FOTOVOLTAÏSCHE DAKSYSTEMEN: TECHNOLOGISCHE STAND VAN ZAKEN

WTCB –Octrooicel Lozenberg 7 B‐1932 Sint‐Stevens‐Woluwe Tel : 02/716.42.11 – Fax : 02/725.32.12 E‐mail: [email protected]

FOTOVOLTAÏSCHE DAKSYSTEMEN: TECHNOLOGISCHE STAND VAN ZAKEN Een samenwerking van de Octrooicellen van het WTCB en SIRRIS Audrey DELNATTE, Sirris Waltrui HUYSMANS, WTCB Delphine GOFFINET, WTCB Fabienne MONFORT‐WINDELS, Sirris

Oktober 2008 Niets uit deze uitgave mag worden verveelvuldigd en/of openbaar gemaakt door middel van druk, fotokopie, microfilm, door elektronische middelen of op welke wijze ook, zonder voorafgaande schriftelijke toestemming van de uitgever.

1


Inhoudstafel Inleiding ................................................................................................................................................... 3 1. De montage van zonnecellen op het dak ............................................................................................ 3 1.1.

Achteraf aangebrachte systemen ........................................................................................... 4

1.2. Geïntegreerde systemen .............................................................................................................. 4 2. Hybride fotovoltaïsch‐thermische systemen ...................................................................................... 5 2.1. Opzoekingen in de octrooidatabases ........................................................................................... 6 2.2. Evolutie van de hybride technologie ............................................................................................ 7 2.3. O&O‐ inspanningen ...................................................................................................................... 9 2.4. Baanbrekende ontwerpen van hybride collectoren .................................................................. 14 2.5. Voorbeelden van commerciële uitvoeringen ............................................................................. 17 3. Conclusies .......................................................................................................................................... 18

2


Inleiding Er wordt in toenemende mate rekening gehouden met de milieuaspecten bij het nadenken over de energietoekomst van de planeet. Door de stijgende olieprijzen en de politieke instabiliteit van de olieproducerende landen wordt er opnieuw meer aandacht besteed aan alternatieve energiebronnen, zelfs al zijn de fossiele en nucleaire brandstoffen nog altijd de energieleveranciers bij uitstek. Er wordt al lang heel wat onderzoek verricht naar de opslag en het gebruik van zonne‐energie en er bestaan reeds verschillende commerciële toepassingen. LG lanceert een Bluetooth carkit op zonne‐energie, zonneparken schieten in en buiten België als paddenstoelen uit de grond, zelfs het Vaticaan plaatste onlangs zonnepanelen De fotovoltaïsche cel, veruit de bekendste en meest aangetroffen zonnecel, is in opmars. Het WTCB, Wetenschappelijk en Technisch Centrum voor het Bouwbedrijf, en SIRRIS, het collectief centrum van de Belgische technologische industrie, hebben samengewerkt om een multidisciplinaire stand van zaken te maken van het gebruik van deze technologie in de bouwsector. Op basis van de octrooidatabases werden twee hoofdaspecten onderzocht: de montage van zonnepanelen op het dak en de hybride fotovoltaïsch‐thermische systemen.

1. De montage van zonnecellen op het dak Enkel een kleine minderheid van de octrooien handelen over systemen die de fotovoltaïsche cellen (al dan niet volledig) opnemen in de dakopbouw, zoals dakpannen gecoat met een film bestaande uit zonnecellen, structuren voor dakbedekking met geïntegreerde zonnepanelen en andere dakelementen met ingebouwde zonnecellen. Meestal echter gaat het over het bevestigen van zonnepanelen op een bestaand en afgewerkt dak met behulp van een kader of andere bevestigingsmiddelen, waarbij het dak en de zonnecellen duidelijk van elkaar gescheiden zijn.

©WTCB 2008 3


Solar Century Holdings Limited in Groot‐Brittannië, gespecialiseerd in het toepassen van zonnecellen is houder van een behoorlijk aantal interessante, recente octrooien. Aangezien deze firma zich zowel richt op geïntegreerde als op achteraf bevestigde systemen, geeft deze studie een goed overzicht van welke technieken er zoal in gebruik zijn vandaag de dag.

1.1. Achteraf aangebrachte systemen Een eerste octrooi (GB2439418) behelst rails waarmee zonnepanelen kunnen worden bevestigd op een bestaand dak. Deze rails zijn voorzien van een gleuf waarin een staaf past. De eigenlijke bevestigingen voor zonnepanelen worden hieraan gekoppeld zodat ze een zekere speelruimte hebben, maar tegelijk beperkt worden in hun bewegingsvrijheid binnen de gleuven. De verbinding met de zonnecollector zelf wordt mogelijk gemaakt door middel van een tand‐ en groefsysteem.

Octrooi GB2439418 ‐ Securing solar energy collection devices Een tweede octrooi (GB2438501) bouwt in zekere zin voort op het eerste en presenteert een constructie waarvan het voorste vlak helt ter ondersteuning van een zonnecollector op het dak van een gebouw. Deze constructie omvat een wigvormig randprofiel, zo uitgevoerd en gedetailleerd dat een vlotte verbinding met het dakoppervlak verzekerd is. Het profiel is voorzien van een interne holte zodat het totale gewicht regelbaar is door het aanbrengen van ballastmateriaal met het oog op het bekomen van een geschikte lading op het dak. Kabels voor elektrisch contact met de zonnecollector worden ondergebracht in een doorgang in het profiel. De fotovoltaïsche zonnepanelen worden bevestigd aan de profielen met behulp van hellende platen. De wigvormige profielen kunnen selectief worden weggenomen om de gewenste verdeling van het gewicht te verkrijgen.

1.2. Geïntegreerde systemen Bij dit systeem (US2007266660) werd eerst een dakbedekking geoctrooieerd, opgebouwd uit een waterdicht membraan. De onderkant van dit membraan is toegankelijk, aangezien het dak van tevoren nog niet bedekt was. De bovenkant is voorzien van een geïntegreerd bevestigingssysteem om de zonnecollectoren nadien gemakkelijker vast te maken. 4


Octrooi US2007266660 ‐ Apparatus for covering a roof Later werd een octrooi aangevraagd (GB2438526) voor de zonnecollector zelf. Dit instrument, waarvan de bovenkant de eigenlijke collector vormt, is bij voorkeur fotovoltaïsch en is aan het ondervlak voorzien van een hechtingssysteem waarmee het kan bevestigd worden aan het dakmembraan, dat – zoals blijkt uit het hierboven voorgestelde octrooi apparaat – van een complementair hechtingssysteem voorzien is. Het geheel voegt aan deze combinatie nog elektrische verbindingen toe in lange kokers die bevestigd worden aan de rand van het doek.

2. Hybride fotovoltaïschthermische systemen Het grootste nadeel van de fotovoltaïsche cellen is hun zwakke rendement. Slechts een klein deel van het vermogen van de invallende straling kan immers in elektriciteit worden omgezet. Bovendien worden de panelen opgewarmd door de niet‐omgezette stralen, waardoor het rendement, dat omgekeerd evenredig is met de temperatuur van de cellen, nog meer zakt. Vandaar het idee om gecombineerde fotovoltaïsch‐thermische collectoren te creëren die op eenzelfde oppervlak thermische zonne‐energie en fotovoltaïsche zonne‐energie samenbrengen. Deze combinatie biedt een dubbel voordeel: enerzijds de afkoeling van lichtgevoelige cellen ter voorkoming van het verlies aan elektrisch rendement, en anderzijds de recuperatie van een deel van de verloren energie onder de vorm van warmte. De hybride zonnecollectoren zouden de energie van het aan de zonnestraling blootgestelde oppervlak grotendeels of zelfs helemaal moeten kunnen opvangen. Bovendien zijn de productie‐ en installatiekosten redelijk beperkt. Naar deze systemen wordt dan ook heel wat onderzoek gevoerd.

5


@ Holtkamp Solar Energy Systems

2.1. Opzoekingen in de octrooidatabases Enig speurwerk in de octrooidatabases laat toe meer te leren over dit soort technologie. De octrooien zijn gerangschikt volgens een heel gedetailleerde internationale classificatie om het opzoeken van informatie te vergemakkelijken. De klasse waar het hier om gaat is H01L31/058, die de documenten aanduidt met betrekking tot "halfgeleiderelementen die gevoelig zijn voor infraroodstraling, licht, elektromagnetische straling van kortere golflengte of corpusculaire straling, en hun toepassingen, ofwel als omzetters van de energie van voornoemde straling in elektrische energie, ofwel als verwerkingssystemen van de elektrische energie door voormelde straling, waaronder middelen om de thermische energie te gebruiken, bijvoorbeeld hybride systemen, of een bijkomende bron van elektrische energie". Om volledig te zijn, zouden wij ook de klasse H01L31/052 kunnen behandelen, met betrekking tot halfgeleidersystemen "met koelmiddelen of middelen die licht reflecteren of concentreren" of een zoekopdracht uitvoeren op basis van sleutelwoorden. De opzoeking werd uitgevoerd in een commerciële octrooidatabase die 71 landen of regionale overheden dekt. De geïnventariseerde octrooidocumenten in de klasse H01L31/058 gaan niet enkel over hybride of gecombineerde zonnepanelen. Zo hebben sommige uitvindingen betrekking op de gelijktijdige productie van elektrische en thermische energie, ofwel gewoonweg door twee toestellen die naast elkaar en onafhankelijk van elkaar werken (FR2497929), ofwel door opsplitsing van de stralen dankzij optische apparaten, waarbij een deel van de straling bestemd is voor de fotovoltaïsche cellen en een ander deel voor onafhankelijke thermische absorptie (WO2007056984, FR2472146). Andere, meer 6


recente uitvindingen verwijzen naar het thermo‐elektrisch effect voor de rechtstreekse omzetting van warmte in elektriciteit (US2008053514, WO2007134825).

2.2. Evolutie van de hybride technologie Het oudste octrooi van de klasse H01L31/058 dat in de bestudeerde databases werd gevonden dateert van 1960 (US2946945). De uitvinders hebben het er over het probleem van de temperatuurstijging van de cellen wat hun rendement nadelig beïnvloedt. Om de prestaties te behouden terwijl er elektrische en thermische energie wordt geproduceerd, worden de fotovoltaïsche cellen geplaatst op de bodem van een caisson met een bovenkant die zichtbaar licht en het bijna infrarood licht doorlaat, en die worden ze afgekoeld door een vloeistof die dezelfde golflengtes doorlaat en die in de caisson circuleert. De grafiek hieronder toont de evolutie in de tijd van het aantal octrooiaanvragen met betrekking tot de betrokken technologie. Daarbij stellen wij een eerste stijging van de O&O‐activiteiten vast in het begin van de jaren ‘80, en een piek die samenvalt met de tweede oliecrisis. Daarna vermindert de belangstelling om opnieuw en sterker te verschijnen in het begin van de jaren ‘90. Er is een stabilisatie van een 30‐tal aanvragen per jaar eind jaren '90 begin 2000, en de laatste 5 jaar stellen we opnieuw een stijging vast. Deze toegenomen belangstelling getuigt van een stijgende aandacht voor de milieuaspecten. Evolution du nombre de dépôts de brevets au cours du temps 60

Nombre de brevets

50

40

30

20

10

0 1974 1976 1978 1980 1982 1984 1986 1988 1990 1992 1994 1996 1998 2000 2002 2004 2006 2008 Années

Het meest recente octrooi over fotovoltaïsch‐thermische systemen, gepubliceerd eind augustus 2008, betreft een zonnemodule bestaande uit een fotovoltaïsch paneel voor de productie van elektriciteit, een warmteabsorberende plaat en warmtewisselaar waar een diathermische vloeistof doorheen stroomt om de warmte te recupereren die door de fotovoltaïsche cellen wordt voortgebracht, en een ketel die water verwarmt. Bij de opwarming van de diathermische vloeistof nemen zowel het volume als de druk toe, waardoor de vloeistof in de wisselaar wordt rondgepompt. 7


Daarnaast wordt er elektriciteit opgewekt door een turbine geplaatst tussen de warmteabsorberende plaat en de warmtewisselaar wanneer de vloeistof erdoorheen stroomt.

Octrooi W02008102401 gepubliceerd op 28.08.08 ‐ High efficlency panel for producing energy De innovaties van de octrooiaanvragen hebben de laatste jaren betrekking op:  het ontwerp van de warmtewisselaar en de structuur van het paneel;  de optimalisatie van de warmteoverdracht tussen de fotovoltaïsche module en de warmtecollector (WO01/99203);  de verbetering van de thermische en elektrische rendementen;  de productiemethodes (WO2008/044250) ;  het soort gebruikte materialen voor de fotovoltaïsche cellen, voor de warmteopnemer, voor de warmtewisselaar, …;  het esthetisch aspect van het paneel;  de gemakkelijke plaatsing van het paneel.

8


In de onderstaande tabel kunt u de verschillende landen aflezen waarvan de octrooien opgenomen in de klasse H01L31/058 afkomstig zijn. Duitsland staat ruimschoots bovenaan, gevolgd door de Verenigde Staten en Japan. Répartition géographique des brevets par le pays de publication 180 160

Nombre de brevets

140 120 100 80 60 40

TURKEY

TAIWAN

ARGENTINA

HONG KONG

NORWAY

PORTUGAL

SWEDEN

NEW ZEALAND

BRAZIL

ISRAEL

SWITZERLAND

KOREA

GREECE

DENMARK

ITALY

SPAIN

CHINA

NETHERLANDS

UNITED KINGDOM

CANADA

AUSTRIA

FRANCE

EUROPE

AUSTRALIA

JAPAN

WORLD

GERMANY

0

UNITED STATES

20

Pays de publication

2.3. O&O inspanningen Sinds de ontwikkeling van fotovoltaïsche cellen in de jaren ‘70–‘80, werden er combinaties voorgesteld waarbij een aparte warmtecollector wordt gecombineerd met fotovoltaïsche panelen. Deze panelen worden meestal toegevoegd om de ventilator of de circulator van de verwarmingsvloeistof (bijvoorbeeld FR2591322) te voeden. Maar er zijn verschillende nadelen aan dit soort installatie. Het octrooi WO2007/129985, bijvoorbeeld, vertoont verschillende nadelen wanneer fotovoltaïsche panelen en warmtecollectoren apart worden geïnstalleerd voor de gelijktijdige productie van warmte en elektriciteit:  er zijn twee installaties nodig en er is veel een groot oppervlak nodig;  de temperatuurstijging van de fotovoltaïsche cellen leidt tot een verminderd omzettingsrendement;  de traditionele thermische zonnecollectoren zijn zwaar en duur en ook hun installatie kost veel. Hybride panelen waarbij de fotovoltaïsche module en de warmtecollector in hetzelfde oppervlak geïntegreerd zijn, hebben deze nadelen niet, waardoor zij veel belangstelling kennen. De meeste hybride panelen zijn uitgerust met een fotovoltaïsche module die rechtstreeks is bevestigd op een sterk warmtegeleidende plaat. Onder deze 'absorptieplaat’ stroomt een vloeistof 9


(vloeibaar of gasvormig) die de warmte terugwint die wordt afgegeven door de fotovoltaïsche module. Het octrooidocument FR2779275 beschrijft een eenvoudig ontwerp van een dergelijke hybride collector.

Octrooi FR2779275 – Doorzichtige vacuümcollector, met een fotovoltaïsch mechanisme en een warmtecollector. Deze collector dient ook als warmte‐isolator voor daken De warmtegeleidende vloeistof staat ofwel in direct contact met de absorptieplaat (FR2727790, US6472593), ofwel circuleert ze in cilindrische leidingen die ermee in contact staan (FR2779275, WO9910934). Deze laatste oplossing biedt technische voordelen ten opzichte van de eerste en wordt het vaakst gebruikt, hoewel de prestaties minder goed zijn qua percentage energie dat wordt overgedragen van de absorptieplaat naar de warmtegeleidende vloeistof. De fotovoltaïsche cellen kunnen op de geleidingsplaat worden vastgelast of ‐gelijmd door middel van, bijvoorbeeld, een fijne laag EVA of epoxy. De warmtegeleidende vloeistof is meestal vloeibaar. Als ze gasvormig is, moet men de van nature zwakke warmteoverdracht tussen de wand en het gas verbeteren, om de warmtegeleiding tussen de fotovoltaïsche module en het gas efficiënter te laten verlopen. Om dit te bewerkstelligen, gebruikt de houder van het octrooihouder FR2727790 een ‘gordijnsysteem’ uit geperforeerd metaal, waardoor het gas laminair door de gaten stroomt, voor een beperkt drukverlies. Idealiter dient het gas binnen te komen langs de buitenkant van de module die moeilijk te isoleren valt, en weer naar buiten te gaan langs de warmste zone, in het centrale deel van de module.

10


Octrooi FR2727790 – Hybride fotovoltaïsche en thermische zonnemodule die elektrische energie en warmte opwekt. Om de warmteoverdracht van de absorptieplaat naar het gas nog te verbeteren, hebben de octrooioctrooihouders met nummer EP0788171 de uitvoering van een fotovoltaïsche module gesuggereerd waarvan de warmteweerstand kleiner is aan de zijde die niet is blootgesteld aan de zon dan aan de blootgestelde kant. De hybride collector beschreven in het octrooi FR2882426 produceert op haar beurt elektriciteit, en ofwel een warm gas, ofwel een warme vloeistof, volgens de behoefte, en met eenzelfde collectoroppervlak, dankzij twee onafhankelijke stroomkringen, waarvan de omschakeling tussen beide stroomkringen slechts enkele minuten in beslag neemt. Het gebruik van een superkritische vloeistof wordt behandeld in octrooi EP1931924, terwijl in octrooi JP57204754 een vloeistof gebruikt wordt die van toestand verandert tijdens haar opwarming. Idealiter minimaliseert een hybride zonnecollector de opwekking van warmte in de fotovoltaïsche collector en wordt die warmte gemaximaliseerd in de warmtecollector. Maar wanneer de fotovoltaïsche collector in rechtstreeks contact staat met de warmtecollector, werken ze beide op dezelfde temperatuur. Jammer genoeg zijn de temperaturen die vereist zijn voor een warmtecollector te hoog voor een efficiënte werking van fotovoltaïsche cellen en hun stabiliteit op de lange termijn. Omgekeerd is de vereiste temperatuur voor een efficiënte omzetting naar elektriciteit niet voldoende voor een aanzienlijke warmteproductie; een dergelijke hybride collector kan in feite beschouwd worden als een fotovoltaïsche module met een koelsysteem, omdat de opwekking van warmte‐energie niet benut wordt op een bruikbare manier (US20040055631). In octrooi US2004055631 trachten de makers dit probleem op te lossen door deze twee functies van elkaar te scheiden: een selectief doorzichtige fotovoltaïsche collector wordt bovenop een warmtecollector geplaatst. Ze worden gescheiden door een vacuüm, of door lucht die als warmte‐ isolator fungeert. De fotovoltaïsche module neemt selectief de golflengtes op die in elektriciteit kunnen worden omgezet, wat de opwarming beperkt; de andere golflengtes gaan erdoorheen en komen in de warmtecollector terecht die op die manier opwarmt. Zo werkt de warmtecollector op een hogere temperatuur dan die in de fotovoltaïsche collector. Toch is het warmste gedeelte van de zonnestraling verantwoordelijk voor de opwarming van de fotovoltaïsche cellen wanneer zij er doorheen gaat, omdat de plaat met fotovoltaïsche cellen als eerste wordt blootgesteld aan de zonnestraling.

11


Het gebruik van minder temperatuurafhankelijke fotovoltaïsche cellen zou een hogere werkingstemperatuur toelaten. Daarom is het beter om amorfe siliciumcellen te gebruiken dan kristallen. Om voldoende koeling en optimale warmteterugwinning te verkrijgen, kan de warmtehoudende vloeistof worden geregeld in functie van de belichtingsgraad waaraan het paneel onderworpen is (US20040025931) of in functie van de temperatuur van de vloeistof (US20010007261). Een ander nadeel van dit type collector op het vlak van warmteterugwinning is dat de koeling van de fotovoltaïsche cel plaatsvindt achter de collector en niet over het hele oppervlak, aangezien het bovenste gedeelte is blootgesteld aan de omgevingslucht. De octrooien FR2502313 en DE102006032876, bijvoorbeeld, stellen een systeem voor waarin de zonnecellen zijn ondergedompeld in een doorzichtige of lichtgevende vloeistof die dient als als warmtehoudend medium. Evenzo verwijst het octrooi US2001007261 naar een fotovoltaïsche module waarvan het koelsysteem bestaat uit de circulatie van een vloeistof (water, alcohol, …) tussen de bovenkant van de fotovoltaïsche module en de straling. De vloeistof is omgeven door een omhulsel en vormt hiermee een selectieve filter die de nuttige straling doorlaat voor omzetting naar elektriciteit en de overige straling in warmte omzet. Om de koeling van de cellen te verbeteren, kan de vloeistof eerst onder de fotovoltaïsche module doorstromen vooraleer eroverheen te stromen.

Octrooi US2001007261 – Fotovoltaïsch apparaat In de meeste octrooien bevindt de warmte‐absorptieplaat zich onder de fotovoltaïsche module en niet omgekeerd. Bepaalde ontwerpers (FR2882426, DE3923821) hebben het idee gehad om de volgorde van de collectoren om te keren: de warmte‐absorptieplaat is doorzichtig laatvoor zichtbare en/of UV‐straling, die de fotovoltaïsche cellen gaan bestralen, door, en absorbeert de infrarode straling. In octrooi FR2882426 stroomt de koelvloeistof tussen de warmtecollector en de fotovoltaïsche collector, terwijl in octrooi DE3923821 de vloeistofcirculatie plaatsvindt binnen buizen plaatsvindt die niet in contact staan met de fotovoltaïsche collector.

12


Octrooi DE3923821 – Infraroodcollector gecombineerd met fotovoltaïsche collector – deze laat UV‐ licht en zichtbaar licht doorheen de infraroodcollector stralen op de fotovoltaïsche collector Dankzij het koelsysteem van de fotovoltaïsche cellen is het mogelijk de inval van geconcentreerd licht op de cellen te verhogen zonder risico op verbranding of vermindering van omzettingsvermogen. Het gebruik van een optische concentrator verbetert in dit geval aanzienlijk de prestaties van het paneel op het vlak van foto‐elektrisch omzettingsrendement en elektriciteitsproductie. In octrooien US4700013 en US2004025931, bijvoorbeeld, wordt gebruik gemaakt van een stralingsconcentrator. Het is ook mogelijk hybride collectoren te ontwerpen met een variable toepassing. In octrooi GB2365116, bijvoorbeeld, worden de fotovoltaïsche cellen bevestigd op absorptieplaten met een verhoogde warmtegeleiding, die zelf verbonden zijn met buizen waarin een koelvloeistof stroomt. De toepassing van de cellen kan worden bijgeregeld met behulp van een mechanisme dat reageert op de signalen die worden uitgezonden door een module die het zonlicht meet.

GB2365116 – Hybride fotovoltaïsch‐thermisch systeem De meeste hybride collectoren worden in een caisson geplaatst en thermisch geïsoleerd. De opstellers van octrooi WO2007/129985 voorzien het gebruik van polyurethaan om de fotovoltaïsche en thermische elementen te verankeren en verpakken in één sterke, lichte, hermetische en thermisch geïsoleerde eenheid.

13


Naar aanleiding van de ontwikkelingen op het vlak van dunne‐filmcellen en hun plaatsing op dunne platen uit metaal of polymeer, die het ontwerp van een buigzaam fotovoltaïsch paneel toelaten, hebben de opstellers van het octrooi WO01/01498 het idee gehad om een buigzame fotovoltaïsche module te koppelen aan een warmtecollector die zelf buigzaam is. Het geheel kan worden opgerold voor transport en weer worden uitgerold voor installatie op het dak‐ of muurvlak.

WO2001001498 – Assemblage voor fotovoltaïsche en thermische energie

Over enkele jaren zullen er misschien hybride zonnecollectoren op de markt komen die perfect integreerbaar zijn in de traditionale architectuur dankzij hun gelijkenis met klassieke dakpannen. Volgens octrooi WO2008020462 laten deze collectoren in de vorm van dakpannen toe het hele dak te bedekken en als thermische isolator te fungeren, terwijl er tegelijkertijd elektriciteit wordt opgewekt en water wordt verwarmd. Dit systeem zou ook toelaten te besparen op installatiekosten.

Octrooi WO2007013115 – Zonne‐energie ‐opwekkend dakbedekkingselement

2.4. Baanbrekende ontwerpen van hybride collectoren Hieronder worden enkele hybride collectoren beschreven waarvan het ontwerp baanbrekend is in de zin dat ze verschillen van de vlakke panelen waarin de fotovoltaïsche elementen worden bevestigd op een gekoelde onderlaag met warmtegeleidende vloeistof.

14


Octrooi FR2446447, gepubliceerd in 1980 Zonnecollector met concentratiespiegel De uitvinding betreft een zonnecollector met concentratiespiegel: wanneer een gedeelte van het zonlicht niet wordt gebruikt door de geconcentreerde lichtcollector (14a), wat het geval is voor fotovoltaïsche cellen, en wanneer mistige weersomstandigheden de zonnestraling diffuus maken, wat verhindert dat de straling wordt geconcentreerd in het midden van de concentratiespiegel (8a), wordt de resterende energie uit deze straling opgevangen in een paneel (16a) dat in thermische verbinding staat met de geconcentreerde lichtcollector, en evenwijdig is opgesteld met het zonlicht en langs het middelpunt van de spiegel loopt, evenwijdig met de elektriciteitopwekkende elementen van de cilinder, in het geval van een parabolische cilinderspiegel. Toepassing voor verwarming. Octrooi US4334120, gepubliceerd in 1982 Apparaat voor de omzetting van zonlicht in energie Deze toepassing omvat een apparaat voor omzetting van zonlicht in energie, waarin ten minste één amorfe silicium‐zonnecel (5) met een dikte die beperkt genoeg is om het zonlicht door te laten, wordt bevestigd op het oppervlak van een warmte‐absorptieplaat (4) verbonden met een buis met daarin een warmtegeleidend medium, (3) en zo toelaat dat het zonlicht efficiënt wordt omgezet in thermische en elektrische energie. Wanneer er een veelheid van deze amorfe silicium‐zonnecellen op het oppervlak van de absorptieplaat worden geplaatst, gescheiden door isolatielagen, en serieel met elkaar verbonden, kan er een groot elektromotorisch vermogen worden gerealiseerd.

15


Octrooi FR2512528 gepubliceerd in 1983 Zonnecollector die elektrische stroom en warm water produceert De uitvinding omvat de opwekking van elektrische stroom en de opwarming van water met hetzelfde toestel. Deze bolvormige collector bestaat uit een centrale as die het geheel ondersteunt. Deze as bestaat uit vier delen die aan elkaar worden geschroefd en een geheel vormen. Alles kan worden gedemonteerd. Twee kogellagers begeleiden de natuurlijke draaibewegingen waarbij de waterstraal na het opstijgen in de as terugkeert (13) nadat het werd opgewarmd.

Octrooi EP1693901, gepubliceerd in 2006 Opwekker van fotovoltaïsche energie met nevenopwekking van thermische energie Dit apparaat wordt omschreven als een opwekker van fotovoltaïsche energie en bevat een caisson voor de weerkaatsing van zonlicht met daarin fotovoltaïsche cellen die worden bestraald door het zonlicht. Bovendien zijn de fotovoltaïsche cellen van de vermenigvuldiger aangesloten op een koelsysteem dat zich naast de cellen bevindt, om een gecombineerd systeem van fotovoltaïsche en thermische energieopwekking te vormen.

16


2.5. Voorbeelden van commerciële uitvoeringen Hieronder vindt u drie octrooien die commercieel werden gerealiseerd. Fototherm ‐ Italiaans bedrijf opgericht in 2006.

Octrooi EP1873843, gepubliceerd in 2008 – Fototherm® Fotovoltaïsche installatie (www.fototherm.com) Holtkamp Solar Energy Systems (SES) ‐ Duits bedrijf

Octrooi EP1883188, gepubliceerd in 2008 – Fotovoltaïsch‐thermische collector van SES Gecombineerd systeem van zonnecellen voor de (www.solar‐energy‐systems.eu) fotovoltaïsche opwekking van elektriciteit, en zonnecollectoren voor de opwekking van warmte in een hybride collector.

17


SolarWall (Conserval Engineering Inc) ‐ Canadees bedrijf

SolarDuct fotovoltaïsch‐thermische collector Octrooi US5935343, gepubliceerd in 1999 – Gecombineerd systeem zonnecollector/ (www.solarwall.com) fotovoltaïsche cellen

3. Conclusies Dankzij deze studie van fotovoltaïsche daksystemen kon de vitaliteit van de O&O‐activiteiten op dit gebied worden aangetoond, evenals het grote aantal mogelijke oplossingen om het omzettingsrendement van zonne‐energie te optimaliseren. Deze studie wijst tegelijk op het belang van de octrooidatabases om een technologische stand van zaken te kunnen maken. Ten slotte benadrukt dit werk het belang van een multidisciplinaire samenwerking tussen de verschillende centra – in dit geval het WTCB en het SIRRIS – voor het bestuderen van problematieken die gelijktijdig verschillende technologische domeinen tegelijk behelzen.

18

FOTOVOLTAÏSCHE DAKSYSTEMEN: TECHNOLOGISCHE STAND VAN ZAKEN

Recommend Documents