wahl des Verbundwerkstoffs
weist dieser neben der hohen Wärmeleitfähigkeit
auch eine besonders geringe Dichte auf. So sind Verbundwerkstoffe
denkbar, welche eine Dichte von maximal 1,5 g/cm3 aufweisen.
Aufgrund der hohen Wärmeleitfähigkeit des Verbundwerkstoffs
kann weiter ein Abstand E zwischen zwei Kühlrippen im Vergleich
zu der Ausführungsform gemäß 3 deutlich
vergrößert werden. Dadurch wird ein Kühlkörper 6 geschaffen,
welcher ein besonders geringes Gewicht aufweist, gleichzeitig jedoch
geeignet ist, um eine gute Wärmeabgabe, d. h. eine effiziente
Kühlung des Solarmoduls 2 zu erzielen.
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6 und 7 zeigen
weitere Ausführungsformen von Kühlkörpern 6 mit
Kühlrippen 60. Dabei sind die Kühlrippen 60 bei
den Ausführungsformen gemäß den 6 und 7 nicht-linear
förmig sondern gewellt. Dadurch kann die durch ein Kühlmedium
umströmte Oberfläche weiter vergrößert werden.
Durch die Wellung der Kühlrippen 60 gemäß 6 und 7 wird
ein Teil einer Strahlungsenergie, welche von dem Bereich einer Zone
C emittiert wird, wieder von Teilen der Kühlrippe 60 absorbiert und über
Konvektion dem strömenden Kühlmedium zugeführt.
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8 zeigt
ein Detail, ähnlich 3, gemäß einer
weiteren Ausführungsform. Bei der Ausführungsform
gemäß 8 ist ein Kühlkörper 6 aus
einem Kompositum aus Kornbestandteilen hergestellt, wobei die Kornbestandteile über
ein Bindemittel, vorzugsweise ein gut wärmleitendes Bindemittel,
hergestellt sind. Ein entsprechender Kühlkörper 6 ist
beispielsweise durch Kaltpressen herstellbar. Die Kornbestandteile
sind aus einem hochleitfähigen Material, beispielsweise
Aluminium oder einem oben beschriebenen Verbundwerkstoff, wobei
die Kornbestandteile aus Schrott oder dergleichen durch Mahlen oder ähnlich
mechanische Zerkleinerungen erhalten werden können.
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9 zeigt
ein Detail, ähnlich 3, gemäß einer
weiteren Ausführungsform. Bei der Ausführungsform
gemäß 9 ist der Kühlkörper 6 aus mehreren
Schichten 6a, 6b, 6c, 6d aufgebaut.
Vorzugsweise wird für jede Schicht ein Verbundwerkstoff mit
Kohlenstoffnanoröhren (CNT-Verbundwerkstoff) eingesetzt.
Durch die mehreren Schichten ist es möglich, verschiedene
Eigenschaften miteinander zu kombinieren. Zwischen der photovoltaisch
aktiven Schicht 20 und dem Kühlkörper 6 ist
eine Zwischenschicht 63 angeordnet, welche im Detail im
Zusammenhang mit den 10a, 10b erläutert
wird. Auf der Oberseite der photovoltaisch aktiven Schicht 20 ist
eine Glasplatte 21 angeordnet. Es ist selbstverständlich,
dass dabei auch Ausführungsformen denkbar sind, welche
keine Schicht 6d mit Kühlrippen aufweist.
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Durch
die Verwendung der beschriebenen Verbundwerkstoffe ist die Gestaltung
des Solarmoduls 2 als Sandwichsystems mit höchster
Zug- und Druckfestigkeit in den Randzonen und extrem guter durchgehender
Wärmeleitfähigkeit realisierbar. Ein Sandwichsystem
erfordert eine gewisse Dicke, um Steifigkeit und Festigkeit des
Solarmoduls zu gewährleisten. Dies ist in dem Ausführungsbeispiel
der Erfindung gemäß 9 durch
Verwendung eines Verbundwerkstoffes in der Zwischenschicht 6b erreicht.
Aufgrund der geringen Dichte des verwendeten Verbundwerkstoffs erfährt
das Solarmodul trotz steigender Dicke keine wesentliche Gewichtszunahme
und keine wesentliche Verminderung der Wärmeübertragungsfähigkeit.
Um eine Gewichtszunahme zu vermeiden, ist es bei den beschriebenen
Verbundwerkstoffen mit eingebetteten hochwärmeleitfähigen Bestandteilen
aufgrund der extrem guten Wärmeleitfähigkeit möglich,
Hohlräume oder Leichtkörperteilchen einzubauen,
ohne die Wärmeleitfähigkeit in einem für
die Anwendung relevanten Maße zu verringern.
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Bei
dem in 9 dargestellten Ausführungsbeispiel ist
unter Ausnutzung der Werkstoffeigenschaften, insbesondere der Druck-
und Zugfestigkeit des verwendeten Verbundwerkstoffs, auf eine beispielsweise
aus Glas gestaltete Trägerschicht für die photovoltaisch
aktive Schicht verzichtet. Dabei wird ein Kohlenstoffnanoröhren-Verbundwerkstoff
verwendet, der eine etwa 60-mal höhere Zugfestigkeit als
Stahl aufweist. Ein derartiger Verbundwerkstoff ist in der Lage,
die Zugspannung in einer Randfaserzone einer üblicherweise
als Glasplatte gestalteten Trägerschicht (Substratplatte)
aufzunehmen. Dadurch ist es möglich, die Dicke der Glasplatte
zu vermindern oder diese – wie in 9 dargestellt – entfallen zu
lassen. Bei der in 9 dargestellten Ausführungsform
liegt die photovoltaisch aktive Schicht 20 direkt angrenzend
an eine Druckzone einer tragenden Sandwichplatte oder Schicht 6a.
Die Schicht 6a übernimmt die Druckspannungen und
liegt gleichzeitig in unmittelbarer Nähe der zu kühlenden
Substanz, nämlich der photovoltaisch aktive Schicht 20,
so dass deren Wärme sehr gut abgeleitet wird. Diese beiden Eigenschaften
des Verbundwerkstoffs, hohe Druckspannungsstabilität und
höchste Wärmeleitfähigkeit, sind dabei
für die Verwendung im Zusammenhang mit einem Solarmodul 2 besonders
vorteilhaft.
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10a ist eine geschnittene Seitenansicht eines
Solarmoduls 2 mit einem Kühlkörper 6,
wobei der Kühlkörper 6 ohne Klebeverbindung
an einer Unterseite des Solarmoduls 2 angebracht ist. 10b ist eine Explosionsdarstellung der Ausführungsform gemäß 10a. Zum Anbringen des Kühlkörpers 6 ohne
Klebeverbindung ist zwischen dem Solarmodul 2 und dem Kühlkörper 6 ein
elastisches Material 63 angeordnet. Das elastische Material 63 ist
in einer Ausgestaltung ein Vlies aus einem Verbundwerkstoff mit
den oben beschriebenen Eigenschaften. Das elastische Material 63 weist
beispielsweise eine Dicke von ca. 0,5 bis ca. 6 mm, vorzugsweise
von ca. 1 bis 4 mm auf. Durch das elastische Material 63 ist insbesondere
aufgrund der hohen Wärmeleitfähigkeit des Vlieses
eine gute Wärmeverteilung von dem Solarmodul 2 zu
dem Kühlkör per 6 möglich. Durch
das elastische Material 63 können weiter Unebenheiten zwischen
dem Solarmodul 2 und dem Kühlkörper 6 ausgeglichen
werden. Aufgrund der Elastizität des elastischen Materials 63 ist
es weiter möglich, statische Unbestimmtheiten im Bereich
einer schematisch angedeuteten Befestigung des Solarmoduls 2 auszugleichen.
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11 ist
eine geschnittene Seitenansicht einer weiteren Ausführungsform
eines erfindungsgemäßen Solarmoduls 2 mit
einem Kühlkörper 6. In den Kühlkörper 6 sind
dabei Rohrstücke 64 eingebettet, durch welche
ein nicht dargestelltes Kühlmedium führbar ist.
Der Kühlkörper 6 ist in diesem Ausführungsbeispiel
vorzugsweise aus einem hochwärmeleitfähigen Verbundwerkstoff,
beispielsweise einem CNT-Verbundwerkstoff. Dabei können
mehrere Kühlrohre 64 in den Kühlkörper 6 eingearbeitet
sein, in dem dargestellten Ausführungsbeispiel sind zwei
parallele Kühlrohre 64 im Abstand H vorgesehen.
Der Kühlkörper 6 kann mit dem Solarmodul 2 verklebt werden
und/oder mittels eines im Zusammenhang mit 10a, 10b beschriebenen elastischen Materials 63 mit
dem Solarmodul 2 verbunden sein. Bei einer Kühlung
eines Solarmoduls 2 durch ein in Kühlröhren 64 geführtes
Kühlmedium besteht die Gefahr, dass eine ungleichmäßige
Kühlung des Solarmoduls 2 erfolgt. Um diesem Effekt
entgegen zu wirken, können die Kühlröhren 64 zum
Einen mäanderförmig an einer Unterseite des Solarmoduls 2 angeordnet
sein. Erfindungsgemäß wird eine ungleichmäßige
Kühlung weiter durch den Kühlkörper 6 verhindert,
wobei durch den Kühlkörper 6 die Wärme
zunächst von dem Solarmodul 2 abgleitet und dann dem
Röhrensystem 64 zugeleitet wird. In dem dargestellten
Ausführungsbeispiel wird einer Kühlwirkung im
unmittelbaren Bereich der Kühlröhren 64 zudem entgegen
gewirkt, in dem ein direkter Kontakt zwischen dem Kühlkörper 6 und
dem Solarmodul 2 im Bereich der Kühlröhren 64 durch
Aussparungen 65 verhindert wird. Der Kühlkörper 6 kontaktiert
dagegen das Solarmodul 2 an Stellen, welche eine maximale
Entfernung L von den Kühlröhren 64 aufweisen.
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12 zeigt
eine Schnittansicht eines weiteren Ausführungsbeispiels
eines erfindungsgemäßen Solarmoduls 2 mit
einem Kühlkörper 6, ähnlich 11.
Im Unterschied zu 11 sind jedoch Kühlröhren 64 vorgesehen,
welche einen ovalen Querschnitt aufweisen, wobei die Kühlröhren 64 derart
an dem Solarmodul 2 angeordnet sind, dass eine größere
Querschnittserstreckung im Wesentlichen parallel zu dem Solarmodul 2 angeordnet
ist. Dadurch ist im Vergleich zu dem Ausführungsbeispiel
gemäß 11 eine
größere Fläche des Solarmoduls 2 im Bereich
der Kühlröhren 64 angeordnet. Der Kühlkörper 6 ist
in einer Ausgestaltung aus einem Verbundwerkstoff, der während
der Herstellung eine thermoplastische Phase aufweist, hergestellt.
Die Röhren 64 können dabei während
der thermoplastischen Phase in den Kühlkörper 6 eingefügt
werden.
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Die
in den Figuren dargestellten Solarmodule mit Kühlkörpern
sind lediglich beispielhafte Ausführungsformen. Selbstverständlich
sind andere Ausführungsformen denkbar. Insbesondere ist
es auch denkbar, eine Beschichtung direkt auf einer photovoltaisch
aktiven Schicht aufzubringen und/oder die photovoltaisch aktive
Schicht mit einer hohen Wärmeleitfähigkeit zu
gestalten.
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13 zeigt
schematisch eine erfindungsgemäße Solarfläche 1 mit
Solarmodulen 2, welche an einem Gebäudedach 3 angebracht
ist. Dabei wird zwischen einer Unterkonstruktion 30 des
Gebäudedachs 3 und den Solarmodulen 2 ein
Kühlkanal 5 geschaffen. Als Kühlmedium
dient in der dargestellten Ausführungsform Luft. Kaltluft
wird zu diesem Zweck an einem Kanaleinlass 50 in einem
Traufenbereich eingeführt. Ein Auslass 51 des
Kühlkanals 5 ist in einem Dachfirst 51 angeordnet.
Dadurch wird ausgenutzt, dass kalte Luft nach oben steigt. In dem
dargestellten Ausführungsbeispiel ist im Bereich des Auslasskanals 51 ein
Firstkollektor 70 vorgesehen, durch welchen ein in dem
Kühlkanal 5 geführtes Kühlmedium
zusätzlich erwärmt wird. Der Firstkollektor 70 kann
dabei ebenfalls zumindest teilweise aus einem hochwärmeleitfähigen
Material bestehen, um ein Erhitzen des Kühlmediums ohne
Verluste zu erreichen. Durch den Firstkollektor 70 wird
ein Kamineffekt, durch welchen ein Strömungsantrieb des
Kühlmediums aufgrund einer Temperaturdifferenz zwischen Lufteintritt
und Luftaustritt erzielt wird, weiter verstärkt. Die zugeführte
Luft kann beispielsweise der Umgebung entnommen werden und am Auslass 51 wieder
an die Umgebung abgegeben werden. Der Auslass 51 kann dabei
zur Erzeugung eines Unterdrucks und Erhöhung einer Strömungsgeschwindigkeit
durch einen Bernoulli-Effekt eine Einschnürung oder Verengung
aufweisen. Weiter ist es denkbar, den Einlass 50 wie dargestellt
im Traufenbereich mit einem Rohrsystem 8 zu verbinden,
wobei dem Kühlkanal 5 Luft aus einem Kellerbereich 81 oder
dergleichen, d. h. aus einem kühlen Bereich des Gebäudes zugeführt
wird. In dem dargestellten Ausführungsbeispiel umfasst
das Kanalsystem 8 weiter einen Ventilator 82,
welcher beispielsweise an einer schattenseitigen Hauswand oder dergleichen
angebracht ist, um Luft von dieser Stelle abzuziehen und dem Einlass 50 zuzuführen.
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14 zeigt
zwei Ausführungsformen einer erfindungsgemäßen
Solaranlage an einem Hausdach. Die Solaranlage umfasst dabei jeweils
eine Solarfläche 1 mit Solarmodulen 2,
welche mit einer Dachkonstruktion 3 einen Kanal 5 bilden.
Die Solaranlage umfasst weiter ein Solarthermiesystem 9 mit einer
Split-Einheit 90. Die Split-Einheit 90 ist als
wärmeabsorbierenden Aggregat mit einem Ventilator 91 gestaltet.
Die Split-Einheit 90 ist dabei je nach baulichen Gegebenheiten
gemäß einer ersten Ausführungsform im
Wesentlichen senkrecht angeordnet, beispielsweise an einer Mittelwand
eines Dachwohnraums, und/oder gemäß einer zweiten
Ausführungsform im Wesentlichen parallel zu einer zweiten
Dachfläche 31 angeordnet. In beiden Ausführungsformen wird
das erwärmte Kühlmedium der Split-Einheit 90 zugeführt,
wobei die Split-Einheit 90 jeweils einen Ventilator 91 umfasst.
Bei der zweiten Ausführungsform ist die Split-Einheit 90 vorzugsweise
im Bereich eines Isolati onsquerschnitts des Gebäudedachs
befestigt, wobei dabei eine Dachisolation des Gebäudedachs 3 auf
vorteilhafte Weise für eine Schalldämmung verwendet
werden kann. Durch Verwendung des Ventilators 91 wird das
aus dem Kühlkanal 5 austretende Kühlmedium
weiter beschleunigt und dadurch ein Durchströmen des Kühlkanals 5 weiter
verbessert. Die Split-Einheiten 90 sind mit weiteren Elementen 92 der
Solarthermieanlage 9, wie Wärmepumpen, Kühlaggregate,
Speicher etc. durch dünne Rohre 93 verbunden,
wobei die Rohre 93 beispielsweise einen Durchmesser von
ca. 3 cm aufweisen. Derartige Rohre beanspruchen somit nur einen
geringen nutzbaren Raum. Je nach Gestaltung eines Mediums des Solarthermiesystems 9 und/oder
eines für die Kühlung der Solarmodule 2 verwendeten Kühlmediums
kann das Kühlmedium direkt über die Rohre 93 der
Solarthermieanlage 9 zugeführt werden oder mittels
eines Wärmetauschers Wärme an das Medium des Solarthermiesystems 9 abgeben.
Für einen hierfür eingesetzten Wärmetauscher
ist es ebenfalls denkbar, hochwärmeleitfähige
Materialien wie entsprechende Verbundwerkstoffe einzusetzen.
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15 zeigt
eine weitere Ausführungsform einer Solaranlage mit Solarfläche 1 und
Solarthermiesystem 9 an einem als Pultdach gestaltetem
Gebäudedach 3 mit einer im Wesentlichen senkrechten Außenwand 32.
Dabei ist gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel
ein Firstkollektor 90 zur Erhöhung der Strömungsgeschwindigkeit
an einem Auslass 51 des Kühlkanals 5 vorgesehen.
An dem Firstkollektor 90 ist weiter ein Ventilator 91 des
Solarthermiesystems 9 angeordnet, durch den die Strömungsgeschwindigkeit
zusätzlich erhöht wird. Der Firstkollektor 90 ist
dabei derart gestaltet, dass eine der Einfallsseite der Lichtstrahlen
zugewandte Seite aus einer Glasplatte besteht, welche beispielsweise über einem
geschwärztem Kupferkörper oder dergleichen, welche
die Wärme der einfallenden Lichtstrahlen an den Kühlmediumstrom überträgt,
angeordnet ist. Vorzugsweise kann auch hier ein hochwärmeleitfähiger Verbundstoff
eingesetzt werden. Ein entsprechender Firstkollek tor 90 weist
vorzugsweise an der Außenseite eine hohe ästhetische Ähnlichkeit
mit einem Solarmodul 2 auf. Der Ventilator 91 und/oder
der Firstkollektor 90 ist/sind über Leitungen 93 mit
den Haupteinheiten 92 des Solarthermiesystems 9 verbunden. Gemäß einer
zweiten in 15 dargestellten Ausführungsform
ist die Split-Einheit 90a unterhalb der Solarfläche 1 angeordnet,
so dass die gesamte Dachfläche als Solarfläche 1 nutzbar
ist.
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16 zeigt
eine weitere Ausführungsform einer Solaranlage mit Solarmodulen 2,
welche durch ein flüssiges Kühlmedium gekühlt
werden. Bei der Ausführungsform gemäß 15 ist
unterhalb der Solarmodule 2 ein Kühlkanal 5 gebildet,
wobei der Kühlkanal 5 beispielsweise in den Kühlkörpern
gemäß den 11 und 12 gebildet
ist. Dabei kann ein Kühlmedium verwendet werden, welches üblicherweise
als Wärmeträger in Solarkollektoren einer Solarthermieanlage
verwendet wird. In der Ausführungsform gemäß 15 ist
ein Kollektor 90 in der Nähe eines Dachfirsts
angebracht, durch welchen das Kühlmedium mittels einfallender
Lichtstrahlen erwärmt wird. Zusätzlich wird das
Kühlmedium durch Abwärme der Solarmodule 2 erhitzt.
Das derart erwärmte Kühlmedium wird über
Rohre 93 einem Speicher 92 zugeführt.
Dabei ist es denkbar, die Kanäle der Solarmodule 2 und
des Kollektors 20 derart zu gestalten, dass das Kühlmedium
in Reihe, parallel oder wahlweise durch die Solarmodule 2 und/oder den
Solarkollektor 60 geführt wird. In anderen Worten,
kann das Kühlmedium für die Kühlung der
Solarmodule 2 und für den Solarkollektor 60 in
Serien- oder Parallelbetrieb oder in Kombination dieser beiden Betriebsarten
verwendet werden.
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Als
Ventilatoren 82, 91 werden vorzugsweise drehzahlgeregelte
Ventilatoren eingesetzt. Die Ventilatoren 82, 91 arbeiten
vorzugsweise mit niedriger Drehzahl um so Wirbelverluste, einen
Geräuschpegel und/oder einen Energieverbrauch niedrig zu
halten. Insbesondere in einem Hausinnenraum sind derartige Ventilatoren
vorteilhaft einsetzbar. Aufgrund des schnellen Wärmeübergangs
ist eine mäßige Strömungsgeschwindigkeit,
welche durch derartige Ventilatoren im Normalbetrieb generierbar
ist, im Regelfall ausreichend. Je nach Anbringung der Anlage wird
vorzugsweise ein Kamineffekt erzielt, welcher in vielen Fällen
zur Erzeugung eines bewegten Kühlmediumstroms bereits ausreicht.
Die Ventilatoren können daher zeitweise abgeschaltet sein.
Zu diesem Zweck sind die Ventilatoren so gestaltet, dass sie selbst
im abgeschalteten Zustand nur einen geringen Strömungswiderstand
aufweisen. Ist aufgrund von hohen Außentemperaturen, Windstille
oder ähnlichen Randbedingungen die durch den Kamineffekt erzeugte
Strömungsgeschwindigkeit nicht ausreichend, um eine gewünschte
Kühlung zu erzielen, können die Ventilatoren bedarfsweise
zugeschaltet werden. Zum schnellen Erhitzen und/oder schnellen Energiegewinn
kann die Drehzahl der Ventilatoren kurzfristig erhöht werden.
Dank der durch Verwendung von hochwärmeleitfähigen
Materialien erzielten hohen Ansprechgeschwindigkeit kann so ein
schnell reagierendes, regelbares System geschaffen werden.
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Als
Verdampfer oder Wärmetauscher der Wärmepumpe bzw.
der Kältemaschine des Solarthermiesystems 9 werden
vorzugsweise von dem jeweiligen Hauptaggregat getrennte Split-Einheiten eingesetzt.
Die Split-Einheit ist in vorteilhaften Ausgestaltungen mit einem
in 17 oder 18 schematisch
dargestellten, geteilten Verdampfer 100 ausgebildet. Dabei
zeigen 17 und 18 eine
geschnittene Seitenansicht eines Verdampfers 100 bzw. eine
geschnittene Draufsicht auf einen Verdampfer 100. Der Verdampfer 100 umfasst
ein Innenteil 101 und ein Außenteil 102.
Das Innenteil 101 weist angeformte Leitstrukturen 103 auf,
die den inneren Strömungsverlauf und Phasenwechsel begünstigen.
Die dargestellten Leitstrukturen 103 sind dabei lediglich
beispielhaft. Dem Innenteil 101 wird über eine
dargestellte Zugangsleitung 104 ein kalter Wärmeträger
zugeführt. Ein im Innenteil 101 verdampfter Wärmeträger
wird über eine nicht dargestellte Abgangsleitung abgeführt.
Die Wandung des Innenteils 101 ist dabei mit einer ausreichenden
Festigkeit gestaltet, dass sie einem Druck durch den Wärmeträger
bzw. einem Wärme abgebenden Medium standhält.
Insbesondere bei flüssigen Medien muss zudem eine ausreichende
Korrosionsbeständigkeit gewährleistet sein.
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Erfindungsgemäß ist
das Innenteil 101 vorzugsweise aus einem Verbundwerkstoff
mit einem eingebetteten hochwärmeleitfähigen Bestandteil
aus der Gruppe umfassend Kohlenstoffnanoröhren, Kohlenstoffnanoröhren-Fullerne-Derivate
und Kohlenstoffnanoröhren-Fullerene-Legierungen ausgebildet. Dabei
ist der für das Innenteil 101 verwendete Verbundwerkstoff
vorzugsweise weiter durch temperaturfeste Bindemittel stabilisiert,
so dass das Innenteil 101 schweißbar und/oder
verklebbar ist. Das so geschaffenen Innenteil 101 kann
als Kern oder Formteil beim Aufbringen eines ihn umgebenden äußeren Kühlkörpers
oder Außenteils 102 in einem Formwerkzeug dienen.
Das Außenteil 102 weist vorzugsweise Kühlrippen 105 auf
und ist in einer Ausgestaltung aus einem grobkörnigen Verbundwerkstoff
mit guten Wärmeleiteigenschaften.
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Ein
entsprechender Verdampfer 100 oder Wärmetauscher
kann besonders kleinbauend hergestellt werden. Dies ist insbesondere
von Vorteil, wenn der Verdampfer 100 im Strömungsfeld
eines Kühlmediums für die Solarmodule eingesetzt
wird. Eine Ausrichtung des Verdampfers 100 ist dabei je
nach Bauraumbedingungen beliebig wählbar.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- - DE 33144637 [0003]
- - EP 1734588 A2 [0017]