DE10151468A1

DE10151468A1 - Sonnenstands-Nachführung, Spiegelung und Kühlung von Kollektoren

Info

Publication number: DE10151468A1
Application number: DE10151468A
Authority: DE
Inventors: Achim Zimmermann
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2001-10-18
Filing date: 2001-10-18
Publication date: 2003-04-30

Abstract

Es wurde gefunden, daß die Energieausbeute von Solarkollektoren deutlich erhöht werden kann, wenn verschiedene Maßnahmen miteinander kombiniert werden: Die Kombination besteht a. aus der zweiachsigen Nachführung durch Drehung um eine vertikale und horizontale Achse, b. aus der Vergrößerung der Lichteinfallsfläche durch Spiegel, die mit 120 DEG so angewinkelt sind, daß ihr Lichtanteil quantitativ auf die Kollektoren reflektiert wird, und c. aus der Kühlung des Kollektors, um die durch die einfallende Strahlung verursachte Temperaturerhöhung des Kollektors, die eine beträchtliche Leistungseinbuße bedeutet, zu kompensieren. Die Maßnahme a. bedeutet eine Erhöhung des Direktstrahlungsanteils gegenüber dem Anteil an der diffusen Strahlung; die Maßnahme b. führt zu einer Erhöhung der Strahlungskonzentration. Es wurde gefunden, daß die Maßnahme c. die durch die Maßnahmen a. und b. bedingte Erwärmung des Kollektors durch die erhöhte Strahlungsdichte ausgleicht, so daß die Wirkung der Maßnahmen a. und b. voll wirksam werden, ohne daß wegen des negativen Temperaturkoeffizienten die Stromausbeute verringert wird. DOLLAR A Mit dem Winkel von 120 DEG zwischen Kollektor und Spiegel ergibt sich, daß bei einem Flächenverhältnis von 1 : 1 50%, bei einem Verhältnis 1 : 2 sogar 100% mehr Strahlung eingefangen wird. Mit Glasspiegeln kann diese zusätzlich eingefangene Strahlung zu 80-90% an den Kollektor übertragen werden, was bei einem Flächenverhältnis von 1 : 2 eine um 70% erhöhte Energieausbeute im ...

Description

Die spezifischen Kosten von Fotovoltaikmodulen sind nach wie vor sehr hoch, was zum einen an den hohen Herstellungskosten und zum anderen an der geringen Energieausbeute liegt. Um diesen Nachteil der Fotovoltaik deutlich zu verringern, wurde gefunden, daß, wenn auch die Herstellungskosten kaum zu beeinflussen sind, zumindest die Energieausbeute um rund 100% gesteigert werden kann, was die spezifischen Kosten, also die Anschaffungskosten pro installierte kW halbieren würde. Es wurde gefunden, daß mit einer Kombination von Maßnahmen dieses Ziel erreicht werden kann: Erfindungsgemäß besteht diese Kombination von Maßnahmen aus einer zweiachsigen Nachführung, also einer horizontalen wie auch vertikalen Nachführung des Kollektors, aus einer Vergrößerung der Lichteinfallsfläche durch Spiegel, die so angebracht sind, daß ihr Lichtanteil auf die Kollektoren abgespiegelt werden, und aus einer Kühlung des Kollektors, um die durch die Spiegelung verursachte zusätzliche Temperaturerhöhung des Kollektors, die Leistungsabnahme um 0,00375 W/K hervorruft /1/, zu kompensieren. Beträgt das Flächenverhältnis der Spiegel zum Kollektor 1 : 1, kann bekannterweise 50% mehr Strahlung eingefangen werden, beträgt das Verhältnis z. B. 2 : 1 sogar 100%. Bekannt ist auch, daß mit Glasspiegeln 80-90% der eingefallenen Strahlung an den Kollektor durch Spiegelung übertragen werden können, was bei einem Flächenverhältnis, wie so eben angenommen von 2 : 1, eine um 70% erhöhte Energieausbeute im Vergleich zur Globalstrahlung ausmacht. Es wurde ferner gefunden, daß die theoretisch erzielte Erhöhung der Leistungsausbeute durch die Spiegelung jedoch nur realisiert werden kann, wenn die durch die erhöhte Energiedichte bedingte Erwärmung des Kollektors durch Kühlung wieder kompensiert wird /3/. Es wurde auch gefunden, daß einer Erhöhung der Leistungsausbeute von 70% durch Spiegelung nur dann voll ausgeschöpft werden kann, wenn der Kollektor zusammen mit der Spiegelung 2-achsig nachgeführt wird /2/, da bei nur einachsiger Nachführung, aber erst recht bei starrer Aufständerung, die Spiegel zum Beschatten des Kollektors führen würden. Eine mögliche Anordnung der Spiegel und des Moduls ist in Abb. 1 skizziert: Hier befinden sich die Spiegel in einem Winkel von 60° zur Modulfläche und sie haben die doppelte Fläche wie der Modul. Die vom Spiegel reflektierte Direktstrahlung fällt unter einem Winkel von 30° auf den Modul. Die erforderlichen Einrichtungen für die Kühlung und die zweiachsige Nachführung sind in den Anmeldungen /2/, /3/ beschrieben. Benutzte Nicht-Patentliteratur /1/ H. Buck, M. Meliß und A. Wagner, Rechnen mit Photovoltaik, Teil 1 "Die Strom-Spannungskennlinie einer Solarzelle", Photon März/April 1999, S. 60-63 Patentliteratur /2/ A. Zimmermann, "Hydraulische Nachführung von Kollektoren nach dem Sonnenstand",
Anmeldung 101 17 622.8 vom 7.4.2001
/3/ A. Zimmermann, "Kühlung von Fotovoltaikmodulen zur Erhöhung der Leistungsausbeute",
Anmeldung 101 21 850.8 vom 4.5.2001.

Claims

1. Erhöhung der Leistungsausbeute von Fotovoltaikkollektoren durch Kombination von zweiachsiger Nachführung, Vergrößerung der Einfallsfläche durch Spiegel sowie durch Kühlung der Kollektoren dadurch gekennzeichnet, daß die zweiachsige Nachführung des Kollektors kombiniert wird mit der Vergrößerung der Einfallsfläche durch Spiegel, was zum Vorteil hat, daß die Spiegel im ungünstigen Fall den Kollektor nicht beschatten können, und kombiniert mit der Kühlung des Kollektors, da die erhöhte Energiedichte durch die zweiachsige Nachführung und die Vergrößerung der Einfallsfläche durch Spiegel zu einer Erhöhung der Modultemperatur führt und damit zu einem Spannungsabfall, der nur durch Kühlung des Kollektors kompensiert werden kann.

2. Erhöhung der Leistungsausbeute von Fotovoltaikkollektoren durch Kombination von zweiachsiger Nachführung, Vergrößerung der Einfallsfläche durch Spiegel sowie durch Kühlung der Kollektoren dadurch gekennzeichnet, daß zwei Spiegel im Winkel von 60° zur Modulfläche angeordnet sind, die zusammen die doppelte Fläche aufweisen wie der Modul.