DE102009007058A1 - Solar module arrangement for use in outer facade in house for producing current and heat, has frame connected with drive and control unit so that carriers, strings and reflectors are tracked to solar path - Google Patents

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Abstract

The arrangement has multiple carriers provided with photo-voltaic cells (2) or strings (9). The carriers lie convex or concave to solar radiation. Reflectors (4) are arranged between the carriers. The cells, strings and reflectors are connected with each other over a frame (3). The frame is centrally guided to the carriers in a rotary bearing (8). The frame is connected with a drive (5) and a control unit so that the carriers, strings and reflectors are tracked to a solar path. The reflectors are provided for deflection of the solar radiation to the photo-voltaic cells.

Description

Die Erfindung betrifft eine Solarmodulanordnung für die Nutzung der Sonnenstrahlung zur Erzeugung von Strom oder Strom und Wärme. Diese Anordnung besitzt neben der effektiven hybriden Energieumwandlung eine relativ lineare Kennlinie mit steilem Anstieg und Abfall und erzeugt eine höhere Arbeit durch ein Nachführ- und Konzentrationssystem.The The invention relates to a solar module arrangement for use solar radiation for generating electricity or electricity and heat. This arrangement has besides the effective hybrid energy conversion a relatively linear curve with steep rise and fall and generates a higher work through a tracking and concentration system.

Stand der TechnikState of the art

Die Energieausbeute von Solarzellen (Photovoltaikzellen) liegt derzeit bei nur max. 16%. Zur Steigerung der Energieausbeute sind neben der Verbesserung der Effektivität der Solarzellen auch verbesserte konstruktive Lösungen für die Baueinheiten entwickelt worden.The Energy yield of solar cells (photovoltaic cells) is currently at only max. 16%. To increase the energy yield are in addition improving the effectiveness of the solar cells as well improved design solutions for the units developed Service.

Es ist bekannt, dass durch Kühlen der Solarzellen die Leistung gesteigert werden kann. Eine größere praktische Anwendung erfolgte bisher aber nur in Verbindung mit der Abwärmenutzung, da der technische Aufwand im Verhältnis zur Leistungssteigerung hoch ist. Diese Baueinheiten werden als Kombisolarmodule, bzw. Hybridsysteme bezeichnet. Hier wird mittels eines Wärmeableitungssystems gleichzeitig die Wärme des Kühlkreislaufs genutzt ( DE 19651226 A1 , DE 29615560 U und andere). Die praktischen Konstruktionen hierzu sind ebenfalls relativ aufwendig. Bei den bekannten flachen Photovoltaikbaueinheiten wird ein Kühlmedium (Luft, Wasser, Spezialfluid) frei bzw. durch Leitungen unterhalb der Solarzellen nach außen abgeführt. Dort wird die Wärme durch Wärmetauscher für die Nutzung entzogen.It is known that by cooling the solar cells, the power can be increased. A larger practical application has been made but only in connection with the use of waste heat, since the technical complexity is high in relation to the increase in performance. These units are referred to as Kombisolarmodule, or hybrid systems. Here, by means of a heat dissipation system at the same time the heat of the cooling circuit is used ( DE 19651226 A1 . DE 29615560 U and other). The practical designs for this are also relatively expensive. In the known flat Photovoltaikbaueinheiten a cooling medium (air, water, special fluid) is discharged freely or through lines below the solar cell to the outside. There, the heat is removed by heat exchangers for use.

Röhrenbauformen werden bisher in der Praxis nur für Kollektoren zur Wärmegewinnung (Sonnenkollektoren) genutzt. Eine Einheit besteht aus mehreren nebeneinander angeordneten Röhren mit einem inneren Vakuum, in diesen befestigten Reflektoren und zentral angeordneten Leitungen für die Wärmeträgerflüssigkeit. Zur Verbesserung der Wärmeableitung von den Kollektorflächen werden derzeit auch seit längerem bekannten sogenannte Heatpipes eingesetzt. Diese ersetzen die bisher üblichen Kühlleitungen im Kollektor, erfordern aber zusätzliche Wärmetauscher zur außen liegender Hauptleitung. Bei den bekannten feststehenden Sonnenkollektoren ist dieses technisch unproblematisch.tube designs are so far in practice only for collectors for heat (Solar panels) used. A unit consists of several side by side arranged tubes with an internal vacuum, in these fixed reflectors and centrally arranged lines for the heat transfer fluid. For improvement the heat dissipation from the collector surfaces are currently known for some time known as heat pipes used. These replace the usual cooling pipes in the collector, but require additional heat exchangers to the outside main line. At the known fixed ones Solar panels this is technically unproblematic.

Zur Verbesserung der Energieausbeute sind für beide Nutzungssysteme Nachführungen bekannt. Durch mechanische Antriebe in Verbindung mit schwenkbar gelagerten Kollektor- bzw. Photovoltaikbaueinheiten und einer Steuereinheit werden diese der Sonnenbahn nachgeführt. Damit ist eine ständig optimale Stellung der Kollektoren, bzw. Solarzellen zur Sonne und damit eine höhere und gleichmäßigere Energieausbeute möglich. Die bekannten Nachführungen sind allerdings technisch aufwendig und erfordern durch die Bewegung der gesamten Anlage viel Bauraum und Energie. Die Bauteile sind der Umwelt und damit einem höheren Verschleiß ausgesetzt ( US PS 4,723,535 ). Das Gleiche gilt für die Variante gemäß der US PS 4,388,481 , mehrere freistehende, bewegliche Reflektoren nachzuführen. An vielen Einsatzorten, wie z. B. auf Hausdächer, werden diese deshalb nicht verwendet.To improve the energy yield tracking systems are known for both use systems. By mechanical drives in conjunction with pivotally mounted collector or Photovoltaikbaueinheiten and a control unit these are tracked the sun. This is a constantly optimal position of the collectors, or solar cells to the sun and thus a higher and more uniform energy yield possible. However, the known tracking are technically complex and require by the movement of the entire system a lot of space and energy. The components are exposed to the environment and thus to higher wear ( U.S. Patent 4,723,535 ). The same applies to the variant according to the U.S. Patent 4,388,481 to track several freestanding, movable reflectors. In many locations, such as. B. on rooftops, these are therefore not used.

In der DE 197 09 653 A1 wird ein Kombi-Solarelement vorgeschlagen, dass im Gehäuse, einer lichtdurchlässigen Röhre, eine Vielzahl von Prismen besitzt, die einfallendes Licht auf das Wärmerohr und die Solarzellen leiten. Dieses Gehäuse ist durch die Prismenstruktur kostenaufwendig und ermöglicht nur eine begrenzt verbesserte Erfassung der Sonnenstrahlung. Außerdem beschattet das Wärmerohr die Solarzellen. Gemäß der DE 43 38 735 A1 ist in einer Vakuumröhre ein abgewinkelter Reflektor angeordnet, der das Sonnenlicht anteilig auf ein Kollektorblech und auf Photovoltaikzellen lenkt. Die gesamte Vakuumröhre ist drehbar gelagert und wird durch Verschwenken dem Sonnenstand nachgeführt, was bekanntlich aufwendig ist. Durch die Aufteilung der Sonneneinstrahlung wird jeweils nur dieser Anteil für die Wärme-, bzw. Stromerzeugung genutzt.In the DE 197 09 653 A1 For example, a combination solar element is proposed that has a plurality of prisms in the housing, a translucent tube, which direct incident light onto the heat pipe and the solar cells. This housing is expensive due to the prism structure and allows only a limited improvement in the detection of solar radiation. In addition, the heat pipe shadows the solar cells. According to the DE 43 38 735 A1 an angled reflector is arranged in a vacuum tube, which directs the sunlight proportionally to a collector plate and photovoltaic cells. The entire vacuum tube is rotatably mounted and tracked by pivoting the sun, which is known to be expensive. Due to the distribution of solar radiation only this proportion is used for the production of heat or power.

Durch die DE 43 39 547A1 sind auch Anordnungen mit stringförmig ausgebildeten Solarzellen (Photovoltaikzellen) bekannt. Danach sind die Solarzellen auf dem gesamten Mantel eines Stabes oder Rohres aufgebracht. Mehrere diese Strings werden vor einem Reflektor auf einem Rahmen befestigt. Die Energieausbeute pro Grundfläche dieser Ausführung ist höher, da auch die reflektierten und seitlich einfallenden, diffusen Sonnenstrahlen zum Teil genutzt werden können. Eine Nachführung zur Sonnenbahn ist nicht vorgesehen.By the DE 43 39 547A1 Arrangements with string-shaped solar cells (photovoltaic cells) are also known. Thereafter, the solar cells are applied to the entire jacket of a rod or pipe. Several of these strings are mounted on a frame in front of a reflector. The energy yield per base area of this embodiment is higher, since the reflected and laterally incident, diffuse solar rays can be used in part. A tracking to the sun is not provided.

Auch bei dem Einsatz von einfachen Reflektoren oder Spiegeln bei Photovoltaikanlagen, bzw. Kollektoren wird ein Teil der indirekt einfallenden und reflektierten Sonnenstrahlen nicht wirksam. Weiterhin wird immer ein Anteil der auftreffenden Sonnenstrahlen von der Oberfläche der energieumwandelnden Elemente reflektiert. Es wurde deshalb in der DE 199 05 264 A1 vorgeschlagen, durch mehrere sich unter einem Winkel berührende Spiegelflächen oder einem zylindermantelförmigen Spiegel einen fast geschlossenen Raum zu bilden. Die durch eine verbleibende Öffnung eintretende Sonnenstrahlung wird im Raum vielfach reflektiert. Ein Kollektor ist entweder in der Mitte des Raumes oder an der Wandung angeordnet. Durch die vielfache Reflektion wird der Kollektor vielfach mit der Strahlung beaufschlagt, wodurch die Leistung erhöht werden soll. Durch die kleine Eintrittsfläche wird allerdings die Einstrahlung verkleinert. Weiterhin entstehen bei der vielfachen Reflektion Verluste, so dass eine Leistungssteigerung durch diese Bauart in der Praxis bisher nicht bekannt wurde.Even with the use of simple reflectors or mirrors in photovoltaic systems, or collectors, a portion of the indirectly incident and reflected sun rays is not effective. Furthermore, a fraction of the incident solar rays is always reflected by the surface of the energy-converting elements. It was therefore in the DE 199 05 264 A1 proposed to form an almost closed space by a plurality of mirror surfaces touching at an angle or a cylinder jacket-shaped mirror. The solar radiation entering through a remaining opening is often reflected in the room. A collector is located either in the middle of the room or on the wall. Due to the multiple reflection of the collector is often subjected to the radiation, which should be increased performance. Due to the small entrance area, however, the radiation is reduced. Furthermore arise in the multiple reflection losses, so that an increase in performance by this type in practice has not been known.

Insgesamt ist die Energieausbeute durch die verschiedenen Anordnungen und Nachführungen etwas gesteigert worden. Die Leistungserhöhung ist im Verhältnis zum technischen Aufwand und zur erforderlichen Wartung aber unbefriedigend.All in all is the energy yield through the different arrangements and Tracking has been slightly increased. The power increase is in relation to the technical effort and the required Maintenance but unsatisfactory.

Aufgabe der ErfindungObject of the invention

Aufgabe der Erfindung ist es deshalb, die Ausbeute durch eine effektive Konzentration und stärkere Einbeziehung von reflektierter und diffuser Sonneneinstrahlung und besserer Kühlung zu steigern und bei hybrider Nutzung die Wärmeausbeute zu erhöhen. Der technischen Aufwand für Solarmodule für die hybride Nutzung von Sonnenstrahlung bei der Nachführung zur Sonnenbahn soll gesenkt und die Solarkennlinie im weiten Bereich möglichst linear gehalten werden.task The invention is therefore, the yield by an effective Concentration and greater involvement of reflected and diffuse solar radiation and better cooling too increase and in hybrid use the heat yield too increase. The technical effort for solar modules for the hybrid use of solar radiation during tracking to the solar orbit is to be lowered and the solar characteristic in the wide range be kept as linear as possible.

Eine weitere Aufgabe ist die Steigerung des Energieertrages pro Grundfläche und die Ermöglichung einer strömungsgünstigen und leichten Anordnung von Solarmodule an allen Außenfassaden von Bauwerken.A Another task is to increase the energy yield per floor area and enabling a streamlined one and easy arrangement of solar modules on all exterior facades of buildings.

Erfindungsgemäß wird die Aufgabe mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst.According to the invention the problem solved by the features of claim 1.

Die zylindermantelförmige bis vieleckmantelförmige Anordnung von mehreren Trägern 1 mit Photovoltaikzellen 2, bzw. Strings 9, mit gegenseitigem Abstand, ermöglicht die Nutzung der diffusen und reflektierten Sonnenstrahlung. Dazu trägt bei, dass die konvex zur Sonneneinstrahlung liegenden Träger 1 beidseitig, bzw. Strings 9 am gesamten Umfang mit Photovoltaikzellen 2 beschichtet sind. Eine weitere Verbesserung wird durch die Anordnung von Reflektoren 4 zwischen den konkav zur Sonneneinstrahlung liegenden Trägern 1 erzielt. Mit der Nachführung der Träger 1, bzw. Strings 9 und Reflektoren 4 zur Sonnenbahn mittels einem drehbar gelagerten Gestell 3, Antrieb 5 und Steuereinheit 6, wird eine optimale Ausnutzung der Sonneneinstrahlung bewirkt.The cylinder-jacket to polygon-shaped arrangement of several carriers 1 with photovoltaic cells 2 , or strings 9 , at a mutual distance, allows the use of diffused and reflected solar radiation. Contributes to that, the convex lying to the sun radiation carrier 1 on both sides, or strings 9 on the entire circumference with photovoltaic cells 2 are coated. Another improvement is the arrangement of reflectors 4 between the carriers lying concave to the sun 1 achieved. With the tracking of the carrier 1 , or strings 9 and reflectors 4 to the sun by means of a rotatably mounted frame 3 , Drive 5 and control unit 6 , Optimal utilization of solar radiation is effected.

Gemäß einer vorteilhaften Ausbildung der Erfindung nach Anspruch 2 entspricht der Abstand zwischen den Trägern 1 mit Photovoltaikzellen 2, bzw. Strings 9, deren 0,5 bis 5 fache Breite, bzw. Durchmesser.According to an advantageous embodiment of the invention according to claim 2 corresponds to the distance between the carriers 1 with photovoltaic cells 2 , or strings 9 , whose 0.5 to 5 times the width, or diameter.

In Abhängigkeit von der Anordnung und Ausbildung der Träger 1 und Reflektoren 4 wird damit ein Optimum zwischen den Flächen für den Einfall der Sonnenstrahlung, den Flächen für die Photovoltaikzellen und dem Umfang der Reflektionen erzielt.Depending on the arrangement and design of the carrier 1 and reflectors 4 Thus, an optimum is achieved between the areas for the incidence of solar radiation, the areas for the photovoltaic cells and the extent of the reflections.

In einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung gemäß den Ansprüchen 3 und 4 wird das Gestell 3 mit den Träger 1 mit Photovoltaikzellen, bzw. Strings 9 und Reflektoren 4 in einem lichtdurchlässigen röhrenförmigen Gehäuse 7 oder zur Sonnenseite lichtdurchlässigen quaderförmigen Umhausung angeordnet. Die Drehlagerungen 8 und der Antrieb 5 sind an den Stirnseiten des Gehäuses 7 oder der Umhausung befestigt.In an advantageous embodiment of the invention according to claims 3 and 4, the frame 3 with the carriers 1 with photovoltaic cells, or strings 9 and reflectors 4 in a translucent tubular housing 7 or arranged on the sunny side translucent cuboid housing. The rotary bearings 8th and the drive 5 are on the front sides of the housing 7 or the enclosure attached.

Damit ist die gesamte Anordnung vor Schmutz, Wind und anderen Beeinträchtigungen geschützt. Wartungsarbeiten werden minimiert. Die Elemente können leichter gestaltet werden, wodurch auch der Energieverbrauch für die Nachführung gesenkt wird.In order to is the whole arrangement of dirt, wind and other impairments protected. Maintenance work is minimized. The Elements can be made lighter, which also reduces energy consumption for the tracking is lowered.

In den Ansprüchen 5 und 6 sind vorteilhafte Anordnungen der Träger 1, Strings 9 und Reflektoren 4 im Gehäuse 7 und deren Dimensionierung vorgeschlagen. Das bewirkt ein optimales Verhältnis von Strahlungsaufnahme und technischem Aufwand für die Träger 1, Gestell 3, Reflektoren 4, Antrieb 5 und Gehäuse 7.In claims 5 and 6 are advantageous arrangements of the carrier 1 , Strings 9 and reflectors 4 in the case 7 and their sizing proposed. This causes an optimal ratio of radiation absorption and technical effort for the carrier 1 , Frame 3 , Reflectors 4 , Drive 5 and housing 7 ,

Gemäß der vorteilhaften Ausbildung der Erfindung nach dem Anspruch 7 werden mögliche Gestaltungen der Strings 9 und nach Anspruch 8 der Träger 1 mit Photovoltaikzellen 2, einschließlich Kühlung, ausgeführt.According to the advantageous embodiment of the invention according to claim 7 possible designs of the strings 9 and according to claim 8 of the carrier 1 with photovoltaic cells 2 , including cooling, running.

Auf einer geringen Grundfläche kann dadurch eine hohe Anzahl von Photovoltaikzellen aufgebracht und gleichzeitig die Kühlung verbessert werden.On a small footprint can be a high number applied by photovoltaic cells while cooling be improved.

In den Ansprüchen 9 bis 11 sind vorteilhafte Kombinationen von Reflektoren 4 und Trägern 1 mit Photovoltaikzellen 2 dargelegt, die variable Flächenverhältnisse von Photovoltaikzellen 2 zu Reflektoren 4 ermöglichen.In claims 9 to 11 are advantageous combinations of reflectors 4 and straps 1 with photovoltaic cells 2 set out the variable area ratios of photovoltaic cells 2 to reflectors 4 enable.

Gemäß der vorteilhaften Ausbildung der Erfindung nach dem Anspruch 12 werden mehrere mit Abstand vollkreisförmig angeordnete ebene Träger 1 mit Photovoltaikzellen 2 an einem Gestell 3 befestigt. Mehrere Gestelle 3 sind mit Abstand nebeneinander gelagert. Zwischen den Gestellen 3 ist diagonal auf der gemeinsamen Welle je ein Quaderreflektor 13 angeordnet. Dieser besitzt nach Anspruch 13 vorzugsweise konkav ausgebildete Flächen.According to the advantageous embodiment of the invention according to claim 12 a plurality of full-circle arranged at a distance flat carrier 1 with photovoltaic cells 2 on a rack 3 attached. Several racks 3 are stored side by side at a distance. Between the racks 3 is diagonally on the common wave per a cuboid reflector 13 arranged. This has according to claim 13 preferably concave surfaces.

Beide Gestaltungen ermöglichen die Reflektionen von Sonnenstrahlen an die nach innen gerichteten Photovoltaikzellen 2. Verstärkt wird dieser Effekt durch die Anordnung eines Konkavreflektors 13 in dem Halbkreis konkav zur Sonneneinstrahlung, gemäß Anspruch 14.Both designs allow the reflections of solar rays to the inwardly directed photovoltaic cells 2 , This effect is reinforced by the arrangement of a concave reflector 13 in the semicircle concave to the sun, according to claim 14.

Bevorzugte Ausführungen der Erfindung zur Nachführung zur Sonnenbahn hinsichtlich Antrieb, Stromversorgung und Bewegungssteuerung sind in den Ansprüchen 15 bis 18 offenbart.Preferred embodiments of the invention for tracking the sun orbit in terms of drive, Power supply and motion control are disclosed in claims 15 to 18.

Ohne externe Stromversorgung wird eine Nachführung und Rückbewegung ermöglicht.Without external power supply is a tracking and return motion allows.

In dem Anspruch 19 ist eine günstige Ausführung der Erfindung zur Anordnung von Solarmodule an Außenfassaden von Bauwerken oder Tragvorrichtungen vorgeschlagen. Die Solarmodule schließen danach mit der größten Länge einen Winkel von 0° bis 25° zur Senkrechten ein.In the claim 19 is a favorable embodiment of Invention for the arrangement of solar modules on external facades proposed by buildings or supporting devices. Close the solar modules then with the greatest length an angle from 0 ° to 25 ° to the vertical.

Durch diese senkrechte bis leicht schräge Stellung der Solarmodule zur Sonneneinstrahlung ist eine Nutzung von senkrechten Fassaden bei gutem Gesamtwirkungsgrad möglich. Es wird dabei von der Erkenntnis ausgegangen, das die überwiegende Zeit der Sonneneinstrahlung bei geringer Sonnenhöhe erfolgt. Das betrifft das Winterhalbjahr, sowie die Zeit nach den Sonnenaufgängen und vor den Sonnenuntergängen. Die geringere Intensität wird durch die größeren Zeitanteile und die hier annähernd senkrecht auftreffende Sonnenstrahlung auf die Photovoltaikzellen 2 ausgeglichen.Through this vertical to slightly oblique position of the solar modules for solar radiation use of vertical facades with good overall efficiency is possible. It is based on the knowledge that takes place the vast majority of sunlight at low sun altitude. This affects the winter half-year, as well as the time after the sunrises and before the sunsets. The lower intensity is due to the larger time shares and here approximately perpendicularly incident solar radiation on the photovoltaic cells 2 balanced.

Gemäß den Ansprüchen 20 und 21 werden vorteilhafte Anordnungen mehrerer Solarmodule an Außenfassaden vorgeschlagen. Das beinhaltet günstige Leitungsführungen für Strom und Abwärme, sowie die Nutzung von Ost- und Westseiten von Außenfassaden.According to the Claims 20 and 21 will be advantageous arrangements of several Solar modules proposed on exterior facades. This contains cheap wiring for electricity and waste heat, as well as the use of east and west sides from external facades.

BeispieleExamples

Nachfolgend soll die Erfindung an zwei Ausführungsbeispielen näher erläutert werden.following the invention should be closer to two embodiments be explained.

1 zeigt den Querschnitt mit Strings in einem röhrenförmigen Gehäuse, 1 shows the cross-section with strings in a tubular housing,

2 eine räumliche Darstellung eines rohrförmigen Strings mit innerer Heatpipe, 2 a spatial representation of a tubular string with an inner heatpipe,

3 eine Seitenansicht einer Solarmodulanordnung im Schnitt in einem röhrenförmigen Gehäuse mit zylindermantelförmig angeordneten flachen Photovoltaikzellen 2, und 3 a side view of a solar module assembly in section in a tubular housing with cylindrical shell-shaped flat photovoltaic cells 2 , and

4 den Querschnitt einer Solarmodulanordnung gemäß 3. 4 the cross section of a solar module assembly according to 3 ,

Bauvariante 1Construction variant 1

Gemäß 1 besteht die Solarmodulanordnung aus einem Gehäuse 7, aus einem lichtbeständigen, durchsichtigen Kunststoffrohr. Die stirnseitigen Öffnungen sind durch eingesetzte Stirnwände dicht verschlossen. An den beiden Stirnwänden ist eine Drehlagerung 8 für eine durchgehende Welle befestigt und ein Antrieb 5 für diese gelagert. Da nur eine langsame, begrenzte Schwenkbewegung mit geringer Belastung ausführt wird, sind einfachste Bauformen wie Gleitlager ausreichend. Das kann ein Plastering oder gesinterter Ring mit Dauerschmierstoff sein. Der Antrieb 5 besteht aus einem Gleichstrom-Niederspannungs-Elektromotor mit einem Untersetzungsgetriebe. Als Spannungsquelle können dadurch Photovoltaikzellen genutzt werden.According to 1 the solar module assembly consists of a housing 7 , made of a light-resistant, transparent plastic tube. The frontal openings are tightly closed by inserted end walls. At the two end walls is a pivot bearing 8th attached for a continuous shaft and a drive 5 stored for this. Since only a slow, limited pivoting movement is performed with low load, the simplest types such as plain bearings are sufficient. This can be a plastic or sintered ring with permanent lubricant. The drive 5 consists of a DC low-voltage electric motor with a reduction gearbox. As a voltage source can be used by photovoltaic cells.

Auf der Welle ist ein räumliches Gestell 3 als PVC Gitterkonstruktion befestigt. Abgebildet ist davon nur ein senkrechter Verbindungssteg zu den Strings 9 und deren Querverbindungen. Auch die Reflektoren 4 und der flache, in der Mitte angeordnet Träger 1 mit Photovoltaikzellen 2 sind mit dem Gestell 3 verbunden.On the shaft is a spatial frame 3 attached as PVC grid construction. Depicted is only a vertical connecting bridge to the strings 9 and their cross connections. Also the reflectors 4 and the flat, center-mounted support 1 with photovoltaic cells 2 are with the frame 3 connected.

Die Strings 9 sind stabförmige Elemente, die durch einen speziellen Schichtaufbau am gesamten Umfang photovoltaisch wirken. Ein derartiges Element ist in der WO 2007/117442 A3 und DE 4339547 A1 beschrieben. Einsetzbar sind aber auch Elemente größeren Durchmessers, bestehend aus einem mit Photovoltaikzellen ummanteltem Rohr mit innerer Kühlung. Die Strings 9 besitzen einen Durchmesser von 6 bis 20 mm und eine Länge bis 2000 mm, je nach Bauart. Dementsprechend sind auch der Durchmesser und die Länge des Gehäuses 7 ausgeführt.The strings 9 are rod-shaped elements, which act photovoltaic through a special layer structure on the entire circumference. Such an element is in the WO 2007/117442 A3 and DE 4339547 A1 described. However, it is also possible to use elements of a larger diameter, consisting of a tube sheathed with photovoltaic cells with internal cooling. The strings 9 have a diameter of 6 to 20 mm and a length up to 2000 mm, depending on the design. Accordingly, the diameter and the length of the housing are 7 executed.

Durch die Strings 9 wird von allen Seiten einfallendes Licht, also auch Streulicht und das durch die Reflektoren 4 reflektierte Licht verwertet. Das von den Solarzellen reflektierte Licht wird teilweise wiederum reflektiert und nochmals verwertet.Through the strings 9 is from all sides incident light, including stray light and that by the reflectors 4 used reflected light. The light reflected by the solar cells is partially reflected again and recycled.

An den Stirnseiten der Strings werden die Strom- und Kühlleitungen jeweils zusammengeführt und neben der Welle nach außen geleitet. Der Antrieb 5 erzeugt eine Schwenkbewegung des Gestells 3 mit der Sonnenbahn. Die Energie bezieht der Antrieb direkt von zusätzlichen, kegelförmig angeordneten Photovoltaikzellen oder über eine nicht dargestellte Steuerschaltung. Für die Rückbewegung in die morgendliche Ausgangslage ist weiterhin ein Kondensator im Schaltkreis eingeordnet, der zum Sonnenaufgang die erforderliche Energie bereitstellt.At the ends of the strings, the power and cooling lines are merged and directed outward next to the shaft. The drive 5 generates a pivotal movement of the frame 3 with the sun track. The energy relates to the drive directly from additional, conically arranged photovoltaic cells or via a control circuit, not shown. For the return to the morning starting position, a capacitor is still arranged in the circuit, which provides the required energy for sunrise.

In einer vereinfachten Bauweise entfällt der flache, in der Mitte angeordnet Träger 1 mit Photovoltaikzellen 2.In a simplified design eliminates the flat, arranged in the middle carrier 1 with photovoltaic cells 2 ,

Bauvariante 2Construction variant 2

Das Gehäuse 7, der Antrieb 5, die Drehlagerung 8 und zentrale Welle ist wie Variante 1 ausgeführt. Gemäß 3 sind die Strings 9 durch rechteckförmige Träger 1 mit Photovoltaikzellen 2 ersetzt. Im konvexen Halbkreis sind die Träger 1 beidseitig belegt, im konkaven Halbkreis nur zur Sonnenseite. Der Abstand zwischen den Trägern 1 im konvexen Halbkreis beträgt 1/3 der Trägerbreite. Im konkaven Halbkreis sind die Träger 1 wechselweise mit Reflektoren 4 angeordnet. Zusätzlich sind mehrere, etwa parallel zur Sonnenstrahlung ausgerichtete Reflektoren 4 befestigt, um die Reflektion in das Gehäuseinnere zu verbessern.The housing 7 , the drive 5 , the pivot bearing 8th and central shaft is executed as variant 1. According to 3 are the strings 9 by rectangular carriers 1 with photovoltaic cells 2 replaced. In the convex semicircle are the carriers 1 both sides occupied, in the concave semicircle only to the sunny side. The distance between the carriers 1 in the convex semicircle is 1/3 of the beam width. In the concave semicircle are the carriers 1 alternatively with reflectors 4 arranged. In addition, several, approximately parallel to the solar radiation aligned reflectors 4 attached to improve the reflection in the housing interior.

Die Länge der Träger 1 entspricht etwa dem Durchmesser des Gehäuses 7. In axialer Richtung neben dieser Baugruppe sind mit einem Abstand von etwa 50% ihrer Länge jeweils weiter Baugruppen auf der Welle befestigt. Im Zwischenraum ist auf der Welle jeweils ein Quaderreflektor 12 in seiner Diagonale angeordnet. Dazu ist im konkaven Halbkreis ein Konkavreflektor 13 an der Innenwandung des Gehäuses 7 angebracht.The length of the carrier 1 corresponds approximately to the diameter of the housing 7 , In the axial direction next to this module further assemblies are mounted on the shaft at a distance of about 50% of their length. In the space is on the shaft in each case a cuboid reflector 12 arranged in its diagonal. For this purpose, a concave reflector is in the concave semicircle 13 on the inner wall of the housing 7 appropriate.

Der Quaderreflektor 12 besitzt reflektierende Seitenflächen, die konkav gewölbt sind. Dieser kann z. B. aus Prismen zusammengesetzt sein, oder aus einem Kunststoffwürfel bestehen, der mit Spiegelfolie beklebt ist. In 4 sind die Ausbildung und Ausrichtung des Quaderreflektors 12 ersichtlich.The cuboid reflector 12 has reflective side surfaces that are concave. This can z. B. be composed of prisms, or consist of a plastic cube, which is covered with mirror film. In 4 are the formation and orientation of the cuboid reflector 12 seen.

Diese Variante ermöglicht ebenfalls das Streulicht und reflektiertes Licht zu verwerten. Die Fläche der Photovoltaikzellen 2 ist bezogen auf die Grundfläche für die Anordnung wesentlich größer, als bei herkömmlichen, flachen Solarmodulen.This variant also makes it possible to utilize the scattered light and reflected light. The area of photovoltaic cells 2 is much larger relative to the base area for the arrangement than conventional flat solar modules.

Die Solarmodulanordnung eignet sich besonders für eine senkrechte bis leicht geneigte Montage an senkrechten Wänden.The Solar module arrangement is particularly suitable for a vertical until slightly inclined mounting on vertical walls.

11
Trägercarrier
22
Photovoltaikzellenphotovoltaic cells
33
Gestellframe
44
Reflektorreflector
55
Antriebdrive
66
Steuereinheitcontrol unit
77
Gehäusecasing
88th
Drehlagerungpivot bearing
99
Stringstring
1010
Kühlelementecooling elements
1111
HeatpipeHeatpipe
1212
QuaderreflektorQuader reflector
1313
Konkavreflektorconcave

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNGQUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

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  • - WO 2007/117442 A3 [0036] WO 2007/117442 A3 [0036]

Claims (21)

Solarmodulanordnung für die hybride Nutzung der Sonnenstrahlung, mit auf Trägern angeordneten Photovoltaikzellen mit Kühlelementen und Reflektoren zur Umlenkung von Sonnenstrahlen auf die Photovoltaikzellen und Nachführungen zur Sonnenbahn, wobei die Photovoltaikzellen und Kühlelemente mit Energieabnehmern verbunden sind, dadurch gekennzeichnet, – dass mehrere Träger 1 mit Photovoltaikzellen 2, bzw. Strings 9, mit gegenseitigem Abstand zylindermantelförmig bis vieleckmantelförmig angeordnet sind, – wobei die konvex zur Sonneneinstrahlung liegenden Träger 1 beidseitig, bzw. Strings 9 am gesamten Umfang mit Photovoltaikzellen 2 beschichtet sind, – mindestens zwischen den diesen gegenüberliegenden, konkav zur Sonneneinstrahlung liegenden Trägern 1, Reflektoren 4 angeordnet sind, – die Träger 1, bzw. Strings 9 und Reflektoren 4 über ein Gestell 3 miteinander verbunden sind, das Gestell 3 etwa mittig zu den Trägern 1 in mindestens einem Drehlager 8 geführt und mit einem Antrieb 5 und Steuereinheit 6 verbunden ist, so dass die Träger 1, bzw. Strings 9 und Reflektoren 4 der Sonnenbahn nachführbar sind.Solar module arrangement for the hybrid use of solar radiation, with arranged on carriers photovoltaic cells with cooling elements and reflectors for deflecting sun rays on the photovoltaic cells and tracking the sun, wherein the photovoltaic cells and cooling elements are connected to energy consumers, characterized in that - 1 with photovoltaic cells 2 , or strings 9 , are arranged at a mutual distance cylinder jacket to polygonal wall-shaped, - where the convex lying to the sun radiation carrier 1 on both sides, or strings 9 on the entire circumference with photovoltaic cells 2 are coated, - at least between these opposite, concave sun exposure 1 , Reflectors 4 are arranged, - the carrier 1 , or strings 9 and reflectors 4 over a frame 3 connected to each other, the frame 3 approximately in the middle of the straps 1 in at least one pivot bearing 8th guided and with a drive 5 and control unit 6 connected so that the wearer 1 , or strings 9 and reflectors 4 the sun track are trackable. Solarmodul nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Abstand zwischen den Trägern 1 mit Photovoltaikzellen 2, bzw. Strings 9, deren 0,5 bis 5 fache Breite, bzw. Durchmesser entspricht.Solar module according to claim 1, characterized in that the distance between the carriers 1 with photovoltaic cells 2 , or strings 9 whose 0.5 to 5 times the width, or diameter corresponds. Solarmodul nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Gestell 3 mit den Träger 1 mit Photovoltaikzellen, bzw. Strings 9 und Reflektoren 4 in einem lichtdurchlässigen röhrenförmigen Gehäuse 7 angeordnet und die Drehlagerungen 8 und der Antrieb 5 an den Stirnseiten des Gehäuses 7 befestigt sind.Solar module according to claim 1 and 2, characterized in that the frame 3 with the carriers 1 with photovoltaic cells, or strings 9 and reflectors 4 in a translucent tubular housing 7 arranged and the pivot bearings 8th and the drive 5 on the front sides of the housing 7 are attached. Solarmodul nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, dass das mehrere Gestelle 3 mit den Träger 1 mit Photovoltaikzellen, bzw. Strings 9 und Reflektoren 4 parallel nebeneinander in einer zur Sonnenseite lichtdurchlässigen quaderförmigen Umhausung angeordnet sind und die Drehlagerungen 8 und der Antrieb 5 an den Stirnseiten der Umhausung befestigt sind.Solar module according to claim 1 and 2, characterized in that the plurality of racks 3 with the carriers 1 with photovoltaic cells, or strings 9 and reflectors 4 parallel side by side in a translucent to the sunny side cuboid housing are arranged and the pivot bearings 8th and the drive 5 attached to the front sides of the housing. Solarmodul nach einem der Anspruche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Träger 1, bzw. Strings 9 und Reflektoren 4 parallel zur Achse des röhrenförmigen Gehäuses 7, bzw. der Mittelebene der Umhausung, unmittelbar hinter der Gehäusewandung angeordnet sind.Solar module according to one of claims 1 to 4, characterized in that the carrier 1 , or strings 9 and reflectors 4 parallel to the axis of the tubular housing 7 , or the center plane of the housing, are arranged directly behind the housing wall. Solarmodul nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Länge der Träger 1, bzw. Strings 9 das 10 bis 100-fache seiner Breite, bzw. seines Durchmessers beträgt.Solar module according to one of claims 1 to 5, characterized in that the length of the carrier 1 , or strings 9 which is 10 to 100 times its width, or its diameter. Solarmodul nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Strings 9 durch einen speziellen Schichtaufbau auf der Oberfläche Photovoltaikzellen 2 bilden oder ein Rohr mit Photovoltaikzellen 2 ummantelt und im Inneren ein Kanal für eine Kühlflüssigkeit oder Heatpipe angeordnet ist.Solar module according to claim 1, characterized in that the strings 9 through a special layer structure on the surface photovoltaic cells 2 form or a tube with photovoltaic cells 2 sheathed and inside a channel for a cooling liquid or heat pipe is arranged. Solarmodul nach Anspruche 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Träger 1 mit Photovoltaikzellen 2 streifenförmig bis profiliert ausgebildet, beidseitig mit Photovoltaikzellen beschichtet sind und im Inneren mindestens ein durchgehender Kanal für eine Kühlflüssigkeit angeordnet oder das Aluprofil einer Heatpipe selbst der Träger 1 ist.Solar module according to claim 1, characterized in that the carrier 1 with photovoltaic cells 2 formed strip-shaped to profiled, coated on both sides with photovoltaic cells and arranged inside at least one continuous channel for a cooling liquid or the aluminum profile of a heat pipe itself the carrier 1 is. Solarmodul nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass in dem konkav zur Sonneneinstrahlung liegenden Teil des Zylindermantels bis Vieleckmantels nur mehrere aneinandergrenzende Reflektoren 4 oder ein Konkavreflektor 13 angeordnet sind/ist.Solar module according to one of claims 1 to 8, characterized in that in the concave part of the cylinder jacket lying to the sun until Vieleckmantels only several adjacent reflectors 4 or a concave reflector 13 are arranged / is. Solarmodul nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass in der Mittelebene der Anordnung ein Träger 1 mit beidseitigen Photovoltaikzellen 2 mit einer Breite bis max. 80% des Durchmessers der Anordnung an einem Gestell 3 gelagert ist.Solar module according to claim 9, characterized in that in the center plane of the arrangement a carrier 1 with two-sided photovoltaic cells 2 with a width up to max. 80% of the diameter of the arrangement on a rack 3 is stored. Solarmodul nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass in dem Halbkreis konkav zur Sonneneinstrahlung, zwischen den Trägern 1 mit Photovoltaikzellen 2 jeweils ebene Reflektoren 4 und zusätzlich zwei kürzere Reflektoren 4 parallel zur Sonnenstrahlung etwa mittig im 3. und 4. Kreissektor am Gestell 3 befestigt sind.Solar module according to one of claims 1 to 8, characterized in that in the semicircle concave to the sun, between the carriers 1 with photovoltaic cells 2 each flat reflectors 4 and additionally two shorter reflectors 4 parallel to the solar radiation approximately in the middle in the 3rd and 4th circular sector on the frame 3 are attached. Solarmodul nach den Ansprüchen 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass mehrere mit Abstand vollkreisförmig angeordnete ebene Träger 1 mit Photovoltaikzellen 2 an einem Gestell 3 befestigt sind und auf einer Welle mehrere dieser Gestelle 3 mit Abstand nebeneinander gelagert sind, wobei zwischen den Gestellen 3 diagonal auf der Welle je ein Quaderreflektor 13 angeordnet ist.Solar module according to claims 1 to 8, characterized in that a plurality of full-circle arranged at a distance planar support 1 with photovoltaic cells 2 on a rack 3 are fixed and on a shaft several of these racks 3 are stored at a distance next to each other, being between the racks 3 diagonally on the wave a cuboid reflector 13 is arranged. Solarmodul nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Flächen des Quaderreflektors 13 konkav ausgebildet sind.Solar module according to claim 12, characterized in that the surfaces of the cuboid reflector 13 are concave. Solarmodul nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass in dem Halbkreis konkav zur Sonneneinstrahlung, jeweils zwischen den Gestellen 3 mit Trägern 1 ein Konkavreflektor 13 12 angeordnet ist.Solar module according to claim 12, characterized in that in the semicircle concave to the sun, in each case between the racks 3 with straps 1 a concave reflector 13 12 is arranged. Solarmodul nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass als Antrieb 5 für die Nachführung der Elemente 1, 2, 3, 4, 9 zur Sonnenbahn ein Motor mit Getriebe in der Ausführung als Solar-Gleichstrom-Niederspannungs-Elektromotor angeordnet ist.Solar module according to claim 1, characterized in that as a drive 5 for tracking the elements 1 . 2 . 3 . 4 . 9 to the sun train an engine is arranged with gear in the design as a solar DC low-voltage electric motor. Solarmodul nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass zusätzliche Photovoltaikzellen im Gehäuse 7 mit einem Kondensator verbunden sind, um Strom für eine Rückbewegung von West nach Ost bereitzustellen.Solar module according to claim 15, characterized in that additional photovoltaic cells in the housing 7 connected to a capacitor to provide power for a return movement from west to east. Solarmodul nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass zusätzlich kegelförmig angeordnete Photovoltaikzellen im Gehäuse 7 angeordnet sind, welche die Lage des jeweiligen Sonnenstandes durch die Spannungsdifferenzen dieser Zellen darstellen, so das direkt der Motorstrom des Antriebes 5 steuerbar ist.Solar module according to claim 15, characterized in that in addition conically arranged photovoltaic cells in the housing 7 are arranged, which represent the position of the respective position of the sun by the voltage differences of these cells, so that directly the motor current of the drive 5 is controllable. Solarmodul nach Anspruch 15, gekennzeichnet durch eine Steuerschaltung für den Antrieb 5 zur Nachführung der Elemente zur Sonnenbahn von Ost nach West entsprechend der astronomischen Zeit, welche den jeweiligen Sonnenstand verkörpert.Solar module according to claim 15, characterized by a control circuit for the drive 5 for tracking the elements to the orbit from east to west according to the astronomical time, which represents the respective position of the sun. Solarmodul gemäß einer Ausbildung nach einem der Ansprüche 1 bis 18, dadurch gekennzeichnet, dass die Solarmodule mit der größten Länge einen Winkel von 0° bis 25° an senkrechten Außenfassaden von Bauwerken oder Tragvorrichtungen einschließen.Solar module according to an embodiment according to one of claims 1 to 18, characterized that the solar modules with the largest length an angle of 0 ° to 25 ° on vertical external facades of structures or supporting devices. Solarmodule nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, dass die Solarmodule unmittelbar nebeneinander und übereinander mit Abstand für jeweils einen Leitungskanal für Leitungen für Strom und Abwärme angeordnet sind.Solar modules according to claim 19, characterized that the solar modules immediately next to each other and on top of each other by far for each one duct for Lines for electricity and waste heat are arranged. Solarmodule nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, dass die Solarmodule auch an der Ost- und Westseite von Außenfassaden angeordnet sind.Solar modules according to claim 19, characterized that the solar modules also on the east and west side of external facades are arranged.
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