Gebiet der Erfindung

Die Erfindung betrifft einen Kombi(Kombinations)-Solarkollektor mit einer

Vakuumröhre, in der sich ein Absorberblech mit einem daran angebrachten, von einem Fluid durchströmbaren Wärmerohr befindet, und mit einem Photovoltaikelement, wobei der Kombi-Solarkollektor drehbar gelagert ist.

Hintergrund der Erfindung

Aus der DE 197 09 653 C2 ist ein Kombi-Solarkollektor mit einer Vakuumröhre, in der sich ein Absorber mit daran angebrachtem, von einem Fluid durchströmbaren

Wärmerohr befindet, und mit einem Photovoltaikelement, wobei der Kombi- Solarkollektor drehbar gelagert ist, bekannt. Durch die Verdrehbarkeit des Kombi- Solarkollektors kann dieser dem Sonnenstand entsprechend nachgeführt werden. Eine unabhängige Nachführung entweder nur des Absorbers oder nur des

Photovoltaikelementes ist nicht möglich.

Aus der DE 43 38 735 ist ein verdrehbarer Kombi-Solarkollektor bekannt, bei dem die Wärme von einem in einer Vakuumröhre angeordneten Kollektorblech über eine Wärmeleitung nach außen abgeführt wird. Die Beaufschlagung von zwei

Photovoltaikelementen erfolgt über ein Spiegelsystem. Ein wesentlicher Nachteil dieses Kollektors liegt darin, dass die Erzeugung von Wärme nur mit einem sehr geringen Wirkungsgrad erfolgt, da der Wärmetransport durch Wärmeleitung mit großen Verlusten verbunden ist.

Weiter sind Photovoltaikmodule bekannt, bei denen an Glastafeln Photovoltaik- dünnschichtr odule aufgedampft sind.

Zusammenfassung der Erfindung

Aufgabe der Erfindung ist es, einen Kombi-Solarkollektor zu schaffen, bei dem eine Erhöhung der Stromausbeute bzw. der thermischen Leistung, bei entsprechender Reduktion der Ausbeute der jeweils anderen Energieform, möglich ist.

Diese Aufgabe wird beim Kombi-Solarkollektor der eingangs angeführten Art dadurch gelöst, dass das Photovoltaikelemen an der Innenseite der Vakuumröhre angeordnet ist. Zur Verdrehung des Kombi-Solarkollektors ist vorteilhafterweise ein Schrittmotor angeordnet. Weiters ist es günstig, wenn zur Steuerung der Verdrehung eine Sensorik zur Erfassung des Sonnenstandes und zur entsprechenden Ansteuerung der

Schrittmotore eine Steuereinheit vorhanden ist. Auch ist es von Vorteil, wenn für den Antrieb der Stellmotore zusätzliche weitere Photovoltaikmodule vorhanden sind.

Eine vorteilhafte Ausführungsform wird erhalten, wenn zur Verbesserung der

Energiegewinnung, Warmwasser oder Strom, unterhalb des Kombi-Solarkollektors ein Parabolspiegel auf einer Unterkonstruktion angebracht ist.

Die Erfindung betrifft auch eine Kombi-Solarkollektoranlage mit mehreren derartigen Kombi-Solarkollektoren, die nebeneinander angeordnet sind.

Kurzbeschreibung der Zeichnung

Die Erfindung wird nachfolgend anhand von in der Zeichnung gezeigten bevorzugten Ausführungsbeispielen noch weiter erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 einen Querschnitt durch einen Kombi-Solarkollektor in vergrößertem Maßstab;

Fig. 2a einen Grundriss mit mehreren parallel angeordneten Kombi-Solarkollektoren sowie die Ausführung der Verdrehbarkeit mittels Schrittmotor, Sensorik zur

Sonnenstanderfassung, und Photovoltaikmodulen für den Antrieb des Schrittmotors;

Fig. 2b eine Seitenansicht eines Kombi-Solarkollektors;

Fig. 3a die Betriebsstellung eines Kombi-Solarkollektoren zur Warmwassergewinnung sowie schematisch die nach dem Sonnenstand verlaufende Nachführung des Kombi- Solarkollektors, um die höchste Energieausbeute für diesen Betriebszustand zu erwirken;

Fig. 3b die Betriebsstellung des Kombi-Solarkollektors zur Stromgewinnung sowie schematisch die nach dem Sonnenstand verlaufende Nachführung des Kombi- Solarkollektors, um die höchste Energieausbeute für diesen Betriebszustand zu erwirken; Fig. 3c zeigt Kombi-Solarkollektoren in der Betriebsstellung der

Warmwassergewinnung sowie zur Verbesserung der Strom-Energiegewinnung auf einer Unterkonstruktion angebrachte Parabolspiegel; und

Fig. 4 zeigt ein Schaltbild für eine Gesamtanlage, wobei durch eine Steuereinheit das Energiemanagement der Anlage gesteuert wird.

Detaillierte Beschreibung der Zeichnung

In Fig. 1 ist dargestellt, dass der Kombi-Solarkollektor im Prinzip wie ein

handelsüblicher Vakuumröhrenkollektor aufgebaut ist. In einer transparenten

Vakuumröhre 1 befindet sich ein Absorberblech 2 mit einem daran angebrachten, von einem Fluid durchströmbaren Wärmerohr 3.

Zusätzlich ist an der Innenseite der Vakuumröhre 1 ein Photovoltaikelement 4 im Dünnschichtverfahren, in Dünnschichtmodulbauweise, aufgebracht. Damit ist für die Integrierung des Photovoltaikelement 4 kein zusätzliches Bauelement, gegenüber handelsüblichen Vakuumröhrenkollektoren, erforderlich, da die Aufbringung mittels Aufdampfen auf die Innenseite der Glasröhre 1 erfolgt. Ein solches

Photovoltaikelement 4 erreicht auch einen guten Wirkungsgrad bei diffusem Licht.

In Fig. 2a sind mehrere parallel zueinander angeordnete Kombi-Solarkollektoren zu einer Kombi-Solarkollektoranlage 17 vereint dargestellt. Die einzelnen Kombi- Solarkollektoren sind drehbar gelagert s. die schematisch angeordneten Lager 9, und sie werden mittels Stellmotor 8 mit Riemenantrieb 7 über eine externe

Stromversorgung in den jeweils erforderlichen oder gewünschten Betriebszustand verdreht und dem Sonnenstand, welcher mittels einer Sensorik 1 1 erfasst wird, nachgeführt.

Ist keine externe Stromversorgung vorgesehen, bzw. bei der Nachrüstung von bestehenden Vakuumröhrenkollektorenanlagen, ist in die Verdreheinheit, bestehend aus Motor 8, Riemenantrieb 7 und Sensorik 1 1 , in deren Verkleidung 10 ein

Photovoltaikmodul 12 integriert, welches zur Energiegewinnung für die Verdrehung des Stellmotors 8 zuständig ist. Die Auskoppelung der erzeugten Wärmeenergie erfolgt mittels einer Steckhülse für die Koppelung an einen Kondensator 5 in einen Wärmetauscher (in der Zeichnung nicht dargestellt).

Die Auskoppelung des erzeugten Stroms erfolgt mittels einer Steckverbindung 6. In Fig. 2b ist dargestellt, dass die Kombi-Solarkollektoren bevorzugt schräg in einem Winkel α (Alpha) größer oder gleich 25° angeordnet sind, sodass sich im Wärmerohr 3 eine thermisch bedingte Konvektionsströmung einstellt (Heatpipe). Die

Wärmeauskoppelung erfolgt über den Kondensator 5. Es ist daher auch möglich, dass die Durchströmung des Wärmerohres 3 mit Hilfe einer Umwälzpumpe erfolgt.

In Fig. 3a ist die Betriebstellung zur maximalen Energieausbeute bei der

Warmwassergewinnung dargestellt. Das Absorberblech 2 mit dem daran

angebrachten, von einem Fluid durchströmbaren Wärmerohr 3 wird dem Sonnenstand entsprechend optimal ausgerichtet, sodass das Absorberblech 2 vollflächig von den Sonnenstrahlen beaufschlagt wird. Das Photovoltaikelement 4 ist dabei vom

Absorberblech 2 abgeschattet.

In Fig. 3b ist die Betriebstellung zur maximalen Energieausbeute bei der

Stromgewinnung dargestellt. Das Photovoltaikelement 4 wird, dem Sonnenstand entsprechend, optimal ausgerichtet und von den Sonnenstrahlen vollflächig

beaufschlagt. Das Absorberblech 2 ist dabei vom Photovoltaikelement 4 abgeschattet. Zusätzlich ist der Vorteil des Photovoltaikelements 4 in Dünnschichtmodulbauweise der, dass dieses am Innendurchmesser des Glaszylinders der Vakuumröhre 1 aufgedampft wird. Damit ist einerseits kein zusätzlicher Baukörper für die

Aufdampfung des Dünnschichtmoduls erforderlich, und andererseits wird eine

Flächenvergrößerung des Photovoltaikelements 4 gegenüber einer Aufdampfung auf eine gerade Fläche erreicht. Photovoltaikelemente als Dünnschichtmodul haben auch den Vorteil, diffuses Licht zur Energiegewinnung nutzen zu können.

Aus Fig. 3c ist ersichtlich, dass im Bereich einer Unterkonstruktion 14 ein

Parabolspiegel 13 angebracht ist, um eine Verstärkung der Energieausbeute, für die dem einfallenden Sonnenlicht abgewandten Kollektorseite, zu erreichen.

In Fig. 4 ist dargestellt, dass Kombi-Solarkollektoren zumindest zu einer Kombi- Solarkollektoranlage 17 zusammengefasst sind, und mittels einer Steuereinheit 15 und Steuerleitungen 16 werden die einzelnen Kombi-Solarkollektoranlagen 17, je nach Betriebszustand, dem Sonnenstand entsprechend, mittels der Sensorik 1 1 und dem Stellmotor 8 nachgeführt, betrieben.

Diese Schaltung hat unter anderem den großen Vorteil, dass einzelne Kombi- Solarkollektoranlagen 17 im Betriebszustand„Stromgewinnung" und die übrigen Kombi-Solarkollektoranlagen 17 in der Betriebsstellung„Warmwassergewinnung" betrieben werden können. Damit ist gegenüber handelsüblichen Vakuumröhrenkollektoren der Vorteil gegeben, dass keine Überhitzung des Warmwassers erfolgen kann, da, falls genügend

Warmwasser produziert wurde, durch die Steuereinheit 15 die Kombi- Solarkollektoranlage 17 in den Betriebszustand der Stromgewinnung gebracht werden kann.

Falls keine lokale Stromabnahme vorhanden ist, wird die Überproduktion in das öffentliche Stromnetz gegen Entgelt eingespeist.

Handelsübliche Vakuumröhrenkollektoren, die ohne Verdrehbarkeit ausgestattet sind, sind meist jene, die nur zur Warmwassergewinnung und Heizungsunterstützung konzipiert sind.

Für die Heizungsunterstützung haben diese Kollektoren aber den Nachteil, dass in der kalten Jahreszeit ein Bedecken der Vakuumröhrenkollektoren mit Schnee erfolgen kann, sodass dann aber keine Sonneneinstrahlung auf die Vakuumröhre mehr erfolgt.

Ein Vorteil der Verdrehbarkeit des Kombi-Solarkollektors liegt darin, dass beim

Vorhandensein keiner oder nur geringer Sonneneinstrahlung, der Solarkollektor in den Betriebzustand Stromgewinnung gedreht werden kann, und falls eine Bedeckung mit Schnee erfolgt, hat diese für die Betriebsstellung Warmwassergewinnung keinen negativen Einfluss. Bei einer Ausführung des Stellmotors 8 mittels Federrücklauf kann im Falle eines Stromausfalles die Verdrehung des Kombi-Solarkollektors in eine definierte Stellung (z.B. Stromgewinnung) bewirkt werden.

Zusätzlich zu der effizienten Energiegewinnung bietet dieser Kollektortyp den Vorteil eines einheitlichen Erscheinungsbildes und die Erreichung eines Plus-Energie-Hauses (Objekt, welches mehr Energie erzeugt, als in diesem Objekt in Form von

Warmwasser oder Strom verbraucht wird).