DE19747325A1

DE19747325A1 - Solarzellenmodule mit integrierter Kühlung der Solarzellen

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

Description

Bei dieser Erfindung handelt es sich um Solarzellenmodule mit integrierter Kühlung der Solarzellen.

Der Wirkungsgrad von Solarzellen sinkt bei Erwärmung rapide. Somit kann die Sonneneinstrahlung an heißen Tagen nicht optimal ausgenutzt werden.

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.

Aufgabe der Erfindung ist es nun, eine Kühlvorrichtung für Solarzellenmodule anzugeben, die eine Wirkungsgradsteigerung ohne zusätzlichen Energieaufwand ermöglicht.

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.

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.

Im folgenden wird anhand dreier Zeichnungen der Aufbau der Anlage verdeutlicht.

Es zeigt

Fig. 1 eine Schnittdarstellung der Vorrichtung,

Fig. 2 eine Darstellung der Rückwand der Vorrichtung,

Fig. 3 eine Teildarstellung einer der Lamellen.

In Fig. 1 ist eine Schnittdarstellung der erfindungsgemäßen Vorrichtung dargestellt.

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.

In Fig. 2 zeigt ist die Rückwand (6) der Vorrichtung dargestellt.

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.

In Fig. 3 ist eine Teildarstellung einer der Lamellen (4) dargestellt.

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.

Bezugszeichenliste

1

Solarzelle

2

Metallgefäß

3

flüssiges Kühlmittel

4

Lamellen

5

Deckplatte

6

Rückwand

7

Bodenplatte

8

Zirkulation

9

Hochlagerung

10

optimaler Sonneneinfallswinkel von 30 Grad

11

Einlaß- bzw. Auslaßöffnung

12

Löcher in den Lamellen

13

warmes Wasser =

14

kaltes Wasser =

Claims

1. Solarzellenmodule mit integrierter Kühlung der Solarzellen, dadurch gekennzeichnet, daß die Solarzellen (1) auf einem Metallgefäß (2) angebracht sind, in welchem sich ein flüssiges Kühlmittel (3) befindet, das die entstandene Hitze aufnimmt.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß Lamellen (4) an der Fläche, auf der sich die Solarzellen befinden, innerhalb des Gefäßes, angebracht sind, um die Wärme besser an das Kühlmittel (3) abzugeben.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Lamellen (4) mit Löchern (12) versehen sind, welche eine bessere Zirkulation (8) des Kühlmittels ermöglichen.

4. Vorrichtung nach den Ansprüchen 1-3, dadurch gekennzeichnet, daß die hintere Seite des Gefäßes (6) nach unten zuläuft, um direkte Sonnenbestrahlung des Behälters zu vermeiden.

5. Vorrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1-4, dadurch gekennzeichnet, daß am unteren bzw. oberen Teil des Behälters (2) eine Einlaß- bzw. eine Auslaßöffnung (11), welche das Einfüllen und Ablassen von Kühlmittel ermöglichen, angeordnet ist.