Gebiet der Erfindung

Die Erfindung betrifft einen Hybridkollektor gemäss Oberbegriff des Anspruchs 1.

Stand der Technik

Aus dem Stand der Technik sind Hybridkollektoren bekannt, welche das Sonnenlicht effizienter nutzen, als ein Photovoltaikmodul oder ein thermischer Solarkollektor (auch als Sonnenkollektor oder Flachkollektor bezeichnet) allein. Bei Photovoltaikmodulen (PV-Modulen) gilt generell, dass deren Leistung mit steigender Temperatur ab-nimmt. Es wird daher versucht die Temperatur der PV-Module möglichst niedrig zu halten. Ein PV-Modul ist derart aufgebaut, dass eine Mehrzahl von Photovoltaik-Zellen nebeneinander an einer Trägerplatte angeordnet ist. Ein PV-Modul wird daher auch als Trägersubstrat bezeichnet. Der synergistische Effekt bei Hybridkollektoren besteht nun darin, dass bei diesen Kollektoren Wärmetauscher vorgesehen sind, welche das PV-Module bzw. das Trägersubstrat kühlen. Die über den Wärmeträger abgeführte Wärme kann beispielsweise für Warmwasserzwecke, Heizungsunterstützung oder Wärmepumpenunterstützung verwendet werden. Der Gesamtwirkungsgrad von Hybridkollektoren ist demnach höher als die Wirkungsgrade eines Trägersubstrats oder eines Solarkollektors alleine.

Die Anschlüsse zur Abnahme des elektrischen Stromes und der Zu- und Abfluss des Wärmeträgers benötigen zur Abdeckung eine Randfläche des Trägersubstrats. Dadurch kann nicht die gesamte Fläche des Trägersubstrates zur Energieerzeugung genutzt werden und der Wirkungsgrad ist dadurch reduziert.

Aufgabe der Erfindung

Aus den Nachteilen des beschriebenen Stands der Technik resultiert die Aufgabe einen Hybridkollektor zu schaffen, dessen Wirkungsgrad weiter verbessert ist.

Beschreibung

Die Lösung der gestellten Aufgabe gelingt bei einem Hybridkollektor durch die im kennzeichnenden Abschnitt des Patentanspruchs 1 angeführten Merkmale. Weiterbildungen und/oder vorteilhafte Ausführungsvarianten sind Gegenstand der abhängigen Patentansprüche.

Die Erfindung zeichnet sich bevorzugt dadurch aus, dass die Anschlussdose an der äusseren Trägerplatte oder der Schmalseite des Trägersubstrats angeordnet ist. Dadurch kann die Dichtung bis zu den Seitenkanten an dem Trägersubstrat nach aussen angeordnet werden, da dort keine Anschlussdose mehr vorhanden ist. Am Trägersubstrat bzw. an der inneren Trägerplatte steht dadurch die maximal mögliche Wärmeaustausch-Oberfläche zur Verfügung und das Wärmetauschermedium kann das Trägersubstrat vollflächig kühlen. Die maximale Flächenausnutzung steigert den Wirkungsgrad des Hybridkollektors. Auch die Klammern ermöglichen es, dass die Dichtung möglichst weit aussen an dem Trägersubstrat angeordnet ist.

Als zweckdienlich hat es sich erwiesen, wenn eine Mehrzahl von Anschlussdosen an der äusseren Trägerplatte oder der Schmalseite angeordnet ist, welche Anschlussdosen jeweils an eine Mehrzahl von Photovoltaik-Zellen angeschlossen sind. Dadurch lässt sich eine Zone auf der äusseren Trägerplatte definieren, welche Anschlussdosen Vorbehalten ist. Die übrige Fläche des Trägersubstrats kann mit Photovoltaik-Zellen bestückt werden.

Zweckmässigerweise ist die wenigstens eine Anschlussdose auf einer Mittelachse des Trägersubstrates angeordnet. Dadurch ist eine Abnahmezone für den erzeugten elektrischen Strom geschaffen, welche ausreichend Platz für mehrere Anschlussdosen aufweist. Zudem stört diese Anordnung bzw. die Dichtungen der Anschlussdosen den Fluss des Wärmeträgers nicht.

Als vorteilhaft hat es sich erwiesen, wenn sich die Mittelachse in Richtung der Breitseiten des Trägersubstrates erstreckt. Dadurch wird nur eine geringe Fläche für die Anschlussdosen benötigt, welche nicht mit Photovoltaik-Zellen bestückt werden kann. Die Breite des Trägersubstrat bietet eine ausreichende Erstreckung, sodass alle benötigten Anschlussdosen auf einer Linie angeordnet werden können.

In einer besonders bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist eine Mehrzahl von linear angeordneten Anschlussdosen von einer biegesteifen Abdeckung abgedeckt. Die Abdeckung wirkt nicht nur als Schutz vor Witterungseinflüssen für die Anschlussdosen, sondern verstärkt auch das Trägersubstrat mechanisch. Dadurch können mechanische Belastungen, welche beispielsweise durch den Druck des Wärmeträgers oder die Montage des Hybridkollektors hervorgerufen werden, durch die Abdeckung aufgenommen werden. Die Abdeckung kann aus einem geeigneten Kunststoff, welcher optional faserverstärkt ist, oder aus einem Metall hergestellt sein.

Als vorteilhaft hat es sich erwiesen, wenn die biegesteife Abdeckung im Querschnitt ll- förmig ist. Diese Form ermöglicht es, dass die Abdeckung möglichst wenig Material benötigt und trotzdem die Anschlussdosen vollständig abdeckt und ausreichend biegesteif ist. Die Abdeckung kann an ihren offenen Längsseiten Flansche aufweisen, mit welchen sie an dem Substrat befestigbar ist. Bevorzugt ist die Abdeckung mit den Anschlussdosen verschraubt oder verklemmt.

Die Erfindung zeichnet sich dadurch aus, dass eine Mehrzahl von Anschlussdosen auf der Mittelachse, welche sich in Richtung der Breitseiten erstreckt, angeordnet sind und von der biegesteifen Abdeckung abgedeckt sind. Neben dem geringen Flächenbedarf für die Anschlussdosen bewirkt diese Positionierung der Abdeckung eine sehr gute mechanische Stabilisierung des Trägersubstrats.

Die Erfindung zeichnet sich auch bevorzugt dadurch aus, dass die wenigstens eine Anschlussdose mit einem UV-Strahlungsschutz verkleidet ist. Dadurch ist das Material der Anschlussdose zuverlässig durch die Zerstörung mit UV-Licht geschützt.

In einerweiteren Ausführungsform der Erfindung ist die wenigstens eine Anschlussdose ein in Massenproduktion hergestelltes Standardbauteil. Am Einbauort der äusseren Trägerplatte bedürfen die Anschlussdosen keinen besonderen geometrischen oder elektrischen Anforderungen und können demnach Standartbauteile sein. Dadurch können die Herstellkosten des Hybridkollektors reduziert werden.

Weitere Vorteile und Merkmale ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung eines Ausführungsbeispiels der Erfindung unter Bezugnahme auf die schematischen Darstellungen. Es zeigen in nicht massstabsgetreuer Darstellung:

Figur 1 : eine Draufsicht auf einen Hybridkollektor und

Figur 2: eine Schnittansicht durch den Hybridkollektor entlang der Schnittlinie ll-ll. In den Figuren 1 und 2 ist ein Hybridkollektor gezeigt, welcher gesamthaft mit dem Bezugszeichen 11 bezeichnet ist und ein Trägersubstrat 13 und eine Rückwand 18 umfasst.

Das Trägersubstrat 13 ist dadurch gebildet, dass eine Mehrzahl von Photovoltaik-Zellen 15 zwischen einer äusseren und inneren Trägerplatte 17a, 17b angeordnet ist Die Trägerplatten 17a, 17b können aus Glas oder Kunststoff bestehen. Die Trägerplatten 17a, 17b sind bevorzugt transparent.

Zwischen dem Trägersubstrat 13 und einer im Wesentlichen parallel zu dem Trägersubstrat 13 angeordneten Rückwand 18 ist eine Wärmetauscherraum 19 gebildet. Die Summe der Höhen der äusseren und inneren Trägerplatte 17a, 17b und der Photovoltaik- Zellen bilden eine Schmalseite 20 des Trägersubstrates. Das Trägersubstrat 13 ist von der Rückwand 18 durch eine Dichtung 21 beabstandet. Die Dichtung 21 ist am Rand des Trägersubstrats 13 und der Rückwand 18 angeordnet und erstreckt sich umlaufend entlang der Längs- und Breitseiten 23,25 des Trägersubstrats 13 bzw. der Rückwand 18. Die Dichtung 21 dichtet den Wärmetauscherraum 19 gegenüber dem Trägersubstrat 13 und der Rückwand 18 ab, indem das Trägersubstrat 13 und die Rückwand 18 an die gegenüberliegenden Dichtflächen der Dichtung 21 gedrückt werden.

Die Dichtfunktion wird dadurch erzielt, dass an dem Trägersubstrat 13 und der Rückwand 18, bevorzugt an deren Rand, Klammern 27 angreifen und das Trägersubstrat 13 und die Rückwand 18 aneinander ziehen. Statt den Klammern 27 können beispielsweise Zwingen als Haltemittel dienen. Die Klammem 29 besitzen eine lichte Weite, welche kleiner als die Summe der Höhe aus der Dicke des Trägersubstrats 13, der Höhe der Dichtung 21 und der Dicke der Rückwand 18 ist. Dadurch wird die Dichtung 21 komprimiert, wenn Klammern 27 rundum auf den Hybridkollektor 11 aufgesteckt werden. Die Klammern 27 können auch als ein Klemmrahmen ausgeführt sein.

Das Wärmetauschermedium tritt an einem Einlass 29 in den Wärmetauscherraum 19 ein und tritt erwärmt an einem Auslass 31 aus dem Wärmetauscherraum 19 aus. Der von den Photovoltaik-Zellen 15 produzierte Strom wird an einer Mehrzahl von Anschlussdosen 33 abgenommen.

Die Anschlussdosen 33 sind an der äusseren Trägerplatte 17a, bevorzugt entlang der Breite in der Mitte der Längsseiten 23, angeordnet. Die Anschlussdosen 33 liegen bevorzugt auf der Mittelachse 34. Die Anschlussdosen 33 können auch an der Schmalseite 20 angeordnet sein. Dadurch muss das Trägersubstrat 13 die Dichtung 21 nicht überragen, um im seitlichen Bereich Platz für die Anschlussdosen 33 zu schaffen. Die Dichtung 21 kann vollständig an dem Rand des Trägersubstrats 13 angeordnet sein bzw. es ist nicht notwendig, dass das Trägersubstrat 13 die Dichtung für Anschluss- und Klemmzwecke überragen muss. Dies hat den grossen Vorteil, dass die innere Trägerplatte nahezu vollflächig, mit Ausnahme der benötigten Dichtfläche, mit dem Wärmetauschermedium in Kontakt treten kann. Dadurch kann das Trägersubstrat 13 möglichst vollflächig gekühlt werden. Der Wirkungsgrad des Hybridkollektors 11 kann durch die Anordnung der Anschlussdosen 33 auf der äusseren Trägerplatte 17a deutlich verbessert werden. Auch das Vorsehen des Einlasses 29 und des Auslasses 31 an der Rückwand trägt dazu bei, dass kein Überstand des Trägersubstrates 13 über die Dichtung 21 notwendig ist. Die Mehrzahl von Anschlussdosen 33, welche bevorzugt auf der Mittelachse 34 angeordnet sind, können von einer biegesteifen Abdeckung 35 abgedeckt sein. Dies ist in der Figur 1 gezeigt. Die Abdeckung 35 wirkt nicht nur als Schutz vor Witterungseinflüssen für die Anschlussdosen 34, sondern verstärkt auch das Trägersubstrat 13 mechanisch. Dadurch können mechanische Belastungen, welche beispielsweise durch den Druck des Wärmeträgers oder die Montage des Hybridkollektors 11 hervorgerufen werden, durch die Abdeckung 35 aufgenommen werden. Durch die Anordnung der Abdeckung 35 entlang der Mittelachse 34 wird das Trägersubstrat 13 optimal mechanisch stabilisiert. Die Abdeckung ist im Querschnitt U-förmig, wodurch die Biegesteifigkeit der Abdeckung 35 hoch ist und für die Versteifung des Trägersubstrats 13 ausreichend stabil ist.

Da die Anschlussdosen 33 auf der äusseren Trägerplatte 17a oder an der Schmalseite 20 angeordnet sind und demnach der Sonne zugewandt sind, ist es bevorzugt, wenn diese mit einem UV-Strahlungsschutz 37 verkleidet sind. Dadurch kann das Material der Anschlussdosen 33 durch das Sonnenlicht nicht zerstört werden. Der UV- Strahlungsschutz 37 kann auch von der Abdeckung 35 übernommen werden oder der Strahlungsschutz 37 wird zusätzlich auf der Abdeckung 35 angebracht. Um die Produktionskosten des Hybridkollektors 11 gering halten zu können, sind die Anschlussdosen 33 in Massenproduktion hergestellte Standardbauteile. Legende:

11 Hybridkollektor

13 Trägersubstrat

15 Photovoltaik-Zellen

17a, 17b Äussere und innere Trägerplatte

18 Rückwand

19 Wärmetauscherraum

20 Schmalseite des Trägersubstrates

21 Dichtung

23 Längsseiten des Trägersubstrats

25 Breitseiten des Trägersubstrats

27 Klammern

29 Einlass

31 Auslass

33 Anschlussdosen

34 Mittelachse

35 Abdeckung

37 Strahlungsschutz