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Gebiet der Erfindung
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Die Erfindung betrifft eine Photovoltaik-Vorrichtung mit einer Mehrzahl von einander benachbarten Solarmodulen, die als Hohlkörper mit ebenen Seitenwänden ausgebildet sind, wobei mindestens einige der Seitenwände auf ihrer dem Innenraum zugewandten Fläche mindestens bereichsweise mit Solarzellenelementen ausgefüllt sind, wobei mindestens ein Teil der nicht mit Solarzellenelementen bedeckten Bereiche reflektierend ausgebildet ist, und wobei die Solarmodule jeweils eine Lichteintrittsöffnung zum Eintritt von Licht aufweisen.
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Die Erfindung betrifft weiterhin ein Verfahren zur Herstellung einer Photovoltaik-Vorrichtung mit einer Mehrzahl von einander benachbarten Solarmodulen, die als Hohlkörper mit ebenen Seitenwänden ausgebildet sind und die auf ihrer dem Innenraum des Solarmoduls zugewandten Fläche Solarzellenelemente aufweisen.
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Stand der Technik
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Aus der
DE 10 2007 058 971 A1 ist eine Photovoltaik-Vorrichtung zur direkten Umwandlung von Sonnenenergie in elektrische Energie bekannt. Dabei ist es möglich eine Mehrzahl von einander benachbarten Solarmodulen, die als Hohlkörper mit ebenen Seitenwänden ausgebildet sind, nebeneinander anzuordnen. Die Hohlkörper sind dabei quaderförmig ausgebildet und weisen auf ihrer dem Innenraum zugewandten Fläche mindestens bereichsweise Solarzellen bzw. Solarzellenelemente auf. Die quaderförmigen Hohlkörper weisen dabei jeweils eine Lichteintrittsöffnung zum Eintritt von Licht auf.
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Nachteilig dabei ist, dass der als „Lichtfalle” ausgebildete Hohlkörper eine relativ kleine Eintrittsöffnung aufweist, über die mit Hilfe von Linsen oder Spiegeln fokussiertes Licht in den Hohlkörper eingebracht wird. Dabei soll es notwendig sein, dass das eingekoppelte Licht eine Diffusion erfährt. Weiterhin nachteilig ist, dass es relativ aufwendig und kostenintensiv ist, größere Solarmodulstrukturen herzustellen.
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Weiterhin ist aus der
WO 2008/124362 A2 eine Photovoltaik-Vorrichtung bekannt, die ein tetraederförmiges Solarmodul aufweist, dessen Innenwände mit Solarzellenelementen versehen sind.
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Auch dieses Solarmodul ist als eine Lichtfalle mit einer kleinen Eintrittsöffnung ausgebildet und weist den Nachteil auf, dass sie einen speziellen Kollektor benötigt, der Sonnenlicht auf die Eintrittsöffnung fokussiert.
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Weiterhin ist aus der
US 2003/0213514 A1 eine Photovoltaik-Vorrichtung bekannt, die einen kugelförmigen Hohlkörper bzw. ein kugelförmiges Solarmodul mit ebenen, seinen Innenraum begrenzenden Seitenflächen aufweist. Die einzelnen Flächen weisen dabei in Teilbereichen Solarzellen auf und in weiteren Bereichen reflektierende Wandungen.
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Nachteilig auch bei dieser Vorrichtung ist, dass die Lichteintrittsöffnung zum Eintritt von Licht im Verhältnis zur Fläche ihrer Seitenwand relativ klein ausgebildet ist, so dass es außerhalb des Hohlkörpers eines speziellen lichtfokussierenden Systems bedarf, um ausreichend Sonnenlicht in den Innenraum des Solarmoduls einzubringen. Bei einer Aneinanderreihung von mehreren Solarmodulen bzw. Hohlkörpern entstehen zudem relativ großflächige ungenutzte Zwischenräume. Auch bei dieser bekannten Vorrichtung ist es relativ aufwendig und kostenintensiv, größere Solarmodulstrukturen herzustellen.
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Weiterhin ist aus der
DE 28 15 268 B1 eine Dachkonstruktion mit ebenen Sonnen-Kollektoren bzw. Solarmodulelementen bekannt, die sich über eine Verstellung ihrer Neigung einer geänderten Sonneneinstrahlung anpassen können.
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Nachteilig bei derartigen ebenen Solarmodulen ist, dass relativ viel Sonnenlicht reflektiert und dabei ungenutzt wieder abgestrahlt wird. Eine Verstelleinrichtung ist zudem aufwendig und kostenintensiv.
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Aufgabenstellung
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Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, die bekannten Photovoltaik-Vorrichtungen und ihre Verfahren zur Herstellung so zu verbessern, dass sie einfach und kostengünstig aufgebaut werden können und zur Bildung großflächiger Solarmodulstrukturen unter optimaler Ausnutzung der zur Verfügung stehenden Grundfläche geeignet sind.
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Darstellung der Erfindung
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Die Aufgabe bezüglich der Vorrichtung wird in Verbindung mit dem Oberbegriff des Anspruches 1 dadurch gelöst, dass die Seitenwände der Solarmodule die Form gleichseitiger Dreiecke aufweisen und Polyeder bilden, dass die Lichteintrittsöffnungen benachbarter Solarmodule jeweils von einer transparenten oder fehlenden Seitenwand gebildet werden und dass die Seitenwände jeweils gleich groß sind.
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Dadurch, dass die Hohlkörper bzw. Solarmodule gleichseitige Dreiecke als Seitenwände aufweisen, die Polyeder bilden, lassen sich die Hohlkörper relativ einfach und kostengünstig ausbilden. Dadurch, dass die Lichteintrittsöffnungen sich jeweils über eine Seitenwand erstrecken, kann auf teure bzw. aufwendige fokussierende Einrichtungen gänzlich verzichtet werden. Durch die relativ großflächigen Lichteintrittsöffnungen besteht zudem nicht die Notwendigkeit zu einer Nachführung der Solarmodule gegenüber der sich verändernden Licht- bzw. Sonneneinstrahlung. Die gleich großen Seitenwände verringern zum einen die Zahl notwendiger unterschiedlicher Teile und ermöglichen zum anderen einen einfachen Aufbau.
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Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung sind die Lichteintrittsöffnungen der Solarmodule in einer Ebene parallel zu einer Auflagefläche angeordnet. Dadurch, dass die Lichteintrittsöffnungen in einer Ebene parallel zu einer Auflagefläche angeordnet sind, entsteht eine relativ einfach zu handhabende Solarmodulstruktur.
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Nach einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung werden die Solarmodule von Oktaedern mit dazwischen angeordneten Tetraedern gebildet. Durch die Anordnung von Oktaedern mit dazwischen liegenden Tetraedern wird eine besonders günstige Ausnutzung der vorhandenen Grundfläche erreicht.
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Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung sind die Lichteintrittsöffnungen von einer gemeinsamen transparenten Abdeckung abgedeckt.
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Durch die Anordnung der Lichteintrittsflächen in einer Ebene ist es möglich, die Lichteintrittsöffnungen von einer gemeinsamen transparenten Abdeckung abzudecken, die eben sein kann und das Eindringen von Feuchtigkeit bzw. Schnee, Regen und Schmutz in den Innenraum der Hohlköper verhindert. Die Abdeckung kann dabei aus transparentem Glas oder Kunststoff sein. Auch ist es möglich, die Abdeckung folienartig auszubilden.
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Nach einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung sind zwischen den Oktaedern zur Auflagefläche hin Tetraeder ohne Solarzellen gebildet. Diese Zwischenräume können insbesondere zur Aufnahme von elektronischen Bauteilen genutzt werden.
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Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung sind die Seitenwände aus reflektierenden Trägerflächen mit integrierten Leiterbahnen ausgebildet, die auf ihrer dem Innenraum der Hohlkörper zugewandten Innenseite ein Solarzellenelement tragen. Die Ausbildung der Seitenwände aus reflektierenden Trägerflächen mit integrierten Leiterbahnen tragen zur vereinfachten Montage bei. Die Seitenwände tragen auf ihrer dem Innenraum der Hohlkörper bzw. Solarmodule zugewandten Innenseite ein Solarzellenelement. Grundsätzlich ist es dabei auch möglich, dass einige der Seitenwände, die nutzbare Tetraeder mit benachbarten Hohlkörpern bilden, auf beiden Seiten Solarzellenelemente tragen.
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Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist das Solarzellenelement quadratisch ausgebildet. Quadratische Solarzellenelemente haben sich im Hinblick auf das Verhältnis zwischen reflektierenden Bereichen und den von Solarzellen abgedeckten Bereichen als günstig erwiesen. Grundsätzlich sind aber auch andere Formen, beispielsweise Dreiecke, andere Vielecke oder die Anordnung mehrerer Solarzellenelemente möglich.
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Die das Verfahren betreffende Aufgabe wird in Verbindung mit dem Oberbegriff des Anspruches 8 dadurch gelöst, dass zur Bildung einer Solarmodulstruktur aus benachbarten Solarmodule, die als Polyeder ausgebildet sind, folgende Schritte durchgeführt werden:
- a) Bilden eines ersten Grundriegels aus nebeneinander aufgereihten Seitenwänden mit Solarzellenelementen, die die Form gleichgroßer gleichseitiger Dreiecke aufweisen und im Wechsel mit um 180° gedrehten Seitenwänden ohne Solarzellenelemente in einer Ebene angeordnet werden,
- b) Aufsetzen von v-förmig angeordneten Seitenwänden mit Solarzellenelementen zur Bildung eines Teilstrukturriegels von nebeneinander angeordneten Oktaederteilstrukturen,
- c) Aufbau eines zweiten Teilstrukturriegels der gespiegelt gegen den ersten Teilstrukturriegel gesetzt wird, und
- d) Gegeneinanderklappen der beiden Teilstrukturriegel zu einem Strukturriegel.
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Mit den vorgeschlagenen Schritten wird eine einfache und kostengünstige Solarmodulstruktur ermöglicht. So ist es beispielsweise auch möglich, die Teilstrukturriegel oder auch die Strukturriegel im vorgefertigten Zustand zu liefern.
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Nach einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung werden zur Erweiterung der Solarmodulstruktur die Schritte a) bis d) wiederholt und die dabei gebildeten Strukturriegel aneinandergesetzt. Damit lässt sich relativ einfach die Solarmodulstruktur vergrößern.
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Nach einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung wird der letzte Teilstrukturriegel mit einem Grundriegel abgedeckt. Soweit nur ein Strukturriegel bzw. zwei Teilstrukturriegel verwendet werden, wird einer der Teilstrukturriegel mit einem Grundriegel abgedeckt, so dass vollständige Hohlkörper bzw. Oktaeder gebildet werden.
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Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung werden zwischen den als Oktaeder ausgebildeten Solarmodulen, als Tetraeder ausgebildete Solarmodule gebildet, die auf ihren dem Innenraum zugewandten Flächen Solarzellenelemente aufweisen. Durch die Anordnung von Oktaedern und Tetraedern nebeneinander wird eine besonders günstige Flächenausnutzung erzielt. Da sowohl die Oktaeder als auch die Tetraeder aus gleich ausgebildeten Seitenwänden gebildet werden können, ist es möglich, auf gesonderte als Tetraeder ausgebildete Hohlkörper zu verzichten und die Tetraeder von zugeordneten Seitenwänden von benachbarten Oktaedern zu bilden, die auf beiden Seiten Solarzellenelemente aufweisen.
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Die Lichteintrittsöffnungen der Oktaeder und Tetraeder werden nach einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung durch eine transparente Abdeckung abgedeckt. Damit ist es möglich, für sämtliche Hohlkörper eine gemeinsame Abdeckung zu verwenden.
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Weitere Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden ausführlichen Beschreibung und den beigefügten Zeichnungen, in denen bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung beispielhaft veranschaulicht sind.
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Kurzbeschreibung der Zeichnungen
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In den Zeichnungen zeigen:
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1: eine Vorderansicht eines Solarmoduls, dessen Hohlkörper als ein Oktaeder ausgebildet ist, mit einer gestrichelt dargestellten Abdeckung,
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2: eine Draufsicht aus Richtung II des Solarmoduls von 1,
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3: eine Draufsicht auf ein Solarmodul, dessen Hohlkörper als ein Tetraeder ausgebildet ist,
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4: eine Draufsicht auf eine einzelne Seitenwand eines Polyeders mit einem quadratischen Solarzellenelement,
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5: eine Draufsicht auf eine Photovoltaik-Vorrichtung mit einer Solarmodulstruktur aus einander benachbarten Solarmodulen, die als Polyeder ausgebildet sind,
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6: eine Draufsicht auf einen Grundriegel mit nebeneinander aufgereihten Seitenwänden,
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7: eine Draufsicht auf den Grundriegel von 6 mit aufgesetzten v-förmig angeordneten Seitenwänden zur Bildung eines Teilstrukturriegels,
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8: eine Draufsicht auf zwei gegeneinander gesetzte Teilstrukturriegel,
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9: eine Draufsicht auf die beiden Teilstrukturriegel von 8, die gegeneinander geklappt wurden,
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10: eine Draufsicht auf den Strukturriegel von 9 mit einem auf den letzten Teilstrukturriegel aufgesetzten Grundriegel und
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11: eine Draufsicht auf einen Strukturriegel entsprechend 10 mit eingefügten Tetraedern.
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Beschreibung der Ausführungsbeispiele
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Eine Photovoltaik-Vorrichtung 1 besteht im Wesentlichen aus einer Mehrzahl von Solarmodulen 2, 3 die als Hohlkörper mit ebenen Seitenwänden 4 ausgebildet sind.
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Entsprechend den 1 und 2 ist das Solarmodul 2 als ein Polyeder ausgebildet, der einen Oktaeder 5 bildet, der aus sieben Seitenwänden 4, die die Form gleichseitiger Dreiecke aufweisen, zusammengesetzt ist. Die achte Seite des Oktaeders 5 bildet dabei eine Lichteintrittsöffnung 6 zum Eintritt von Licht in den Innenraum 7 des Oktaeders 5. Die Lichteintrittsöffnung 6 ist von einer transparenten Abdeckung 8 abgedeckt. Auf ihrer dem Innenraum 7 zugewandten Seite weisen die Seitenwände 4 jeweils ein Solarzellenelement 9 auf, das aus mehreren Solarzellen zusammengesetzt sein kann.
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Entsprechend dem Ausführungsbeispiel von 3 ist das Solarmodul 3 als ein Tetraeder 10 ausgebildet, wobei drei der Tetraederseiten von Seitenwänden 4 gebildet werden. Die vierte Seite des Tetraeders 10 bildet dabei eine Lichteintrittsöffnung 11 über die Licht in den Innenraum 16 des Tetraeders 10 eintreten kann.
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4 zeigt eine einzelne Seitenwand 4 mit einem Solarzellenelement 9, das quadratisch ausgebildet ist. Die Seitenwand 4 besteht aus einer reflektierenden Trägerfläche 18 mit nicht dargestellten integrierten Leiterbahnen. Die nicht von dem Solarzellenelement 9 abgedeckten Bereiche reflektieren auftreffendes Licht.
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5 zeigt eine Photovoltaik-Vorrichtung 1 mit einer Solarmodulstruktur aus einer Mehrzahl von Oktaedern 5, wobei drei einander benachbarter Oktaeder 5 einen Zwischenraum einschließen, der als ein Tetraeder 10 ausgebildet ist. Die Seitenwände 4 der Polyeder 5, 10 weisen dabei jeweils ein Solarzellenelement 9 auf. Die Lichteintrittsöffnungen 6, 11 der Polyeder 5, 10 sind in einer Ebene angeordnet.
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6 zeigt einen Grundriegel 12 aus nebeneinander aufgereihten Seitenwänden 4 mit Solarzellenelementen 9. Die Seitenwände 4 weisen dabei die Form gleich großer gleichseitiger Dreiecke auf und sind im Wechsel mit um 180° gedrehten Seitenwänden 13 angeordnet, die keine Solarzellenelemente 9 tragen.
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7 zeigt einen Teilstrukturriegel 14, der aus einem Grundriegel 12 mit aufgesetzten V-förmig angeordneten Seitenwänden 4 mit Solarzellenelementen 9 besteht. Dabei entstehen Oktaeder-Teilstrukturen.
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8 zeigt zwei gegeneinander gesetzte Teilstrukturriegel 14, die entsprechend 9 gegeneinander geklappt einen Strukturriegel 15 bilden. Die Teilstrukturriegel 14 werden dabei soweit gegeneinander geklappt, dass die Schnittkanten 17 zweier v-förmig angeordneter Seitenwände 4 des ersten Teilstrukturriegels 14 und die gegenüber liegenden Schnittkanten 17 zweier v-förmig angeordneter Seitenwände 4 des zweiten Teilstrukturriegels 14 sich berühren.
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10 zeigt einen Strukturriegel 15, bei dem ein Teilstrukturriegel 14 von einem Grundriegel 12 abgedeckt ist.
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11 zeigt einen Strukturriegel 15, bei dem zwischen den als Oktaedern 5 ausgebildeten Solarmodulen 2, als Tetraeder 10 ausgebildete Solarmodulen 3 eingefügt sind.
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Zur Bildung einer Solarmodulstruktur aus benachbarten Solarmodulen 2, 3 werden folgende Schritte durchgeführt:
- a) Bilden eines ersten Grundriegels 12 aus nebeneinander aufgereihten Seitenwänden 4 mit Solarzellenelementen 9 mit im Wechsel um 180° gedrehten Seitenwänden 4 ohne Solarzellenelemente, die in einer Ebene angeordnet werden,
- b) Aufsetzen von v-förmig angeordneten Seitenwänden 4 mit Solarzellenelementen 9 zur Bildung eines Teilstrukturriegels 14 von nebeneinander angeordneten Oktaederteilstrukturen,
- c) Aufbau eines zweiten Teilstrukturriegels 14 der gespiegelt gegen den ersten Teilstrukturriegel 14 gesetzt wird, und
- d) Gegeneinanderklappen der beiden Teilstrukturriegel 14 zu einem Strukturriegel 15.
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In einem Folgeschritt werden gegebenenfalls die Schritte a) bis d) wiederholt und weitere Strukturriegel 15 gebildet, die so aneinandergesetzt werden, das der folgende Strukturriegel 15 jeweils den vorhergehenden Teilstrukturriegel 14 abdeckt. Der letzte Teilstrukturriegel 14 des letzten Strukturriegels 15 wird mit einen Grundriegel 12 abgedeckt.
