DE10025860A1

DE10025860A1 - Vorrichtung zur Verstärkung des Sonnenlichtes auf Solarmodulen

Info

Publication number: DE10025860A1
Application number: DE10025860A
Authority: DE
Inventors: Peer Schoenau; Percy Schoenau
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2000-05-25
Filing date: 2000-05-25
Publication date: 2001-11-29

Abstract

Aufgabe der Erfindung ist es, eine Modulanordnung zu schaffen, bei der neben der Ausnutzung der direkten Sonnenstrahlung auf die PV-Module eine Verstärkung der Energieernte, welche durch zusätzliche Sonnenstrahlung die Spiegel auf die PV-Module lenken, ermöglicht wird, ohne dass dabei die Spiegelflächen sperrig über die PV-Module hinausstehen. Die Modulanordnungen müssen so beschaffen sein, dass beliebig viele PV-Module und Spiegel rund angeordnet und sie dem Tagesgang der Sonne nachgeführt werden können. DOLLAR A Erfindungsgemäß befinden sich auf runden Modulanordnungen 1 zwischen beliebig vielen PV-Modulen 2 jeweils an einer oder an beiden Seiten Fresnellprismenspiegel 3 in einem sehr flachen Winkel oder in der gleichen Ebene gegenüber den PV-Modulen 2 und mittig auf den PV-Modulen 2 Fresnellmittelspiegel 4 oder darüber Umkehrspiegel 5. DOLLAR A Die Erfindung wird in der Photovoltaik und thermischen Solartechnik verwendet.

Description

Vorrichtung zur Verstärkung des Sonnenlichtes auf Solarmodulen und Anwendung in der Photovoltaick und thermischen Solartechnik.

Zur besseren Energieernte von Solaranlagen ist es bekannt mehrere PV Module als Modulanordnung meistens auf einer ebenen Fläche, die auch kreisförmig oder oval sein kann, der Sonne in ihrem Tageslauf in ihrer Höhe über dem Horizont und/oder von Ost nach West nachzuführen, damit das Sonnenlicht möglichst während der gesamten Sonnenscheindauer des Tages senkrecht auf die einzelnen PV Module scheint. In dieser Stellung der Modulanordnung ist die höchste Energieernte möglich.

Es ist auch bekannt, das durch auf einem Kreisbogen winklig angeordneten Reflektorflächen neben den PV Modulen zusätzlich zu dem direkt auftreffendes Sonnenlicht weiteres Sonnenlicht zur Verstärkung der Energieernte auf die PV Module gelenkt wird.

Eine derartige Anordnung ist in der DE OS 41 24 076 beschrieben.

Der Nachteil von dem Tageslauf der Sonne nachgeführten Modulanordnungen ist, das nur die zur Verfügung stehende Energiemenge des Sonnenlichts die bei senkrechter Strahlung in Mitteleuropa höchstens 1000 W/m² ist zur Energieernte ausgenutzt werden kann.

Modulanordnungen mit winklig auf einem Kreisbogen angeordnete Reflektorflächen neben den PV Modulen können die Energiemenge welche direkt auf die PV Module gestrahlt wird um die Energiemengen, welche durch die Reflektorflächen auf die PV Module gelenkt wird vergrößern. Derartige Anordnungen sind durch die Höhe der Reflektorflächen aber sperrig. Sie setzen dem Wind einen größeren Widerstand entgegen als dieses nur flache Modulanordnungen tun und erfordern somit stabilere und teurere Haltekonstruktionen. Da die PV Module und Reflektorflächen konzentrisch angeordnet sind und nicht wesentlich der innere Teil der konzentrischen Fläche für die Ausnutzung durch PV Module und Reflektorflächen benutzt wird sind große Modulanordnungen nötig, um ausreichend Energie zu ernten. Deshalb ist bei diesen Modulanordnungen auch der Preis gegenüber der Leistungsverhältnis groß.

Aufgabe der Erfindung ist es eine Vieleckige, runde oder ovale Modulanordnung unter Ausnutzung der gesamten Fläche zu schaffen, bei der neben der Ausnutzung der direkten Sonnenstrahlung auf die PV Module eine Verstärkung der Energieernte welche durch zusätzliche Sonnenstrahlung die Spiegel auf die PV Module lenken ermöglicht wird, ohne das dabei die Spiegelflächen sperrig über die PV Module hinausstehen. Die Modulanordnungen müssen so beschaffen sein, das viele PV Module und Spiegel angeordnet werden können. Die Modulanordnungen müssen sich dafür eignen, das sie dem Tagesgang der Sonne, von Ost nach West und/oder dem Winkel über dem Horizont nachgeführt werden können.

Die Modulanordnungen sollen auch für thermische Solartechnik oder Kombinationen von PV Modulen und thermischer Solartechnik geeignet sein.

Erfindungsgemäß wird die Aufgabe zur Schaffung einer Vorrichtung zur Verstärkung des Sonnenlichtes auf Solarmodule dadurch gelöst, daß sich auf einer vieleckigen, runden oder ovalen Fläche zwischen mindesten drei radial angeordneten PV Modulen jeweils an einer oder an beiden Seiten dreieckige Fresnellprismenspiegel in einem sehr flachen Winkel oder in der gleichen Ebene befinden. Auf den PV Modulen sind mittig Fresnellmittelspiegel oder zwischen den Fresnellprismenspiegeln darüber Umkehrspiegel angeordnet. Weitere Fresnellprismenspiegel sind pyramidenförmig im Zentrum der vieleckigen, runden oder ovalen Modulanordnung in einem flachen Winkel über den PV Modulen vorhanden. Statt der PV Module können auch Elemente für thermische Solartechnik oder Kombinationen von beiden Verwendung finden.

Die Fresnellprismenspiegel bestehen aus einem durchsichtigem optisch dichtem Material und sind an der zur Sonnenstrahlung zeigenden Seite glatt. Die verspiegelten Prismen des Fresnellprismenspiegels befinden sich auf der Sonnenstrahlung abgewandten Seite.

Die gesamte Modulanordnung kann durch bekannte Mittel dem Tagesgang der Sonne nachgeführt werden. Direkte Sonnenstrahlung trifft auf die PV Module und erzeugt dort elektrischen Strom und bei thermischen Elementen Wärme. Diejenige Sonnenstrahlung, welche auf die Fresnellprismenspiegel triffl wird von diesen in Richtung der Fresnellmittelspiegel oder Umkehrspiegel gebrochen gespiegelt und gebrochen. Bei den pyramidenförmig angeordneten Fresnellprismenspiegeln im Zentrum der Modulanordnung ist die Richtung der gebrochenen, gespiegelten und gebrochenen Sonnenstrahlen direkt auf die PV Module gerichtet. Die Sonnenstrahlung bricht sich durch den Übergang von Luft als optisch dünnem Material in das optisch dichte Material des Fresnellprismenspiegels, um sich dann auf der Spiegelschicht der Prismen zu reflektieren und bei seinem Austritt aus dem optisch dichtem Material des Fresnellprismenspiegels noch einmal in Richtung Fresnellmittelspiegel oder Umkehrspiegel zu brechen und von dort auf das PV Modul oder das Element der thermischen Solartechnik gespiegelt zu werden. Die dreieckigen Fresnellprismenspiegel neben den PV Modulen erzeugen dabei auf den PV Modulen über die Fresnellmittelspiegel oder Umkehrspiegel Spiegelungen ihrer eigenen Figur. Die restlichen Flächen auf den PV Modulen werden dabei von den Fresnellprismenspiegeln der mittleren Pyramide bespiegelt, so das auf dem gesamtem PV Modul neben der direkten Sonnenstrahlung gleichmäßig die gespiegelte Sonnenstrahlung auftrifft. Diese zusätzliche Sonnenstrahlung verstärkt die direkte Sonnenstrahlung und erzeugt zusätzlich elektrischen Strom oder Wärme.

Zwei Ausführungsbeispiele werden in den nachfolgenden Zeichnungen erläutert. Dabei zeigen die

Fig. 1 eine runde Ausführung der Modulanordnung mit seitlichen gegenüber den PV Modulen leicht angewinkelten Fresnellprismenspiegeln, Fresnellmittelspiegel und trapezförmigen Fresnellprismenspie geln im Zentrum

Fig. 2 eine runde Ausführung der Modulanordnung mit seitlichen gegenüber den PV Modulen ebenen Fresnellprismenspiegeln und zwischen den Fresnellprismenspiegeln darüber angeordneten Umkehr spiegeln und trapezförmigen Fresnellprismenspiegeln im Zentrum

Fig. 3 einen Schnitt A-A durch die runde Modulanordnung gemäß Fig. 1 und den Strahlengängen der Sonnenstrahlung

Fig. 4 eine Einzelheit A als Schnitt durch den Fresnellprismenspiegel gemäß der runden Modulanordnung Fig. 1 und den Strahlengängen der Sonnenstrahlung

Fig. 5 eine Einzelheit B als Schnitt durch den Fresnellmittelspiegel gemäß der runden Modulanordnung Fig. 1 und den Strahlengängen der Sonnenstrahlung

Fig. 5 einen Schnitt B-B durch die runde Modulanordnung gemäß Fig. 2 und den Strahlengängen der Sonnenstrahlung

Fig. 6 eine Einzelheit C als Schnitt durch den Fresnellprismenspiegel gemäß der runden Modulanordnung Fig. 2 und den Strahlengängen der Sonnenstrahlung.

Gemäß Fig. 1 befinden sich zwischen acht PV Modulen 2 jeweils an beiden Seiten dreieckige Fresnellprismen spiegel 3 in einem sehr flachen Winkel gegenüber den PV Modulen 2 und mittig auf den PV Modulen 2 Fres nellmittelspiegel 4. Im Zentrum der Modulanordnung befinden sich über den PV Modulen 2 acht trapezförmige Fresnellprismenspiegel 3 in einem flachen Winkel gegenüber den PV Modulen 2.

Die gesamte Modulanordnung 1 ist auf einem Ständer befestigt und kann dem Tagesgang der Sonne nachgeführt werden.

Gemäß Fig. 3 trifft Sonnenstrahlung direkt 6 auf die PV-Module 2 und erzeugt dort elektrischen Strom. Diejenige Sonnenstrahlung 7, welche auf die Fresnellprismenspiegel 3 trifft wird von diesen in Richtung des Fresnellmittelspiegels 4 gebrochen 10 gespiegelt 11 und gebrochen 10. Die Sonnenstrahlung 7 bricht sich 10 durch den Übergang von Luft als optisch dünnem Material in das optisch dichte Material 8 des Fresnellpris menspiegels 3, um sich dann auf den verspiegelten Prismen 11 der Spiegelschicht 9 zu reflektieren und bei seinem Austritt aus dem optisch dichtem Material 8 des Fresnellprismenspiegels 3 noch einmal in Richtung Fresnellmittelspiegel 4 zu brechen 10 und von dort auf das PV Modul 2 gespiegelt 11 zu werden. Diese zusätzliche Sonnenstrahlung 7 verstärkt die direkte Sonnenstrahlung 6 und erzeugt zusätzlich elektrischen Strom.

Gemäß Fig. 4 bestehen die jeweils an beiden Seiten in einem sehr flachen Winkel gegenüber den PV Modulen 2 angeordneten Fresnellprismenspiegel 3 aus einem durchsichtigem optisch dichtem Material 8 und sind an der zur Sonnenstrahlung 7 zeigenden Seite glatt. Die verspiegelten Prismen 11 des Fresnellprismenspiegels 3 be finden sich auf der Sonnenstrahlung 7 abgewandten Seite.

Die Sonnenstrahlung 7, welche auf die Fresnellprismenspiegel 3 trifft wird von diesen in Richtung der Fres nellmittelspiegel 4 gebrochen 10 gespiegelt 11 und gebrochen 10. Die Sonnenstrahlung 7 bricht sich 10 durch den Übergang von Luft als optisch dünnem Material in das optisch dichte Material 8 des Fresnellpris menspiegels 3, um sich dann auf der Spiegelschicht 9 der Prismen zu reflektieren 11 und bei seinem Austritt aus dem optisch dichtem Material 8 des Fresnellprismenspiegels 3 noch einmal in Richtung Fresnellmittel spiegel 4 zu brechen 10 um von dort auf das PV Modul 2 zu strahlen.

Gemäß Fig. 5 treffen die aus dem Fresnellprismenspiegel 3 kommenden Sonnenstrahlen 7 auf den Fresnell mittelspiegel 4 und werden von der Spiegelschicht 9 auf diesem auf das PV Modul 2 gespiegelt 11.

Gemäß Fig. 2 befinden sich zwischen acht PV Modulen 2 jeweils an einer Seite dreieckige Fresnellprismen spiegel 3 in der gleichen Ebene. Zwischen den Fresnellprismenspiegeln 3 sind darüber Umkehrspiegel 5 angeordnet. Im Zentrum der Modulanordnung befinden sich über den PV Modulen 2 acht trapezförmige Fresnellprismenspiegel 3 in einem flachen Winkel gegenüber den PV Modulen 2.

Die gesamte Modulanordnung 1 ist auf einem Ständer befestigt und kann dem Tagesgang der Sonne nachge führt werden.

Gemäß Fig. 6 trifft Sonnenstrahlung direkt 6 auf die PV Module 2 und erzeugt dort elektrischen Strom. Diejenige Sonnenstrahlung 7, welche auf die Fresnellprismenspiegel 3 trifit wird von diesen in Richtung des Umkehrspiegels 5 gebrochen 10 gespiegelt 11 und gebrochen 10. Die Sonnenstrahlung 7 bricht sich 10 durch den Übergang von Luft als optisch dünnem Material in das optisch dichte Material 8 des Fresnellprismen spiegels 3, um sich dann auf den verspiegelten Prismen 11 der Spiegelschicht 9 zu reflektieren und bei seinem Austritt aus dem optisch dichtem Material 8 des Fresnellprismenspiegels 3 noch einmal in Richtung Umkehr spiegels 5 zu brechen 10 und von dort auf das PV Modul 2 gespiegelt 11 zu werden. Diese zusätzliche Sonnenstrahlung 7 verstärkt die direkte Sonnenstrahlung 6 und erzeugt zusätzlich elektrischen Strom.

Gemäß Fig. 7 bestehen die jeweils an den PV Modulen 2 an einer Seite in der gleichen Ebene angeordneten Fresnellprismenspiegel 3 aus einem durchsichtigem optisch dichtem Material 8 und sind an der zur Sonnen strahlung 7 zeigenden Seite glatt. Die verspiegelten Prismen 11 des Fresnellprismenspiegels 3 befinden sich auf der Sonnenstrahlung 7 abgewandten Seite.

Die Sonnenstrahlung 7, welche auf die Fresnellprismenspiegel 3 trifft wird von diesen in Richtung der Um kehrspiegel 5 gebrochen 10 gespiegelt 11 und gebrochen 10. Die Sonnenstrahlung 7 bricht sich 10 durch den Übergang von Luft als optisch dünnem Material in das optisch dichte Material 8 des Fresnellprismenspiegels 3, um sich dann auf der Spiegelschicht 9 der Prismen zu reflektieren 11 und bei seinem Austritt aus dem optisch dichtem Material 8 des Fresnellprismenspiegels 3 noch einmal in Richtung Umkehrspiegel 5 zu brechen 10 um von dort auf das PV Modul 2 zu strahlen.

Aufstellung der verwendeten Bezugszeichen

1

Modulanordnung

2

PV Modul

3

Fresnellprismenspiegel

4

Fresnellmittelspiegel

5

Umkehrspiegel

6

Sonneneinstrahlung direkt

7

Sonnenstrahlung

8

optisch dichtes Material

9

Spiegelschicht

10

Brechung, brechen

11

verspiegelte Prismen, gespiegelt

Claims

1. Vorrichtung zur Verstärkung des Sonnenlichtes auf Solarmodulen gekennzeichnet dadurch, sich zwischen mindestens drei PV Modulen 2, die radial vieleckig, kreisförmig oder oval angeordnet sind, jeweils an einer oder an beiden Seiten dreieckige Fresnellprismenspiegel 3 in einem sehr flachen Winkel oder in der gleichen Ebene gegenüber den PV Modulen 2 und mittig auf den PV Modulen 2 oder über den Fresnellmittelspiegel 4 oder Umkehrspiegel 5 befinden und weitere Fresnellprismenspiegel 3 pyramidenförmig im Zentrum der runden oder ovalen Modulanordnung 1 in einem flachen Winkel über den PV Modulen 2 vorhanden sind.

2. Vorrichtung zur Verstärkung des Sonnenlichtes auf Solarmodulen nach Anspruch 1 gekennzeichnet dadurch, das die Fresnellprismenspiegel 3 aus einem durchsichtigem optisch dichtem Material 8 bestehen und an der zur Sonnenstrahlung zeigenden Seite glatt sind und die verspiegelten Prismen 11 des Fresnellprismenspiegels 3 sich auf der Sonnenstrahlung 7 abgewandten Seite befinden.

3. Vorrichtung zur Verstärkung des Sonnenlichtes auf Solarmodulen nach Anspruch 1 gekennzeichnet dadurch, das statt der PV Module 2 auch Elemente für thermische Solartechnik Verwendung finden.