DE102015226261A1

DE102015226261A1 - PVT module, double glazing and their use

Info

Publication number: DE102015226261A1
Application number: DE102015226261.8A
Authority: DE
Inventors: Michael Köhl; Ines Dürr; Andreas Piekarczyk; Birger Zimmermann
Original assignee: Fraunhofer Gesellschaft zur Foerderung der Angewandten Forschung eV
Current assignee: Fraunhofer Gesellschaft zur Foerderung der Angewandten Forschung eV
Priority date: 2015-12-21
Filing date: 2015-12-21
Publication date: 2017-06-22
Also published as: WO2017108984A1

Abstract

Die Erfindung betrifft ein PVT-Modul (1) mit zumindest einer photovoltaischen Zelle (10) und zumindest einem thermischen Solarkollektor (20), wobei die photovoltaische Zelle (10) und der thermische Solarkollektor (20) zumindest in einer Teilfläche (120) miteinander in Kontakt stehen, wobei die photovoltaische Zelle (10) eine organische Solarzelle ist oder eine solche enthält. Weiterhin betrifft die Erfindung die Verwendung eines solchen PVT-Moduls. The invention relates to a PVT module (1) with at least one photovoltaic cell (10) and at least one thermal solar collector (20), wherein the photovoltaic cell (10) and the thermal solar collector (20) at least in a partial surface (120) with each other in Contact, wherein the photovoltaic cell (10) is an organic solar cell or contains such. Furthermore, the invention relates to the use of such a PVT module.

Description

Die Erfindung betrifft ein PVT-Modul mit zumindest einer photovoltaischen Zelle und zumindest einem thermischen Solarkollektor, wobei die photovoltaische Zelle und der thermische Solarkollektor zumindest in einer Teilfläche miteinander in Kontakt stehen. Die photovoltaische Zelle dient dabei der Umwandlung von Sonnenenergie in elektrische Energie. Der thermische Solarkollektor dient der Umwandlung von Sonnenenergie in Nutzwärme. Das PVT-Modul ermöglicht somit die simultane, platzsparende Nutzung beider Technologien. The invention relates to a PVT module having at least one photovoltaic cell and at least one thermal solar collector, wherein the photovoltaic cell and the thermal solar collector are in contact with each other at least in a partial area. The photovoltaic cell serves to convert solar energy into electrical energy. The thermal solar collector is used to convert solar energy into useful heat. The PVT module thus enables the simultaneous, space-saving use of both technologies.

Aus dem Abschlussbericht „PVTmax photovoltaisch-thermische Kollektorsysteme mit maximierten Gesamtertrag“, gefördert durch die Deutsche Bundesstiftung Umwelt, Förderkennzeichen 28569 , ist ein gattungsgemäßer PVT-Kollektor bekannt. Dieser bekannte Kollektor weist jedoch mehrere Nachteile auf. Durch die Kombination verschiedener Werkstoffe, beispielsweise Silizium, verschiedene Gläser und verschiedene Metalle, entstehen aufgrund unterschiedlicher Wärmeausdehnungskoeffizienten mechanische Spannungen innerhalb des PVT-Moduls. Hierdurch kann die Lebensdauer nachteilig beeinflusst werden. Weiterhin wird die photovoltaische Zelle durch den Kontakt mit dem thermischen Solarkollektor stark erwärmt, sodass deren Wirkungsgrad abnimmt. Alternativ kann die Temperatur des im thermischen Solarkollektor zirkulierenden Wärmeträgers abgesenkt werden, um den Ertrag der photovoltaischen Zelle zu steigern. In diesem Fall weist jedoch der thermische Solarkollektor nur eine geringe thermische Effizienz auf. From the Final report "PVTmax photovoltaic-thermal collector systems with maximized total yield", funded by the Deutsche Bundesstiftung Umwelt, grant number 28569 , a generic PVT collector is known. However, this known collector has several disadvantages. Due to the combination of different materials, for example silicon, different glasses and different metals, due to different coefficients of thermal expansion, mechanical stresses arise within the PVT module. As a result, the life can be adversely affected. Furthermore, the photovoltaic cell is strongly heated by the contact with the solar thermal collector, so that their efficiency decreases. Alternatively, the temperature of the circulating in the solar thermal collector heat carrier can be lowered to increase the yield of the photovoltaic cell. In this case, however, the solar thermal collector has a low thermal efficiency.

Ausgehend vom Stand der Technik liegt der Erfindung somit die Aufgabe zugrunde, ein PVT-Modul mit verbesserten Eigenschaften bereitzustellen. Starting from the prior art, the invention is therefore based on the object to provide a PVT module with improved properties.

Die Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein PVT-Modul gemäß Anspruch 1, eine Isolierverglasung gemäß Anspruch 10 und eine Verwendung gemäß Anspruch 11 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung finden sich in den Unteransprüchen. The object is achieved by a PVT module according to claim 1, an insulating glazing according to claim 10 and a use according to claim 11. Advantageous developments of the invention can be found in the subclaims.

Erfindungsgemäß wird ein PVT-Modul mit zumindest einer photovoltaischen Zelle und zumindest einem thermischem Solarkollektor vorgeschlagen. Die photovoltaische Zelle dient dabei der Umwandlung von Sonnenenergie in elektrischen Strom. Der thermische Solarkollektor dient der Umwandlung von Sonnenenergie in Nutzwärme, beispielsweise zur Heizungsunterstützung, zur Brauchwassererwärmung oder zur Bereitstellung von Prozesswärme für industrielle Verfahren. According to the invention, a PVT module with at least one photovoltaic cell and at least one thermal solar collector is proposed. The photovoltaic cell serves to convert solar energy into electricity. The thermal solar collector is used to convert solar energy into useful heat, for example for heating support, for heating process water or for providing process heat for industrial processes.

Erfindungsgemäß werden die photovoltaische Zelle und der Solarkollektor miteinander verbunden, sodass die photovoltaische Zelle zumindest eine Teilfläche des Solarkollektors bedeckt bzw. der thermische Solarkollektor zumindest eine Teilfläche einer photovoltaischen Zelle bedeckt. Die photovoltaische Zelle kann unmittelbar auf dem thermischen Solarkollektor befestigt sein. In anderen Ausführungsformen der Erfindung kann die photovoltaische Zelle mittelbar unter Zuhilfenahme weiterer Bauteile auf dem thermischen Solarkollektor befestigt sein. According to the invention, the photovoltaic cell and the solar collector are connected to one another so that the photovoltaic cell covers at least a partial area of the solar collector or the thermal solar collector covers at least one partial area of a photovoltaic cell. The photovoltaic cell can be mounted directly on the solar thermal collector. In other embodiments of the invention, the photovoltaic cell can be attached indirectly with the aid of further components on the thermal solar collector.

In einigen Ausführungsformen der Erfindung kann ein einzelnes PVT-Modul eine Mehrzahl von photovoltaischen Zellen und/oder eine Mehrzahl von thermischen Solarkollektoren enthalten oder daraus bestehen. Eine Mehrzahl von PVT-Modulen kann zu einer größeren Anlage zusammengebaut werden, welche beispielsweise ein einzelnes Gebäudedach, ein Fahrzeugdach oder eine andere Fläche einnimmt. In some embodiments of the invention, a single PVT module may include or consist of a plurality of photovoltaic cells and / or a plurality of thermal solar collectors. A plurality of PVT modules may be assembled into a larger plant, which occupies, for example, a single building roof, a vehicle roof or other surface.

Der von der photovoltaischen Zelle bereitgestellte elektrische Strom kann in an sich bekannter Weise mittels eines Wechselrichters in ein öffentliches Stromnetz eingespeist, direkt verbraucht oder über einen Laderegler einer Batterie zugeführt werden, um zu einem späteren Zeitpunkt verbraucht zu werden. The electrical power provided by the photovoltaic cell can be fed in a conventional manner by means of an inverter in a public grid, consumed directly or fed via a charge controller of a battery to be consumed at a later time.

Erfindungsgemäß wird nun vorgeschlagen, dass die photovoltaische Zelle eine organische Solarzelle ist oder eine solche enthält. Unter einer organischen Solarzelle wird für die Zwecke der vorliegenden Erfindung eine Solarzelle verstanden, welche aus Werkstoffen der organischen Chemie besteht bzw. solche Werkstoffe als aktives Zellmaterial enthält. Werkstoffe der organischen Chemie können beispielsweise Kohlenwasserstoff-Verbindungen bzw. Kunststoffe enthalten. In einigen Ausführungsformen der Erfindung können die für die organische Solarzelle verwendeten Kunststoffe delokalisierte elektronische Bindungen aufweisen, welche dem eingesetzten Material die wesentlichen Eigenschaften eines Halbleiters verleihen. Beispielsweise können konjugierte Polymere, Makromoleküle oder auch Hybridstrukturen wie beispielsweise Kupfer-Phthalocyanin verwendet werden. According to the invention it is now proposed that the photovoltaic cell is an organic solar cell or contains such. For the purposes of the present invention, an organic solar cell is understood to be a solar cell which consists of materials of organic chemistry or contains such materials as active cell material. Materials of organic chemistry may contain, for example, hydrocarbon compounds or plastics. In some embodiments of the invention, the plastics used for the organic solar cell may have delocalized electronic bonds that impart the essential properties of a semiconductor to the material used. For example, conjugated polymers, macromolecules or hybrid structures such as copper phthalocyanine can be used.

Die erfindungsgemäß eingesetzten organischen Solarzellen weisen den Vorteil auf, dass durch Synthese verschiedener Molekülstrukturen die Bandlücke und damit das Absorptionsspektrum in weiten Grenzen einstellbar ist. Somit kann ein vorgebbares Teilspektrum des Sonnenlichtes zur elektrischen Energieerzeugung und ein anderes Teilspektrum zur thermischen Sonnenenergienutzung verwendet werden. In Abhängigkeit der gewählten Kunststoffe und der sich daraus ergebenden Bandlücke kann der Anteil der thermischen und der elektrischen Energieausbeute des PVT-Moduls in weiten Grenzen eingestellt werden. Darüber hinaus weist die erfindungsgemäß verwendete organische Solarzelle den Vorteil auf, dass diese auch bei höheren Temperaturen zuverlässig und mit gutem Wirkungsgrad betreibbar ist, da der Wirkungsgrad bei höheren Temperaturen nicht oder im Vergleich zu Silizium-Zellen nur in geringerem Maße abnimmt. Beispielsweise kann die Betriebstemperatur in einigen Ausführungsformen der Erfindung zwischen etwa 30°C und etwa 90°C oder zwischen etwa 50°C und etwa 60°C betragen. The organic solar cells used according to the invention have the advantage that the band gap and thus the absorption spectrum can be adjusted within wide limits by synthesizing different molecular structures. Thus, a predeterminable partial spectrum of sunlight can be used for electrical power generation and another partial spectrum for thermal solar energy use. Depending on the selected plastics and the resulting band gap, the proportion of thermal and electrical energy yield of the PVT module can be set within wide limits. In addition, the organic solar cell used in the invention has the Advantage that it can be operated reliably and with good efficiency, even at higher temperatures, since the efficiency at higher temperatures does not decrease or in comparison to silicon cells only to a lesser extent. For example, in some embodiments of the invention, the operating temperature may be between about 30 ° C and about 90 ° C, or between about 50 ° C and about 60 ° C.

Völlig überraschend wurde erkannt, dass die eigentlich einen schlechteren Wirkungsgrad aufweisenden organischen Solarzellen in Kombination mit einem thermischen Solarkollektor als PVT-Modul eine größere Energieausbeute bereitstellen können als üblicherweise verwendete Siliziumzellen. Dies ist darin begründet, dass der Wirkungsgrad bei höheren Temperaturen nicht oder im Vergleich zu Silizium-Zellen nur in geringerem Maße abnimmt. In einigen Ausführungsformen kann der Wirkungsgrad der organischen Solarzellen bei höheren Temperaturen sogar ansteigen. It was surprisingly discovered that the actually poorer efficiency organic solar cells in combination with a solar thermal collector as a PVT module can provide a greater energy yield than commonly used silicon cells. This is due to the fact that the efficiency at higher temperatures does not decrease or only to a lesser extent compared to silicon cells. In some embodiments, the efficiency of organic solar cells may even increase at higher temperatures.

In einigen Ausführungsformen der Erfindung kann die photovoltaische Zelle an zumindest einer Seite von einer Barriereschicht und/oder einer Trägerfolie eingeschlossen sein. Die Barriereschicht und/oder die Trägerfolie können dazu eingerichtet sein, den Zutritt von Feuchtigkeit zur organischen Solarzelle zu reduzieren oder zu vermeiden, um auf diese Weise die Lebensdauer der organischen Solarzelle und damit die Lebensdauer des PVT-Moduls zu vergrößern. Auf zusätzliche aufwändige Gehäuse oder Deckplatten, welche sowohl den Aufwand für die Fertigung und Montage erhöhen als auch durch Absorption oder Reflexion den Zutritt von Sonnenenergie verringern, kann somit in einigen Ausführungsformen der Erfindung verzichtet werden. In some embodiments of the invention, the photovoltaic cell may be enclosed on at least one side by a barrier layer and / or a carrier foil. The barrier layer and / or the carrier film may be configured to reduce or prevent the ingress of moisture to the organic solar cell, thereby increasing the life of the organic solar cell and thus the life of the PVT module. Additional costly housing or cover plates, which both increase the cost of production and assembly and also reduce the absorption of solar energy by absorption or reflection, can thus be dispensed with in some embodiments of the invention.

In einigen Ausführungsformen der Erfindung kann die organische Solarzelle einen transparenten Vorderseitenkontakt und/oder einen transparenten Rückseitenkontakt aufweisen. In einigen Ausführungsformen kann der transparente Vorderseitenkontakt oder der transparente Rückseitenkontakt ausgewählt sein aus zumindest einem transparenten leitfähigen Oxid und/oder einem organischen leitfähigen Material und/oder einer Metallschicht. Hierdurch kann gewährleistet sein, dass die die organische Solarzelle durchdringende Sonnenstrahlung auf die Absorptionsfläche des darunter liegenden thermischen Solarkollektors trifft. In some embodiments of the invention, the organic solar cell may have a transparent front contact and / or a transparent back contact. In some embodiments, the transparent front-side contact or the transparent back-side contact may be selected from at least one of a transparent conductive oxide and / or an organic conductive material and / or a metal layer. This can ensure that the solar radiation penetrating the organic solar cell meets the absorption surface of the underlying solar thermal collector.

In einigen Ausführungsformen der Erfindung kann der Rückseitenkontakt der organischen Solarzelle opak sein. In diesem Fall kann eintreffende Strahlung, welche die photovoltaische Zelle durchdringt, am Rückseitenkontakt reflektiert werden. Hierdurch wird ermöglicht, dass die Sonnenstrahlung nochmals im Absorber der organischen Solarzelle absorbiert wird oder zum thermischen Solarkollektor gelangt, welcher in diesem Fall aus der Einstrahlrichtung gesehen oberhalb der organischen Solarzelle angeordnet sein kann. In some embodiments of the invention, the back contact of the organic solar cell may be opaque. In this case, incoming radiation that penetrates the photovoltaic cell may be reflected at the backside contact. This makes it possible that the solar radiation is absorbed again in the absorber of the organic solar cell or passes to the solar thermal collector, which can be seen in this case from the direction of irradiation above the organic solar cell.

In wiederum anderen Ausführungsformen der Erfindung kann der Rückseitenkontakt für sichtbares Licht bzw. Licht oberhalb einer vorgebbaren Wellenlänge opak oder reflektierend sein und Licht unterhalb einer vorgebbaren Wellenlänge transmittieren. In diesem Fall kann insbesondere infrarote Wärmestrahlung die Solarzelle und den Rückseitenkontakt durchdringen und auf den thermischen Solarkollektor bzw. auf dessen Absorptionsfläche fallen. In still other embodiments of the invention, the rearward contact for visible light or light above a predeterminable wavelength may be opaque or reflective and transmit light below a predeterminable wavelength. In this case, in particular infrared heat radiation can penetrate the solar cell and the rear side contact and fall on the thermal solar collector or on its absorption surface.

Schließlich kann in anderen Ausführungsformen der Rückseitenkontakt der Solarzelle dazu eingerichtet sein, eintretende Strahlung zu absorbieren und in Wärme zu wandeln. Der auf diese Weise erwärmte Rückseitenkontakt kann durch Kontakt mit dem thermischen Solarkollektor entwärmt werden und auf diese Weise das im Solarkollektor strömende Wärmeträgerfluid erwärmen. Finally, in other embodiments, the backside contact of the solar cell may be configured to absorb and convert incoming radiation into heat. The heated in this way back contact can be cooled by contact with the solar thermal collector and thus heat the flowing in the solar collector heat transfer fluid.

Zur Herstellung eines guten thermischen Kontaktes zwischen der photovoltaischen Zelle und dem thermischen Solarkollektor kann in einigen Ausführungsformen der Erfindung eine stoffschlüssige Verbindung zwischen beiden Bauteilen erfolgen. In anderen Ausführungsformen der Erfindung kann zwischen der photovoltaischen Zelle und dem thermischen Solarkollektor eine Klebeverbindung ausgeführt sein. In wiederum anderen Ausführungsformen der Erfindung kann die photovoltaische Zelle mit dem thermischen Solarkollektor verklemmt werden, beispielsweise über Federspannung oder durch Evakuieren eines Gehäuses bzw. eines Folienschlauches. In order to produce a good thermal contact between the photovoltaic cell and the thermal solar collector, in some embodiments of the invention, a cohesive connection between the two components can take place. In other embodiments of the invention, an adhesive bond can be made between the photovoltaic cell and the solar thermal collector. In still other embodiments of the invention, the photovoltaic cell can be jammed with the thermal solar collector, for example by spring tension or by evacuating a housing or a film tube.

In einigen Ausführungsformen der Erfindung kann zumindest die in Kontakt mit der Solarzelle stehende Teilfläche des thermischen Solarkollektors ein Polymer enthalten oder daraus bestehen. Dies erlaubt ein einfaches Fügen der photovoltaischen Zelle und des thermischen Solarkollektors, beispielsweise durch Verschweißen oder Verkleben. Weiterhin weisen in diesem Fall sowohl der thermische Solarkollektor als auch die photovoltaische Zelle vergleichbare thermische Ausdehnungskoeffizienten auf, sodass die Verbindung beider Bauteile auch bei Temperaturwechseln im Laufe der Jahreszeiten oder zwischen Tag und Nacht zuverlässig bestehen bleibt. In some embodiments of the invention, at least the partial surface of the solar thermal collector in contact with the solar cell may contain or consist of a polymer. This allows a simple joining of the photovoltaic cell and the solar thermal collector, for example by welding or gluing. Furthermore, in this case, both the thermal solar collector and the photovoltaic cell comparable thermal expansion coefficients, so that the connection between the two components remains reliable even with temperature changes over the seasons or between day and night.

Sofern der thermische Solarkollektor vollständig aus einem Polymer gefertigt ist, kann sich in einigen Ausführungsformen der Erfindung der zusätzliche Vorteil ergeben, dass das PVT-Modul ein geringes Gewicht aufweist und hierdurch leicht transportiert und montiert werden kann. Ebenso kann in diesem Fall eine Unterkonstruktion, beispielsweise ein Dachstuhl, welcher das PVT-Modul aufnimmt, schwächer dimensioniert werden. If the thermal solar collector is made entirely of a polymer, in some embodiments of the invention there may be the additional advantage that the PVT module has a low weight and as a result can be easily transported and mounted. Likewise, in this case, a substructure, such as a roof truss, which receives the PVT module, be dimensioned smaller.

In einigen Ausführungsformen der Erfindung kann das PVT-Modul zumindest ein optionales erstes Wärmedämmelement enthalten, welches zumindest in einem Teilbereich des elektromagnetischen Spektrums transparent oder transluzent ist. Das erste Wärmedämmelement kann somit auf der Lichteintrittsseite eingesetzt werden. Das Wärmedämmelement erlaubt den Zutritt von Sonnenenergie zum PVT-Modul, welche nachfolgend zumindest teilweise in elektrische und zumindest teilweise in thermische Nutzenergie umgewandelt wird. Darüber hinaus vermindert das Wärmedämmelement die Wärmeverluste des im thermischen Solarkollektor strömenden Wärmeträgerfluides, sodass die thermische Energieausbeute erhöht sein kann. In some embodiments of the invention, the PVT module may include at least one optional first thermal insulation element that is transparent or translucent at least in a portion of the electromagnetic spectrum. The first thermal insulation element can thus be used on the light entry side. The thermal insulation element allows the access of solar energy to the PVT module, which is subsequently at least partially converted into electrical and at least partially useful thermal energy. In addition, the thermal insulation element reduces the heat losses of the heat transfer fluid flowing in the thermal solar collector, so that the thermal energy yield can be increased.

In einigen Ausführungsformen der Erfindung kann das erste Wärmedämmelement einen mehrschichtigen Aufbau aufweisen. In einigen Ausführungsformen der Erfindung kann dieser mehrschichtige Aufbau zumindest ein transparentes Flächenelement mit einer optionalen funktionalen Beschichtung aufweisen. Die funktionale Beschichtung kann ausgewählt sein aus einer absorbierenden Beschichtung und/oder einer entspiegelnden Beschichtung und/oder einer Filterschicht. In some embodiments of the invention, the first thermal insulation element may have a multilayer construction. In some embodiments of the invention, this multilayer construction may comprise at least one transparent sheet with an optional functional coating. The functional coating may be selected from an absorbent coating and / or an anti-reflective coating and / or a filter layer.

In anderen Ausführungsformen der Erfindung kann zwischen zumindest zwei transparenten oder transluzenten Flächenelementen ein optionales Gasvolumen eingeschlossen sein. Das Gasvolumen kann in einigen Ausführungsformen der Erfindung ein Schutzgas enthalten, beispielsweise ein Edelgas. In einigen Ausführungsformen der Erfindung kann das Edelgas Argon und/oder Krypton und/oder Xenon enthalten oder daraus bestehen. In anderen Ausführungsformen der Erfindung kann das Gasvolumen des Wärmedämmelementes einen geringeren Druck als den Umgebungsdruck aufweisen, um auf diese Weise eine Vakuumisolation zu realisieren. In other embodiments of the invention, an optional gas volume may be included between at least two transparent or translucent surface elements. The gas volume may, in some embodiments of the invention, include a shielding gas, for example a noble gas. In some embodiments of the invention, the noble gas may contain or consist of argon and / or krypton and / or xenon. In other embodiments of the invention, the gas volume of the thermal insulation element may have a lower pressure than the ambient pressure in order to realize in this way a vacuum insulation.

In einigen Ausführungsformen der Erfindung kann das erste Wärmedämmelement auf der Außenseite des PVT-Moduls angeordnet sein. In diesem Fall befindet sich sowohl die organische Solarzelle als auch der thermische Solarkollektor aus der Einstrahlrichtung des Lichtes gesehen hinter dem ersten Wärmedämmelement. In anderen Ausführungsformen der Erfindung kann das erste Wärmedämmelement zwischen der photovoltaischen Zelle und dem thermischen Solarkollektor angeordnet sein. Hierdurch kann die Ausbeute an elektrischer Energie erhöht sein, da die eintreffende Strahlung unmittelbar auf die organische Solarzelle fällt, ohne dass es zu einer Schwächung und/oder teilweisen Reflexion am ersten Wärmedämmelement kommt. Gleichwohl kann der thermische Solarkollektor durch das erste Wärmedämmelement thermisch gegen die Umgebung isoliert sein. In some embodiments of the invention, the first thermal insulation element may be disposed on the outside of the PVT module. In this case, both the organic solar cell and the solar thermal collector seen from the direction of the light is behind the first thermal insulation element. In other embodiments of the invention, the first thermal insulation element between the photovoltaic cell and the solar thermal collector may be arranged. As a result, the yield of electrical energy can be increased, since the incident radiation falls directly on the organic solar cell, without there being any weakening and / or partial reflection on the first thermal insulation element. Nevertheless, the thermal solar collector can be thermally insulated from the environment by the first thermal insulation element.

In einigen Ausführungsformen der Erfindung kann das PVT-Modul ein optionales zweites Wärmedämmelement aufweisen. Das zweite Wärmedämmelement kann in einigen Ausführungsformen ausgewählt sein aus einer Mineralwolle, einem Hartschaum oder einem Vakuumpaneel. Das zweite Wärmedämmelement kann in einigen Ausführungsformen der Erfindung in Einstrahlrichtung hinter dem thermischen Solarkollektor angeordnet sein. Die Oberfläche des zweiten Wärmedämmelementes kann reflektierend oder absorbierend ausgestaltet sein, sodass Strahlung, welche sowohl die photovoltaische Zelle als auch den thermischen Solarkollektor durchdrungen hat, zurückreflektiert wird, um auf diese Weise doch noch zur thermischen oder elektrischen Energienutzung beizutragen. In some embodiments of the invention, the PVT module may include an optional second thermal barrier element. The second thermal insulation element may in some embodiments be selected from a mineral wool, a rigid foam or a vacuum panel. In some embodiments of the invention, the second heat-insulating element can be arranged in the direction of irradiation behind the thermal solar collector. The surface of the second thermal insulation element may be designed to be reflective or absorbent, so that radiation which has penetrated both the photovoltaic cell and the solar thermal collector is reflected back, in order to contribute in this way still to the thermal or electrical energy use.

In einigen Ausführungsformen der Erfindung kann das PVT-Modul ein optionales Rahmenelement enthalten, welches das PVT-Modul zumindest teilweise umschließt. Durch das Rahmenelement kann das Eindringen von Feuchtigkeit oder Verschmutzung verhindert werden, sodass die Lebensdauer des PVT-Moduls erhöht wird. In einigen Ausführungsformen der Erfindung kann das Rahmenelement zur mechanischen Befestigung des PVT-Moduls verwendet werden, sodass dieses zuverlässig und einfach beispielsweise auf einer Dachfläche oder einer Fassade montiert werden kann. In some embodiments of the invention, the PVT module may include an optional frame member that at least partially encloses the PVT module. The frame element prevents moisture or dirt from entering, increasing the life of the PVT module. In some embodiments of the invention, the frame member may be used for mechanical attachment of the PVT module so that it can be reliably and easily mounted, for example, on a roof surface or facade.

In einigen Ausführungsformen der Erfindung kann das PVT-Modul zusätzlich eine organische Leuchtdiode und/oder zumindest eine Flächenbatterie enthalten. In diesem Fall erlaubt das PVT-Modul nicht nur die Erzeugung, sondern auch die Zwischenspeicherung von elektrischer Energie, sodass Bauraum in dem mit dem PVT-Modul ausgestatteten Gebäude eingespart werden kann. Sofern das PVT-Modul eine organische Leuchtdiode aufweist, kann das PVT-Modul als Fassadenelement eingesetzt werden, welches an seiner Außenseite Sonnenenergie zur thermischen und elektrischen Nutzung aufnimmt, in seinem mittleren Bereich eine Isolation für die Gebäudehülle bereitstellt und an seiner dem Innenraum des Gebäudes zugewandten Innenseite Licht abstrahlt, um auf diese Weise in den Nachtstunden den Innenraum zu beleuchten. Auch in diesem Fall kann das PVT-Modul vollständig oder überwiegend aus polymeren Werkstoffen gefertigt sein, sodass sich bei Temperaturwechsel keine oder nur geringe thermische Spannungen ausbilden, welche die Lebensdauer nachteilig beeinflussen könnten. In some embodiments of the invention, the PVT module may additionally include an organic light emitting diode and / or at least a surface battery. In this case, the PVT module allows not only the generation, but also the caching of electrical energy, so that space can be saved in the building equipped with the PVT module. If the PVT module has an organic light-emitting diode, the PVT module can be used as a facade element, which absorbs solar energy for its thermal and electrical use on its outside, provides insulation for the building envelope in its central area and faces the interior of the building Inside shines light to illuminate the interior in the night hours in this way. Also in this case, the PVT module can be made entirely or predominantly of polymeric materials, so that no or only small thermal tensions develop during temperature changes, which could adversely affect the service life.

In einigen Ausführungsformen der Erfindung kann das erfindungsgemäße PVT-Modul in einer Isolierverglasung integriert sein. Dies erlaubt die Herstellung von Fenstern oder Fassadenelementen mit an sich bekannten Herstellungsverfahren und auf bereits bestehenden Fertigungslinien, indem die erforderlichen zusätzlichen Elemente mit Flächengebilden aus Floatglas kombiniert und in bekannten Alurahmen verklebt werden. In some embodiments of the invention, the PVT module according to the invention may be integrated in an insulating glazing. This allows the production of windows or facade elements with per se known manufacturing processes and on existing production lines, by the required additional elements with fabrics be combined from float glass and glued in familiar aluminum frame.

In einigen Ausführungsformen der Erfindung kann das vorgeschlagene PVT-Modul als Fassadenelement, als Luftkollektor, zur solaren Trocknung oder zur Brauchwassererwärmung eingesetzt werden. Vorteilhaft kann der erzeugte Strom zum Antrieb einer Pumpe zur Förderung des erwärmten Brauchwassers eingesetzt werden. In anderen Ausführungsformen der Erfindung kann eine solare Trocknung mit elektrischer Energieversorgung kombiniert sein, wobei der erzeugte Strom für die Ventilation oder zum Wenden des Trockengutes eingesetzt werden kann. In some embodiments of the invention, the proposed PVT module can be used as a facade element, as an air collector, for solar drying or for domestic water heating. Advantageously, the power generated to drive a pump to promote the heated service water can be used. In other embodiments of the invention, a solar drying can be combined with electrical energy supply, wherein the generated power for the ventilation or for turning the dry material can be used.

Nachfolgend soll die Erfindung anhand von Figuren und Ausführungsbeispielen ohne Beschränkung des allgemeinen Erfindungsgedankens näher erläutert werden. Dabei zeigt: The invention will be explained in more detail with reference to figures and embodiments without limitation of the general inventive concept. Showing:

1 ein erfindungsgemäßes PVT-Modul in einer ersten Ausführungsform. 1 an inventive PVT module in a first embodiment.

2 zeigt eine zweite Ausführungsform des erfindungsgemäßen PVT-Moduls. 2 shows a second embodiment of the PVT module according to the invention.

3 zeigt eine dritte Ausführungsform des erfindungsgemäßen PVT-Moduls. 3 shows a third embodiment of the PVT module according to the invention.

4 zeigt eine vierte Ausführungsform des erfindungsgemäßen PVT-Moduls. 4 shows a fourth embodiment of the PVT module according to the invention.

5 zeigt eine fünfte Ausführungsform des erfindungsgemäßen PVT-Moduls. 5 shows a fifth embodiment of the PVT module according to the invention.

6 zeigt eine sechste Ausführungsform des erfindungsgemäßen PVT-Moduls. 6 shows a sixth embodiment of the PVT module according to the invention.

7 zeigt eine siebte Ausführungsform des erfindungsgemäßen PVT-Moduls. 7 shows a seventh embodiment of the PVT module according to the invention.

8 zeigt eine achte Ausführungsform des erfindungsgemäßen PVT-Moduls. 8th shows an eighth embodiment of the PVT module according to the invention.

9 zeigt eine neunte Ausführungsform des erfindungsgemäßen PVT-Moduls. 9 shows a ninth embodiment of the PVT module according to the invention.

10 zeigt eine zehnte Ausführungsform des erfindungsgemäßen PVT-Moduls. 10 shows a tenth embodiment of the PVT module according to the invention.

11 zeigt ein Ausführungsbeispiel eines ersten Wärmedämmelementes. 11 shows an embodiment of a first thermal insulation element.

12 zeigt ein Ausführungsbeispiel einer organischen Solarzelle. 12 shows an embodiment of an organic solar cell.

13 erläutert die Funktionsweise des erfindungsgemäßen PVT-Moduls. 13 explains the operation of the PVT module according to the invention.

14 zeigt ein Ausführungsbeispiel eines thermischen Solarkollektors in axonometrischer Darstellung. 14 shows an embodiment of a solar thermal collector in axonometric view.

15 zeigt zwei mögliche Betriebszustände des thermischen Solarkollektors gemäß 14. 15 shows two possible operating states of the solar thermal collector according to 14 ,

16 zeigt ein Anwendungsbeispiel des erfindungsgemäßen PVT-Moduls zur Brauchwassererwärmung. 16 shows an application example of the PVT module according to the invention for domestic water heating.

17 zeigt eine Isolierverglasung mit einem erfindungsgemäßen PVT-Modul. 17 shows an insulating glazing with a PVT module according to the invention.

1 zeigt eine erste Ausführungsform des erfindungsgemäßen PVT-Moduls. Das PVT-Modul gemäß 1 weist zumindest eine photovoltaische Zelle 10 und zumindest einen thermischen Solarkollektor 20 auf. 1 shows a first embodiment of the PVT module according to the invention. The PVT module according to 1 has at least one photovoltaic cell 10 and at least one thermal solar collector 20 on.

Die photovoltaische Zelle 10 weist eine erste Seite 101 und eine gegenüberliegende zweite Seite 102 auf. Auch der thermische Solarkollektor weist eine erste Seite 201 und eine zweite Seite 202 auf. Die erste Seite 201 des thermischen Solarkollektors 20 steht mit der zweiten Seite 102 der photovoltaischen Zelle in Kontakt. Diese Verbindungsstelle kann stoffschlüssig gefügt sein, beispielsweise durch Verklebung oder Verschweißung. In anderen Ausführungsformen der Erfindung kann die photovoltaische Zelle 10 und der Solarkollektor 20 lediglich formschlüssig aneinander liegen, um auf diese Weise den Wärmewiderstand zwischen beiden Bauteilen zu minimieren. Hierzu kann eine Einrichtung zur Erzeugung einer Andruckkraft vorhanden sein. The photovoltaic cell 10 has a first page 101 and an opposite second side 102 on. The thermal solar collector also has a first side 201 and a second page 202 on. The first page 201 of the solar thermal collector 20 stands with the second page 102 the photovoltaic cell in contact. This connection point can be joined cohesively, for example by gluing or welding. In other embodiments of the invention, the photovoltaic cell 10 and the solar collector 20 only form fit to each other, in order to minimize the thermal resistance between the two components in this way. For this purpose, a device for generating a pressure force can be present.

Sonnenlicht tritt über die erste Seite 101 der photovoltaischen Zelle 10 in das PVT-Modul 1 ein. Die photovoltaische Zelle absorbiert einen Teil der eintreffenden Strahlung. Beispielsweise kann die Bandlückenenergie der photovoltaischen Zelle 10 so gewählt sein, dass vergleichsweise kurzwellige Strahlung von der photovoltaischen Zelle 10 absorbiert wird und langwellige Strahlung, beispielsweise infrarote Strahlung, vom thermischen Solarkollektor 20 absorbiert wird. Sunlight comes over the first page 101 the photovoltaic cell 10 into the PVT module 1 one. The photovoltaic cell absorbs part of the incident radiation. For example, the bandgap energy of the photovoltaic cell 10 be chosen so that comparatively short-wave radiation from the photovoltaic cell 10 is absorbed and long-wave radiation, such as infrared radiation, from the solar thermal collector 20 is absorbed.

Die photovoltaische Zelle 10 weist in an sich bekannter Weise elektrische Anschlusskontakte auf, um den entstehenden elektrischen Strom abzuführen. Ebenso weist der thermische Solarkollektor 20 nicht dargestellte Fluidkanäle auf, in welchen ein Wärmeträgerfluid strömen kann, um auf diese Weise die entstehende Wärme abzuführen. Das Wärmeträgerfluid kann in einigen Ausführungsformen der Erfindung Wasser bzw. ein Wasser-Glykol-Gemisch sein. In anderen Ausführungsformen der Erfindung kann Luft als Wärmeträgerfluid verwendet werden. In wiederum anderen Ausführungsformen der Erfindung kann ein Thermoöl als Wärmeträger eingesetzt werden. The photovoltaic cell 10 has in a conventional manner on electrical connection contacts to dissipate the resulting electric current. The same applies to the thermal solar collector 20 Fluid channels, not shown, in which a heat transfer fluid can flow, in order to dissipate the resulting heat in this way. The heat transfer fluid may be water or a water-glycol mixture in some embodiments of the invention. In other embodiments of the invention, air may be used as the heat transfer fluid. In yet other embodiments of the invention a thermal oil can be used as a heat transfer medium.

Zumindest die erste Seite 201 des Solarkollektors 20 enthält ein Polymer, beispielsweise als Beschichtung oder als Decklage eines Wärmetauschers, welcher teilweise auch metallische Bauteile aufweist. Das Polymer kann Füllstoffe aufweisen, welche entweder die Absorption eintreffender Strahlung erhöhen und/oder die thermische Leitfähigkeit des Polymers verbessern. Als Füllstoffe können beispielsweise Ruß, Nigrosine, organische Farbstoffe, metallische Nanopartikel oder andere, an sich bekannte Füllstoffe eingesetzt werden. In einigen Ausführungsformen der Erfindung kann der thermische Solarkollektor 20 vollständig aus einem polymeren Werkstoff gefertigt sein. At least the first page 201 of the solar collector 20 contains a polymer, for example as a coating or as a cover layer of a heat exchanger, which partially also has metallic components. The polymer may have fillers which either increase the absorption of incoming radiation and / or improve the thermal conductivity of the polymer. As fillers, for example, carbon black, nigrosines, organic dyes, metallic nanoparticles or other known fillers can be used. In some embodiments of the invention, the thermal solar collector 20 completely made of a polymeric material.

Die photovoltaische Zelle 10 enthält erfindungsgemäß zumindest eine organische Solarzelle, welche ebenfalls im Wesentlichen aus polymeren Werkstoffen hergestellt ist. Diese Solarzellen weisen den Vorteil auf, dass diese auch bei höheren Temperaturen hinreichend hohe Erträge ermöglichen, sodass das Temperaturniveau des thermischen Solarkollektors 20 höher gewählt werden kann als bei bekannten PVT-Modulen mit Siliziumsolarzellen. Sollte bei kühler Witterung der Wirkungsgrad der organische Solarzelle 10 absinken, so kann der thermische Solarkollektor 20 in einigen Betriebszuständen des vorgeschlagenen PVT-Moduls auch dazu verwendet werden, die photovoltaische Zelle 10 auf ihre Betriebstemperatur zu erwärmen, wenn ein erwärmtes Wärmeträgerfluid dem thermischen Solarkollektor 20 zugeführt wird. The photovoltaic cell 10 contains according to the invention at least one organic solar cell, which is also made essentially of polymeric materials. These solar cells have the advantage that they allow sufficiently high yields even at higher temperatures, so that the temperature level of the solar thermal collector 20 can be selected higher than in known PVT modules with silicon solar cells. Should be in cooler weather, the efficiency of the organic solar cell 10 so can the thermal solar collector 20 in some operating states of the proposed PVT module also be used to the photovoltaic cell 10 to heat to their operating temperature when a heated heat transfer fluid to the solar thermal collector 20 is supplied.

Anhand der 2 wird eine zweite Ausführungsform des erfindungsgemäßen PVT-Moduls erläutert. Gleiche Bestandteile der Erfindung sind mit gleichen Bezugszeichen versehen, sodass sich die nachfolgende Beschreibung der zweiten bis zehnten Ausführungsform der Erfindung auf die wesentlichen Unterschiede beschränkt. Based on 2 a second embodiment of the PVT module according to the invention will be explained. Like components of the invention are given the same reference numbers, so that the following description of the second to tenth embodiments of the invention is limited to the essential differences.

Die zweite Ausführungsform zeichnet sich durch ein erstes Wärmedämmelement 00 aus, welches auf der ersten Seite 101 der photovoltaischen Zelle 10 aufgebracht ist. Das erste Wärmedämmelement 00 ist zumindest in einem Teilbereich des elektromagnetischen Spektrums transparent oder transluzent, sodass eintreffende elektromagnetische Strahlung weiterhin die photovoltaische Zelle 10 und den darunter liegenden thermischen Solarkollektor 20 erreichen kann. The second embodiment is characterized by a first thermal insulation element 00 out, which is on the first page 101 the photovoltaic cell 10 is applied. The first thermal insulation element 00 is transparent or translucent at least in a portion of the electromagnetic spectrum, so that incoming electromagnetic radiation continues to be the photovoltaic cell 10 and the underlying solar thermal collector 20 can reach.

Weiterhin weist die zweite Ausführungsform ein zweites Wärmedämmelement 30 auf, welches an der zweiten Seite 202 des thermischen Solarkollektors 20 angebracht ist. Das zweite Wärmedämmelement 30 kann beispielsweise einen Hartschaum, ein Vakuumpaneel, Vermiculit und/oder Mineralwolle enthalten oder daraus bestehen. Das erste Wärmedämmelement 00 und das zweite Wärmedämmelement 30 können mittels eines das PVT-Modul umschließenden Rahmens miteinander verschweißt oder verklebt sein, sodass diese das PVT-Modul vollständig gegen die Umgebung abdichten. Hierdurch kann das Eindringen von Verschmutzungen oder Feuchtigkeit verhindert werden, sodass die Lebensdauer des PVT-Moduls erhöht sein kann. Weiterhin sind die Wärmedämmelemente 00 und 30 dazu eingerichtet, Wärmeverluste, insbesondere des thermischen Solarkollektors 20, zu minimieren, sodass die thermische Energieausbeute des PVT-Moduls erhöht sein kann. Furthermore, the second embodiment has a second thermal insulation element 30 on, which on the second page 202 of the solar thermal collector 20 is appropriate. The second thermal insulation element 30 For example, it may contain or consist of a hard foam, a vacuum panel, vermiculite and / or mineral wool. The first thermal insulation element 00 and the second thermal insulation element 30 may be welded or glued together by means of a frame enclosing the PVT module so that they completely seal the PVT module from the environment. This can prevent the ingress of dirt or moisture, which can increase the life of the PVT module. Furthermore, the thermal insulation elements 00 and 30 adapted to heat losses, in particular of the thermal solar collector 20 to minimize, so that the thermal energy yield of the PVT module can be increased.

Anhand der 3 wird eine dritte Ausführungsform der Erfindung erläutert. Die dritte Ausführungsform unterscheidet sich von der zweiten Ausführungsform insbesondere dadurch, dass die erste Seite 201 des thermischen Solarkollektors 20 am ersten Wärmedämmelement 00 anliegt. Die zweite Seite 202 des thermischen Solarkollektors 20 ist auf der ersten Seite 101 der photovoltaischen Zellen 10 befestigt. An der zweiten Seite 102 der photovoltaischen Zelle 10 befindet sich das zweite Wärmedämmelement 30. Based on 3 A third embodiment of the invention will be explained. The third embodiment differs from the second embodiment in particular in that the first page 201 of the solar thermal collector 20 on the first thermal insulation element 00 is applied. The second page 202 of the solar thermal collector 20 is on the first page 101 the photovoltaic cells 10 attached. At the second page 102 the photovoltaic cell 10 is the second heat insulation element 30 ,

Eintreffende elektromagnetische Strahlung durchdringt somit zunächst den thermischen Solarkollektor 20. Strahlung, welche vom thermischen Solarkollektor 20 nicht absorbiert wurde, fällt danach auf die photovoltaische Zelle 10. Hierdurch kann die Ausbeute thermischer Energie vergrößert sein. Die Bandlückenenergie der photovoltaischen Zelle und damit deren Absorptionsspektrum kann an das Transmissionsverhalten des thermischen Solarkollektors 20 angepasst sein, um die Ausbeute elektrischer Energie zu erhöhen. Incoming electromagnetic radiation thus first penetrates the thermal solar collector 20 , Radiation coming from the solar thermal collector 20 was not absorbed, then falls on the photovoltaic cell 10 , As a result, the yield of thermal energy can be increased. The band gap energy of the photovoltaic cell and thus its absorption spectrum can be related to the transmission behavior of the solar thermal collector 20 be adapted to increase the yield of electrical energy.

Anhand der 4 wird eine vierte Ausführungsform der Erfindung erläutert. Die vierte Ausführungsform unterscheidet sich von den vorangegangenen Ausführungsformen darin, dass die photovoltaische Zelle 10 dem Sonnenlicht unmittelbar zugewandt ist. An der zweiten Seite 102 der photovoltaischen Zelle 10 befindet sich das erste Wärmedämmelement 00. Dieses grenzt an die erste Seite 201 des thermischen Solarkollektors 20. Unterhalb des thermischen Solarkollektors 20 befindet sich das zweite Wärmedämmelement 30. Diese Ausführungsform weist den Vorteil auf, dass das Transmissionsverhalten des ersten Wärmedämmelementes 00 die photovoltaische Zelle nicht weiter beeinträchtigt. Hierdurch kann die Ausbeute elektrischer Energie erhöht sein. Gleichwohl ist der thermische Solarkollektor 20 gegenüber der Umgebung thermisch isoliert, um Wärmeverluste zu vermeiden. Based on 4 a fourth embodiment of the invention will be explained. The fourth embodiment differs from the previous embodiments in that the photovoltaic cell 10 directly facing the sunlight. At the second page 102 the photovoltaic cell 10 is the first thermal insulation element 00 , This borders on the first page 201 of the solar thermal collector 20 , Below the solar thermal collector 20 is the second heat insulation element 30 , This embodiment has the advantage that the transmission behavior of the first thermal insulation element 00 the photovoltaic cell is not affected further. As a result, the yield of electrical energy can be increased. Nevertheless, the thermal solar collector 20 Thermally isolated from the environment to prevent heat loss.

In 5 ist eine fünfte Ausführungsform der Erfindung dargestellt. Die fünfte Ausführungsform der Erfindung ist der zweiten Ausführungsform der Erfindung gemäß 2 ähnlich. Zusätzlich weist die fünfte Ausführungsform der Erfindung jedoch eine Flächenbatterie 60 sowie eine organische Leuchtdiode 50 auf. Die Flächenbatterie 60 kann eine an sich bekannte wiederaufladbare Batterie sein, beispielsweise eine Blei-Gel-Batterie, eine Lithium-Ionen-Batterie, eine Nickel-Metallhydrid-Batterie oder auch ein Kondensator, beispielsweise auf der Basis von Kohlenstoffnanoröhrchen. Durch die Integration des Energiespeichers kann elektrische Energie unmittelbar am Ort ihrer Erzeugung gespeichert werden, sodass Bauraum innerhalb des Gebäudes eingespart werden kann und elektrische Verluste durch lange Leitungslängen minimiert oder vermieden werden. In 5 a fifth embodiment of the invention is shown. The fifth embodiment of the invention is according to the second embodiment of the invention 2 similar. In addition, however, the fifth embodiment of the invention has a surface battery 60 and an organic light emitting diode 50 on. The surface battery 60 may be a per se known rechargeable battery, such as a lead-gel battery, a lithium-ion battery, a nickel-metal hydride battery or a capacitor, for example based on carbon nanotubes. Through the integration of the energy storage, electrical energy can be stored directly at the place of their generation, so that space can be saved within the building and electrical losses are minimized or avoided by long line lengths.

Die elektrische Energie kann in einer optionalen organischen Leuchtdiode 50 umgesetzt werden, welche beispielsweise zur Raumbeleuchtung eingesetzt werden kann. Die Leuchtdiode 50 stellt eine flächige Lichtquelle dar, welche eine blendfreie Allgemeinbeleuchtung ermöglichen kann. Die fünfte Ausführungsform kann beispielsweise als Fassadenelement eingesetzt werden. In diesem Fall bildet die erste Seite 001 des ersten Wärmedämmelementes 00 die Außenseite der Fassade und die zweite Seite 502 der organischen Leuchtdiode 50 die Innenseite der Fassade, welche den Innenraum des Gebäudes begrenzt. Somit kann Sonnenenergie an der Fassade aufgenommen und in Strom und Wärme gewandelt werden, während auf der Innenseite in den dunklen Abendstunden Licht in das Gebäudeinnere abgegeben werden kann. Das Fassadenelement gemäß 5 kann in ein Tragwerk eines Gebäudes eingebaut werden, welches beispielsweise aus Holz oder in Massivsbauweise errichtet werden kann. The electrical energy can be in an optional organic light emitting diode 50 be converted, which can be used for example for room lighting. The light-emitting diode 50 represents a flat light source, which can allow glare-free general lighting. The fifth embodiment can be used, for example, as a facade element. In this case, the first page forms 001 of the first thermal insulation element 00 the outside of the facade and the second side 502 the organic light emitting diode 50 the inside of the facade, which limits the interior of the building. Thus, solar energy can be absorbed on the facade and converted into electricity and heat, while on the inside in the dark evening light can be emitted into the building interior. The facade element according to 5 Can be installed in a structure of a building, which can be built, for example, made of wood or in solid construction.

Anhand von 6 wird eine sechste Ausführungsform der Erfindung erläutert. Die sechste Ausführungsform weist eine außenliegende photovoltaische Zelle 10 auf, wie bereits in Zusammenhang mit der vierten Ausführungsform erläutert. Diese grenzt an einen thermischen Solarkollektor 20 an, welcher von einem ersten Wärmedämmelement 00 und einem zweiten Wärmedämmelement 30 eingeschlossen ist. Based on 6 a sixth embodiment of the invention will be explained. The sixth embodiment has an external photovoltaic cell 10 as already explained in connection with the fourth embodiment. This borders on a thermal solar collector 20 on, which of a first thermal insulation element 00 and a second thermal insulation element 30 is included.

Von der vierten Ausführungsform unterscheidet sich die sechste Ausführungsform durch eine Leuchtdiode 50 und einen optionalen Energiespeicher 60, wie vorstehend anhand der fünften Ausführungsform beschrieben. Insofern kombiniert die sechste Ausführungsform der Erfindung die Vorteile der fünften und der vierten Ausführungsform. From the fourth embodiment, the sixth embodiment differs by a light emitting diode 50 and an optional energy storage 60 as described above with reference to the fifth embodiment. As such, the sixth embodiment of the invention combines the advantages of the fifth and fourth embodiments.

7 zeigt den Querschnitt durch eine siebte Ausführungsform der Erfindung. Diese weist eine organische Leuchtdiode 50 auf, welche auf der Lichteintrittsfläche einer photovoltaischen Zelle angebracht ist. Die gegenüberliegende zweite Seite der photovoltaischen Zelle 10 trägt einen thermischen Solarkollektor 20. Dieser ist wiederum auf einem elektrischen Energiespeicher 60 angeordnet. Auch die siebte Ausführungsform erlaubt es, Wärme und elektrische Energie zu erzeugen und die elektrische Energie unmittelbar im PVT-Modul zu speichern. Während der Nachtstunden kann mit der gespeicherten elektrischen Energie die organische Leuchtdiode 50 betrieben werden, um auf diese Weise die Außenfassade des Gebäudes zu beleuchten. Die Emissionswellenlänge bzw. das Absorptionsverhalten der organischen Leuchtdiode 50 einerseits und der photovoltaischen Zelle 10 andererseits sind dabei so gewählt, dass die von der photovoltaischen Zelle 10 absorbierte Strahlung die organische Leuchtdiode 50 durchdringen kann. Dies ist durch entsprechende Wahl der für die Solarzelle und die Leuchtdiode verwendeten Materialien möglich. 7 shows the cross section through a seventh embodiment of the invention. This has an organic light emitting diode 50 which is mounted on the light entry surface of a photovoltaic cell. The opposite second side of the photovoltaic cell 10 carries a thermal solar collector 20 , This in turn is on an electrical energy storage 60 arranged. The seventh embodiment also makes it possible to generate heat and electrical energy and to store the electrical energy directly in the PVT module. During the night hours can with the stored electrical energy, the organic light emitting diode 50 operated to illuminate the exterior of the building in this way. The emission wavelength or the absorption behavior of the organic light-emitting diode 50 on the one hand and the photovoltaic cell 10 On the other hand, are chosen so that the of the photovoltaic cell 10 absorbed radiation, the organic light emitting diode 50 can penetrate. This is possible by appropriate choice of the materials used for the solar cell and the LED.

Die achte Ausführungsform gemäß 8 unterscheidet sich von der siebten Ausführungsform dadurch, dass die photovoltaische Zelle 10 auf der Außenseite der Fassade angeordnet ist und die organische Leuchtdiode 50 zwischen der photovoltaischen Zelle 10 und dem thermischen Solarkollektor 20 angeordnet ist. In diesem Fall kann die Ausbeute an elektrischer Energie erhöht sein, da eine Schwächung eintreffender Strahlung durch die organische Leuchtdiode vermieden wird. The eighth embodiment according to 8th differs from the seventh embodiment in that the photovoltaic cell 10 is arranged on the outside of the facade and the organic light emitting diode 50 between the photovoltaic cell 10 and the solar thermal collector 20 is arranged. In this case, the yield of electrical energy can be increased because attenuation of incoming radiation by the organic light emitting diode is avoided.

Die neunte Ausführungsform gemäß 9 unterscheidet sich von der siebten Ausführungsform dadurch, dass zwischen dem Energiespeicher 60 und dem thermischen Solarkollektor 20 ein optionales zweites Wärmedämmelement 30 angeordnet ist. Das Wärmedämmelement 30 kann den Wirkungsgrad des Energiespeichers 60 erhöhen, da dieser mit geringerer Temperatur betrieben werden kann. Gleichzeitig kann die Ausbeute thermische Energie erhöht sein, da Wärmeverluste reduziert werden. The ninth embodiment according to 9 differs from the seventh embodiment in that between the energy storage 60 and the solar thermal collector 20 an optional second thermal insulation element 30 is arranged. The thermal insulation element 30 can increase the efficiency of the energy storage 60 increase, since it can be operated at a lower temperature. At the same time, the yield of thermal energy can be increased since heat losses are reduced.

Die zehnte Ausführungsform der Erfindung gemäß 10 unterscheidet sich von der achten Ausführungsform ebenfalls dadurch, dass ein optionales Wärmedämmelement 30 vorhanden ist. Insoweit kombiniert die zehnte Ausführungsform die Vorteile der achten und der neunten Ausführungsform der Erfindung. The tenth embodiment of the invention according to 10 differs from the eighth embodiment also in that an optional thermal insulation element 30 is available. In that regard, the tenth embodiment combines the advantages of the eighth and ninth embodiments of the invention.

11 zeigt beispielhaft eine Ausführungsform eines ersten Wärmedämmelementes 00. Das Wärmedämmelement weist zumindest ein transparentes Flächenelement 01 auf. Das transparente Flächenelement kann beispielsweise ein Glas enthalten oder einen polymeren Werkstoff wie Polycarbonat oder Polymethylmetacrylat. Das transparente Flächenelement schließt das erste Wärmedämmelement 00 nach außen ab und verhindert das Eindringen von Feuchtigkeit und Verschmutzung. Die der Außenseite des PVT-Moduls zugewandte erste Seite 011 des Flächenelementes 01 kann hierzu mit einer reflexionsmindernden und/oder verschmutzungsmindernden bzw. selbstreinigenden Beschichtung versehen sein. Die gegenüberliegende zweite Seite 012 des Flächenelementes 01 kann mit einer optionalen funktionalen Beschichtung 03 versehen sein. Die funktionale Beschichtung kann die Abstrahlung von Wärmestrahlung reduzieren und beispielsweise ein Metall enthalten oder daraus bestehen oder ein Oxid, insbesondere ein transparentes leitfähiges Oxid. Hierdurch können Wärmeverluste durch unerwünschte Abstrahlung infraroter Strahlung verringert werden. 11 shows an example of an embodiment of a first thermal insulation element 00 , The thermal insulation element has at least one transparent surface element 01 on. The transparent surface element may for example contain a glass or a polymeric material such as polycarbonate or polymethyl methacrylate. The transparent surface element closes the first thermal insulation element 00 outward and prevents that Ingress of moisture and dirt. The first side facing the outside of the PVT module 011 of the surface element 01 can be provided for this purpose with a reflection-reducing and / or pollution-reducing or self-cleaning coating. The opposite second side 012 of the surface element 01 Can with an optional functional coating 03 be provided. The functional coating can reduce the radiation of heat radiation and, for example, contain or consist of a metal or an oxide, in particular a transparent conductive oxide. As a result, heat losses can be reduced by unwanted radiation of infrared radiation.

Um zusätzlich konvektive Wärmeverluste zu reduzieren, kann ein isolierendes Gasvolumen 02 vorhanden sein. Das Gasvolumen 02 wird durch ein weiteres, nicht dargestelltes transparentes Flächenelement oder durch die erste Seite 101 der photovoltaischen Zelle 10 oder die erste Seite 201 des thermischen Solarkollektors 20 begrenzt. Das Gasvolumen 02 kann beispielsweise ein Edelgas enthalten. In anderen Ausführungsformen der Erfindung kann das Gasvolumen 02 einen gegenüber dem Umgebungsdruck reduzierten Druck aufweisen, um auf diese Weise eine Vakuumisolation zu realisieren. In order to additionally reduce convective heat losses, an insulating gas volume can be used 02 to be available. The gas volume 02 is by another, not shown, transparent surface element or by the first page 101 the photovoltaic cell 10 or the first page 201 of the solar thermal collector 20 limited. The gas volume 02 may for example contain a noble gas. In other embodiments of the invention, the gas volume 02 have a relation to the ambient pressure reduced pressure to realize in this way a vacuum insulation.

Die mechanische Stabilität des ersten Wärmedämmelementes kann durch optionale Stege bzw. Aussteifungen 04 vergrößert werden. Diese können ebenfalls aus einem polymeren Werkstoff bestehen, welcher einen vergleichsweise großen thermischen Widerstand aufweist. The mechanical stability of the first thermal insulation element can be achieved by optional webs or stiffeners 04 be enlarged. These may likewise consist of a polymeric material which has a comparatively high thermal resistance.

Anhand von 12 wird beispielhaft eine organische Solarzelle erläutert, welche mit der vorliegenden Erfindung verwendbar ist. Die organische Solarzelle 12 weist eine Mehrzahl von Schichten auf, welche in an sich bekannter Weise aus organischen Materialien, beispielsweise Kunststoffen, gefertigt werden können. Die erste Schicht 11, deren Außenseite die erste Seite 101 der photovoltaischen Zelle 10 bildet, enthält eine Barriereschicht mit einer Trägerfolie, sodass das Eindringen von Feuchte reduziert oder vermindert ist. Die Barriereschicht kann beispielsweise SiO₂ oder Zink/Zinn oder andere, an sich bekannte Zusammensetzungen aufweisen. Based on 12 For example, an organic solar cell usable with the present invention will be explained. The organic solar cell 12 has a plurality of layers, which can be made in a conventional manner from organic materials, such as plastics. The first shift 11 whose outside is the first page 101 the photovoltaic cell 10 forms, contains a barrier layer with a carrier film, so that the ingress of moisture is reduced or reduced. The barrier layer may / other, for example, comprise SiO ₂ or zinc or tin in known compositions.

Unterhalb der Barriereschicht 11 befindet sich die erste Elektrode 12, welche als transparenter Vorderseitenkontakt beispielsweise eine dünne Metallschicht enthält oder als strukturierter Fingerkontakt ausgebildet ist oder aus transparenten, leitfähigen Oxiden hergestellt ist. Below the barrier layer 11 is the first electrode 12 which contains as transparent front side contact, for example, a thin metal layer or is designed as a structured finger contact or is made of transparent, conductive oxides.

Unter der ersten Elektrode 12 befindet sich eine erste Pufferschicht 13. Darauf folgt eine fotoaktive Schicht 14 und eine zweite Pufferschicht 15. Die Zusammensetzung dieser Materialien bestimmt die Bandlückenenergie der photovoltaischen Zelle und damit denjenigen Wellenlängenbereich, in welchem die photovoltaische Zelle transparent ist, sodass Licht auf darunterliegende Bauelemente fallen kann. Under the first electrode 12 there is a first buffer layer 13 , This is followed by a photoactive layer 14 and a second buffer layer 15 , The composition of these materials determines the bandgap energy of the photovoltaic cell, and thus the wavelength range in which the photovoltaic cell is transparent, so that light can fall on underlying devices.

Unterhalb der zweiten Pufferschicht befindet sich die zweite Elektrode 16, welche als Rückseitenkontakt entweder transparent oder opak ausgebildet sein kann. Unterhalb der zweiten Elektrode 16 bildet schließlich eine zweite Barriereschicht mit Trägerfolie 17 den Abschluss der photovoltaischen Zelle. Below the second buffer layer is the second electrode 16 , which can be formed as back contact either transparent or opaque. Below the second electrode 16 Finally forms a second barrier layer with carrier film 17 the completion of the photovoltaic cell.

Anhand von 13 wird die prinzipielle Funktionsweise der Erfindung erläutert. Dargestellt ist eine photovoltaische Zelle 10, welche mittelbar oder unmittelbar auf einem thermischen Solarkollektor 20 befestigt ist. Der thermische Solarkollektor 20 weist eine Mehrzahl von Fluidkanälen 205 auf, welche beispielsweise durch Wasser, Luft oder Öl durchströmt werden und hierdurch die entstehende Wärme als Nutzwärme abführen. Based on 13 the basic operation of the invention will be explained. Shown is a photovoltaic cell 10 , which directly or indirectly on a solar thermal collector 20 is attached. The thermal solar collector 20 has a plurality of fluid channels 205 on, which are traversed for example by water, air or oil and thereby dissipate the heat generated as useful heat.

Bei Betrieb des PVT-Moduls fällt langwellige elektromagnetische Strahlung 72 und kurzwellige elektromagnetische Strahlung 71 auf die erste Seite 101 der photovoltaischen Zelle 10. Die kurzwellige Strahlung, welche oberhalb der Bandlückenenergie liegt, wird von der photovoltaischen Zelle 10 absorbiert und in elektrische Energie gewandelt. Die langwellige Strahlung 72 kann die photovoltaische Zelle 10 durchdringen und wird von der Absorptionsfläche 201 des thermischen Solarkollektors 20 absorbiert. Die hierbei entstehende Wärme wird durch das Wärmeträgerfluid in den Fluidkanälen 205 abgeführt. Operation of the PVT module causes long-wave electromagnetic radiation 72 and shortwave electromagnetic radiation 71 on the first page 101 the photovoltaic cell 10 , The shortwave radiation, which is above the bandgap energy, is from the photovoltaic cell 10 absorbed and converted into electrical energy. The long-wave radiation 72 can the photovoltaic cell 10 penetrate and gets off the absorption surface 201 of the solar thermal collector 20 absorbed. The resulting heat is through the heat transfer fluid in the fluid channels 205 dissipated.

14 zeigt ein Ausführungsbeispiel eines thermischen Solarkollektors 20. Dieser weist Fluidkanäle 205 auf, welche in drei übereinanderliegenden Ebenen angeordnet sind. Hierdurch können unterschiedliche Wärmeträgerfluide im thermischen Solarkollektor zirkuliert werden, um auf diese Weise unterschiedliche Betriebszustände zu realisieren. 14 shows an embodiment of a solar thermal collector 20 , This has fluid channels 205 on, which are arranged in three superimposed planes. As a result, different heat transfer fluids can be circulated in the solar thermal collector in order to realize different operating states in this way.

Anhand von 15 werden zwei unterschiedliche Betriebszustände des thermischen Solarkollektors gemäß 14 erläutert. Im linken Bildteil ist ein Betriebszustand dargestellt, bei welchem ein Wärmeträgerfluid in den äußeren Fluidkanälen 205a und 205c zirkuliert. Der Umlauf kann thermosyphonisch aufgrund der Dichteunterschiede zwischen kühlem und erwärmtem Fluid erfolgen. Das Wärmeträgerfluid kann beispielsweise Wasser, ein Wasser-Glykol-Gemisch oder ein Thermoöl sein oder ein solches enthalten. Bei thermosyphonischem Umlauf des Wärmeträgerfluides in den Fluidkanälen 205a und 205c kann der thermische Solarkollektor 20 als passives Bauteil eingesetzt werden, welches eingestrahlte Wärme von außen nach innen transportiert. Based on 15 become two different operating states of the solar thermal collector according to 14 explained. In the left part of an operating state is shown, in which a heat transfer fluid in the outer fluid channels 205a and 205c circulated. The circulation can be thermosiphonically due to the density differences between the cool and heated fluid. The heat transfer fluid may be, for example, water or a water-glycol mixture or a thermal oil or contain such. In thermosyphonic circulation of the heat transfer fluid in the fluid channels 205a and 205c can the thermal solar collector 20 be used as a passive component, which transports radiated heat from outside to inside.

Die mittleren Fluidkanäle 205b können an Versorgungsleitungen 206b und 207b für Heiß- oder Kaltwasser angeschlossen werden. Auf diese Weise kann Brauchwasser erwärmt werden und/oder der Wärmeeintrag in das Gebäude durch Beeinflussung des thermosyphonischen Umlaufs geregelt werden. The middle fluid channels 205b can connect to supply lines 206b and 207b be connected for hot or cold water. In this way, service water can be heated and / or the heat input into the building can be regulated by influencing the thermosyphon circulation.

Der rechte Bildteil der 15 zeigt eine alternative Verwendung des thermischen Solarkollektors 20. Hierbei ist ein Brauchwasserkreislauf unmittelbar an den Vorlauf 206a und den Rücklauf 207c angeschlossen, welche jeweils in die Fluidkanäle 205a und 205c münden. Beispielsweise kann hierzu Kaltwasser durch die Innenseite fließen und hierbei Wärme aus dem Gebäude aufnehmen. Das auf diese Weise vorgewärmte Brauchwasser kann an der Außenseite durch Solarenergie weiter erwärmt werden und schließlich als erwärmtes Brauchwasser Verwendung finden oder als Wärmeträgermedium, beispielsweise für Prozesswärme. Hierdurch wird die Kombination einer Gebäudekühlung mit einer Brauchwassererwärmung ermöglicht. The right part of the picture 15 shows an alternative use of the solar thermal collector 20 , Here is a hot water circuit directly to the flow 206a and the return 207c connected, each into the fluid channels 205a and 205c lead. For example, cold water can flow through the inside and absorb heat from the building. The preheated in this way hot water can be further heated on the outside by solar energy and finally used as heated service water or as heat transfer medium, for example, process heat. This allows the combination of a building cooling with a domestic water heating.

16 erläutert die Verwendung des erfindungsgemäßen PVT-Moduls zur Brauchwassererwärmung. Hierzu kann der thermische Solarkollektor 20 optional zugleich als Brauchwasserspeicher verwendet werden. Bei Erwärmung verringert sich die Dichte des der Wärmequelle zugewandten Wassers. Dadurch sinkt das kühlere Wasser an der der Wärmequelle abgewandten Rückseite herunter und verdrängt das Wasser im Absorber. Somit wird durch natürliche Konvektion ein Umlauf in dem als Speicher verwendeten thermischen Solarkollektor ermöglicht. Eine Pumpe mit beispielsweise elektrischem Antrieb ist daher nur noch während der kurzen Zeitspanne einer Warmwasserentnahme notwendig. Eine solche Pumpe kann vorteilhaft mit dem durch das PVT-Modul erzeugten Strom betrieben werden. Sofern das PVT-Modul gleichzeitig einen elektrischen Energiespeicher integriert, wie vorstehend beschrieben, kann eine Warmwasserentnahme auch nach Sonnenuntergang erfolgen. 16 explains the use of PVT module according to the invention for domestic water heating. For this purpose, the thermal solar collector 20 optionally also used as a water heater. When heated reduces the density of the heat source facing water. As a result, the cooler water sinks down on the rear side facing away from the heat source and displaces the water in the absorber. Thus, natural convection allows circulation in the thermal solar collector used as a storage. A pump with, for example, electric drive is therefore only necessary during the short period of hot water withdrawal. Such a pump can advantageously be operated with the power generated by the PVT module. If the PVT module simultaneously integrates an electrical energy store, as described above, hot water extraction can also take place after sunset.

17 erläutert eine Isolierverglasung 9, welche das erfindungsgemäße PVT-Modul integriert. Hierzu enthält die Isolierverglasung 9 eine erste Scheibe 91 und eine zweite Scheibe 92, welche ein Gasvolumen 95 mittels eines an sich bekannten und nicht dargestellten Randverbundes einschließen. 17 explains an insulating glazing 9 which integrates the PVT module according to the invention. For this purpose contains the insulating glazing 9 a first disc 91 and a second disc 92 , which is a gas volume 95 include by means of a per se known and not shown edge bond.

Zusätzlich befindet sich im Scheibenzwischenraum eine photovoltaische Zelle 10. Auf der Außenseite der zweiten Scheibe 92 kann der thermische Solarkollektor 20 angeordnet sein. Dieser wird somit durch diejenige Lichtstrahlung erwärmt, welche die erste Scheibe 91, die zweite Scheibe 92 und die photovoltaische Zelle 10 durchdrungen hat. In addition, there is a photovoltaic cell in the space between the panes 10 , On the outside of the second disc 92 can the thermal solar collector 20 be arranged. This is thus heated by the light radiation, which is the first disc 91 , the second disc 92 and the photovoltaic cell 10 has penetrated.

Die Isolierverglasung 9 kann beispielsweise als Fassadenelement Verwendung finden und lässt sich in einfacher Weise auf vorhandenen Fertigungslinien und mit bekannten Verfahren der Isolierglasherstellung fertigen. The insulating glazing 9 For example, it can be used as a façade element and can be manufactured in a simple manner on existing production lines and with known methods of insulating glass production.

Selbstverständlich ist die Erfindung nicht auf die dargestellten Ausführungsformen beschränkt. Die vorstehende Beschreibung ist daher nicht als beschränkend, sondern als erläuternd anzusehen. Die nachfolgenden Ansprüche sind so zu verstehen, dass ein genanntes Merkmal in zumindest einer Aus-führungsform der Erfindung vorhanden ist. Dies schließt die Anwesenheit weiterer Merkmale nicht aus. Sofern die Ansprüche und die vorstehende Beschreibung „erste“ und „zweite“ Aus-führungsformen definieren, so dient diese Bezeichnung der Unterscheidung zweier gleichartiger Ausführungsformen, ohne eine Rangfolge festzulegen. Of course, the invention is not limited to the illustrated embodiments. The above description is therefore not to be considered as limiting, but as illustrative. The following claims are to be understood that a named feature is present in at least one embodiment of the invention. This does not exclude the presence of further features. Where the claims and the foregoing description define "first" and "second" embodiments, this term is used to distinguish two similar embodiments without prioritizing them.

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION

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Zitierte Nicht-PatentliteraturCited non-patent literature

Final report "PVTmax photovoltaic-thermal collector systems with maximized total yield", funded by the German Federal Environmental Foundation, grant number 28569 [0002]

Claims

PVT module ( 1 ) with at least one photovoltaic cell ( 10 ) and at least one thermal solar collector ( 20 ), wherein the photovoltaic cell ( 10 ) and the thermal solar collector ( 20 ) are in contact with each other at least in a partial area, characterized in that the photovoltaic cell ( 10 ) is or contains an organic solar cell.

PVT module according to claim 1, characterized in that at least the partial area ( 120 ) of the solar thermal collector ( 20 ) contains or consists of a polymer or that the thermal solar collector ( 20 ) consists of a polymer.

PVT module according to claim 1 or 2, characterized in that the photovoltaic cell ( 10 ) is enclosed on at least one side by a barrier layer and / or a carrier foil.

PVT module according to one of claims 1 to 3, further comprising at least a first thermal insulation element ( 00 ), which is transparent or translucent at least in a portion of the electromagnetic spectrum.

PVT module according to claim 4, characterized in that the first thermal insulation element ( 00 ) at least one transparent surface element ( 01 ) with an optional functional coating ( 03 ) and / or an optional gas volume ( 02 ) contains.

PVT module according to one of claims 4 or 5, characterized in that the first thermal insulation element ( 00 ) is arranged on the outside of the PVT module or that the first thermal insulation element ( 00 ) between the photovoltaic cell ( 10 ) and the thermal solar collector ( 20 ) is arranged.

PVT module according to one of claims 1 to 6, further comprising at least one frame element ( 40 ), which contains the PVT module ( 1 ) at least partially encloses.

PVT module according to one of claims 1 to 7, further comprising at least a second thermal insulation element ( 30 ), which on a second side ( 202 ) of the solar thermal collector ( 20 ) is arranged.

PVT module according to one of claims 1 to 8, further comprising at least one organic light emitting diode ( 50 ) and / or at least one surface battery ( 60 )

Insulating glazing ( 9 ) with a PVT module ( 1 ) according to one of claims 1 to 9.

Use of a PVT module according to one of claims 1 to 9 as a façade element and / or as an air collector and / or for solar drying and / or for heating process water.