DE102009042092A1

DE102009042092A1 - Solaranlage

Info

Publication number: DE102009042092A1
Application number: DE102009042092A
Authority: DE
Inventors: Andre Pfeiffer
Original assignee: INVENTUX TECHNOLOGIES AG
Current assignee: INVENTUX TECHNOLOGIES AG
Priority date: 2009-09-18
Filing date: 2009-09-18
Publication date: 2011-03-24
Also published as: US20110067748A1

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Solaranlage mit mehreren Solarmodulen, insbesondere Photovoltaik-Modulen, dadurch gekennzeichnet, dass die Solarmodule unter mindestens zwei unterschiedlichen Neigungswinkeln bezüglich einer ebenen insbesondere horizontalen Grundfläche, beispielsweise einem Flachdach, angeordnet sind. Gemäß einer Variante betrifft die Erfindung weiterhin eine Solaranlage mit mehreren Solarmodulen, wobei zwischen zwei Solarmodulen ein reflektierendes Element angeordnet ist.

Description

Die Erfindung betrifft eine Solaranlage mit mehreren Solarmodulen, insbesondere Photovoltaik-Modulen, die auf einer ebenen, insbesondere horizontalen Grundfläche (39) angeordnet sind.
1 zeigt eine solche Anordnung von Solarmodulen 1, mit i = 1, ..., m auf einer ebenen Grundfläche, beispielsweise einem Flachdach 3 oder einem Freifeld. Bei den Modulen handelt es sich beispielsweise um Photovoltaik Module zum Umwandeln von e–m Strahlung in elektrischen Strom. Die Module 1i werden auf dem Dach 3 in mehreren parallelen Reihen 5, 7, 9 so zur Sonne 11 hin angeordnet um die Stromgewinnung zu optimieren. Dazu werden die Module 1i unter einem Neigungswinkel α ausgerichtet. Der Winkel α wird hier definiert als Winkel zwischen der Normalen n₃ der Grundfläche 3 als ersten Schenkel und der Normalen des Solarmoduls n₁ als zweiten Schenkel. Je nach geografischer Lage beträgt dieser Neigungswinkel α zwischen 5° und 50° Grad. Weniger als 5° sind nachteilig, da es dann nicht mehr zu einem Selbstreinigungseffekt des Moduls kommen kann. Zur Schrägstellung der Module 1i ein entsprechendes Trägerelement 13 verwendet.
Um eine Verschattung der Module einer Reihe, hier beispielsweise Reihe 7 oder, durch die davorliegenden schräg stehenden Module, hier der Reihe 5 bzw. 7, zu verhindern, werden die Reihen mit einem Abstand d zueinander angeordnet. Aufgrund der dadurch entstehenden Freiräume 15 und 17 zwischen den Modulreihen 5, 7, 9 wird jedoch die Gesamtfläche des Flachdachs 3 nur zum Teil zur Gewinnung von Strom verwendet.
Durch die Schrägstellung der Module 1i entstehen außerdem unter den Modulen 1i Angriffsflächen für Wind, wenn dieser, wie mit den Pfeilen 19 angedeutet, von der der Sonne 11 entgegengesetzten Seite kommt. Um ein Abheben der Module 1i zu verhindern, werden diese fest mit dem Dach 3 verbunden, oder mit beispielsweise Sandsäcken, Steinen etc. ausreichend beschwert.
Ausgehend davon ist es daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Solaranlage bereitzustellen, deren Flächennutzung verbessert ist und weniger Angriffsfläche für Wind bietet.
Diese Aufgabe wird mit der Solaranlage nach Anspruch 1 gelöst.
Gemäß der ersten Lösung werden die Solarmodule unter mindestens zwei unterschiedlichen Neigungswinkeln bzgl. einer ebenen, insbesondere horizontalen Grundfläche angeordnet. Bei dieser Grundfläche kann es sich um ein Flachdach handeln.
Durch das Bereitstellen der Solarmodule mit mindestens zwei unterschiedlichen Neigungswinkeln, lässt sich die mit Modulen bedeckte Fläche, im Vergleich zum im Stand der Technik bekannten Anordnung mit nur einem festen Neigungswinkel für alle Module, erheblich vergrößern. Zwar ist für die nicht optimiert zur Sonne angeordneten Module des zweiten Neigungswinkels die Energieausbeute geringer, jedoch kann trotzdem, insbesondere in südlichen Regionen mit sehr hoch stehender Sonne und somit relativ flachen Neigungswinkel, wirtschaftlich Energie mit der Solaranlage gewinnen.
In diesem Zusammenhang wird der Neigungswinkel definiert als der Winkel zwischen der Normalen der Grundfläche als ersten Schenkel und der Normalen des Solarmoduls als zweiten Schenkel.
Bevorzugt können mindestens zwei Solarmodule mit unterschiedlichen Neigungswinkeln aneinander angrenzend angeordnet sein. Dadurch können die Zwischenräume verringert werden und es kommt zu einer weiter verbesserten Ausnutzung der Gesamtfläche.
Vorteilhafterweise könnten Solarmodule mit gleichem Neigungswinkel in mindestens einer Reihe angeordnet sein und weiter bevorzugt Reihen mit unterschiedlichen Neigungswinkeln abwechselnd angeordnet sein. Durch diese Anordnung wird die Flächenausnutzung optimiert und gleichzeitig die Installation durch die regelmäßige Anordnung der Module vereinfacht.
Ferner bevorzugt können die Solarmodule eine im Wesentlichen geschlossene Fläche bilden. Durch die Bereitstellung einer im Wesentlichen geschlossenen Fläche kann ein Angreifen der Winde unter den Modulen verhindert oder zumindest verringert werden. Dadurch sind die Anforderungen an die Befestigung der Anlage an das Flachdach bzw. die ebene, insbesondere horizontale Grundfläche geringer.
Gemäß einer vorteilhaften Ausführungsform können die Solarmodule so angeordnet werden, dass die unterschiedlichen Neigungswinkel symmetrisch zur Normalen der Grundfläche angeordnet sind. Dies bedeutet, dass die Oberflächennormalen der Solarmodule der einen Ausrichtung und der anderen Ausrichtung und die Oberflächennormale der Grundfläche im Wesentlichen in einer Ebene liegen, wobei die Oberflächennormale der Grundfläche zwischen den beiden anderen Oberflächennormalen liegt. Dies hat unter anderem den Vorteil, dass für die Module mit der zweiten Ausrichtung die gleichen Tragelemente zum Einsatz kommen können.
Gemäß einer anderen erfindungsgemäßen Variante können die Solarmodule so angeordnet sein, dass der Neigungswinkel der der Sonne abgewandten Solarmodule größer ist als der der Sonne zugewandten Module. Ist der Abstand zwischen zwei Reihen kleiner als die Projektion der Solarmodule auf die Grundfläche, so kann mit dieser Ausgestaltung trotzdem eine geschlossene Oberfläche erzielt werden. In dieser Variante ist es besonders vorteilhaft, wenn die Solarmodule im Wesentlichen rechteckig sind und einander angrenzende Solarmodule mit unterschiedlichem Neigungswinkel so angeordnet sind, dass eine lange Seite eines Solarmoduls an einer kurzen Seite eines angrenzenden Solarmoduls anliegt.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform können mindestens zwei Solarmodule mit unterschiedlichen Neigungswinkeln auf einem Tragelement angeordnet sein. Dies vereinfacht einerseits die Installation und andererseits sorgt diese Ausgestaltung des Tragelements für eine verbesserte Stabilität.
Die Aufgabe der Erfindung wird auch mit der Solaranlage in Anspruch 10 gelöst. Dementsprechend wird zwischen zwei Solarmodulen ein reflektierendes Element angeordnet. Dieses reflektierende Element dient dazu, möglichst viel Licht, das im Zwischenbereich 15, 17 auftritt, in Richtung Solarmodul zu reflektieren. Dadurch wird die Lichtausbeute der Solarmodule im Vergleich zum Stand der Technik verbessert.
Besonders bevorzugt können die Solarmodule im Wesentlichen unter einem gleichen ersten Neigungswinkel bezüglich einer ebenen, insbesondere horizontalen, Grundfläche angeordnet sein und das reflektierende Element unter einem zweiten Neigungswinkel bezüglich der ebenen Grundfläche angeordnet sein, wobei die Oberflächennormalen der Solarmodule, des reflektierenden Elements und der Grundfläche im Wesentlichen in einer Ebene liegen und die Oberflächennormale der Grundfläche zwischen den Oberflächennormalen der Solarmodule und des reflektierenden Elements liegt. Dadurch können die Solarmodule zur Sonne hin ausgerichtet werden, wobei möglichst viel in die Zwischenräume fallendes Licht zu den Solarmodulen hin reflektiert werden kann. Somit kann die Gesamtausbeute weiter verbessert werden.
Vorteilhafterweise kann eine Kante des reflektierenden Elements an der von der Grundfläche beabstandet angeordneten Kante des einen Solarmoduls anliegen und die gegenüberliegende Kante des reflektierenden Elements an der an der Grundfläche anliegenden Kante des anderen Solarmoduls anliegen. Dadurch wird der gesamt Zwischenbereich wirksam mit einem reflektierenden Element überdeckt.
Besonders bevorzugt können die Solarmodule und das dazwischen liegende reflektierende Element somit eine im Wesentlichen geschlossene Fläche bilden. Durch die geschlossene Fläche kann ein Angreifen der Winde unter den Solarmodulen wirksam verhindert werden.
Vorteilhafterweise kann der Neigungswinkel der reflektierenden Elemente größer sein als der Neigungswinkel der Solarmodule. Wenn der Abstand der Solarmodulreihen geringer ist als die Projektion eines Solarmoduls auf die Grundfläche, kann dadurch trotzdem eine geschlossene Fläche mit hoher Lichtausbeute geschaffen werden.
Gemäß einer bevorzugten Ausführung kann mindestens ein Solarmodul und ein reflektierendes Element an einem Trageelement angeordnet sein. Diese bilden somit ein Modul aus Solarmodul und reflektierendem Element, wodurch die Installation, aber auch die Stabilität der Anlage verbessert werden kann.
Besonders bevorzugt können die reflektierenden Elemente spiegelreflektierend oder diffusreflektierend ausgebildet sein. Dies kann insbesondere durch metallische Elemente bzw. metallisch beschichtete Elemente, aber auch durch einfaches Anbringen von weißer Farbe erzielt werden. Diese Maßnahmen dienen der gesteigerten Lichtausbeute der gesamten Solaranlage.
Bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung werden nachfolgend anhand der beiliegenden Figuren erläutert. Es zeigen:
1 die Anordnung von Solarmodulen in einer Solaranlage entsprechend dem Stand der Technik,
2 eine erste Ausführungsform einer Solaranlage entsprechend der Erfindung in der auch der Sonne entgegengesetzt Module angeordnet werden,
3 eine zweite Ausführungsform mit einer Variante einer Solaranlage entsprechend der Erfindung und
4 eine dritte Ausführungsform mit einem reflektierenden Element zwischen zwei Solarmodulen.
2 zeigt die erste Ausführungsform einer Solaranlage 21 gemäß der Erfindung. In dieser Ausführungsform werden, wie auch schon in der bekannten Solaranlage der 1, mehrere Solarmodule 23i mit i = 1, ..., m in mehreren Reihen 25, 27, 29 nebeneinanderliegend unter einem Neigungswinkel α, der für alle Reihen 25, 27, 29 im Wesentlichen gleich ist, zur Sonne 31 hin ausgerichtet. Bei den Solarmodulen 23i handelt es sich bevorzugt um Photovoltaik-Module zum Umwandeln von Strahlung, insbesondere Sonnenlicht, in elektrischen Strom. Allerdings könnten auch thermische Solaranlagen entsprechend ausgebildet sein.
Im Unterschied zu den bekannten Solaranlagen (siehe 1) werden in der erfindungsgemäßen Anlage auch zwischen den Reihen 25, 27 und 29 weitere Solarmodule 33i, mit i = 1, ...n angeordnet. Allerdings werden die Solarmodule 33i im Vergleich zum Neigungswinkel α der ersten Solarmodule 23i unter einem anderen Neigungswinkel β von der Sonne 31 weg ausgerichtet. In dieser Ausführungsform gilt im Wesentlichen für die beiden Neigungswinkel die Beziehung β = –α. Daraus ergibt sich eine symmetrische Anordnung der Oberflächennormalen n₂₃ und n₃₃ der Solarmodule 23i bzw. 33i bezüglich der Oberflächennormale n₃₇ des Flachdachs 37, wobei die drei Normalen n₂₃, n₃₃ und n₃₇ in einer Ebene liegen. In dieser Ausführungsform sind die Module 23i und 33i somit so angeordnet, dass jeweils eine Kante eines Moduls 23i an einer Seitenkante eines Moduls 33i anliegt, außer in den Randbereichen links von Reihe 25 und rechts von Reihe 29. Dadurch wird eine geschlossene, vollständig mit Solarmodulen ausgefüllte, zickzackförmige Fläche gebildet.
Durch die Verwendung von Solarmodulen mit gleichen Maßen sowohl für die Reihen 25, 27 und 29 als auch für die entgegengesetzt angeordneten Reihen 39 und 41 ist es möglich, für beide Ausrichtungen jeweils die gleichen Tragelemente 43, 45 zu verwenden. Eventuell können auch zwei oder mehr Module insbesondere mit unterschiedlichem Neigungswinkel α, β an einem einstückigen Halteelement (nicht dargestellt) befestigt werden, um die Stabilität der Struktur zu verbessern. Eventuell können die offenen Seiten der Anlage abgedeckt werden (in 2 durch Schraffierung angedeutet).
Durch das Auffüllen der Zwischenräume zwischen den Reihen 25, 27 und 29 mit weiteren Solarmodulen 33i wird eine im Vergleich zum Stand der Technik wesentlich bessere Ausnutzung der Fläche erzielt. Zwar ist die Ausrichtung der Module der Reihen 39 und 41 nicht optimal bezüglich der Sonne 31, jedoch ist eine Energiegewinnung trotzdem möglich, die insbesondere in südlicheren Regionen wirtschaftlich ist. Durch die entgegengesetzte Anordnung der Solarmodule 33i bezüglich der Module 23i kommt es auch zu keiner weiteren Verschattung der zur Sonne ausgerichteten Module.
Im Vergleich zur Solaranlage der 1 ergibt sich der weitere Vorteil, dass durch die geschlossene Fläche ein Abheben der Anlage durch Wind, der unter die Module geraten kann, wirksam verhindert wird. Zumindest aber sind die Anforderungen an die Befestigung am Dach 37 geringer als im Vergleich zur Befestigung der Anlage in 1.
In der dargestellten Ausführungsform liegen die Module 23i und 33i jeweils direkt aneinander an, um eine optimale Flächenausbeute zu erzielen. Jedoch können, beispielsweise zur Belüftung, die Module auch beabstandet voneinander angeordnet sein, wobei jedoch der Abstand für diesen Zweck zwischen zwei Modulen nur ein Bruchteil des in 1 dargestellte Abstands d sein braucht.
3 zeigt eine zweite Ausführungsform einer Solaranlage 51 entsprechend der Erfindung. In dieser Anlage 51 werden wieder Solarmodule 231 bis 23n, wie schon in der ersten Ausführungsform, in Reihen 25, 27 und 29 unter einem Neigungswinkel α zur Sonne 31 hin optimal ausgerichtet. Im Unterschied zur ersten Ausführungsform werden die entgegengesetzt zur Sonne ausgerichteten Module 53i mit i = 1, ..., o zwar wiederum mit einem anderen Neigungswinkel γ entgegengesetzt zur Sonne ausgerichtet, in der zweiten Ausführungsform ist jedoch dieser Neigungswinkel γ betragsmäßig größer als der Neigungswinkel α: |γ| > α. Wie gezeigt, liegen die Kanten zweier benachbarter Module 231 und 531 wieder aneinander an.
Diese Anordnung ist immer dann vorteilhaft, wenn der Abstand zwischen zwei Reihen 25, 27 kleiner ist als die Länge der Projektion I eines Moduls 23i auf die Grundfläche 55. Dabei kann man beispielsweise die Ausrichtung eines üblicherweise rechteckigen Solarmoduls ausnutzen. Während man die zur Sonne hin ausgerichteten Module 23i längs unter Neigungswinkel α ausrichtet, werden die von der Sonne abgewandten Module 53i quer unter Neigungswinkel γ ausgerichtet. Falls in dieser Ausführung, unter Einsatz von Modulen mit gleicher Größe, zwischen den Modulen 531 und 534 ein Zwischenraum 59 auftritt (siehe Reihe 25 und 29), so kann dieser mit einer Platte, die insbesondere reflektierend ist abgedeckt werden.
Besonders vorteilhaft ist die Zusammenfassung von zwei zur Sonne ausgerichteten Solarmodulen 231 und 234 mit einem entgegengesetzt zur Sonne ausgerichteten Modul 531 in eine Baugruppe auf ein Tragelement 57.
Mit der Anordnung der 3 werden die gleichen Vorteile wie in der ersten Ausführungsform erzielt. Zusätzlich können jedoch durch den kürzeren Abstand noch mehr Module auf einer gegebenen Fläche angeordnet werden.
Die 4 zeigt eine Querschnittsansicht einer dritten Ausführungsform einer Solaranlage 61 entsprechend der Erfindung. Elemente mit schon in der 2 bzw. 3 verwendeten Bezugszeichen werden nicht noch einmal im Detail erläutert, auf deren Beschreibung wird hiermit verwiesen. Im Unterschied zur zweiten Ausführungsform werden in der dritten Ausführungsform auf der der Sonne abgewandten Seite keine Solarmodule mehr verwendet, sondern stattdessen reflektierende Flächen 63i mit i = 1 bis 3.
Diese reflektierenden Flächen 63i, können beispielsweise spiegelreflektierende Metalloberflächen oder aber auch diffusreflektierende Flächen beispielsweise weiß angestrichene Platten sein. Durch das Anbringen reflektierender Flächen 63i wird ebenfalls die Energieausbeute der gesamten Anlage 61 im Vergleich zur in 1 dargestellten Anlage verbessert, da Licht, das in die Zwischenräume 15, 17 (siehe 1) fällt, trotzdem noch zumindest teilweise, auf die benachbarten Solarmodule 232, 233 fallen kann, wodurch die Ausbeute verbessert wird.
Dabei können, wie in der 4 gezeigt, jeweils ein Solarmodul 23i und ein reflektierendes Element 63i an einem gemeinsamen Halteelement 43 angeordnet werden. Im hier dargestellten Ausführungsbeispiel haben die reflektierenden Flächen 63i einen Neigungswinkel γ wie in der zweiten Ausführungsform, jedoch ist auch eine Anordnung wie in der 2 gezeigt, mit einem symmetrischen Winkel β, ebenfalls denkbar.
Zur weiteren Optimierung der Flächenausnutzung können die einzelnen erfindungsgemäßen Ausführungsformen auch beliebig kombiniert werden.

Claims

Solaranlage mit mehreren Solarmodulen (23, 25), insbesondere Photovoltaik-Modulen, dadurch gekennzeichnet, dass die Solarmodule (23i, 25i) unter mindestens zwei unterschiedlichen Neigungswinkeln (α, β) bzgl. einer ebenen, insbesondere horizontalen Grundfläche (37) angeordnet sind.
Solaranlage nach Anspruch 1, wobei mindestens zwei Solarmodule (23i, 25i) mit unterschiedlichen Neigungswinkeln (α, β) aneinander angrenzend angeordnet sind.
Solaranlage nach Anspruch 1 oder 2, wobei Solarmodule (23i, 25i) mit gleichem Neigungswinkel (α, β) in mindestens einer Reihe (25, 27, 29, 39, 41) angeordnet sind.
Solaranlage nach Anspruch 3, wobei Reihen (25, 27, 29, 39, 41) mit unterschiedlichen Neigungswinkeln (α, β) abwechselnd angeordnet sind.
Solaranlage nach einem der Anspruch 1 bis 4, wobei die Solarmodule (23i, 25i) eine im Wesentlichen geschlossene Fläche bilden.
Solaranlage nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei die Solarmodule so angeordnet sind, dass die unterschiedlichen Neigungswinkel (α, β) symmetrisch zur Normalen (n₃₇) der Grundfläche (37) sind.
Solaranlage nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei die Solarmodule (23i, 53i) so angeordnet sind, dass der Neigungswinkel (γ) der der Sonne abgewandten Solarmodule (53i) größer ist als der Neigungswinkel (α) der der Sonne zugewandten Module (23i).
Solaranlage nach Anspruch 7, wobei die Solarmodule im wesentlichen rechteckig sind und aneinander angrenzende Solarmodule (23i, 53i) mit unterschiedlichem Neigungswinkel (α, γ) so angeordnet sind, dass eine lange Seite eines Solarmoduls (53i) an einer kurzen Seite eines angrenzenden Solarmoduls (23i) anliegt.
Solaranlage nach einem der Ansprüche 1 bis 8, wobei mindestens zwei Solarmodule mit unterschiedlichen Neigungswinkeln auf einem Tragelement angeordnet sind.
Solaranlage mit mehreren Solarmodulen (23i), insbesondere Photovoltaik-Modulen, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen zwei Solarmodulen (231, 232) ein reflektierendes Element (631) angeordnet ist.
Solaranlage nach Anspruch 10, wobei die voneinander angeordneten Solarmodule im Wesentlichen unter einem gleichen ersten Neigungswinkel (α) bzgl. einer ebenen, insbesondere horizontalen Grundfläche (55) angeordnet sind, und das reflektierende Element unter einem zweiten Neigungswinkel (7) bzgl. der ebenen Grundfläche (55) angeordnet sind, wobei die Oberflächennormalen n₂₃ der Solarmodule und n₆₃ des reflektierenden Elements (63) und n₅₅ der Grundfläche (55) im Wesentlichen in einer Ebene liegen und die Oberflächennormale n₅₅ der Grundfläche (55) zwischen den Oberflächennormalen n₂₃ der Solarmodule (23i) und n₆₃ des reflektierenden Elements (63i) liegt.
Solaranlage nach Anspruch 10 oder 11, wobei eine Kante des reflektierenden Elements an der von der Grundfläche (55) beabstandeten Kante des einen Solarmoduls anliegt und die gegenüberliegende Kante des reflektierenden Elements an der an der Grundfläche (55) anliegenden Kante des anderen Solarmoduls anliegt.
Solaranlage nach einem der Ansprüche 11 bis 13, wobei die Solarmodule und das dazwischen liegende reflektierende Element eine im wesentlichen geschlossen Fläche bilden.
Solaranlage nach einem der Ansprüche 10 bis 13, wobei der Neigungswinkel (γ) der reflektierenden Elemente (63i) größer ist als der Neigungswinkel (α) der Solarmodule (23i).
Solaranlage nach einem der Ansprüche 10 bis 14, wobei mindestens ein Solarmodul (23i) und ein reflektierendes Element (63i) an einem Tragelement (43) angeordnet sind.
Solaranlage nach einem der Ansprüche 10 bis 15, wobei die reflektierenden Elemente (63i) spiegelreflektierend oder diffus reflektierend sind.