(57)【要約】  本発明はハイブリッドコレクタソーラーシステム（１１）の作動方法に関し、この方法では、バッファアキュムレータ（２１）内に存在する熱伝達剤（２５）がポンプ（２３）を介してハイブリッドコレクタの熱ソーラーコレクタ（１７）の中に入り、それにより熱伝達剤（２５）が加熱され、ポンプ（２３）は供給ライン（１９）の中に接続され、この供給ライン（１９）はバッファアキュムレータ（２１）を熱ソーラーコレクタ（１７）に接続する。ソーラーシステム（１１）は熱伝達剤（２５）で部分的に充填されており、それにより、ソーラーシステム（１１）の一部は充填されておらず、その結果、熱伝達剤（２５）はその温度に依存して、供給ライン（１９）を介して熱ソーラーコレクタ（１７）とバッファアキュムレータ（２１）との間を行き来し、それにより振動する作動方法が実現される。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ハイブリッドコレクタソーラーシステム（１１）を作動させる方法であって、バッファアキュムレータ（２１）内に存在する熱伝達剤（２５）がポンプ（２３）を介してハイブリッドコレクタの熱ソーラーコレクタ（１７）の中に入り、それにより前記熱伝達剤（２５）が加熱され、前記ポンプ（２３）は供給ライン（１９）の中に接続され、前記供給ライン（１９）は前記バッファアキュムレータ（２１）を前記熱ソーラーコレクタ（１７）に接続し、
前記ソーラーシステム（１１）は前記熱伝達剤（２５）で部分的に充填されており、それにより、前記ソーラーシステム（１１）の一部は充填されておらず、その結果、前記熱伝達剤（２５）は前記熱伝達剤（２５）の温度に依存して、前記供給ライン（１９）を介して前記熱ソーラーコレクタ（１７）と前記バッファアキュムレータ（２１）との間を行き来し、それにより振動する作動方法が実現されることを特徴とする、方法。
【請求項２】
前記熱伝達剤（２５）は、第１の作動状態において、基本的に前記バッファアキュムレータ（２１）内に位置し、第２の作動状態において、基本的に前記熱ソーラーコレクタ（１７）内に位置していることを特徴とする、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記熱伝達剤（２５）は、前記供給ライン（１９）を介して前記ポンプ（２３）を用いてポンプ圧送されて前記第１の作動状態から前記第２の作動状態になることを特徴とする、請求項２に記載の方法。
【請求項４】
前記熱伝達剤（２５）は、前記供給ライン（１９）を介して前記熱ソーラーコレクタ（１７）を空にすることにより、前記第２の作動状態から前記第１の作動状態に移送されることを特徴とする、請求項２または３に記載の方法。
【請求項５】
前記熱伝達剤（２５）はその温度に依存して、前記供給ライン（１９）を介して前記熱ソーラーコレクタ（１７）にポンプ圧送されるか、または、前記供給ライン（１９）を介して前記バッファアキュムレータ（２１）に移送されることを特徴とする、請求項１から４のいずれか一項に記載の方法。
【請求項６】
前記ポンプ（２３）は、前記第１の作動状態および前記第２の作動状態とは無関係に、前記熱伝達剤（２５）と接触していることを特徴とする、請求項２から５のいずれか一項に記載の方法。
【請求項７】
前記熱伝達剤（２５）は、前記ポンプ（２３）をバイパスするバイパスライン（２７）を介して、前記熱ソーラーコレクタ（１７）から前記バッファアキュムレータ（２１）に移送されることを特徴とする、請求項１から６のいずれか一項に記載の方法。
【請求項８】
前記熱伝達剤（２５）は、前記供給ライン（１９）を介して前記熱ソーラーコレクタ（１７）と前記バッファアキュムレータ（２１）との間を振動して行き来するので、前記方法には、前記熱伝達剤（２５）の循環移動が存在しないことを特徴とする、請求項１から７のいずれか一項に記載の方法。
【請求項９】
前記ハイブリッドコレクタソーラーシステム（１１）は圧力がかからない状態で作動することを特徴とする、請求項１から８のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１０】
前記第２の作動状態において、熱伝達剤（２５）の残りの体積が前記バッファアキュムレータ（２１）内に残っていることを特徴とする、請求項１から９のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１１】
請求項１から１０のいずれか一項に記載の方法を実行するためのハイブリッドコレクタソーラーシステム（１１）であって、
熱ソーラーコレクタ（１７）と、
光起電力モジュール（１５）であって、前記光起電力モジュール（１５）は前記熱ソーラーコレクタ（１７）上に配置され、前記光起電力モジュール（１５）および前記熱ソーラーコレクタ（１７）が共にハイブリッドコレクタ（１３）を形成する、光起電力モジュール（１５）と、
前記ソーラーシステム（１１）の中に充填された熱伝達剤（２５）と、
供給ライン（１９）を介して前記ハイブリッドコレクタ（１３）と流体接続されたバッファアキュムレータ（２１）と、
前記供給ライン（１９）の中に接続されたポンプ（２３）と、を備えるハイブリッドコレクタソーラーシステム（１１）であって、
前記熱伝達剤（２５）に対する前記ソーラーシステム（１１）の容積容量が、前記ソーラーシステム（１１）の中に充填される前記熱伝達剤（２５）の体積の少なくとも２倍であることを特徴とする、ハイブリッドコレクタソーラーシステム（１１）。
【請求項１２】
前記熱伝達剤（２５）が存在しない前記ソーラーシステム（１１）の容積が空気で充填されていることを特徴とする、請求項１１に記載のソーラーシステム。
【請求項１３】
前記バッファアキュムレータ（２１）の充填容積は、少なくとも加熱された前記熱伝達剤（２５）の体積を含有することを特徴とする、請求項１１または１２に記載のソーラーシステム。
【請求項１４】
前記熱ソーラーコレクタ（１７）の充填容積は、最大で、冷却された前記熱伝達剤（２５）の体積を含有することを特徴とする、請求項１１から１３のいずれか一項に記載のソーラーシステム。
【請求項１５】
前記熱ソーラーコレクタ（１７）は、前記供給ライン（１９）およびオーバーフローライン（２９）を介して前記バッファアキュムレータ（２１）に接続されていることを特徴とする、請求項１１から１４のいずれか一項に記載のソーラーシステム。
【請求項１６】
前記熱ソーラーコレクタ（１７）は、それ自身で空になることを特徴とする、請求項１１から１５のいずれか一項に記載のソーラーシステム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、請求項１のプリアンブルによる、ハイブリッドコレクタソーラーシステムを作動させる方法、およびその方法を実行するための、請求項１１のプリアンブルによるハイブリッドコレクタソーラーシステムに関する。
【背景技術】
【０００２】
ハイブリッドコレクタは、従来技術において既知である。これらハイブリッドコレクタはそれ自体で、光起電力モジュールまたは熱ソーラーコレクタ（太陽コレクタまたはフラットコレクタとも呼ばれる）よりも太陽光をより効率的に利用する。光起電力モジュール（ＰＶモジュール）にとって、温度上昇と共にその電力が減少することは通例である。したがって、ＰＶモジュールの温度を可能な限り低く維持しようとする試みがある。ここで、これらコレクタが、ＰＶモジュールを冷却する熱交換器を有することが、ハイブリッドコレクタの相乗効果である。熱交換器を介して取り除かれた熱は、例えば熱水の目的、暖房の補助、または熱ポンプの補助のために使用することができる。それに応じて、ハイブリッドコレクタの全体的な効率は、ＰＶモジュールまたはソーラーコレクタ自体の効率よりも高い。
【０００３】
ハイブリッドコレクタは加熱回路内に組み込まれ、加熱回路内を熱伝達剤が絶えず循環している。更には、バッファアキュムレータおよびポンプが加熱回路の中に接続されている。加熱回路は熱伝達剤で完全に充填されている。熱伝達剤は循環によって絶えず暖められている。しかし、最大６バールの圧力が閉回路内に蓄積され得る。したがって、ソーラーシステムは、この圧力に耐えるように、適宜、設計および寸法設定されなければならない。この結果、多くの資本費用が不可避となる。加えて、漏れ、およびそれに関連する保守費用が繰り返し発生する。その上、熱ソーラーコレクタを通る熱伝達剤の継続的な流れによりデッドゾーンが形成される。すなわち、熱ソーラーコレクタ内部の特定の場所は熱伝達剤によって交換されない。これにより、ソーラーシステムの効率が低下し、ホットスポットにつながる場合さえある。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
記載された従来技術の欠点が、本発明により解決すべき課題をもたらしており、その課題は、ソーラーシステムの資本費用および維持費用が低減され、同時にその作動効率が改善されるように、ハイブリッドコレクタソーラーシステムを作動させるための、この種の方法を改善することである。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
述べた問題の解決策は、請求項１のプリアンブルによる、ハイブリッドコレクタソーラーシステムを作動させる方法において実現され、ソーラーシステムは熱伝達剤で部分的に充填されており、それにより、ソーラーシステムの一部は充填されておらず、その結果、熱伝達剤はその温度に依存して、供給ラインを介して熱ソーラーコレクタとバッファアキュムレータとの間を行き来し、それにより振動する作動方法が実現される。
【０００６】
ソーラーシステムは熱伝達剤で部分的にのみ充填されているので、十分な空間が残っており、その結果、熱伝達剤は加熱の際に、ソーラーシステム内に圧力を蓄積させることなく自由に膨張することができる。このことはハイブリッドコレクタでは特に有利である。その理由はハイブリッドコレクタは圧力に弱いガラスプレートを含有し得るからである。
【０００７】
ソーラーシステムは部分的に充填されているので、熱伝達剤を、バッファアキュムレータと熱ソーラーコレクタとの間で行き来させるための空間がソーラーシステム内で利用可能である。この振動作動モードは驚くほどに高い効率をもたらす。その理由は、熱伝達剤に伝達される太陽光の暖かさは全体で、回路内を絶えず移動する熱伝達剤の暖かさとほとんど同じ程度だからである。更には、ポンプのエネルギー需要は、循環作動モードと比較して低減される。その理由は、ポンプは、熱伝達剤を、所定の時間間隔でバッファアキュムレータから熱ソーラーコレクタへポンプ圧送する必要があるだけであり、作動時間の残りでは静止しているからである。
【０００８】
本発明は、好ましくは、熱伝達剤が、第１の作動状態において、基本的にバッファアキュムレータ内に位置し、第２の作動状態において、基本的に熱ソーラーコレクタ内に位置していることを特徴とする。２つの作動状態により、熱伝達剤全体が、ソーラーコレクタ内で加熱されるか、またはバッファアキュムレータ内で除熱されるかのいずれかが可能である。振動作動モードは、特にハイブリッドコレクタと組み合わせると非常に効率的である。その理由は、熱ソーラーコレクタの機能のうちの１つはＰＶモジュールを冷却することだからである。第２の作動状態においては、十分に冷却された熱伝達剤がＰＶモジュールと接触するので、駆動する温度勾配は特に大きい。
【０００９】
本発明の特に好ましい実施形態では、熱伝達剤は、供給ラインを介してポンプを用いてポンプ圧送されて第１の作動状態から第２の作動状態になる。このようにして、ポンプを省エネルギーの形態で使用することができる。その理由は、ポンプはソーラーシステムの作動中の残りの時間は静止していることができるからである。これとは反対に、ソーラーシステムの循環作動モードでは、ポンプは絶えず動いている。
【００１０】
本発明の別の好ましい実施形態では、熱伝達剤は、供給ラインを介して熱ソーラーコレクタを空にすることにより、第２の作動状態から第１の作動状態に移送される。したがって、空にすることは追加のエネルギーを必要としない。供給ラインが熱ソーラーコレクタの最も低い点に位置し、バッファアキュムレータの最も高い点がソーラーコレクタの最も低い点よりも低いことにより、それ自身で空になることが実現できる。
【００１１】
熱伝達剤が、その温度に依存して、供給ラインを介して熱ソーラーコレクタにポンプ圧送されるか、または、供給ラインを介してバッファアキュムレータに移送されることが望ましいことが実証されている。供給ラインは、熱伝達剤の供給および排出のために、現在の作動モードによっても利用され得る。したがって、追加のラインは必要ない。
【００１２】
望ましくは、ポンプは、第１の作動状態および第２の作動状態とは無関係に、熱伝達剤と接触している。これにより、ポンプが空になることが防止される。この保守要件は、ポンプを、バッファアキュムレータ内に位置する熱伝達剤の最も高い点よりも低く配置することにより容易に実現される。
【００１３】
熱伝達剤が、ポンプをバイパスするバイパスラインを介して、熱ソーラーコレクタからバッファアキュムレータに移送されることが望ましいことが実証されている。このようにして、単に弁を開くことにより、ソーラーコレクタを空にすることができる。空にするにはポンプは必要ない。
【００１４】
本発明はまた、好ましくは、熱伝達剤が供給ラインを介して熱ソーラーコレクタとバッファアキュムレータとの間を振動して行き来するので、本方法には、熱伝達剤の循環移動が存在しないことを特徴とする。したがって、本システムを圧力がかからない状態で作動させることができる。第１の作動状態に切り替わった時点でソーラーコレクタは空になるので、デッドゾーンの形成は確実に防止される。
【００１５】
望ましくは、ハイブリッドコレクタソーラーシステムは圧力がかからない状態で作動し、その結果、上述したように、特にハイブリッドコレクタにとって大きな利点をもたらす。
【００１６】
第２の作動状態において、熱伝達剤の残りの体積がバッファアキュムレータ内に残っていると有利である。このようにして、ポンプは空になる危険なく動く。バッファアキュムレータ内の残りの容積は、熱伝達剤がソーラーコレクタ内で膨張した場合に発生するオーバーフローによっても形成され得る。
【００１７】
本発明の更なる態様は、上述の方法を実行するハイブリッドコレクタソーラーシステムにも関連する。熱伝達剤に対するソーラーシステムの容積容量が、ソーラーシステムの中に充填される熱伝達剤の体積の少なくとも２倍であることが特に好ましい。ソーラーシステムのこの寸法設定は、振動作動モードを実現できることを意味する。熱伝達剤は、ほとんど全部が熱ソーラーコレクタ内、またはバッファアキュムレータ内のいずれかに位置している。加熱段階および除熱段階はしたがって、互いに分離されており、順番に行われる。
【００１８】
望ましくは、熱伝達剤が存在しないソーラーシステムの容積は空気で充填されている。その結果、熱伝達剤は、ソーラーシステム内に圧力を蓄積させることなく、ソーラーコレクタ内で膨張できる。
【００１９】
本発明の好ましい一実施形態では、バッファアキュムレータの充填容積が、少なくとも加熱された熱伝達剤の体積を含有する。このようにして、第１の作動状態において、熱伝達剤はバッファアキュムレータ内に完全に含有されることができ、そこで、熱伝達剤全体から熱が取り除かれる。
【００２０】
本発明の別の好ましい実施形態では、熱ソーラーコレクタの充填容積が、最大で、冷却された熱伝達剤の体積を含有する。これにより、第２の作動状態において、ソーラーコレクタが熱伝達剤で完全に充填され、熱伝達剤全体が加熱されることが確実になる。
【００２１】
望ましくは、熱ソーラーコレクタは供給ラインおよびオーバーフローラインによってバッファアキュムレータに接続されている。オーバーフローラインは、第２の作動状態の間に、ソーラーコレクタ内に収容できない膨張している熱伝達剤をバッファアキュムレータに戻す役割を担う。第２の作動状態の終了後に熱伝達剤を戻すことは、供給ラインを介して自然に生じる。
【００２２】
本発明の特に好ましい実施形態では、熱ソーラーコレクタはそれ自身で空になる。ソーラーコレクタを完全に空にしバッファアキュムレータを充填するには追加のエネルギーは必要ない。
【００２３】
更なる利点および特徴は、概略図を参照して、以下の例示的実施形態の記述から明らかになるであろう。図は縮尺通りには描かれていない表現で示されている。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】第１の作動状態にあるハイブリッドコレクタソーラーシステムである。
【図２】第２の作動状態にあるソーラーシステムである。
【図３】熱伝達剤が第１の作動状態に戻った後のソーラーシステムである。
【発明を実施するための形態】
【００２５】
図１から図３はハイブリッドコレクタソーラーシステムを示し、参照番号１１が全体を示す。ソーラーシステムのコアはハイブリッドコレクタ１３である。ハイブリッドコレクタ１３は、熱ソーラーコレクタ１７上に配置された光起電力モジュール（ＰＶモジュール）１５を備える。好ましくは、ＰＶモジュール１５は、２つのガラスプレートの間に保持された複数の太陽電池を備える。熱ソーラーコレクタ１７は、好ましくは、ＰＶモジュール１５とプレートとの間でシールが圧縮され、シールがプレートをＰＶモジュール１５から間隔を空けるように形成されている。プレートはＰＶモジュール１５上にクランプ、ブレース、またはねじによって保持されている。ハイブリッドコレクタ１３は供給ライン１９によってバッファアキュムレータ２１に流体的に接続されている。ポンプ２３が供給ライン１９中に組み込まれており、熱伝達剤２５をバッファアキュムレータ２１から熱ソーラーコレクタ１７までポンプ圧送することができる。
【００２６】
ソーラーシステム１１は熱伝達剤２５によって完全に充填されているわけではなく、むしろソーラーシステムの一部は充填されていない。熱伝達剤２５の充填体積は、少なくとも熱ソーラーコレクタ１７の容積と同じ大きさである。これにより、熱ソーラーコレクタ１７を熱伝達剤２５で完全に充填することができ、最大限の熱を熱伝達剤に伝達できることが確実になる。
【００２７】
図１は第１の作動状態を示し、ここでは熱伝達剤２５はバッファアキュムレータ２１内に位置している。ソーラーコレクタ１７で取り込まれた熱は、バッファアキュムレータ２１内で、例えば、バッファアキュムレータ２１内に組み込まれた熱交換器によって熱伝達剤２５から取り除かれる。バッファアキュムレータ２１の充填容積は、加熱された熱伝達剤２５がその最大膨張状態においてバッファアキュムレータ内に収容されるように寸法設定されている。熱伝達剤２５がバッファアキュムレータ２１内に完全に取り込まれているので、バッファアキュムレータ２１内の熱伝達剤２５全体から熱が取り除かれ得る。加えて、ポンプ２３が熱伝達剤２５を引き入れることができるように、ポンプ２３が空にならないように、供給ライン１９はポンプ２３に至るまで熱伝達剤２５で充填されていなければならない。望ましくは、第１の作動状態では、ポンプ２３は、熱伝達剤２５の液面の下方にあるレベルに配置されている。このようにして、熱伝達剤２５はポンプ２３の中に強制的に押し込まれる。
【００２８】
熱が、バッファアキュムレータ２１内の熱伝達剤２５から取り除かれた後、熱伝達剤は供給ライン１９を介してポンプ２３によって熱ソーラーコレクタ１７にポンプ圧送される。熱伝達剤２５は、所定の温度または所定の時間間隔に至るまで、ソーラーコレクタ１７内に残る。この第２の作動状態（図２）では、熱ソーラーコレクタ１７は熱伝達剤で完全に充填されている。好ましくは、予備があるように、少量の熱伝達剤２５がバッファアキュムレータ２１内に残っている。ソーラーシステム１１の作動に必要な温度に至るまで、熱伝達剤２５全体が熱ソーラーコレクタ１７内で太陽放射によって加熱される。
【００２９】
ソーラーシステム１１は熱伝達剤２５で完全に充填されているわけではないので、圧力がかからない状態で作動させることができる。ソーラーシステム１１の残りの体積には熱伝達剤２５が存在せず、したがって空気で充填されている。このようにして、熱伝達剤２５は加熱中に抵抗を受けずに膨張できる。これは、ハイブリッドコレクタソーラーシステム１１にとって特別に有利である。その理由は、光起電力モジュール１５は少なくとも１つの圧力に弱いガラスプレートを備える場合があるからである。
【００３０】
熱伝達剤２５が回路内で絶えずポンプ圧送される循環作動モードの場合のようには、ポンプ２３は絶えず作動しているわけではない。その代わり、第１の作動状態と第２の作動状態との間を変化し、ポンプ２３がバッファアキュムレータ２１から熱ソーラーコレクタ１７へと熱伝達剤２５をポンプ圧送する場合に、ポンプ２３はスイッチが入れられる。このようにして、本方法におけるポンプ２３は特に省エネルギーの形態で作動させることができ、その結果、ソーラーシステム１１の全体的な効率が改善される。
【００３１】
次のステップでは、ポンプ２３をバイパスするバイパスライン２７が開かれる。ソーラーコレクタ１７がバッファアキュムレータ２１よりも高く配置され傾斜しているので、ソーラーコレクタ１７は自然にかつ完全に空になる。ソーラーコレクタ１７を空にするには、したがって、ポンプ２３を作動状態にする必要はない。バッファアキュムレータ２１は重力によって自然に、加熱された熱伝達剤２５で充填される。バッファアキュムレータ２１を充填した後、熱伝達剤２５から熱が取り除かれ得る。
【００３２】
加えて、熱ソーラーコレクタ１７はオーバーフローライン２９によってバッファアキュムレータ２１に接続されている。このようにして、加熱中に熱ソーラーコレクタ内で膨張した熱伝達剤２５は、オーバーフローライン２９を介して流れてバッファアキュムレータに戻ることができる。オーバーフローラインにより、ソーラーシステム１１内で圧力が蓄積されることなく、熱伝達剤２５は膨張することが可能になる。
【００３３】
ハイブリッドコレクタソーラーシステム１１を作動させる本方法により、熱伝達剤２５が熱ソーラーコレクタ１７とバッファアキュムレータ２１との間を振動して行き来することが可能になる。驚くべきことに、本発明者は、循環作動モードと比較して、この作動モードが全体的な効率を増大させるという結果を見出した。振動作動モードを実現するために、熱ソーラーコレクタ１７の充填容積は、最大でも冷却された熱伝達剤２５の体積に対応するように寸法設定されている。このようにして、熱ソーラーコレクタ１７は熱伝達剤２５で常に充填されていることができる。第２の作動状態が終了した時点で、熱ソーラーコレクタ１７が完全に空であることのおかげで、循環作動モードを有するソーラーコレクタにおいて多くの場合に形成されるようなデッドゾーンの形成が防止できる。
【００３４】
バッファアキュムレータ２１の充填容積は、少なくとも加熱された熱伝達剤２５の体積に対応するように寸法設定されている。このようにして、加熱された熱伝達剤２５全体をバッファアキュムレータ２１内に取り込むことができ、そこでその熱を渡すことができる。
【符号の説明】
【００３５】
１１  ハイブリッドコレクタソーラーシステム
１３  ハイブリッドコレクタ
１５  光起電力モジュール
１７  熱ソーラーコレクタ
１９  供給ライン
２１  バッファアキュムレータ
２３  ポンプ
２５  熱伝達剤
２７  バイパスライン
２９  オーバーフローライン
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【国際調査報告】
2020522673.tif 000006
2020522673.tif 000007
2020522673.tif 000008
2020522673.tif 000009
2020522673.tif 000010
2020522673.tif 000011