DE102008057187A1

DE102008057187A1 - Photovoltaik-Rohrsystem

Info

Publication number: DE102008057187A1
Application number: DE102008057187A
Authority: DE
Inventors: Paul Kraft
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2008-11-13
Filing date: 2008-11-13
Publication date: 2010-05-20

Abstract

Die Erfindung bezieht sich auf ein Raster rohrförmiger photovoltaischer Elemente, die eine Teil-Verschattung der darunter liegenden Bodenflächen für die agrarische Nutzung von Wüstengebieten bewirkt.

Description

Die Erfindung betrifft das Gebiet der Photovoltaik in Verbindung mit der verbesserten agrarischen Nutzung der Flächen, über der die Gerätschaft montiert ist.
Wüstengebiete liegen vielfach im Bereich besonders hoher Sonneneinstrahlung, die ein geregeltes Pflanzenwachstum einerseits durch Wassermangel, andererseits aber durch Verbrennen der Zellen des Blattwerkes nach zu intensiver Bestrahlung verhindert.
Der Wassermangel könnte vielerorts behoben werden, wenn die Entsalzung aquiferen oder nahen Seewassers möglich wäre. Doch sind dazu erhebliche Energiemengen erforderlich.
Es ist nahe liegend, die vorliegende Sonneneinstrahlung zur Bereitstellung dieser Energie mittels photovoltaischer Elemente zu bewerkstelligen.
Jedoch sind die dazu bislang genutzten Techniken – Silizium-Solarzellen und solarthermische Parabolrinnen- oder Konzentrator-Kraftwerke so geartet, dass ihre Elemente den Untergrund entweder nicht vor zu heftiger Einstrahlung schützen, oder gleich so verschatten, dass kein nennenswertes Pflanzenwachstum mehr möglich ist.
Zwar sind durchsichtige Solarzellen bekannt, die in nanoskaliger Technik auf Glasscheiben aufgebracht sind. Nur sperren diese gerade das fürs Pflanzenwachstum wichtige UVA-Spektrum und sind zudem derzeit noch sehr teuer.
Ferner ist Staubbelastung gerade in Wüstengegenden ein erhebliches Problem, und gerade die genannten Elemente sind staubempfindlich und müssten ständig gereinigt werden, mehr noch könnten z. B. in Wüsten verbreitete Sandstürme zum Verkratzen und damit schnellem Verschleiß der Oberflächen führen.
Überdies müssen die bekannten Solarelemente der Sonne nachgeführt werden, um einen akzeptablen Wirkungsgrad zu erzielen.
Diese mechanische Nachführung ist aber unter den genannten Umweltbedindungen besonders problematisch: gerade die Belastung durch Flugsand lässt die Drehlager schnell verschleißen, die dann zum Verklemmen neigen.
Es ist daher Aufgabe vorliegender Erfindung, Solarenergie zu gewinnen und u. a. zum Hochpumpen und Desalinisieren von Wasser zu verwenden, dabei aber die unter den Elementen liegenden Bodenflächen nur teilweise zu verschatten, um geregeltes Pflanzenwachstum zu bewirken. Ferner sollen die Elemente ohne mechanische Nachführung noch einen angemessenen Wirkungsgrad aufweisen.
Dies wird erfindungsgemäß dadurch erreicht, dass Silizium-basierte Solarzellen als Kern mit dreieckigem Querschnitt in Röhren angeordnet sind, deren transparente Hülle auf ihrer Innenseite Fresnel-Linsenstrukturen aufweist, die eingestrahltes Sonnenlicht auf die Solarzellen konzentriert.
Durch aufgelockerte Anordnung und die Beugungs- und Brechungseffekte der rohrförmigen Elemente wird dabei eine Teil-Verschattung erreicht, die zusammen mit der Anordnung der Röhren in einem netzartigen Raster eine gleichmäßige, aber gezielt verringerte Belichtung des Bodens und der darin angelegten Pflanzstrukturen bewirkt.
In einer vorteilhaften Ausführung sind dabei die Solarzellen im Querschnitt eines gleichseitigen Dreiecks angelegt, deren elektrische Ableitung als Koaxialleiter mit entsprechender Durchkontaktierung erfolgt.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand der Zeichnungen 1 und 2 näher erläutert.
Dabei zeigt 1 den Querschnitt durch ein derartiges Photovoltaik-Rohr, mit der Lichteinstrahlung aus verschiedenen Neigungswinkeln der Sonne und ihre Konzentration durch die Fresnel-Strukturen auf die Solarzellen.
Die Anordnung enthält eine röhrenförmige Hülle 1 aus glasklarem Material und auf Abstützungen 17 innen montierte, ebenfalls aus glasklarem Material gefertigte Träger 3 in Form eines gleichseitigen Dreiecks.
Auf ihnen sind Fresnel-Strukturen 2 eingeprägt, die die Sonnenstrahlen auf die Solarzellen 5 richten, die ihrerseits auf einem weiteren, innen liegenden gleichseitigen Dreieck 9 angeordnet sind.
Eine innen liegende Koaxialleitung 4 dient zur Ableitung des erzeugten elektrischen Stroms.
Weiter zeigt 1, wie die Sonneneinstrahlung aus den Neigungswinkeln 14 bis 16 dreier typischer Sonnenstände im Tagesverlauf auf die Solarzellen fokussiert wird.
2 stellt dar, wie eine Anordnung derartiger Solarröhren 6 eine Teil-Verschattung der darunter angeordneten Pflanzen 7 bewirkt, so dass diese vor zu starker bzw. zu dauerhafter Einstrahlung geschützt sind.
Dabei ist die Höhe der Anbringung durch verstellbare Stützen 8 an teleskopischen Aufnahmen 19 so einstellbar, dass die Pflanzenfläche wahlweise zu begehen bzw. abzuweiden ist oder davor geschützt werden kann.

Claims

Photovoltaik-Rohrsystem, dadurch gekennzeichnet, dass Solarzellen zentrisch in transparenten Rohren und diese in einem gitterartigen Raster angeordnet sind.
Photovoltaik-Rohrsystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Solarzellen mittig auf einem Träger mit dem Querschnitt eines gleichseitigen Dreiecks angeordnet sind.
Photovoltaik-Rohrsystem nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Hüllrohr mit darauf eingeprägten Fresnel-Linsen eine Konzentration der Sonnenstrahlen auf die Solarzellen bewirkt.
Photovoltaik-Rohrsystem nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, dass Fresnel-Linsen, die auf einer zwischen Hüllrohr und Solarzellen angeordneten Trägerstruktur montiert sind, eine Konzentration der Sonnenstrahlen auf die Solarzellen bewirken.
Photovoltaik-Rohrsystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass zentrisch im Träger der Solarzellen ein Koaxialkabel angeordnet ist, das die Energie der Zellen zu einem Sammler abführt.
Photovoltaik-Rohrsystem nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Hülleitung des Koaxialkabels mit jeweils einem Pol der Solarzellen direkt verbunden ist.
Photovoltaik-Rohrsystem nach Anspruch 5 und 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Hülleitung des Koaxialkabels zur Durchführung der jeweils zweiten Zuleitung der Solarzellen zum leitenden Kern in regelmäßigen Abständen durchbrochen ist.
Photovoltaik-Rohrsystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das gitterartige Raster waagrecht und bei geneigtem Untergrund parallel zum Erdboden angeordnet ist.
Photovoltaik-Rohrsystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Gitterweite je nach Dämpfungscharakter der Röhren für das Sonnenlicht so ausgelegt ist, dass sich eine für die vorgesehene klimatische Zone und die gewählten, darunter wachsenden Pflanzen eine optimale Verschattung ergibt.
Photovoltaik-Rohrsystem nach Anspruch 1 und 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Gitterstruktur auf teleskopisch in der Höhe verstellbaren Trägern angeordnet ist.