DE102009002507A1

DE102009002507A1 - Solaranlage

Info

Publication number: DE102009002507A1
Application number: DE102009002507A
Authority: DE
Inventors: Tobias Kiesewetter; Karl-Heinz Krampe
Original assignee: Sunsail Energy & Co KG GmbH
Current assignee: Sunsail Energy & Co KG GmbH
Priority date: 2009-04-20
Filing date: 2009-04-20
Publication date: 2011-03-17

Abstract

Es wird eine Solaranlage in der besonderen Ausgestaltung einer Photovoltaikanlage (1) mit einer Energiewandleranordnung (2) mit jeweils einem Energiewandler (6) und einer ersten optischen Einrichtung (8) offenbart, wobei mit der ersten optischen Einrichtung (8) eine direkte Strahlung von einer Strahlungsquelle oder einem Strahlungstransmitter durch die erste optische Einrichtung (8) hindurch auf den Energiewandler (6) geleitet wird. Die Energiewandleranordnung (2) weist darüber hinaus eine zweite optische Einrichtung (9), die sich gegenüber der optischen Wirkung der ersten optischen Einrichtung (8) unterscheidet, auf, wobei durch die zweite optische Einrichtung (9) hindurch direkte Strahlung von einer Strahlungsquelle oder einem Strahlungstransmitter auf den Energiewandler geleitet wird.

Description

Die Erfindung betrifft eine Solaranlage in der Ausgestaltung einer Photovoltaikanlage gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.
Unter Solartechnik versteht man die direkte Umwandlung von Strahlungsenergie der Sonne (oder auch Solarenergie) in nutzbare Energieformen. Dabei gliedert sich das Spektrum der Solartechnik in verschiedene Teilgebiete auf, wobei danach unterschieden wird, ob aus der Sonnenstrahlung Wärme oder elektrische Energie gewonnen wird.
Mit Hilfe von Solarkollektoren wird bei einer Solaranlage ein Wärmeträger wie z. B. Wasser durch die Sonnenenergie erwärmt und dem Anwender in Form von Warmwasser bereitgestellt oder einer Energiewandlung zu nutzbarem Strom zugeführt. Im Gegensatz dazu wird bei einer Photovoltaikanlage die Strahlungsenergie der Sonne direkt über die Solarzellen in elektrische Energie umgewandelt, die dem Nutzer als Solarstrom zur Verfügung steht.
Entscheidend für den wirtschaftlichen Betrieb einer solchen Anlage sind neben dem Standort weitere Faktoren, wie beispielsweise die Größe der sonnenbeaufschlagten Fläche sowie die Qualität der Ausrichtung der beaufschlagten Fläche in Richtung Sonne.
Um die Größe der sonnenbeaufschlagten Fläche effizienter zu gestalten, sind in den letzten Jahren diverse Solaranlagen entwickelt worden, die mehr Sonnenlicht gebündelt auf ein Photovoltaikelement aufbringen. Eine optische Einrichtung, wie beispielsweise eine Strahlung konzentrierende Fresnel-Linse, die wesentlich breiter als das Photovoltaikelement ist, wird dabei vor das Photovoltaikelement gebracht, so dass dieses mit einer höheren Strahlenkonzentration beaufschlagt wird. Dadurch kann diese Solaranlage im Vergleich zu Anlagen, die nur der direkten Sonnenstrahlung ausgesetzt sind aufgrund der besseren Nutzung der Größe der sonnenbeaufschlagten Fläche eine wesentlich größere Menge an Sonnenlicht einfangen, mehr Energie erzeugen und trotz geringerer Größe der Photovoltaikelemente den gleichen Ertrag an Energie liefern wie eine vergleichbare Anlage, bei der die Energiewandleranordnung die Größe der optischen Einheit aufweist.
Eine derartige Solaranlage wird beispielsweise in der DE 20 2007 016 715 U1 gezeigt, in der Fresnel-Linsen die von der Sonne einfallende Strahlung auf eine Brennlinie bündeln. Diese sehr energiereiche Brennlinie ist in der Lage, eine Flüssigkeit, die in einem Rohr verläuft, zu erwärmen bzw. eine Photovoltaikzelle zu beaufschlagen, so dass eine Energiewandlung in nutzbare Energie stattfindet. Dabei erweist sich die Fresnel-Linse als besonders effiziente Möglichkeit, die einfallenden Sonnenstrahlen auf einen gemeinsamen Punkt oder eine gemeinsame Brennlinie zu fokussieren, da jedes einzelne Prisma individuell angepasst werden kann und die Fresnel-Linse im Vergleich zu einer herkömmlichen Linse sowohl Volumen als auch Gewicht einspart, was zu einer vereinfachten Nachführung genutzt werden kann.
Um die Ausrichtung der beaufschlagten Fläche in Richtung Sonne effizienter zu gestalten, sind in den letzten Jahren neben den starr mit dem Untergrund verbundenen Anlagen diverse Solaranlagen entwickelt worden, die sich kontinuierlich an den Sonnenstand anpassen. Der einschlägige Stand der Technik zeigt beispielsweise Konzentratorsolarsysteme, welche, um teure Flächenkosten von Solarmodulen zu sparen, das einfallende Sonnenlicht durch eine vorgeschaltete Optik auf eine kleine Fläche konzentrieren. Um stets einen optimalen Wirkungsgrad der Anlage zu gewährleisten, wird die Solaranlage dem Sonnenstand in der Art nachgeführt, dass im Brennpunkt ständig ein bestmöglichster Wirkungsgrad sichergestellt ist.
Zusammengefasst gilt, dass auf das Photovoltaikelement einer nicht fokussierenden Photovoltaikanlage neben der direkten Strahlung auch zusätzlich diffuse Strahlung trifft. Diese Anlagen müssen nicht nachgeführt werden oder kommen mit geringer Nachführpräzision aus, weshalb die Aufständerungskosten minimiert werden. Um eine vorgegebene Nennleistung der Anlage zu erhalten wird im Vergleich zu fokussierenden Anlagen eine größere Fläche an Photovoltaikelementen benötigt, was einen hohen Aufwand an teueren Solarmodulen bedeutet.
Im Vergleich dazu benötigt eine fokussierende Photovoltaikanlage weniger Solarmodulfläche, da mehr Strahlung auf ein kleineres Photovoltaikelement fällt, was die Effizienz der Anlage steigert. Die Nachteile des fokussierenden Systems sind eine eingeschränkte Nutzung von diffuser Strahlung, eine zusätzliche teure Kühlung und ein aufwändiges Nachführsystem mit in der Regel hoher Nachführpräzision.
Es ist deshalb Aufgabe der Erfindung, die oben genannten Nachteile zu eliminieren und eine Solaranlage der genannten Art zu stellen, bei der das Photovoltaikelement gegenüber dem Stand der Technik wirtschaftlicher zu betreiben ist.
Erfindungsgemäß wird die Aufgabe durch die Merkmale des unabhängigen Anspruchs gelöst. Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen beschrieben. Dabei wird eine Energiewandleranordnung bestehend aus einem Energiewandler und einer optischen Einrichtung in der Art zur Erzeugung von nutzbarer Energie mit Strahlung beaufschlagt, dass direkte Strahlung von einer Strahlungsquelle oder einem Strahlungstransmitter durch eine erste optische Einrichtung hindurch auf die Energiewandleranordnung gebeugt wird. Durch eine zweite optische Einrichtung, die sich gegenüber der optischen Wirkung der ersten optischen Einrichtung unterscheidet, wird zusätzliche direkte Strahlung der Strahlungsquelle oder des Strahlungstransmitters auf den Energiewandler gerichtet. Dabei unterscheidet sich die optische Wirkung der zweiten optischen Einrichtung durch die Stärke der Beugung, die den Strahl ablenkt, streut oder fokussiert oder durch die Beschaffenheit der Oberfläche, welche eine Beugung oder eine Reflexion der Strahlung erzeugt von der ersten optischen Einrichtung. Durch den Einsatz der zweiten optischen Einrichtung, die zusätzliche Sonnenstrahlung auf den Energiewandler beugt oder lenkt, erhöht sich die Gesamtbeaufschlagung des Energiewandlers und somit der Gesamtwirkungsgrad der Energiewandleranordnung, was zu einem wirtschaftlichen Betrieb der Photovoltaikanlage führt.
Eine Variante der Erfindung sieht vor, dass die zweite optische Einrichtung derart ausgebildet ist und/oder in Bezug auf die Strahlungsquelle bzw. den Strahlungstransmitter derart angeordnet ist, dass die zweite optische Einrichtung neben der Strahlung einer ersten optischen Einrichtung eine direkte Strahlung von der Strahlungsquelle bzw. dem Strahlungstransmitter unmittelbar auf den Energiewandler ermöglicht. Dabei ist es besonders vorteilhaft, wenn die zweite optische Einrichtung aus einem transparenten Material wie z. B. Glas oder Kunststoff geschaffen ist und sich im direkten Strahlengang über dem Energiewandler befindet, so dass die direkte Sonnenstrahlung durch die zweite optische Einrichtung hindurch zur Energieerzeugung auf den Energiewandler geleitet wird.
Eine weitere Variante dieser Erfindung sieht vor, eine Mehrzahl von Energiewandleranordnungen nebeneinander in Reihe anzuordnen, so dass die erste optische Einrichtung der Energiewandleranordnung auf einen Energiewandler einer benachbarten Energiewandleranordnung gerichtet ist. Somit verteilen sich alle Strahlen die auf die Oberfläche der Photovoltaikanlage treffen auf die erste optische Einrichtung oder die zweite optische Einrichtung und werden auf einen gemeinsamen Energiewandler gelenkt. Durch diese Anordnung der ersten optischen Einrichtung zum Energiewandler ist ein besonders wirkungsvoller Aufbau der Photovoltaikanlage möglich, da die direkte Strahlung durch die erste optische Einrichtung hindurch auf den Energiewandler gerichtet ist und zusammen mit der Strahlung der zweiten optischen Einrichtung den Wirkungsgrad der Photovoltaikanlage erhöht.
Ein besonders guter Strahlengang auf den Energiewandler und eine geringe Verschattung der ersten optischen Einrichtung durch die zweite optische Einrichtung ergibt sich, wenn die erste optische Einrichtung im Vergleich zur zweiten optischen Einrichtung näher an einer Strahlungsquelle und somit in einer 0°-Stellung der Photovoltaikanlage oberhalb der zweiten optischen Einrichtung angeordnet ist.
Durch eine vorteilhafte Anbringung eines Halteelements außerhalb des Strahlengangs zwischen erster optischer Einrichtung der Energiewandleranordnung und dem beaufschlagten Energiewandler der benachbarten Energiewandleranordnung ist es möglich, den Strahlengang zwischen erster optischer Einrichtung und Energiewandler frei von Halte- bzw. Trageelementen zu gestalten. Die dadurch geringere Verschattung der Energiewandler führt zu einer effizienteren Ausnutzung der vorhandenen Sonnenstrahlung, da alle Strahlen auf den Energiewandler landen und keine Strahlung an Halteteile verloren geht.
Bei einem bevorzugten Anwendungsbeispiel ist das Halteelement aus einer Optikaufnahme, einer Energiewandleraufnahme und einem Stegabschnitt gebildet. Dabei ist die Optikaufnahme gegenüber der Energiewandleraufnahme auf der gegenüber liegenden Seite des Stegsabschnitts angeordnet, wobei die Energiewandleraufnahme den Energiewandler trägt und die Optikaufnahme die erste optische Einrichtung zum Energiewandler der benachbarten Energiewandleranordnung beabstandet. Eine besonders gute Optikaufnahme und/oder Energiewandleraufnahme wird von einer im Wesentlichen U-förmigen Aufnahme gebildet, welche die erste optische Einrichtung oder den Energiewandler trägt und fixiert. Alternativ kann diese Aufnahme auch durch ein Klemmprofil oder aus weiteren bekannten Elementen der Befestigungstechnik erfolgen.
Ist die Optikaufnahme und/oder die Energiewandleraufnahme so ausgebildet, dass der im Eingriff befindliche Rand der ersten optischen Einrichtung und/oder des Energiewandlers lösbar und formschlüssig am Halteelement angreift, ist eine sichere Montage zu einem späteren Zeitpunkt als die Montage der Aufständerung und Unterkonstruktion möglich. Darüber hinaus ist eine nachträgliche Demontage zur Reinigung, Wartung oder zum Austausch der einzelnen Elemente möglich.
Eine besonders einfache Herstellung der Halteelemente sieht vor, den Querschnitt – bestehend aus den Abschnitten der Optikaufnahme, des Stegabschnitts und der Energiewandleraufnahme – im Wesentlichen S-förmig aufzubauen, wobei sich das Halteelement senkrecht zu seiner Querschnittsfläche in linearer Richtung erstreckt. Dieser Grundaufbau des Haltelements ermöglicht die Verwendung von Rollform- oder Strangpressteilen die besonders günstig und einfach hergestellt werden können.
Weist das Halteelement einen Basisabschnitt zur Befestigung an einer Unterkonstruktion auf, so können die Bauteile der Energiewandleranordnung besonders einfach an der Unterkonstruktion befestigt werden, ohne weitere Befestigungsabschnitte am Halteelement anbringen zu müssen. Befindet sich zwischen Basisabschnitt und Halteelement ein zusätzliches elastisches Element, das Schwingungen, Vibrationen und Torsion zwischen Halteelement und Unterkonstruktion aufnehmen kann, ist eine besonders starre Anordnung der Energiewandleranordnung möglich, wodurch der Strahlengang auch bei äußeren Einflüssen wie beispielsweise Wind konstant bleibt und nicht durch auftretende Torsion der Bauteile zueinander eine Toleranz im Strahlenverlauf zu einer schlechteren Beaufschlagung der Energiewandler führt.
Eine weitere Ausgestaltung sieht vor, dass die erste optische Einrichtung und der Energiewandler in der Art rückseitig von einem Halteelement aufgenommen und getragen werden, dass keine optischen Verluste aufgrund in den Strahlengang ragender Halteabschnitte zu einer Verschlechterung des Wirkungsgrades führen.
Gemäß einer Variante der Photovoltaikanlage erstrecken sich die Energiewandleranordnungen zwischen zwei im Parallelabstand zueinander verlaufenden Haltewangen, die Halteelemente darstellen. Durch eine derartige Befestigung der Energiewandleranordnung können die verschattungsintensiveren Optikaufnahmen und Energiewandleraufnahmen der vorherigen Ausführungsform entfallen, da die Elemente stirnseitig gefasst werden. Vorteilhafterweise sind an den Wangen mehrere Stützelemente angebracht, an denen die erste optische Einrichtung und die Energiewandleranordnung fixiert und bei Bedarf wieder demontiert werden können.
Um einer Durchbiegung der Energiewandleranordnung bei breiteren Anlagen entgegen zu wirken, können bei Variante mit Haltewangen zusätzliche Halteelemente zwischen optischer Einrichtung und Energiewandler angebracht werden um das Eigengewicht der Bauteile abzufangen.
Alternativ zu einer starren Verbindung der ersten optischen Einrichtung und des Energiewandlers zu den Haltewangen ist es möglich, die Vorrichtung bestehend aus erster optischer Einrichtung, Energiewandleranordnung und Stützelement mittels einem Bolzen drehbar in die Haltewangen eingreifen zu lassen.
Ein besonders hoher Wirkungsgrad der Photovoltaikanlage wird erreicht, wenn die dem Energiewandler zugewandte Oberfläche des Halteelements verspiegelt oder ein zusätzlich aufgebrachtes spiegelndes Element trägt. Die dadurch auf das Halteelement auftreffende direkte Strahlung von einer Strahlungsquelle oder einem Strahlungstransmitter wird aufgrund der Reflexion der spiegelnden Oberfläche zusätzlich auf den Energiewandler gelenkt, der dem Halteelement zugeordnet ist. Ein Anstellwinkel des Halteelements zur Senkrechten zwischen 15 und 45°, gemessen in einer 0°-Stellung der Energiewandleranordnung, hat sich als besonders günstig in Bezug auf die Anlagenhöhe sowie der Energieeffizienz der Photovoltaikanlage erwiesen. Die Effizienz der Anlage kann weiter gesteigert werden, wenn der Anstellwinkel zwischen 25 und 30° liegt, insbesondere wenn der Anstellwinkel 28° beträgt.
Durch das Anbringen zusätzlicher Abstützungen, die am Halteelement angreifen und zur Unterkonstruktion führen, wird die Energiewandleranordnung besonders stabil, was der Strahlganggenauigkeit entgegenkommt, und darüber hinaus widerstandsfähiger gegen äußere Einflüsse wie z. B. Windlasten.
Die Effizienz der Photovoltaikanlage kann darüber hinaus gesteigert werden, wenn das Halteelement Wärme abführende Eigenschaften, wie z. B. aus einem Werkstoff mit guter Wärmeleitfähigkeit und/oder Wärme abführenden Elementen wie z. B. Kühlrippen zur Vergrößerung der Oberfläche, aufweist. Die entstehende Wärmeenergie aufgrund auftreffender Sonnenstrahlung auf dem Energiewandler kann über diese Maßnahmen an die Umgebung abfließen. Daraus folgt eine temperaturabhängige Steigerung des Wirkungsgrads des Energiewandlers bei Kühlung.
Vorteilhafterweise ist die erste optische Einrichtung der Photovoltaikanlage als optische Strahlablenkungseinrichtung ausgeführt. Die auf die erste optische Einrichtung treffenden Sonnenstrahlen werden somit von der optischen Strahlablenkungseinrichtung auf die zugeordneten Energiewandler gebeugt. Dabei kann die Optik der Strahlablenkungseinrichtung so ausgeführt werden, dass die Strahlen abgelenkt, gestreut oder fokussiert werden.
Um die Strahlablenkungseinrichtung der ersten optischen Einrichtung ausreichend zu schützen, wird diese insbesondere bei Verwendung einer Fresnel-Linsenstruktur mit einer Glasfläche bzw. ähnlichem Stoff oder einer Oberflächenbeschichtung vor Umwelteinflüssen geschützt. Durch die Glasfläche, die oberhalb und/oder unterhalb der Strahlablenkungseinrichtung angebracht ist, wird die Strahlablenkungseinrichtung gegen Schmutz, Verkratzen oder UV-Strahlung geschützt. Vorzugsweise sind die Flächen zueinander abgedichtet, so dass weder zwischen die Glas- noch zwischen die Kunststoff-Glasebene Verunreinigungen eintreten können. Um die Reflektionsverluste an der sonst spiegelnden Oberfläche der Strahlablenkungseinrichtung zu verringern, wird vorteilhaft entspiegeltes Glas und/oder entspiegelter Kunststoff für die erste optische Einrichtung verwendet. Ein besonders effizienter Aufbau der Energiewandleranordnung wird erzielt, wenn der Ablenkwinkel, gemessen von einem nahezu senkrechten Strahlengang einer Strahlungsquelle oder einem Strahlungstransmitter, auf die optische Einrichtung zwischen 20° und 60° gebeugt wird. Dieser Beugungswinkel definiert die Position der optischen Einrichtung zum Energiewandler.
Eine weitere Variante der Photovoltaikanlage sieht vor, die erste optische Einrichtung aufzuteilen, so dass mehrere Strahlablenkungseinrichtungen bestehend aus Abschnitten mit unterschiedlichen Beugungswinkeln entstehen. Durch diese Unterteilung und den resultierenden unterschiedlichen Beugungswinkel kann zum einen die Bewegung der Sonne über den Tagesverlauf als auch eine individuelle Strahlablenkung abgestimmt auf einen eigenförmigen Energiewandler angepasst werden. Beispielsweise kann die erste optische Einrichtung und/oder die Halteeinrichtung einen polygonzugartigen oder bogenförmigen Querschnitt, vorzugsweise konvex zur Strahlungsquelle hin ausgerichtet, aufweisen.
Durch die Anbringung regelmäßiger Verstärkungen kann die erste optische Einrichtung abgestützt werden. Die dadurch vergrößerte Torsionssteifigkeit ermöglicht eine genauere Strahlführung der ersten optischen Einrichtung auf den Energiewandler, da durch Wind oder Nachführbewegungen, aber auch durch Eigengewicht oder Materialverschleiß, wie z. B. Durchbiegung oder Toleranzen durch Wärmeausdehnung, entstehende Ungenauigkeiten durch die beispielsweise als Stahldraht ausgeführte Verstärkung abgefangen und verhindert werden kann. Die in periodischen Abständen eingesetzte Verstärkung greift vorzugsweise am Halteelement an.
Der am Fuße des Halteelements angebrachte Energiewandler der Energiewandleranordnung zur Umwandlung von Sonnenenergie in nutzbare Energieformen wie vorzugsweise elektrische oder thermische Energie besteht in einer bevorzugten Ausführungsform aus einer Solarzelle, die für zwei- bis 20-fache Konzentrationen, insbesondere zwei- bis 6-fache Konzentrationen, ausgelegt ist. Diese Solarzellen für niedrig fokussierende Systeme sind unkompliziert und kostengünstig in der Herstellung gegenüber hoch fokussierenden Solarzellen. Eine hohe Wandlungseffizienz ergibt sich beim Einsatz von Zellen basierend auf kristallinem Silizium oder amorphem Silizium sowie bei der Verwendung von Kupfer Indium oder Cadmiumtellurid-Modulen. Höhere Effizienzen lassen sich zudem beispielsweise mittels einer Tandem- oder Tripple-Zelle erzielen.
Vorteilhafterweise werden die Energiewandleranordnungen einer Photovoltaikanlage in Reihe nebeneinander und vorzugsweise parallel auf einer Unterkonstruktion montiert. Durch die Anbringung der Energiewandleranordnung auf einer Unterkonstruktion ist sichergestellt, dass keine weiteren zur Photovoltaikanlage gehörenden Teile zwischen Energiewandleranordnung und Strahlungsquelle befindlich sind und somit keinen Schatten auf die Energiewandleranordnung werfen bzw. im Strahlengang zwischen optischer Einrichtung und Energiewandler angeordnet sind.
Eine besonders gute Unterkonstruktion entsteht durch den Einsatz von Querträgern, die nebeneinander, vorzugsweise rechtwinklig zur Erstreckung der Energiewandleranordnung angeordnet sind. Durch den Einsatz dieser Querträger werden die Energiewandleranordnungen zueinander fixiert und stabilisiert. Durch die Verwendung von Hohlprofilen als Querträger kann eine besonders leichte Unterkonstruktion, die wiederum leichter zu montieren und zu handhaben ist, geschaffen werden.
Zur Nachführung der Energiewandleranordnung nach dem aktuellen Sonnenstand, der sich im Laufe des Tages verändert, wird die Photovoltaikanlage mittels einer Nachführeinrichtung dem Sonnenstand nachgeführt. Diese Nachführung ermöglicht einen vom Sonnenstand abhängigen maximalen Wirkungsgrad der Energiewandler, die durch die Nachführung stets mit einem Maximum an Sonnenstrahlung beaufschlagt werden. Dazu verfügt die Photovoltaikanlage sowohl über einen Sonnenstandsmesser als auch über einen Antrieb, der die Nachführbewegung auf die Nachführeinrichtung überträgt, wobei die Querträger wippenartig in einem gemeinsamen Drehpunkt, dem Sonnenstand nachgeführt werden.
In einer weiteren Ausführungsform der Photovoltaikanlage werden die auf die Unterkonstruktion befestigten Energiewandleranordnungen über eine Seilanordnung, die aus nebeneinander angeordneten, vorzugsweise im Jawerth-Seilbinderprinzip angeordneten Spannseilen besteht, dem Sonnenstand nachgeführt, wobei die Seile die Nachführbewegung auf die Querträger übertragen.
Eine Weiterbildung der Photovoltaikanlage sieht vor, am unteren Ende des Halteelements in Weiterführung des Energiewandlers ein Windleitelement anzubringen. Durch das Fortführen der Querschnittsfläche mit einem Windleitelement können auf die Photovoltaikanlage wirkende Winde besonders wirksam durch die in Reihe montierten Energiewandleranordnungen geführt werden, was zu einer geringeren Windanfälligkeit der Anlage, längerer Standzeit und geringeren Ausfällen führt.
Eine besonders hohe Ausnutzung der auf die Energiewandleranordnung treffenden Sonnenstrahlen wird erreicht, wenn die optische Einrichtung in einer 0°-Position der Energiewandleranordnung in der Art oberhalb des Energiewandlers angeordnet ist, dass eine Kante der optischen Einrichtung, die der benachbarten Energiewandleranordnung zugewandt ist, im Wesentlichen deckungsgleich mit der Kante des Energiewandlers einer längs benachbarten Energiewandleranordnung ist. Durch diese im Wesentlichen deckungsgleich miteinander angeordneten parallel verlaufenden Kanten der einzelnen Energiewandleranordnungen zueinander ist sichergestellt, dass alle auf die Photovoltaikanlage treffenden Sonnenstrahlen entweder durch die optische Einrichtung, das verspiegelte Halteelement oder direkt auf den Energiewandler treffen, um Energie zu erzeugen.
Nachfolgend sind die erfindungsgemäßen Varianten der Photovoltaikanlage anhand mehrerer in der Zeichnung dargestellter Beispiele noch näher erläutert. In der Zeichnung zeigen:
1 einen Querschnitt einer Photovoltaikanlage nach einer ersten Variante;
2 eine perspektivische Gesamtansicht einer Photovoltaikanlage mit einer Mehrzahl nebeneinander liegender Energiewandleranordnungen nach einer zweiten Variante;
3 einen Querschnitt einer Photovoltaikanlage mit einer Energiewandleranordnung nach einem ersten Ausführungsbeispiel der zweiten Variante;
4 einen Querschnitt der Photovoltaikanlage mit einer Energiewandleranordnung nach einem zweiten Ausführungsbeispiel der zweiten Variante;
5 einen Querschnitt der Photovoltaikanlage mit einer Energiewandleranordnung nach einem dritten Ausführungsbeispiel der zweiten Variante;
6 einen Querschnitt der Photovoltaikanlage mit einer Energiewandleranordnung nach einem vierten Ausführungsbeispiel der zweiten Variante; und
7 einen Querschnitt der Photovoltaikanlage mit einer Energiewandleranordnung nach einem fünften Ausführungsbeispiel der zweiten Variante.
Im Folgenden werden zwei Varianten der erfindungsgemäßen Photovoltaikanlage beschrieben. Der allgemein gültige Aufbau der Photovoltaikanlage wird in der ersten und zweiten Variante der Photovoltaikanlage beschrieben. Darüber hinausgehende Merkmale sowie vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung werden in den weiteren Ausführungsformen beschrieben, wobei auf weitere Erläuterungen bekannter Merkmale aus bereits beschriebenen Ausführungsformen verzichtet wird.
Der in 1 dargestellte Querschnitt einer erfindungsgemäßen Photovoltaikanlage 1 nach einer ersten Variante zeigt eine Energiewandleranordnung 2 bestehend aus einem Halteelement 4, einem Energiewandler 6 und einer optischen Einrichtung 8, 9 bestehend aus einer ersten optischen Einrichtung 8 und einer zweiten optischen Einrichtung 9. Das Halteelement 4 verbindet die Bauteile der Energiewandleranordnung 2 in der Art, dass die optische Einrichtung über das Halteelement 4 starr mit dem Energiewandler 6 verbunden ist. Durch diesen Aufbau ist ein gemeinsames Schwenken der Bauteile der Energiewandleranordnung 2 um einen gemeinsamen Drehpunkt D möglich.
Diese Drehbewegung ermöglicht es der Photovoltaikanlage 1 die Energiewandleranordnung 2 tageszeitabhängig in der Art einachsig dem Sonnenstand nachzuführen, so dass der Energiewandler 6 stets mit einem Maximum an Sonnenstrahlen beaufschlagt wird. Dazu werden die im Wesentlichen parallel auf die Oberfläche der ersten optischen Einrichtung 8 treffenden Sonnenstrahlen auf den Energiewandler 6 gebeugt, in dem die Sonnenstrahlen am prismenförmigen Aufbau, beispielsweise einer Fresnel-Linse, der ersten optischen Einrichtung 8 in der Art abgelenkt, gestreut oder fokussiert werden, dass die Oberfläche des Energiewandlers 6 optimal mit einem Maximum Sonnenstrahlen beaufschlagt wird, um eine maximale Erzeugung von Energie zu ermöglichen.
Neben der ersten optischen Einrichtung 8 ist die Energiewandleranordnung 2 mit einer zusätzlichen zweiten optischen Einrichtung 9 ausgestattet, welche sich im direkten Strahlengang oberhalb des Energiewandlers in einer 0°-Stellung der Photovoltaikanlage befindet. Durch diesen Aufbau ist eine Beaufschlagung des Energiewandlers 6 mit direktem, im Wesentlichen unmittelbar auf den Energiewandler 6 treffende Sonnenstrahlung möglich, die zusätzlich zu der direkt auf die erste optische Einrichtung 8 treffende Sonnenstrahlung die Gesamtbeaufschlagung des Energiewandlers 6 und somit den Gesamtwirkungsgrad der Photovoltaikanlage erhöht, was zu einem wirtschaftlichen Betrieb der Photovoltaikanlage führt.
Ein besonders wirtschaftlicher Aufbau der Photovoltaikanlage 1 ist in 1 gezeigt. Dabei ist links und rechts neben der zweiten optischen Einrichtung 9 jeweils eine erste optische Einrichtung angeordnet, wobei die ersten optischen Einrichtungen 8 in Längsrichtung der sich erstreckenden Photovoltaikanlagen 1 so auf der zweiten optischen Einrichtung 9 positioniert werden, dass, in 0°-Stellung der Photovoltaikanlage gesehen, der Strahlengang über dem Energiewandler 6 nicht von der ersten optischen Einrichtung 8 beeinflusst wird. Dabei wird ein besonders stabiler Aufbau der Photovoltaikanlage ermöglicht, wenn die zweite optische Einrichtung 9, vorzugsweise aus einer durchgehenden Glasplatte bestehend, die als vorzugsweise Fresnel-Linsen ausgeführten ersten optischen Einrichtungen 8 trägt und stabilisiert.
Somit ergibt sich ein Strahlenverlauf, der ausgehend von einer Strahlungsquelle oder einem Strahlungstransmitter, wie beispielsweise der Sonne, im Wesentlichen parallele Strahlen in Richtung Erdoberfläche sendet, welche auf die Photovoltaikanlage 1 treffend zu einer Beaufschlagung des Energiewandlers 6 führen. Dabei wird auf die erste optische Einrichtung 8 treffende Strahlung (in 1 als durchgezogene Linie dargestellt) durch Beugung auf die Energiewandleranordnung 6 gelenkt. Strahlung, die auf die zweite optische Einrichtung 9 trifft, (in 1 als gestrichelte Linie dargestellt) wird von dieser im Wesentlichen beugungsfrei durch die zweite optische Einrichtung 9 hindurch auf den Energiewandler 6 geleitet. Zur Vermeidung von Reflexion an der Oberfläche der optischen Einrichtungen 8, 9 wird vorzugsweise entspiegeltes Material verwendet und zusätzlich versucht, einen senkrechten Strahlengang auf die optischen Einrichtungen 8, 9 zu ermöglichen.
Die in 2 dargestellte Perspektivansicht einer erfindungsgemäßen Photovoltaikanlage 1 nach einer zweiten Variante zeigt eine Mehrzahl nebeneinander liegender Energiewandleranordnungen 2, die sich aus den wesentlichen Bauteilen eines Halteelements 4, eines Energiewandlers 6 und einer optischen Einrichtung 8 zusammensetzt. Die parallel nebeneinander in Reihe montierten Energiewandleranordnungen 2 sind auf einer Unterkonstruktion 10 aus einem Gitter von Querträgern 12 montiert. Die Unterkonstruktion 10 bildet zusammen mit dem Gestell 14 die Aufständerung, wobei die montierten Energiewandleranordnungen auf der Unterkonstruktion 10 mittels einer Nachführung 16 dem Sonnenstand nachführt werden. Zur Befestigung kann die Photovoltaikanlage auf einem Fundament 18 fixiert werden.
3 zeigt ein erstes Ausführungsbeispiel der Energiewandleranordnungen 2, die im Querschnitt gesehen nebeneinander auf eine Unterkonstruktion 10, bestehend aus Querträgern 12, montiert sind. Die Energiewandleranordnungen 2, bestehend aus dem Halteelement 4, dem Energiewandler 6 und der optischen Einrichtung 8, werden dabei vom Halteelement 4 in der Art angeordnet, dass die optische Einrichtung 8 zum einen zur gegenüberliegenden Seite des Halteelements und somit dem Energiewandler abgewandt ist, und zum anderen vom Energiewandler in der Art beabstandet ist, dass die optische Einrichtung 8 vertikal näher der Sonne zugewandt ist, im Vergleich zum Energiewandler 6 der gleichen Energiewandleranordnung 2, durch diesen asymmetrischen Aufbau der Energiewandleranordnung 2, der die erste optische Einrichtung 8 auf der gegenüberliegenden Seite des Halteelements 4 in Bezug auf den Energiewandler 6 trägt, wird folgender Strahlengang ermöglicht.
Direkte Strahlung, die von einer Strahlungsquelle oder einem Strahlungstransmitter, beispielsweise der Sonne, aus im Wesentlichen parallel zueinander verlaufenden Einzelstrahlen die auf die erste optische Einrichtung 8 treffen, werden von der ersten optischen Einrichtung 8 derart gebeugt, dass die Strahlen auf den Energiewandler 6 einer benachbarten Energiewandleranordnung 2 treffen. Zu diesem Zweck besteht die erste optische Einrichtung 8 aus einer optischen Strahlablenkungseinrichtung. Diese aus Prismen bestehende Fresnel-Linsenstruktur ermöglicht eine Ablenkung, Streuung oder Fokussierung der Strahlen auf den Energiewandler 6.
Der Energiewandler 6 der Energiewandleranordnung 2 besteht aus einem Photovoltaikelement zur Erzeugung elektrischer Energie. Alternativ dazu kann der Energiewandler 6 auch aus einem Wandler bestehen, der die aufgebrachte Energie in eine weitere Energieform wie z. B. Warmwasser überführt.
Das Halteelement 4 erfüllt eine Vielzahl von Funktionen. An einem oberen Ende des Halteelements 4 ist eine Optikaufnahme 22 angebracht, welche die erste optische Einrichtung 8 an ihrem Randbereich aufnimmt. In diesem gezeigten ersten Ausführungsbeispiel besteht die Optikaufnahme 22 aus dem Halteelement 4, das in gekröpfter Art und Weise fortgeführt ist. Zur Fixierung der ersten optischen Einrichtung 8 wird ein zusätzliches Klemmelement 24 in der Art an der Energiewandleranordnung 2 befestigt, dass die erste optische Einrichtung 8 zwischen gekröpftem Ende des Halteelements 4 und dem Klemmelement 24 eingeklemmt ist. Im die Verschattung gering zu halten, wird die Optikaufnahme 22 möglichst klein ausgeführt.
An der Optikaufnahme 22 schließt sich ein Stegabschnitt 26 des Halteelements 4 an. Dieser Stegabschnitt 26 beabstandet die Optikaufnahme 22 und die daran befestigte erste optische Einrichtung 8 zum Energiewandler 6 und zur Unterkonstruktion 10. Die Länge des Stegabschnitts 26 ist angepasst auf die Gesamtgröße der Energiewandleranordnung 2 und dem Beugungswinkel B der ersten optischen Einrichtung 8. Im weiteren Verlauf des Halteelements 4 schließt sich am Stegabschnitt 26 eine Energiewandleraufnahme 28 an. Die Energiewandleraufnahme 28 fixiert zum einen den Energiewandler 6 in der Energiewandleranordnung 2, bildet in diesem Ausführungsbeispiel die Verbindung zur Unterkonstruktion 10 und ermöglicht darüber hinaus einen Wärmeabtransport des Energiewandlers 6. Diese abgeführte Wärme entsteht durch die Beaufschlagung des Energiewandlers 6 mit Sonnenenergie. Im Allgemeinen wird ein höherer Wirkungsgrad der Photovoltaikanlage 1 erzeugt, wenn der Energiewandler 6 eine in sich homogene und möglichst geringe Temperaturdifferenz zur Umgebung aufweist. Um die Wärme des Energiewandlers 6 bestmöglich an die Umgebung abfließen zu lassen, besteht die Energiewandleraufnahme 28 aus einem besonders wärmeleitfähigen Material und liegt – wie in 3 zu sehen – möglichst großflächig an dem Energiewandler 6 an. Die Energiewandleraufnahme 28 verfügt über seitliche Klemmbereiche, die zur Aufnahme und Fixierung des Energiewandlers 6 dienen.
Die Optikaufnahme 22 und die Energiewandleraufnahme 28 sind so konzipiert, dass eine Montage der ersten optischen Einrichtung 8 und des Energiewandlers 6 vor Ort möglich ist, nachdem das Halteelement 4 auf die Unterkonstruktion montiert wurde, um somit Beschädigungen an den sensiblen Teilen bei der Montage der Aufständerung zu vermeiden.
In diesem Ausführungsbeispiel schließt sich an die Energiewandleraufnahme 28 des Halteelements 4 ein Windleitelement 30 an. Dieses Windleitelement 30, bestehend aus einem fortgeführten Blechabschnitt, führt die Kontur des im Wesentlichen Z-förmigen Querschnitts der Energiewandleranordnung 2 fort, um auf die Anlage wirkenden Wind widerstandsärmer durch die Lücken zwischen den einzelnen Energiewandleranordnungen 2 zu führen. Dadurch erhält die Photovoltaikanlage 1 eine geringere Windanfälligkeit, die weiter verringert werden kann, indem die Anlage gesteuert durch eine Winderfassung in einem optimalen Winkel zur Windrichtung geschwenkt wird. Diese Funktion der Photovoltaikanlage 1 führt zu einer längeren Betriebsdauer und somit zu einer höheren Effizienz der Photovoltaikanlage 1, da die Anlage länger in ihrem optimalen Betriebszustand Energie erzeugen kann, ohne aus dem Wind genommen zu werden, um Defekte zu vermeiden.
Die nebeneinander auf einem Querträger 12 montierten Energiewandleranordnungen 2 werden mittels einer Nachführeinrichtung 16 um einen gemeinsamen Drehpunkt D geschwenkt, um sonnenstandsabhängig einen höchstmöglichen Wirkungsgrad der Energiewandleranordnung 2 zu erzeugen.
4 zeigt ein zweites Ausführungsbeispiel der Energiewandleranordnungen 2, die im Querschnitt gesehen nebeneinander auf einer Unterkonstruktion montiert sind. Die Energiewandleranordnungen 2, bestehend aus dem Halteelement 4, dem Energiewandler 6 und der ersten optischen Einrichtung 8, weist einen zusätzlichen Basisabschnitt 32 auf, der die Verlängerung des Stegabschnitts 26 darstellt. Über diesen Basisabschnitt 32 ist eine variablere Anbindung der Energiewandleranordnung 2 an die Unterkonstruktion 10 möglich. Durch diese Veränderung ist es auch möglich, die Energiewandleraufnahme 28 kürzer und somit Material sparender zu gestalten. In dieser Ausführungsform wird sowohl die Optikaufnahme 22 als auch die Energiewandleraufnahme 28 als U-förmige Aufnahme gebildet. Dabei entspricht die lichte Breite der U-förmigen Schenkel im Wesentlichen der Stärke der optischen Einrichtung bzw. des Energiewandlers 6. Zur ausreichenden Abstützung des Energiewandlers 6 ist der untere Schenkel der Energiewandleraufnahme länger ausgebildet, um eine ausreichende Abstützung zu schaffen.
Wie in 4 zu sehen ist, gelangt neben der Strahlung, die mittels der optischen Einrichtung auf den benachbarten Energiewandler 6 gebeugt wird, eine zusätzliche Strahlung unmittelbar von der Strahlungsquelle oder dem Strahlungstransmitter auf den Energiewandler 6. Somit erhöht sich die Konzentration der auf den Energiewandler 6 treffenden Strahlen um die Menge der Strahlung, die zusätzlich direkt auf den Energiewandler 6 trifft. Somit setzt sich die Gesamtbeaufschlagung des Energiewandlers aus indirekter Strahlung und direkter Strahlung zusammen.
5 zeigt ein drittes Ausführungsbeispiel der Energiewandleranordnungen 2, die im Querschnitt gesehen nebeneinander auf einer Unterkonstruktion 10 montiert sind. Die Energiewandleranordnungen 2, bestehend aus einem Halteelement 4, dem Energiewandler 6 und der ersten optischen Einrichtung 8, werden mittels dem Basisabschnitt 32 auf der Unterkonstruktion 10 montiert. In diesem Ausführungsbeispiel trägt der Basisabschnitt 32 sowohl den Energiewandler 6, der mittels Glasflächen verstärkt ist, als auch den Stegabschnitt 26 der in diesem Ausführungsbeispiel um 22° aus der Senkrechten geneigt ist und an dessen Ende sich die Optikaufnahme 22 befindet, welche, um eine besonders einfache Herstellung und Befestigung der ersten optischen Einrichtung 8 zu ermöglichen, aus periodisch versetzten Abkantungen besteht. Wohingegen in den vorangegangenen Ausführungsbeispielen die Flächen der ersten optischen Einrichtung 8 zu dem Energiewandler 6 im Wesentlichen parallel angeordnet war, ist die erste optische Einrichtung 8 im dritten Ausführungsbeispiel unter einem Winkel angeordnet, der die im Wesentlichen senkrecht zur Erde treffenden Strahlen auf eine größere optische Einrichtung verteilt und diese dadurch präziser auf den Energiewandler 6 beugen kann. Zusätzlich ermöglicht der schräg auf die erste optische Einrichtung 8 treffende Strahl eine Vermeidung der Totalreflektion, da der Einfallswinkel auf die äPrismenkörper erhöht wird.
In diesem Ausführungsbeispiel bestehen sowohl der Basisabschnitt 32 als auch der Stegabschnitt 26 aus einem Aluminiumstrangpressprofil. Dabei ist ein dem Energiewandler 6 zugewandter Abschnitt des Halteelements 4 mit einer Spiegeloberfläche 34 versehen, welche die zweite optische Einrichtung 9 darstellt. Diese Spiegeloberfläche 34 kann sowohl durch eine Oberflächenbehandlung, wie z. B. Polieren, des vorhandenen Halteelements 4 oder durch Aufbringen einer spiegelnden Beschichtung auf das Halteelement 4 sowie durch das Aufbringen eines zusätzlich spiegelnden Elements auf das Halteelement 4 geschaffen werden.
Diese Spiegeleigenschaft der zweiten optischen Einrichtung 9 ermöglicht es der Energiewandleranordnung 2 zusätzlich zu der indirekten Strahlung durch die erste optische Einrichtung 8 hindurch und der direkten Strahlung unmittelbar auf den Energiewandler 6 eine dritte zusätzliche Strahlung auf den Energiewandler 6 zu lenken. Dabei wird auf die Spiegeloberfläche 34 des Halteelements 4 treffende Strahlung von einer Strahlungsquelle oder einem Strahlungstransmitter über die Reflexion der Spiegeloberfläche 34 auf den Energiewandler 6 geleitet. Durch diese dritte Strahlung auf den Energiewandler 6 erhöht sich die Gesamtbeaufschlagung des Energiewandlers 6 und somit der Gesamtwirkungsgrad der Photovoltaikanlage 1.
6 zeigt ein viertes Ausführungsbeispiel der Energiewandleranordnungen 2, die im Querschnitt gesehen nebeneinander auf einer Unterkonstruktion 10 montiert sind. Die Energiewandleranordnungen 2, bestehend aus dem Halteelement 4, dem Energiewandler 6 und der ersten optischen Einrichtung 8, werden dabei von einem Basisabschnitt 32 getragen, der die erste optische Einrichtung 8 sowie den Energiewandler 6 rückseitig aufnimmt. Diese Konstruktion verzichtet durch die rückseitige Aufnahme im Wesentlichen auf die Optikaufnahme 22 und die Energiewandleraufnahme 28, wodurch eine größere Optikfläche bzw. Energiewandlerfläche entsteht, da die Randbereiche zur Befestigung wegfallen und der Energieerzeugung dienen können. Der Basisabschnitt 32 dieses Ausführungsbeispiels ist so stabil gebaut, dass er alle daran befestigten Bauteile tragen und zusätzlich über eine periodisch eingesetzte Verstärkung 36 verfügt, die in regelmäßigen Abständen die optische Einrichtung 8 abstützt und ein Durchhängen dieser vermeidet.
Ein zwischen Basisabschnitt und Unterkonstruktion befindliches elastisches Element 38 kann Schwingungen, Vibrationen sowie Torsion der Photovoltaikanlage 1 aufnehmen, so dass diese Beeinträchtigungen weder einen Schaden an den Funktionsteilen, wie z. B. der ersten optischen Einrichtung 8 oder dem Energiewandler 6, nehmen können als auch zu keiner Verringerung der Effizienz der Anlage aufgrund Nachführungenauigkeit der sich aufgrund Torsion ergebenden Ungenauigkeit der ersten optischen Einrichtung 8 ergebenden Strahlablenkung.
Eine Nachführbewegung der Energiewandleranordnungen 2 entsprechend dem Sonnenstand kann sowohl über einen Antrieb 20 geschehen, der mittels einer Schubstange, einem Zahnradantrieb oder ähnlichem die Nachführbewegung auf die Unterkonstruktion 10 überträgt, so dass die Gesamtheit der Energiewandleranordnungen, die auf Querträgern 12 montiert sind, um einen gemeinsamen Drehpunkt D dem Sonnenstand nachgeführt werden.
Alternativ zu dieser Art der Nachführung kann ein besonders verwindungssteif ausgeführter Querträger 12 mittels einer Seilanordnung 40 die Nachführbewegung an die Energiewandleranordnungen 2 weitergeben. Dazu befinden sich im Querträger 12 Aufnahmen für die Seilanordnung 40. Diese Seilanordnung 40 besteht aus im Wesentlichen parallel zueinander gespannten Seilen, die mehrere Photovoltaikanlagen miteinander verbinden können, wobei die aufgebrachte Seilspannkraft von Querträger 12 zu Querträger 12 weitergeben wird. Werden die Spannseile polygonzugartig nach dem Jawerth-Seilbinderprinzip gespannt, so wird eine besonders geringe Durchbiegung der seilverspannten Unterkonstruktion 10 ermöglicht. Die Nachführbewegung einer solch seilverspannten Photovoltaikanlage 1 wird ebenfalls mittels eines Antriebs 20 um einen Drehpunkt D ermöglicht.
7 zeigt ein fünftes Ausführungsbeispiel der Energiewandleranordnungen 2, die im Querschnitt gesehen nebeneinander an einer Konstruktion bestehend aus Haltewangen 42 montiert sind. Diese Haltewangen 42 nehmen die optischen Einrichtungen 8 sowie die Energiewandler 6 mittels Stützelementen 44 an ihren Stirnseiten auf, so dass sich diese in besonders einfacher Art rotatorisch um den Drehpunkt D dem Sonnenstand nachführen lassen. Um eine etwaige Durchbiegung der ersten optischen Einrichtung 8 oder des Energiewandlers 6 zu verhindern, können zwischen den Elementen Halteelemente 4 angebracht werden. Alternativ zur starren Befestigung der Stützelemente an den Haltewangen ist es möglich, einen Bolzen 46 an den Haltewangen 42 anzubringen, der die Stützelemente 44 und die dazwischen fixierten ersten optischen Einrichtungen 8 und Energiewandler 6 drehbar lagert. Diese Konstruktion ermöglicht eine relativ flache Ausführung der Haltewangen 42, die somit bei schräg auftreffenden Sonnenstrahlen, beispielweise im Frühjahr oder Herbst, einen geringeren Teil der Energiewandler 6 abschatten.
Die vorgestellte Erfindung ist nicht auf die Verwendung von Photovoltaikzellen als Energiewandler 6 beschränkt. Vielmehr zeigt die Erfindung Möglichkeiten, um verschiedenste Arten von Energiewandlern mit mehr Sonnenstrahlen zu beaufschlagen, um effizientere Wirkungsgrade zu schaffen.
Es wird eine Solaranlage in der besonderen Ausgestaltung einer Photovoltaikanlage 1 mit einer Energiewandleranordnung 2 mit jeweils einem Energiewandler 6 und einer ersten optischen Einrichtung 8 offenbart, wobei mit der ersten optischen Einrichtung 8 eine direkte Strahlung von einer Strahlungsquelle oder einem Strahlungstransmitter durch die erste optische Einrichtung 8 hindurch auf den Energiewandler 6 geleitet wird. Die Energiewandleranordnung 2 weist darüber hinaus eine zweite optische Einrichtung 9 die sich gegenüber der optischen Wirkung der ersten optischen Einrichtung 8 unterscheidet, auf, wobei durch die zweite optische Einrichtung 9 hindurch direkte Strahlung von einer Strahlungsquelle oder einem Strahlungstransmitter auf den Energiewandler geleitet wird.
Bezugszeichenliste

1: Photovoltaikanlage
2: Energiewandleranordnung
4: Halteelement
6: Energiewandler
8: erste optische Einrichtung
9: zweite optische Einrichtung
10: Unterkonstruktion
12: Querträger
14: Gestell
16: Nachführeinrichtung
18: Fundament
20: Antrieb
22: Optikaufnahme
24: Klemmelement
26: Stegabschnitt
28: Energiewandleraufnahme
30: Windleitelement
32: Basisabschnitt
34: Spiegeloberfläche
36: Verstärkung
38: elastisches Element
40: Seilanordnung
42: Haltewangen
44: Stützelemente
46: Bolzen
D: Drehpunkt
B: Beugungswinkel

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 202007016715 U1 [0006]

Claims

Solaranlage, insbesondere eine Photovoltaikanlage (1), die eine Energiewandleranordnung (2) mit jeweils einem Energiewandler (6) und einer optischen Einrichtung (8, 9) aufweist, wobei eine direkte Strahlung von einer Strahlungsquelle oder einem Strahlungstransmitter durch die erste optische Einrichtung (8) hindurch auf den Energiewandler (6) geleitet wird, gekennzeichnet durch eine zweite optische Einrichtung (9) die sich gegenüber der optischen Wirkung der ersten optischen Einrichtung (8) unterscheidet, wobei direkte Strahlung von einer Strahlungsquelle oder einem Strahlungstransmitter auf den Energiewandler (6) richtbar ist.
Photovoltaikanlage nach Anspruch 1, wobei die zweite optische Einrichtung (9) derart ausgebildet ist und/oder in Bezug auf die Strahlungsquelle bzw. des Strahlungstransmitters und der Energiewandleranordnung (2) derart angeordnet ist, dass diese darüber hinaus eine direkte Strahlung von der Strahlungsquelle bzw. dem Strahlungstransmitter auf den Energiewandler (6) erlaubt.
Photovoltaikanlage nach Anspruch 1, mit einer Mehrzahl an Energiewandleranordnungen (2) die nebeneinander angeordnet sind, wobei die erste optische Einrichtung (8) der Energiewandleranordnung (2) auf einen Energiewandler (6) einer benachbarten Energiewandleranordnung (2) gerichtet ist.
Photovoltaikanlage nach Anspruch 3, wobei die erste optische Einrichtung (8) im Vergleich zur zweiten optischen Einrichtung (9) näher an der Strahlungsquelle angeordnet ist.
Photovoltaikanlage nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei ein Halteelement (4) außerhalb des Strahlengangs zwischen erster optischer Einrichtung (8) der Energiewandleranordnung (2) und dem beaufschlagten Energiewandler (6) einer benachbarten Energiewandleranordnung (2) angeordnet ist.
Photovoltaikanlage nach Anspruch 5, wobei das Halteelement (4) jeweils eine Optikaufnahme (22), eine Energiewandleraufnahme (28) und einen Stegabschnitt (26) aufweist, wobei die Optikaufnahme (22) und die Energiewandleraufnahme (28) auf verschiedenen Seiten des Stegabschnitts (26) liegen.
Photovoltaikanlage nach Anspruch 6, wobei die Optikaufnahme (22) und/oder die Energiewandleraufnahme (28) so ausgebildet sind, dass der betreffende Rand der ersten optischen Einrichtung (8) und/oder des Energiewandlers (6) lösbar und formschlüssig eingefasst ist.
Photovoltaikanlage nach Anspruch 7, wobei das Halteelement (4) im Wesentlichen einen S-förmigen Querschnitt aufweist.
Photovoltaikanlage nach Anspruch 8, wobei sich das Halteelement (4) senkrecht und linear zu seiner Querschnittsfläche erstreckt.
Photovoltaikanlage nach Anspruch 9, wobei das Halteelement (4) einen Basisabschnitt (32) zur Befestigung an einer Unterkonstruktion aufweist.
Photovoltaikanlage nach Anspruch 10, wobei der Basisabschnitt (32) des Halteelements ein elastisches Element (38) aufweist.
Photovoltaikanlage nach Anspruch 11, wobei das Halteelement (4) die zweite optische Einrichtung (9) und den Energiewandler (6) rückseitig aufnimmt.
Photovoltaikanlage nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei sich die Energiewandleranordnungen (2) zwischen zwei sich im Parallelabstand zueinander verlaufende, Halteelemente bildende Haltewangen (42) erstreckt und dort stirnseitig über ein Stützelement (44) vorzugsweise lösbar fixiert sind.
Photovoltaikanlage nach Anspruch 13, wobei ein zusätzliches Halteelement (4) zwischen erster optischer Einrichtung (8) und Energiewandler (6) angeordnet ist.
Photovoltaikanlage nach Anspruch 13 oder 14, wobei das Stützelement (44) jeweils mit der Haltewange (42) fest verbunden ist.
Photovoltaikanlage nach Anspruch 14, wobei die beiden den Energiewandleranordnungen (2) zugeordneten, stirnseitigen Stützelemente (44) an einem Bolzen (46) lagern, der drehbar um eine gemeinsame Achse in die Haltewangen (42) eingreift.
Photovoltaikanlage nach einem der Ansprüche 5 bis 16, wobei ein dem Energiewandler (6) zugewandter Abschnitt des Halteelements (4) eine zweite optische Einrichtung (9) aufweist.
Photovoltaikanlage nach Anspruch 17, wobei der Anstellwinkel der zweiten optischen Einrichtung (9) zur Senkrechten zwischen 15 und 45 Grad beträgt, insbesondere zwischen 25 und 30 Grad.
Photovoltaikanlage nach einem der Ansprüche 5 bis 18, wobei das Halteelement (4) zusätzliche Abstützungen aufweist.
Photovoltaikanlage nach einem der Ansprüche 5 bis 19, wobei das Halteelement (4) wärmeabführende Eigenschaften und/oder wärmeabführende Elemente aufweist.
Photovoltaikanlage nach einem der Ansprüche 1 bis 20, wobei die erste optische Einrichtung (8) eine optische Strahlablenkungseinrichtung ist.
Photovoltaikanlage nach Anspruch 21, wobei die Strahlablenkungseinrichtung (8) eine mit Glas geschützte Fresnel-Linsenstruktur aufweist.
Photovoltaikanlage nach Anspruch 22, wobei der Beugungswinkel (B) der Strahlablenkungseinrichtung (8) auf den Energiewandler (6) zwischen 20 und 60 Grad beträgt.
Photovoltaikanlage nach Anspruch 22 oder 23, wobei die Strahlablenkungseinrichtung (8) Abschnitte mit unterschiedlichen Beugungswinkeln (B) aufweist.
Photovoltaikanlage nach einem der Ansprüche 22 bis 24, wobei die erste optische Einrichtung (8) und/oder der Energiewandler (6) einen bogenförmigen Querschnitt aufweisen.
Photovoltaikanlage nach einem der Ansprüche 22 bis 25, wobei die erste optische Einrichtung (8) regelmäßige Verstärkungen (36) aufweist.
Photovoltaikanlage nach einem der Ansprüche 1 bis 26, wobei der Energiewandler (6) aus einer für 2 bis 20-fache Konzentration optimierten Solarzelle gebildet ist.
Photovoltaikanlage nach Anspruch 27, wobei die Solarzelle eine hohe Wandlereffizienz mit geringen Verschattungsverlusten aufweist.
Photovoltaikanlage nach einem der Ansprüche 1, bis 28, wobei die Energiewandleranordnungen (2) auf einer Unterkonstruktion (10) angebracht sind.
Photovoltaikanlage nach Anspruch 29, wobei die Unterkonstruktion (10) ein Gitter aus Querträgern (12) aufweist.
Photovoltaikanlage nach Anspruch 30, wobei die Unterkonstruktion (10) mittels einer Nachführeinrichtung (16) die Energiewandleranordnungen (2) dem Sonnenstand nachführt.
Photovoltaikanlage nach Anspruch 31, wobei ein Antrieb (20) eine Nachführbewegung der Nachführeinrichtung (16) auf die Querträger (12) überträgt.
Photovoltaikanlage nach einem der Ansprüche 29 bis 32, wobei die Unterkonstruktion (10) aus einer Seilanordnung (40) gebildet ist.
Photovoltaikanlage nach einem der Ansprüche 5 bis 33, wobei das Halteelement (4) ein Windleitelement (30) aufweist.
Photovoltaikanlage nach einem der Ansprüche 3 bis 34, wobei die Energiewandleranordnungen (2) in einer 0°-Position der Solaranlage (1) in der Art angeordnet sind, dass eine Kante der ersten optischen Einrichtung (8) der Energiewandleranordnung (2) und eine Kante des Energiewandlers (6) einer längs benachbarten Energiewandleranordnung (2) im Wesentlichen deckungsgleich sind.