DE102006004712A1 - Änderung der Stromrichtung von Solarstrommodulen zu Heizzwecken - Google Patents

Abstract

Ein Solarmodul stellt einen elektrischen Generator dar, der abhängig von der auf die Modulfläche treffenden Solarstrahlung Gleichstrom abgibt. Das elektrische Verhalten einer Solarzelle entspricht im Wesentlichen dem einer Diode. Betreibt man diese Diode in Durchlassrichtung, fällt am PN-Übergang eine Spannung ab, die für die Wärmeverluste in der Halbleiterdiode wesentlich verantwortlich ist. Bei einem Solarmodul kann diese Verlustleistung gezielt genutzt werden, um das Modul zu beheizen. Die Geometrie des Moduls kann hinsichtlich der Wärmekapazität geeignet als Wärmespeicher genutzt werden. Eine gezielte Aufheizung der Solarmodulfläche kann zum Beispiel Verschattung durch Schnee bzw. die Bildung von Eis auf der Modulfläche verhindern, was bei der Planung der statischen Lasten des Solargenerators zu Minderungen führt. Des Weiteren kann der Ertrag des Solargenerators aufgrund verlängerter Einstrahlungszeiten gesteigert werden. Der Netzeinspeisewechselrichter, der einen Solargenerator mit dem Netz koppelt, ist in der Regel für den 2-Quadrantenbetrieb ausgelegt. Erweitert man die Funktion des Wechselrichters auf 4-Quadrantenbetrieb, kann mit Hilfe des Wechselrichters Strom in den Solargenerator hineingetrieben werden. Damit lassen sich dann oben genannte Effekte erzielen. Alternativ kann bei Anlagen, die keinen Eingriff in den Wechselrichter zulassen, durch eine entsprechende äußere Beschattung dem Generator Energie zugeführt werden. Zusätzlich lässt zu ...

Description

• Die Erfindung beschäftigt sich mit der Ausnutzung der physikalischen Eigenschaften von photovoltaischen Anlagen, speziell mit den thermischen Eigenschaften der Photovoltaikmodule.
• Im Rahmen einer geschlossenen Diplomarbeit (Anlage 1) an der FH Darmstadt wurde das thermische Verhalten mehrerer Photovoltaikmodule bei Beaufschlagung mit Strom gegen die normale Stromrichtung untersucht. Ziel der Untersuchung war zum einen die Ertragsminderung von Photovoltaikanlagen durch Schnee und Frost zu beseitigen, zum anderen sicher zu verhindern, das sich Schneemassen auf Photovoltaikanlagen bilden, damit diese nicht mehr in die statische Berechnung aufgenommen werden müssen.
• Photovoltaikanlagen bestehen im Wesentlichen aus einem Generatorfeld ((A) Skizze 1), aus den Leitungsführungen (B, E), und dem Energiespeicher (E).
• Bei Netz gebundenen Anlagen stellt das Netz (E) den Speicher dar.
• Bei netzunabhängigen Anlagen steht hier zum Beispiel ein Akkumulator als Energiespeicher zur Verfügung.

Claims (3)

1. Dreht man die Stromrichtung des Generators um, so funktioniert der Generator als Verbraucher, und zwar als Flächenheizung. Bei Generatoren, die im freien angeordnet sind (an Gebäuden oder raumbildenden Anlagen, ändert sich hierdurch das Verhalten dieser Anlagen. So kann im Winter hiermit, durch eine geeignete Detektion (Lichtsensor, Wärmefühler, und Regensensor) sicher die Bildung einer Schnee- bzw. Eisschicht verhindert werden. Manuell betrieben können solche Schichten sicher entfernt werden. In Gegenden bei denen Solargeneratoren länger durch diese Schichten beschattet sind, wird über die Zeitachse der Gesamtjahresertrag der Anlage steigen. Die Änderung der Stromrichtung kann bei netzgebundenen Anlagen durch eine Änderung der Beschaltung des Wechselrichters (Skizze 1 D), bzw. durch eine Softwareänderung zu bewerkstelligen. Alternativ kann zu dem Wechselrichter eine externe Beschaltung erfolgen.
2. Zu Analysezwecken, kann das Generatorfeld bei Dunkelheit Rückbestromt werden, und somit über die Erwärmung der Zellen, schadhafte Zellen und mit geeignet sensibler Thermographie schadhafte Anlagenteile (z.Bsp. Bypassdioden) lokalisiert werden.
3. Bei Anordnung des Generators zum Beispiel in Zwischendecken oder in Doppelfassaden, bei denen die Abwärme der Module zu einem Wärmegewinn des Raumes beitragen, kann die Schaltungsart, bzw. eine entsprechende Zusatzschaltung (4) den Wärmebedarf bei Lichtmangel vornehmen.