DE19747325A1

DE19747325A1 - Solar cell module with integrated cooling

Info

Publication number: DE19747325A1
Application number: DE19747325A
Authority: DE
Inventors: Sebastian Schrenk
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1997-10-27
Filing date: 1997-10-27
Publication date: 1999-04-29

Abstract

Laminations (4) are fitted to the container (2) surface inside, on which the solar cells (1) are located for better heat convection to the coolant. The laminations are perforated for improved coolant circulation. The container rear side (6) tapers downwards to prevent direct solar irradiation. At the bottom or top part of the container is an inlet/outlet hole for coolant filling and draining.

Description

Bei dieser Erfindung handelt es sich um Solarzellenmodule mit integrierter Kühlung der Solarzellen.This invention relates to solar cell modules with integrated cooling of the solar cells.

Der Wirkungsgrad von Solarzellen sinkt bei Erwärmung rapide. Somit kann die Sonneneinstrahlung an heißen Tagen nicht optimal ausgenutzt werden.The efficiency of solar cells drops rapidly when heated. Thus, the sun exposure can not be used optimally on hot days.

Die Solarzellen können aufgrund der Erhitzung vor allem an heißen Tagen die Sonnenenergie nicht so effektiv in Strom umwandeln, da ihr Wirkungsgrad enorm sinkt. Bisher vorgestellte Konzepte zur Kühlung von Photovoltaik-Modulen benutzen einen Kühlkreislauf, der zum einen zusätzlichen Installationsaufwand, zum anderen Motorpumpen benötigt, die den gesteigerten Gesamtwirkungsgrad wiederum verschlechtern.Due to the heating, especially on hot days, the solar cells are unable to do so convert it effectively into electricity because its efficiency drops enormously. Concepts presented so far for Cooling of photovoltaic modules use a cooling circuit, which is additional Installation effort, on the other hand, motor pumps required, the increased overall efficiency again worsen.

Aufgabe der Erfindung ist es nun, eine Kühlvorrichtung für Solarzellenmodule anzugeben, die eine Wirkungsgradsteigerung ohne zusätzlichen Energieaufwand ermöglicht.The object of the invention is now to provide a cooling device for solar cell modules, the one Efficiency increase possible without additional energy expenditure.

Dies wird dadurch erreicht, daß die Solarzellen auf ein Kupfergefäß - wegen der guten Wärmeleitfähigkeit - montiert werden, das mit flüssigem Kühlmittel gefüllt wird, welches die Wärme aufnimmt. Zur besseren Wärmeabgabe sind Lamellen innerhalb des Kastens angebracht. Dieser Behälter ist so geformt, daß sich zum einen die Solarzellen in einem optimalen Sonneneinfallswinkel von 30 Grad befinden und er zum anderen niemals direkter Sonnenbestrahlung ausgesetzt ist. Somit erhitzt sich das Wasser nicht durch äußere Umstände, sondern nimmt lediglich die Wärme der Solarzellen auf, welche über die hintere Wand wieder abgegeben wird. In dem Kupfergefäß entstehen folglich keine sehr hohen Temperaturen, welche sich nachts wieder abkühlen. Erwärmt sich nun das Wasser in dem Behälter, so beginnt es zu zirkulieren und die Wärme verteilt sich. Um einen besseren Kreislauf zu garantieren, wurden die Lamellen mit Löchern versehen.This is achieved by placing the solar cells on a copper vessel - because of the good ones Thermal conductivity - to be mounted, which is filled with liquid coolant, which absorbs the heat records. For better heat dissipation, fins are attached inside the box. This The container is shaped so that the solar cells are at an optimal angle of sun of 30 degrees and on the other hand it is never exposed to direct sunlight. Consequently the water does not heat up due to external circumstances, but only takes away the heat of the Solar cells, which are released via the rear wall. Arise in the copper vessel consequently no very high temperatures, which cool down again at night. Now that warms up Water in the container begins to circulate and the heat is distributed. For a better one The slats were provided with holes to guarantee circulation.

Es wird nun eine Kühlung der Anlage erreicht, die sowohl den Wirkungsgrad der Solarzellen deutlich erhöht, als auch keine weitere Energie z. B. in Form von Strom zur Betreibung benötigt. Durch hinzufügen von Frostschutzmittel muß der Behälter über die Winterzeit nicht entleert werden, was zudem eine höhere Effektivität zur Folge hat, da die Kühlung an den ersten und letzten Tagen der Saison und an vereinzelten heißen Tagen in der kälteren Jahreszeit noch einsatzbereit ist. Wegen des relativ einfachen Aufbaus sind nur wenige Wartungen an der Anlage von Nöten. Die Installationskosten für eine solche Apparatur sind gering, da keine Kabel oder Rohre verlegt werden müssen. Zum Instandsetzen wird sie einfach in Nord-Südrichtung ausgerichtet und Wasser eingelassen.Cooling of the system is now achieved, which clearly shows the efficiency of the solar cells increased, as well as no further energy z. B. needed in the form of electricity for operation. By adding antifreeze, the container does not have to be emptied over the winter, what also results in a higher effectiveness because the cooling on the first and last days of the season and is still ready for use on isolated hot days in the colder season. Because of the relative simple construction requires only a few maintenance on the system. The installation cost for Such an apparatus is small, since no cables or pipes have to be laid. To the Repair is simply aligned in a north-south direction and water is let in.

Im folgenden wird anhand dreier Zeichnungen der Aufbau der Anlage verdeutlicht.The structure of the system is illustrated below using three drawings.

Es zeigtIt shows

Fig. 1 eine Schnittdarstellung der Vorrichtung, Fig. 1 is a sectional view of the device,

Fig. 2 eine Darstellung der Rückwand der Vorrichtung, Fig. 2 is a view of the rear wall of the device,

Fig. 3 eine Teildarstellung einer der Lamellen. Fig. 3 is a partial view of one of the slats.

In Fig. 1 ist eine Schnittdarstellung der erfindungsgemäßen Vorrichtung dargestellt.In Fig. 1 a sectional view of the device according to the invention is shown.

Es besteht aus einem möglichst gut wärmeleitenden Material, das die Wärme der Solarzellenmodule (1) aufnimmt und ableitet. Zur besseren Wärmeabgabe sind Lamellen (4) im Inneren des Behälters (2) angebracht, an der Seite an der außen die Module (1) befestigt sind. Diese tragen allerdings nicht nur zu einem verbesserten Wärmeaustausch bei, sondern dienen auch als Verstrebungen. Sie stützen die Deckplatte (5) mit den Solarzellen (1), um eine mögliche Wölbung durch den Druck des Kühlmittels (3) zu Verhindern, bei der die Photovolaik-Module (1) Gefahr laufen zu zerbrechen. Diese berühren ja mit ihrer gesamten Fläche die Oberfläche des Behälters (2), da nur dann eine entsprechende Kühlung gewährleistet werden kann. Dabei ist es wichtig daß wenn es sich bei dem Material des Gefäßes (2) um einen elektrischen Leiter handelt, die Solarzellen (1) auf Wärmeleitpaste oder einem anderen isolierendem und vor allem wärmeleitenden Stoff aufliegen. Die Form des Behälters (2) ist so gewählt, daß sich die PV-Module (1) in einem optimalen Sonneneinfallswinkel von 30 Grad (10) befinden. Wirkt nun direkte Sonneneinstrahlung auf die Solarzellen (1) erhitzen diese, so nimmt der Metallbehälter (2) die Wärme auf und gibt sie über die Lamellen (4) an das flüssige Kühlmittel (3) ab. Die erwärmte Flüssigkeit (3) steigt nach oben und kühlere folgt von unten nach, wodurch eine Zirkulation (8) in dem Behälter (2) entsteht. An der Rückwand (6) und an der Bodenplatte (7) des Gefäßes (2), die den Erdboden nicht berührt, sondern hochgelagert (9) aufgestellt ist, wird die Wärme nach außen abgestrahlt. Auch nachts, da dann die Temperaturen sinken, kühlt sich das Kühlmittel wieder ab.It consists of the best possible heat-conducting material, which absorbs and dissipates the heat from the solar cell modules ( 1 ). For better heat dissipation, fins ( 4 ) are attached inside the container ( 2 ), on the side to which the modules ( 1 ) are attached on the outside. However, these not only contribute to an improved heat exchange, but also serve as struts. They support the cover plate ( 5 ) with the solar cells ( 1 ) in order to prevent possible curvature due to the pressure of the coolant ( 3 ), in which the photovoltaic modules ( 1 ) run the risk of breaking. These touch the entire surface of the surface of the container ( 2 ), since only then can appropriate cooling be guaranteed. It is important that if the material of the vessel ( 2 ) is an electrical conductor, the solar cells ( 1 ) rest on thermal paste or another insulating and, above all, heat-conducting material. The shape of the container ( 2 ) is selected so that the PV modules ( 1 ) are at an optimal angle of sunlight of 30 degrees ( 10 ). If direct solar radiation acts on the solar cells ( 1 ) and heat them, the metal container ( 2 ) absorbs the heat and releases it via the fins ( 4 ) to the liquid coolant ( 3 ). The heated liquid ( 3 ) rises and the cooler follows from below, resulting in a circulation ( 8 ) in the container ( 2 ). The heat is radiated to the outside on the rear wall ( 6 ) and on the base plate ( 7 ) of the vessel ( 2 ), which does not touch the ground but is raised ( 9 ). Even at night, when the temperatures drop, the coolant cools down again.

In Fig. 2 zeigt ist die Rückwand (6) der Vorrichtung dargestellt.In Fig. 2 shows the rear wall (6) is shown the apparatus.

Diese läuft nach unten zu, um einer unerwünschten Erwärmung durch direkte Sonnenbestrahlung zu vermeiden. Außerdem befinden sich dort im oberen Teil eine Einlaß-, im unteren eine Auslaßöffnung (11), welche das Einfüllen bzw. Ablassen der flüssigen Kühlmittels ermöglichen.This runs downwards in order to avoid undesired heating by direct sunlight. In addition, there is an inlet opening in the upper part and an outlet opening ( 11 ) in the lower part, which allow the filling or draining of the liquid coolant.

In Fig. 3 ist eine Teildarstellung einer der Lamellen (4) dargestellt.In Fig. 3 a partial representation of one of the slats ( 4 ) is shown.

Diese dienen dazu, eine bessere Wärmeabgabe an das flüssige Kühlmittel (3) zu garantieren. Um jedoch die Zirkulation (8) nicht zu behindern, sind Löcher in den Lamellen (12) angebracht die das flüssige Kühlmittel (3) hindurchlassen. Außerdem besitzen die Lamellen (4) unterschiedliche Längen. Da oben die Wärmeabstrahlung von den Solarzellenmodulen (1) und das schon von den anderen Modulen (1) erwärmte Kühlmittel (3) aufeinandertreffen, muß eine größere Fläche vorhanden sein, die eine Wärmeabgabe an die Flüssigkeit (3) ermöglichen. Zu dem haben die Lamellen (4) eine Stützfunktion. Sie stabilisieren die Deckplatte (5), um eine Mögliche Wölbung dieser auszuschließen. These serve to guarantee better heat transfer to the liquid coolant ( 3 ). However, in order not to hinder the circulation ( 8 ), holes are made in the fins ( 12 ) which let the liquid coolant ( 3 ) pass through. In addition, the slats ( 4 ) have different lengths. Since the heat radiation from the solar cell modules ( 1 ) and the coolant ( 3 ) already heated by the other modules ( 1 ) meet at the top, there must be a larger area that allows heat to be transferred to the liquid ( 3 ). The slats ( 4 ) also have a supporting function. They stabilize the cover plate ( 5 ) in order to rule out possible curvature.

Reference list

11

Solarzelle
Solar cell

22nd

Metallgefäß
Metal vessel

33rd

flüssiges Kühlmittel
liquid coolant

44th

Lamellen
Slats

55

Deckplatte
Cover plate

66

Rückwand
Back wall

77

Bodenplatte
Base plate

88th

Zirkulation
circulation

99

Hochlagerung
Elevated storage

1010th

optimaler Sonneneinfallswinkel von 30 Grad
optimal sun incidence angle of 30 degrees

1111

Einlaß- bzw. Auslaßöffnung
Inlet or outlet opening

1212th

Löcher in den Lamellen
Holes in the slats

1313

warmes Wasser =
warm water

1414

kaltes Wasser = cold water

Claims

1. Solar cell modules with integrated cooling of the solar cells, characterized in that the solar cells ( 1 ) are attached to a metal vessel ( 2 ) in which there is a liquid coolant ( 3 ) which absorbs the heat generated.

2. Device according to claim 1, characterized in that fins ( 4 ) on the surface on which the solar cells are located within the vessel, are attached in order to give off the heat better to the coolant ( 3 ).

3. Apparatus according to claim 1 or 2, characterized in that the fins ( 4 ) are provided with holes ( 12 ) which allow better circulation ( 8 ) of the coolant.

4. Device according to claims 1-3, characterized in that the rear side of the vessel ( 6 ) tapers down to avoid direct sunlight on the container.

5. The device according to one or more of claims 1-4, characterized in that at the lower or upper part of the container ( 2 ) an inlet or an outlet opening ( 11 ) which allow the filling and draining of coolant is arranged .