NL1006838C2

NL1006838C2 - Paneelvormige hybride fotovoltaïsche/thermische inrichting.

Info

Publication number: NL1006838C2
Application number: NL1006838A
Authority: NL
Inventors: Wilhelmus Gerardus Jaco Helden; Douwe Wiebe De Vries; Antonius Adrianus V Steenhoven; Ronald Johan Christia Zolingen
Original assignee: Univ Eindhoven Tech
Priority date: 1997-08-25
Filing date: 1997-08-25
Publication date: 1999-03-04
Also published as: WO1999010934A1; EP1012886A1; CA2301657A1; AU8890198A

Description

t

Korte aanduiding: Paneel vormige hybride fotovol tai sche/thermi sche inrichting.

De uitvinding heeft betrekking op een paneel vormige 5 hybride fotovoltaïsche/thermische inrichting, omvattende paneel vormige fotovoltaïsche middelen voor het omzetten van zonne-energie in elektrische energie aangebracht op paneel vormige absorptiemiddelen voor het omzetten van zonne-energie in thermische energie voorzien van één of meer stromings-kanalen voor het tijdens bedrijf aan een hierin stromend fluïdum afgeven 10 van thermische energie.

Hybride fotovoltaïsche/thermische inrichtingen worden in de praktijk vrijwel steeds toegepast in combinatie met een elektrisch subsysteem, voor het aan een elektrische installatie afgeven van door de fotovoltaïsche middelen opgewekte elektrische energie en met een thermisch 15 subsysteem, voor opslag van door de absorptiemiddelen afgegeven thermische energie. Het thermische subsysteem kan bijvoorbeeld een boiler of dergelijke omvatten, voor het verwarmen van water.

Hybride fotovoltaïsche/thermische inrichtingen worden in de praktijk zowel voor huishoudelijk als voor industrieel gebruik 20 toegepast en worden ook wel aangeduid als hybride zonnecollectoren.

Voor gebruik op grote schaal is optimalisatie noodzakelijk met betrekking tot het elektrische en thermische rendement van een hybride fotovoltaïsche/thermische inrichting, alsook ten aanzien van de productiekosten. De inrichting dient voorts betrouwbaar te werken.

25 Uit de internationale octrooiaanvrage WO 95/0273 is een paneel vormige hybride fotovoltaïsche inrichting bekend met een voor productie op grote schaal relatief gecompliceerde en dure constructie. De absorptiemiddelen en de fotovoltaïsche middelen zijn afzonderlijk in een behuizing gemonteerd, waarbij de behuizing tevens luchtledig moet zijn 30 uitgevoerd. Hierdoor is deze bekende inrichting minder geschikt voor gebruik buitenshuis, bijvoorbeeld voor montage op een dak, omdat hier de kans op verbreking van de luchtledigheid door beschadiging van de behuizing zeer aanzienlijk is.

De eis tot luchtledigheid vindt ook zijn weerslag in 35 de constructie, die mechanisch voldoende sterk moet zijn om temperatuur- 1006838 2 gradiënten hierin met behoud van luchtledigheid te kunnen weerstaan om een betrouwbare werking gedurende langere tijd te verschaffen.

Voor het optimaliseren van het elektrische rendement dient een goede warmtegeleiding te worden gerealiseerd, zowel gezien in 5 de richting loodrecht op het paneel, in casu de invalsrichting van zonne-energie, alsook lateraal in de richting naar de stromingskanalen van het paneel. Het rendement van een fotovoltaïsche cel neemt immers af bij hogere temperatuur.

Uit Patent Abstracts of Japan publicatienr. 59015766 10 is een paneelvormige hybride fotovoltaïsche inrichting bekend, waarbij de absorptiemiddelen een warmtegeleidingsconstructie van hoogmoleculair kunststof bezitten. Deze constructie sluit een compromis tussen de opgewekte elektrische energie en de thermische energie enerzijds en het gewicht en de kosten van het paneel anderzijds, ten gunste van het 15 laatstgenoemde. Door de relatief slechte warmtegeleiding van de kunststof absorptiemiddelen en de hierdoor onvermijdelijk hogere gemiddelde werk-temperatuur van de fotovoltaïsche middelen, bezit deze constructie geen optimaal elektrisch rendement. Omdat in de praktijk elektrische energie vanwege zijn grotere omzetbaarheid in andere energievormen hoger worden 20 gewaardeerd dan thermische energie, kan met deze bekende constructie geen volgens het doel van de uitvinding economisch exploiteerbare hybride fotovoltaïsche/thermische inrichting worden verschaft.

Uit het Amerikaanse octrooi 4.700.013 is een hybride fotovoltaïsche/thermische inrichting bekend, waarbij laterale warmte-25 geleiding echter geen rol speelt.

Het Amerikaans octrooi 4.587.376 heeft betrekking op een paneel vormige hybride fotovoltaïsche/thermische inrichting die speciaal is opgebouwd voor gebruik met fotovoltaïsche cellen van amorf silicium-materiaal. Door het relatief lage rendement van deze cellen kan eveneens 30 geen exploiteerbaar systeem worden verschaft, dat in voldoende mate kan tegemoetkomen aan de vraag naar elektriciteit in een gemiddeld huishouden. Het vervangen van de amorf silicium cellen door fotovoltaïsche cellen van mono- en multi-kristallijn silicium, waarvan het rendement typisch tweemaal hoger is dan van amorf silicium cellen, is zonder constructionele 35 wijzigingen van de inrichting niet mogelijk.

1006838 3

Aan de uitvinding ligt bijgevolg de opgave ten grondslag een hybride fotovoltaïsche/thermische inrichting te verschaffen, met een mechanisch eenvoudige en betrouwbare constructie, een geoptimaliseerd thermisch en elektrisch rendement, aangepast aan verschillende klimaat-5 omstandigheden zoals deze op verschillende geografische posities verdeeld over de aarde kunnen voorkomen en zoveel mogelijk vervaardigd van betrouwbare, bij voorkeur algemeen in de handel verkrijgbare componenten.

De hybride fotovoltaïsche/thermische inrichting volgens de uitvinding wordt daardoor gekenmerkt, dat 10 - de fotovoltaïsche middelen een gelamineerde opbouw hebben, omvattende ten minste twee zonlicht doorlatende lagen van elektrisch isolerend materiaal met daartussen gelegen elektrisch gekoppelde fotovoltaïsche cellen van het kristallijne type, zoals bijvoorbeeld van silicium, 15 - de absorptiemiddelen van metaal zijn vervaardigd, en - de gelamineerde fotovoltaïsche middelen en de absorptiemiddelen via een tussenliggende kunststof met hechtende en door een metaaloxide en/of metaaldelen verschafte warmte-overdragende eigen-20 schappen tot één geheel zijn gevormd.

De uitvinding is erin geslaagd een goed werkende, dat wil zeggen in termen van elektrisch en thermisch rendement, betrouwbare en qua kosten en exploitatie economisch verantwoorde hybride fotovoltaïsche/thermische inrichting te verschaffen door een combinatie van 25 nochtans op zichzelf bekende componenten.

Het gebruik van een laminaatvormig fotovoltaïsch paneel verschaft een adequate bescherming tegen weersinvloeden en thermische spanningen, alsmede noodzakelijke elektrische isolatie ten opzichte van de metaalhoudende, tussenliggende, hechtende kunststof en de metalen 30 absorptiemiddelen. De constructief en thermisch geïntegreerde inrichting volgens de uitvinding bezit een betere laterale warmtegeleiding dan de bekende panelen, een betere bescherming tegen weersinvloeden en een optimaal rendement voor elektriciteitsopwekking doordat de constructie geschikt is voor toepassing van fotovoltaïsche cellen van mono- en multi-35 kristallijn siliciummateriaal, dan wel overeenkomstige typen.

1006838 4

Kunststoffen met voor het doel van de uitvinding geschikte thermische, elastische en hechtende eigenschappen zijn in de praktijk verkrijgbaar zoals een metaaloxidehoudende tweecomponentenlijm of een lijm met hierin gedispergeerde metaaldelen voor het verkrijgen van 5 de gewenste thermisch geleidende eigenschappen. Geschikte metalen zijn bijvoorbeeld zogeheten koperkrullen. Door de verlijming ontstaat een robuuste constructie met een voor huishoudelijk gebruik voldoende economisch lange levensduur, zonder verdere eisen ten aanzien van luchtledigheid en dergelijke. Het gebruik van "vervormbare" kunststof biedt 10 tevens het voordeel van een zo ruim mogelijke keuze in de vorm van het materiaal van de absorptiemiddelen en de fotovoltaïsche middelen met behoud van de gewenste thermische eigenschappen van de constructie.

De kunststof kan bestaan uit een lijm- of hechtlaag die zich over de aangrenzende oppervlakken van de fotovoltaïsche middelen 15 en de absorptiemiddelen uitstrekt of slechts op geselecteerde posities, zoals bijvoorbeeld onder de fotovoltai'sche cellen,

De laminaatvormige fotovoltaïsche cellen zoals toegepast in de uitvinding bezitten bij voorkeur twee lagen van kunststof waartussen de cellen zijn aangebracht. Voor optimale bescherming tegen weersinvloeden 20 verdient een constructie volgens de uitvinding de voorkeur, waarbij de gelamineerde fotovoltaïsche cellen op een zonlicht doorlatende drager van glas zijn aangebracht, die de buitenste laag van de geassembleerde constructie vormt waarop het zonlicht invalt. De laminaten kunnen afzonderlijk in daartoe geschikte productiefaciliteiten worden vervaardigd, 25 zo nodig afgestemd op de stralingscondities van bijvoorbeeld het land waarin de inrichting zal worden toegepast.

Hoewel in de constructie volgens de uitvinding de fotovoltaïsche middelen en de absorptiemiddelen in wezen elke gewenste vorm kunnen aannemen, is echter in de praktijk gebleken dat een vlakke 30 of enigszins gekromde paneel vormige opbouw voor dak- en muurmontage de voorkeur geniet.

In het geval van een paneel vormige opbouw, kunnen één of meer stromingskanalen worden gevormd door een ruimte gelegen tussen de absorptiemiddelen en op afstand hiervan geplaatste fluïdumdichte 35 paneelvormige middelen, zoals bijvoorbeeld een glasplaat.

1006838 5

In een weer verdere uitvoeringsvorm van de uitvinding worden de stromingskanalen gevormd door in thermisch contact met de absorptiemiddelen verkerende pijpen, buizen etc.. Deze pijpen of buizen kunnen als één geheel deel uitmaken van het materiaal van de absorptie-5 middelen of bijvoorbeeld door lassen, solderen of lijmen afzonderlijk aan een absorptieplaat zijn bevestigd.

De integrale constructie volgens de uitvinding maakt het eveneens mogelijk om, zonder verdere ingewikkelde constructieve maatregelen, aanvullende absorptiemiddelen toe te passen, teneinde het 10 elektrische en thermische rendement van de inrichting verder te verhogen.

In een uitvoeringsvorm van de uitvinding is dit zodanig gerealiseerd, dat op afstand van de tot één geheel gevormde fotovoltaïsche middelen en absorptiemiddelen verdere absorptiemiddelen zijn opgesteld, zodanig dat de betreffende absorptiemiddelen tegenover elkaar zijn gelegen 15 en een ruimte hiertussen is gevormd.

Bij voorkeur bevindt zich in de ruimte tussen de absorptiemiddelen een thermisch isolerend zonlicht doorlatend fluïdum zoals omgevingslucht.

Met deze maatregel wordt een verlaging van de werk-20 temperatuur van de fotovoltaïsche middelen bereikt en bijgevolg een hoger elektrisch en ook thermisch rendement verschaft, omdat er nu twee thermisch gescheiden warmte-uitwisselingssecties zijn gerealiseerd, waarbij de fotovoltaïsche middelen zich in de zogeheten "koude" sectie bevinden. De betreffende secties kunnen door hetzelfde fluïdum worden doorstroomd, 25 te beginnen bij de koude sectie.

In een nog weer verdere uitvoeringsvorm van de uitvinding is op afstand van de tot één geheel gevormde fotovoltaïsche middelen en absorptiemiddelen een fluïdumdicht, zonlicht doorlatend paneel, zoals bijvoorbeeld glas, tegenover de fotovoltaïsche middelen opgesteld. 30 Zodanig dat een ruimte hiertussen is gevormd voor een tijdens bedrijf in deze ruimte aanwezig zonlicht doorlatend fluïdum, zoals water.

Een nog weer verdere verbetering van het elektrische rendement wordt beoogd in een uitvoeringsvorm van de uitvinding, waarbij het betreffende zonlicht doorlatende paneel middelen omvat voor het 35 concentreren van zonlicht in de richting van de fotovoltaïsche middelen. Deze zonlicht-concentrerende middelen kunnen dan bestaan uit aangrenzend 1006838 6 gelegen hal feil indervormige elementen van zonlicht doorlatend materiaal, zodanig dat de holle zijden van deze elementen tegenover de fotovoltaïsche middelen zijn gelegen. Deze elementen, samen met het tussen de elementen en de fotovoltaïsche middelen bijvoorbeeld aanwezige water, verschaffen 5 in het bijzonder een concentratie voor diffuus zonlicht, zoals dat in bijvoorbeeld Nederland een belangrijke rol speelt.

Door de tot één geheel gevormde fotovoltaïsche middelen en absorptiemiddelen volgens de uitvinding, kunnen alle uitvoeringsvormen eenvoudig in een doosvormige behuizing worden gerealiseerd, zonder de 10 noodzaak voor constructief gecompliceerde ondersteuningsconstructies en dergelijke. Hierbij dient in het oog te worden gehouden dat de hoge temperatuurgradiënten welke tijdens gebruik van een inrichting hierin kunnen optreden bijzondere eisen aan de constructie stellen, welke eisen voor ingewikkelde constructies des te hoger liggen naarmate de complexiteit 15 hiervan hoger is!

Met voordeel zijn, in een voorkeursuitvoeringsvorm van de inrichting volgens de uitvinding, in de gelamineerde fotovoltaïsche middelen hiermee elektrisch gekoppelde invertormiddelen geïntegreerd, voor het omzetten en afgeven van de opgewekte elektrische gelijkstroomenergie 20 in elektrische wisselstroomenergie aan de uitgangsklemmen van de fotovol taïsche/thermische inrichting. Een deskundige zal begrijpen dat hierdoor een zeer eenvoudige, modulaire opbouw mogelijk is, waarbij verschillende hybride fotovoltaïsche/thermische inrichtingen volgens de uitvinding tot één inrichting van gewenste afmetingen voor het omzetten van zonne-energie 25 kunnen worden gecombineerd.

Door de invertormiddelen te voorzien van een zogeheten "maximum power point tracker", kan het totale elektrische rendement bij een combinatie van hybride fotovoltaïsche/thermische inrichtingen volgens de uitvinding, die tegelijkertijd op verschillende temperatuurniveaus 30 werken, hoger zijn dan bij één invertor voor het hele systeem.

Bij voorkeur zijn de invertormiddelen zodanig in de laminaatstructuur geïntegreerd, dat de tijdens bedrijf hierdoor opgewekte thermische energie aan de absorptiemiddelen wordt afgegeven. Hierdoor kan de bedrijfstemperatuur van de invertormiddelen laag worden gehouden en 35 wordt de, door de invertormiddelen opgewekte warmte op positieve wijze aan de, door de absorptiemiddelen afgegeven thermische energie toegevoegd.

1006838 7

De uitvinding zal in het navolgende aan de hand van op tekeningen weergegeven uitvoeringsvormen van hybride fotovoltaïsche/-thermische inrichtingen meer gedetailleerd worden beschreven.

Figuur 1 toont schematisch, in doorsnede, een gedeelte 5 van een voorkeursuitvoeringsvorm van een hybride fotovoltaïsche/thermische inrichting volgens de uitvinding.

Figuur 2 toont op een kleinere schaal schematisch, perspectivisch de inrichting volgens figuur 1, met een in wezen rechthoekige behuizing.

10 Figuur 3 toont schematisch, in doorsnede, een gedeelte van een verdere uitvoeringsvorm van een hybride fotovol taïsche/thermische inrichting volgens de uitvinding.

Figuur 4 toont schematisch, in doorsnede, een gedeelte van een weer verdere uitvoeringsvorm van een hybride fotovoltaïsche/-15 thermische inrichting volgens de uitvinding.

Figuur 5 toont schematisch, in doorsnede, een gedeelte van een nog verdere uitvoeringsvorm van een hybride fotovoltaïsche/-thermische inrichting volgens de uitvinding.

Figuur 6 toont schematisch, in doorsnede, een gedeelte 20 van een nog weer verdere uitvoeringsvorm van een hybride fotovoltaïsche/-thermische inrichting volgens de uitvinding.

Figuur 7 toont schematisch, perspectivisch de inrichting volgens figuur 6, met een in wezen rechthoekige behuizing.

Figuur 8 toont schematisch, een vereenvoudigd boven-25 aanzicht van amorfe fotovoltaïsche middelen.

Figuur 9 toont schematisch, in doorsnede, de fotovoltaïsche middelen volgens figuur 8.

Figuur 10 toont schematisch een vereenvoudigd zijaanzicht van kristallijne fotovoltaïsche middelen voor gebruik in de 30 inrichting volgens de uitvinding.

Figuur 11 toont schematisch een mogelijke elektrische verbinding van fotovoltaïsche cellen in de vorm van een laminaat voor gebruik in de inrichting volgens de uitvinding.

Figuur 1 toont schematisch, niet op grote schaal, in 35 doorsnede een gedeelte van een paneelvormige hybride fotovoltaïsche/- 1006838 8 thermische inrichting volgens een voorkeursuitvoeringsvorm van de uitvinding, welke als geheel met het verwijzingscijfer 1 is aangeduid.

De inrichting bestaat uit een fotovoltaïsch laminaat 2, bestaande uit fotovoltaïsche cellen 3 van kristallijn siliciummateriaal 5 aangebracht op een paneel vormige zonlicht doorlatende drager 4, bijvoorbeeld in de vorm van een glasplaat. De fotovoltaïsche cellen 3 zijn door middel van een zonlicht doorlatende folie of omhulling 5 gevormd door twee elektrisch isolerende kunststof lagen van bijvoorbeeld warm kleefmateriaal met een onderlinge tussenruimte op de drager 4 bevestigd.

10 De inrichting 1 bevat verder absorptiemiddelen 6 in de vorm van een metalen absorptieplaat 7 met aan één zijde van de absorptieplaat 7 in thermisch contact hiermee verkerende buizen of pijpen 8. In de figuur is slechts één buis of pijp 8 getoond. Voor een deskundige zal het echter duidelijk zijn dat verschillende buizen of pijpen 8 aan 15 de absorptieplaat 7 kunnen zijn bevestigd, bijvoorbeeld door middel van een soldeerverbinding of las 9.

Overeenkomstig de uitvinding zijn de fotovoltaïsche middelen 2 en de absorptiemiddelen 6 door middel van een tussenliggende, hechtende en warmtegeleidende laag van kunststof 10 tot één geheel gevormd. 20 De laag 10 kan zich over het gehele vlak van de fotovoltaïsche cellen 3 of een gedeelte daarvan uitstrekken, bijvoorbeeld alléén in de vrije gebieden tussen de fotovoltaïsche cellen 3. Gebleken is dat een kunststof-lijm van een metaaloxidehoudende tweecomponentenlijmsoort bijzonder geschikt is voor toepassing in de uitvinding.

25 De laag 10 kan ook een lijmsoort zijn met hierin gedispergeerde metaaldelen, om zijn warmte-overdragende eigenschappen te verbeteren. De toepassing van deze "vervormbare" kunststof welke een goede aansluiting tussen de fotovoltaïsche middelen 2 en de absorptiemiddelen 6 bewerkstelligt, leidt tot uitstekende warmte-overdragende eigenschappen 30 van het samenstel 11.

De op deze wijze tot één samenstel 11 gevormde fotovoltaïsche middelen 2 en de absorptiemiddelen 6 steunen met de buizen of pijpen 8 op een isolerende laag 12, bijvoorbeeld een laag van glaswol, polyurethaanschuim e.d.

35 Op afstand van en tegenover de fotovoltaïsche middelen 2 is in de meest praktische toepassingen een voor zonlicht doorlatende 1006838 9 afdekplaat 13 opgesteld, bijvoorbeeld een glasplaat. In de ruimte 14 tussen de afdekplaat 13 en de drager 4 bevindt zich een thermisch isolerend zonlicht doorlatend fluïdum, bijvoorbeeld omgevingslucht.

Figuur 2 toont perspectivisch de inrichting 1 volgens 5 figuur 1 in een bij benadering rechthoekige behuizing 15, met een inlaat 16 en een uitlaat 17 voor tijdens gebruik door de buizen of pijpen 8 stromend fluïdum, zoals water. Voorts zijn schematisch elektrische aansluitklemmen 19 getoond, voor het afgeven van door de fotovoltaïsche middelen opgewekte elektrische energie.

10 Voor een deskundige zal het duidelijk zijn dat de inrichting 1 zich kenmerkt door een bijzonder eenvoudige, robuuste en betrouwbare opbouw. De fotovoltaïsche middelen 2 en de absorptiemiddelen 6 kunnen elk vooraf optimaal worden geconstrueerd, aangepast aan specifieke eisen, waarna deze volgens de uitvinding tot één geheel 11 kunnen worden 15 verlijmd. Op deze wijze kan een, overeenkomstig de doelstelling van de uitvinding, constructief eenvoudige, geoptimaliseerde en kostentechnisch gunstige hybride fotovoltaïsche/thermische inrichting worden verschaft. De werking van de inrichting 1 is globaal als volgt.

Op de afdekplaat 13 invallend zonlicht komt via de 20 drager 4 terecht op de fotovoltaïsche cellen 3, welke de invallende zonne-energie omzetten in elektrische energie. De exacte werking van fotovoltaïsche cellen is voor het begrip van de onderhavige uitvinding niet van belang. Een uiteenzetting van de werking van fotovoltaïsche cellen kan worden gevonden in het boek "Solar Cells" van M. Green.

25 Thermische straling vanaf de fotovoltaïsche middelen 2 wordt door de glasplaat 13 tegengehouden, omdat deze opaak is voor infrarode straling. Ook convectieverlles naar de omgeving wordt door de glasplaat 13 onderdrukt. Vanzelfsprekend laat de glasplaat 13 zoveel mogelijk zonlicht door, dat door het fotovoltaïsche paneel 2 en de 30 absorptieplaat 7 wordt geabsorbeerd en als thermische energie wordt afgegeven aan in de buizen of pijpen 8 stromend fluïdum 18, zoals water.

De door de fotovoltaïsche middelen 2 opgewekte elektrische energie is beschikbaar aan de elektrische aansl uitklemmen 19. Het via de absorptieplaat 7 verwarmde water in de buizen of pijpen 8 35 circuleert tijdens bedrijf op een gedwongen of natuurlijke wijze via de inlaat 16 en de uitlaat 17 en doorloopt veelal een vat of houder voor 1006838 10 warmte-opslag, zoals een op zichzelf bekende boiler (niet getoond). De opgeslagen warmte kan voor het verwarmen van bijvoorbeeld bad- en douchewater worden gebruikt of voor verwarmingsdoeleinden via bijvoorbeeld een centrale verwarming. Uiteraard zijn ook andere toepassingen denkbaar.

5 Figuur 3 toont in doorsnede, niet op schaal, een verdere uitvoeringsvorm van een hybride fotovoltaïsche/thermische inrichting volgens de uitvinding, als geheel aangeduid met het verwijzingscijfer 20. In deze figuur zijn soortgelijke elementen of elementen die dezelfde functie verrichten als in de uitvoeringsvorm volgens figuur 1 met hetzelfde 10 verwijzingscijfer aangeduid en zullen hier niet verder worden verklaard.

In plaats van buizen of pijpen 8, zoals in de eerste uitvoeringsvorm volgens figuur 1, is op de isolerende laag 12 een fluïdum-dichte laag of plaat 21 aangebracht, op afstand waarvan de tot één geheel 11 gevormde fotovoltaïsche middelen 2 en absorptiemiddelen 6 volgens de 15 uitvinding zijn gepositioneerd. Tussen de plaat 21 en de absorptieplaat 7 bevindt zich een ruimte 22, die een stromingskanaal voor fluïdum, zoals water, vormt waaraan de absorptiemiddelen 6 tijdens gebruik hun warmte afgeven. Hoewel niet getoond, zal het duidelijk zijn dat de ruimte 21 van inlaat- en uitlaatmiddelen voor het fluïdum is voorzien. Zie figuur 2. 20 Ook kunnen in de ruimte 21 verstevigingselementen bijvoorbeeld in de vorm van tussenschotten in de stromingsrichting van het fluïdum zijn aangebracht (niet getoond).

Opnieuw geldt dat met de tot één geheel gevormde fotovoltaïsche middelen 2 en de absorptiemiddelen 6 volgens de uitvinding, 25 een relatief eenvoudige inrichting kan worden gebouwd, zonder ingewikkelde mechanische constructies. Dit, omdat het samenstel 11 of de samenstellende delen hiervan en de plaat 21, de isolerende laag 12 en de afdekplaat 13 eenvoudig in de wanden van een behuizing 15 kunnen worden gemonteerd. Zie figuur 2. De plaat 21 is bij voorkeur van een voor het doel van de 30 uitvinding voldoende stevig materiaal vervaardigd.

Figuur 4 toont een weer verdere uitvoeringsvorm van de hybride fotovoltaïsche/thermische inrichting volgens de uitvinding, niet op schaal en die als geheel met het verwi jzingsci jfer 25 is aangeduid. Ook hier geldt dat dezelfde elementen of elementen die een soortgelijke 35 functie verrichten als in het voorgaande beschreven, met dezelfde verwijzingscijfers zijn aangeduid.

1006838 11

Deze uitvoeringsvorm is gebaseerd op de uitvoeringsvorm van figuur 3, waarbij voorts op afstand van en evenwijdig aan de drager 4 een fluïdumdicht, zonlicht doorlatend paneel 23 is aangebracht, zodanig dat een ruimte 24 tussen het paneel 23 en de drager 4 is gevormd.

5 De ruimten 22 en 24 vormen thans twee stromingskanalen, waar doorheen gezamenlijk of in elk afzonderlijk een fluïdum zoals water kan circuleren. Voor de ruimte 24 geldt dat het fluïdum een voor zonlicht doorlatende vloeistof dient te zijn.

De pijlen 26 geven een mogelijke stromingsrichting van 10 fluïdum in de beide ruimten 22 en 24 aan, waarbij bijvoorbeeld koud water de ruimte 24 binnentreedt en als warm water de ruimte 25 verlaat, uiteraard weer via geschikte in- en uitlaatmiddelen (zie figuur 2).

Voor een deskundige zal het duidelijk zijn dat het gebruik van een fluïdumdicht, zonlicht doorlatend paneel 23, zoals 15 geïllustreerd in figuur 4, ook bij de inrichting volgens figuur 1 mogelijk is. In de getoonde uitvoeringsvorm bevinden de fotovoltaïsche cellen 3 zich bij wijze van voorbeeld tussen de twee dragers 4, dat wil zeggen in de vorm van een sandwich-structuur.

Een nog verdere uitvoeringsvorm van een hybride 20 fotovoltaïsche/thermische inrichting volgens de uitvinding, als geheel aangeduid met het verwijzingscijfer 30 is, niet op schaal, in figuur 5 getoond. Opnieuw geldt dat dezelfde elementen of elementen die een soortgelijke functie verrichten als in het voorgaande beschreven met dezelfde verwijzingscijfers zijn aangeduid.

25 In deze uitvoeringsvorm zijn twee afzonderlijke absorptiesecties verschaft. Een eerste sectie met de tot één samenstel 11 gevormde fotovol taïsche middelen 2, absorptiemiddelen 6 en de kunststof 10 en een tweede sectie met een stromingskanaal 22, gevormd door een op de isolerende laag 12 aangebrachte fluïdumdichte laag of plaat 21 op 30 afstand waarvan absorptiemiddelen in de vorm van een verdere absorptiepl aat 27 zijn opgesteld. Zoals getoond in figuur 5, bevindt het samenstel 11 zich tussen de afdekplaat 13 en de verdere absorptieplaat 27, zodanig dat tussen de beide absorptiesecties een zonlicht doorlatende, thermisch isolerende ruimte 28 is gevormd die met een zonlicht doorlatend thermisch 35 isolerend fluïdum, zoals lucht, is gevuld.

1006838 12

In deze uitvoeringsvorm zijn de fotovoltaïsche cellen 3 met zodanige tussenruimten op de drager 4 aangebracht, dat voldoende zonlicht vanaf de afdekplaat 13 via het samenstel 11 op de verdere absorptieplaat 27 terecht kan komen. Voor dit doel strekt de kunststof 5 10 zich in hoofdzaak uit onder de fotovoltaïsche cellen 3, terwijl ook de absorptieplaat 29 van de absorptiemiddelen 6 zonlicht doorlatend is in de tussenruimten tussen de fotovoltaïsche cellen 3. Hierdoor kan een bijvoorbeeld geperforeerde absorptieplaat 29 en dergelijke worden toegepast. In het geval van een transparante kunststof 10 kan deze zich 10 uiteraard over het gehele vlak tussen de fotovoltaïsche middelen 2 en de van openingen voorziene absorptieplaat 29 uitstrekken.

De ruimte 28 zorgt voor thermische isolatie tussen de fotovoltaïsche middelen 2 van het samenstel 11 en de tweede absorptie-sectie, gevormd door het stromingskanaal 22.

15 Bij het met een fluïdum 18 doorstromen van de buizen of pijpen 8, kunnen de fotovoltaïsche cellen 3 afzonderl ijk worden gekoeld, hetgeen het elektrische rendement ten goede komt. De thermische omzetting vindt voornamelijk plaats in de tweede absorptiesectie met de verdere absorptieplaat 27. Desgewenst kan het fluïdum 18 eerst de buizen of pijpen 20 8 doorstromen en vervolgens het stromingskanaal 22. Dat wil zeggen, het fluïdum 18 doorstroomt in koude toestand de absorptiemiddelen 6 van het samenstel 11.

Voor een deskundige zal het duidelijk zijn dat in deze uitvoeringsvorm ook een stromingskanaal 24 boven het samenstel 11 kan 25 worden gevormd, zoals getoond in figuur 4. Ook kan de tweede absorptiesectie middels een absorptieplaat voorzien van buizen of pijpen worden gerealiseerd, zoals beschreven aan de hand van figuur 1.

Uiteraard kan ook een combinatie van een hechtende kunststof 10 en mechanische klemmiddelen 31 worden toegepast. Voor het 30 doel van de uitvinding geschikte mechanische klemmiddelen 31 zijn op zichzelf in de praktijk bekend en behoeven voor een deskundige geen toelichting.

Deze uitvoeringsvorm, welke ook kan worden aangeduid met "dubbele absorptie", heeft het voordeel dat de bedrijfstemperatuur 35 van de fotovoltaïsche middelen 2 lager zijn kan zijn dan in de uitvoeringsvormen volgens figuren 1, 3 en 4, omdat ontwikkelde warmte aan het fluïdum 1006838 * 13 18 wordt afgegeven. In de praktijk betekent dit dat het elektrische rendement van de fotovoltaïsche middelen 2 hierdoor hoger kan zijn in vergelijking tot de in het voorgaande besproken uitvoeringsvormen.

Figuur 6 toont een nog weer verdere uitvoeringsvorm 5 van de uitvinding in doorsnede en niet op schaal, als geheel aangeduid met het verwijzingscijfer 35.

Onder de afdekplaat 13 bevinden zich middelen 32 voor het op de fotovoltaïsche cellen 3 concentreren van op de afdekplaat 13 invallend zonlicht.

10 In de getoonde uitvoeringsvorm bestaan de middelen 32 uit een aaneenschakeling van halfcilindrische elementen 33 van zonlicht doorlatend materiaal, waarvan de holle zijden tegenover de fotovol taïsche cellen 3 liggen. De fotovoltaïsche cellen 3 hebben zodanige afmetingen dat zij zich met tussenruimten in langsrichting van en voornamelijk onder 15 de elementen 33 uitstrekken, een en ander zoals schematisch geïllustreerd in figuur 7.

De afdekplaat 13 en de middelen 33 kunnen als afzonderlijke componenten maar ook als één geheel worden gevormd. In de ruimten 34 tussen de bolle zijden van de middelen 33 en de afdekplaat 13 bevindt 20 zich een thermisch isolerend transparant fluïdum, zoals omgevingslucht. Hoewel in figuur 5 de uitvoeringsvorm van de absorptiemiddelen 6 met buizen of pijpen 8 is getoond, zal het duidelijk zijn dat ook hier een constructie met een stromingskanaal 22 zoals getoond in figuur 3 mogelijk is. Opnieuw zonder noemenswaardige constructietechnische inspanningen.

25 De absorptiemiddelen 6 voor gebruik in de uitvinding bestaan bij voorkeur uit metaal, zoals staalplaat, die desgewenst van een aanvullende warmte-absorberende bekleding kan zijn voorzien, bijvoorbeeld een warmte-absorberende verflaag.

De fotovoltaïsche middelen 2 omvatten voor het omzetten 30 van zonlicht in elektrische energie geschikte foto-omzetters, ook wel zonnecellen genoemd, van mono-kristallijn of multi-kristallijn silicium of vergelijkbare typen. Geschikte cellen zijn bijvoorbeeld de 100 x 100 mmz of 125 x 125 mmz n- op p-type mul ti-kristall ijne sil icium zonnecellen zoal s die door Shell Solar Energy B.V. in de handel worden gebracht.

35 Figuur 8 toont de typische structuur van een amorfe siliciumcel 41, waarvan een doorsnede-aanzicht in figuur 9 is weergegeven.

1006838 f 14

De cel 41 bestaat uit een stapel gevormd door een zonlicht doorlatende bovenlaag 36, gebruikelijk glas, een transparant bovenste elektrisch contact 37, amorf silicium 38, een onderste elektrisch contact 39 en een drager 40.

5 Zoals getoond in de figuren 8 en 9 heeft de amorfe siliciumcel een dunne, strooksgewijze opbouw.

Figuur 10 toont in doorsnede een vereenvoudigde opbouw van een kristallijne fotovoltaïsche cel 42, bestaande uit een stapel gevormd door een eerste siliciumlaag 43 van het n-type, een tweede 10 siliciumlaag 44 van het p-type, een tussen de beide lagen gevormde pn-overgang 45 en op de laag 43 aangebrachte bovenste elektrische contacten 46 en een op de laag 44 aangebracht onderste elektrische contact 47.

Figuur 11 toont een mogelijke elektrische koppeling van fotovoltaïsche cellen 42 tot fotovoltaïsche middelen 2 voor gebruik 15 in de uitvinding. De cellen 42 zijn via elektrische geleiders 50 in serie geschakeld, resulterend in elektrische uitgangsklemmen 48 en 49.

In een voorkeursuitvoeringsvorm van de uitvinding zijn de aansluitklemmen 48, 49 verbonden met invertormiddelen 51, voorzien van elektrische aansl uitklemmen 52, 53. De invertormiddelen 51 zetten de door 20 de cellen 42 opgewekte elektrische gelijkstroomenergie om in elektrische wisselstroomenergie. Voor dit doel geschikte invertormiddelen zijn in de praktijk op zichzelf bekend en behoeven hier geen toelichting.

Bij voorkeur worden invertormiddelen 51 toegepast, voorzien van een zogeheten "maximum power point tracker", waarmee de 25 totale, door onderling elektrisch gekoppelde en op verschillende temperaturen werkende fotovoltaïsche middelen 3 afgegeven elektrische energie hoger is dan in vergelijking tot zonder een dergelijke "maximum power point tracker" gekoppelde fotovoltaïsche middelen 2. Een beschrijving van een dergelijke "maximum power point tracker" kan worden gevonden in 30 literatuur op het gebied van elektronische vermogensomzetting en behoeft geen verdere toelichting.

De invertormiddelen 51 worden bij voorkeur met de fotovoltaïsche middelen 2 tot één laminaat geïntegreerd, waarbij de door de invertormiddelen 51 opgewekte warmte bij voorkeur aan de absorptie-35 middelen 6 wordt afgegeven, hetgeen het thermische rendement van de inrichting gunstig beïnvloedt.

1006838

V

15

Voor praktisch gebruik, bijvoorbeeld voor huishoudel ijke toepassingen, kunnen een aantal hybride fotovoltaïsche/thermische inrichtingen of modules tot één convertorinrichting of zonnecollector in een gemeenschappelijke behuizing 15 worden gecombineerd.

5 Hoewel de uitvinding in het voorgaande aan de hand van een aantal uitvoeringsvormen is beschreven, zal het voor een deskundige duidelijk zijn dat het nieuwe en inventieve concept niet tot deze uitvoeringsvormen is beperkt.

1006838

Claims

1. Paneelvormige hybride fotovoltaïsche/thermische inrichting, omvattende paneel vormige fotovoltaïsche middelen voor het 5 omzetten van zonne-energie in elektrische energie aangebracht op paneelvormige absorptiemiddelen voor het omzetten van zonne-energie in thermische energie voorzien van één of meer stromingskanalen voor het tijdens bedrijf aan een hierin stromend fluïdum afgeven van thermische energie, met het kenmerk, dat 10. de fotovoltaïsche middelen een gelamineerde opbouw hebben, omvattende ten minste twee zonlicht doorlatende lagen van elektrisch isolerend materiaal met daartussen gelegen elektrisch gekoppelde fotovoltaïsche cellen van het kristallijne type, zoals bijvoorbeeld van silicium, 15. de absorptiemiddelen van metaal zijn vervaardigd, en - de gelamineerde fotovoltaïsche middelen en de absorptiemiddelen via een tussenliggende kunststof met hechtende en door een metaaloxide en/of metaaldelen verschafte warmte-overdragende eigen-20 schappen tot één geheel zijn gevormd.

2. Hybride fotovoltaïsche/thermische inrichting volgens conclusie 1, waarin de tussenliggende kunststof een metaaloxidehoudende tweecomponentenlijm is.

3. Hybride fotovoltaïsche/thermische inrichting volgens 25 één of meer van de voorgaande conclusies, waarin de fotovoltaïsche cellen tussen twee zonlicht doorlatende lagen van kunststof zijn aangebracht.

4. Hybride fotovoltaïsche/thermische inrichting volgens één of meer van de voorgaande conclusies, waarin de gelamineerde fotovoltaïsche middelen op een zonl icht doorlatende paneelvormige drager, zoal s 30 een drager van glas, zijn aangebracht.

5. Hybride fotovoltaïsche/thermische inrichting volgens één of meer van de voorgaande conclusies, waarin een stromingskanaal is gevormd door een ruimte gelegen tussen de absorptiemiddelen en op afstand hiervan geplaatste fluïdumdichte paneelvormige middelen.

6. Hybride fotovoltaïsche/thermische inrichting volgens conclusie 5, waarin de stromingskanalen zijn gevormd door in thermisch contact met de absorptiemiddelen verkerende pijpen, buizen etc. 1006838 )

7. Hybride fotovoltaïsche/thermische inrichting volgens één of meer van de voorgaande conclusies, waarin op afstand van de tot één geheel gevormde fotovoltaïsche middelen en absorptiemiddelen verdere absorptiemiddelen zijn opgesteld, zodanig dat de betreffende absorptie- 5 middelen tegenover elkaar zijn gelegen waarbij de tot één geheel gevormde fotovoltaïsche middelen en absorptiemiddelen zonlicht doorlatend zijn.

8. Hybride fotovol tafsche/thermische inrichting volgens één of meer van de voorgaande conclusies, waarin op afstand van de tot één geheel gevormde fotovoltaïsche middelen en absorptiemiddelen een 10 fluïdumdicht, zonlicht doorlatend paneel tegenover de fotovoltaïsche middelen is opgesteld, zodanig dat een ruimte hiertussen is gevormd voor een tijdens bedrijf in deze ruimte aanwezig zonlicht doorlatend fluïdum, zoals water.

9. Hybride fotovoltaïsche/thermische inrichting volgens 15 conclusie 8, waarin het betreffende zonlicht doorlatende paneel middelen omvat voor het concentreren van zonlicht in de richting naar de fotovoltaïsche middelen.

10. Hybride fotovoltaïsche/thermische inrichting volgens conclusie 9, waarin de zonlicht concentrerende middelen bestaan uit 20 aangrenzend gelegen hal feil indervormige elementen van zonlicht doorlatend materiaal, zodanig dat de holle zijden van deze elementen tegenover de fotovoltaïsche middelen zijn gelegen.

11. Hybride fotovoltaïsche/thermische inrichting volgens conclusie 10, waarin het zonlicht doorlatende fluïdumdichte paneel en de 25 zonlicht doorlatende elementen als één geheel zijn gevormd.

12. Hybride fotovoltaïsche/thermische inrichting volgens conclusie 11, waarin zich in de ruimten tussen het paneel en de bolle zijden van de elementen een thermisch isolerend fluïdum bevindt, zoals omgevingslucht.

13. Hybride fotovoltaïsche/thermische inrichting volgens één of meer van de voorgaande conclusies, waarin in de gelamineerde fotovoltaïsche middelen elektrisch hiermee gekoppelde invertormiddelen zijn geïntegreerd, voor het omzetten en afgeven van opgewekte elektrische gel i jkstroomenergie in elektrische wisselstroomenergie aan uitgangsklemmen 35 van de fotovoltaïsche/thermische inrichting. 1Ό06838 ψ

14. Hybride fotovoltaïsche/thermische inrichting volgens conclusie 13, waarin de geïntegreerde invertormiddelen van een "maximum power point tracker" zijn voorzien.

15. Hybride fotovoltaïsche/thermische inrichting volgens 5 conclusie 13 of 14, waarin de invertormiddelen zodanig zijn opgesteld, dat de tijdens bedrijf hierdoor opgewekte thermische energie aan de absorptiemiddelen wordt afgeven.

16. Hybride fotovoltaïsche/thermische inrichting volgens één of meer van de voorgaande conclusies, omvattende een in wezen 10 doosvormige behuizing, waarvan ten minste één vlak van een zonlicht doorlatend materiaal is gevormd. 1006838