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Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Solaranlage mit einem reflektierenden Windleitelement, wobei das Windleitelement insbesondere für aufgeständerte Solarmodule geeignet ist.
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Bekannte Bauarten von Solaranlagen weisen eine Vielzahl von Solarmodulen auf, welche auf einer Aufstellfläche benachbart zueinander angeordnet sind. Die Solarmodule sind dabei üblicherweise nicht direkt mit der Aufstellfläche verbunden, sondern sind auf Solarmodulständern befestigt. Der Solarmodulständer weist beispielsweise eine Konstruktion aus Stahlrohren auf. Ein solcher Aufbau wird als aufgeständertes Solarmodul bezeichnet.
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Die Solarmodule können photovoltaische Solarmodule oder von einer Flüssigkeit durchflossene Solarmodule sein und haben den besten Wirkungsgrad, wenn die Sonnenstrahlen senkrecht auf das Solarmodul auftreffen. Die Stellung der Sonne zur Erdoberfläche ist jedoch abhängig von den Jahreszeiten, vom Breitengrad des Aufstellungsortes und auch von der Neigung der Aufstellfläche. Daher sind Solarmodulständer üblicherweise so konstruiert und orientiert, dass die Sonnenstrahlen für den größten Teil der Einsatzzeit möglichst senkrecht auf der Oberfläche der darauf montierten Solarmodule auftreffen. Die Solarmodulständer sind in manchen Ausführungsformen manuell oder durch Motoren in ihrer Neigung und Ausrichtung verstellbar, um eine optimale Ausrichtung der Oberseite der Solarmodule zum auftreffenden Sonnenlicht zu ermöglichen.
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Wenn eine Solaranlage mit aufgeständerten Solarmodulen einem seitlichen Wind ausgesetzt ist, besteht die Gefahr, dass der Wind zwischen die Aufstellfläche und die aufgeständerten Solarmodule weht. Dabei können sich starke Sog- und Druckkräfte aufbauen, welche die Solarmodule schädigen können. Zum Schutz der Solarmodule werden bei bekannten Solaranlagen deshalb manchmal Windleitelemente vorgesehen.
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Trotz der oben erwähnten Ausrichtung und/oder Einstellbarkeit der Solarmodulständer und der Solarmodule werden bei bekannten Anlagen die auftreffenden Sonnenstrahlen nicht optimal genutzt. Daher ist es eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine bessere Ausnutzung der auftreffenden Sonnenstrahlen durch ein Solarmodul zu erreichen.
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Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung wird gelöst durch eine Solaranlage nach Anspruch 1, sowie durch ein Windleitelement nach Anspruch 8. Insbesondere wird die Aufgabe der vorliegenden Erfindung gelöst durch eine Solaranlage mit einer Vielzahl von gegenüber einer Aufstellfläche geneigt angeordneten Solarmodulen, wobei wenigstens ein Windleitelement vorgesehen ist, das benachbart zu einem ersten Solarmodul derart angeordnet ist, dass es Wind ablenkt und Licht zu einer Oberseite eines zweiten Solarmoduls reflektiert. Somit kann eine bessere Ausnutzung der auftreffenden Sonnenstrahlen durch ein Solarmodul erreicht werden, indem auch indirekte Sonnenstrahlen auf die aktive Oberseite des zweiten Solarmoduls geleitet werden.
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Vorzugsweise ist das Windleitelement bezüglich der Aufstellfläche geneigt, wodurch einerseits der Wind in eine unschädliche Richtung abgelenkt werden kann und andererseits indirekte Sonnenstrahlen aus einer vorherrschenden Einstrahlungsrichtung auf die aktive Oberseite des zweiten Solarmoduls geleitet werden können.
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Bei einer vorteilhaften Ausführung der Solaranlage ist die Neigung des Windleitelementes einstellbar. So kann ein guter Kompromiss zwischen Ableitung des Windes und Ablenkung der indirekten Sonnenstrahlen erreicht werden.
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Bei einer vorteilhaften Ausführung der Solaranlage ist die Licht reflektierende Oberfläche spiegelnd, wodurch sich eine besonders starke Reflexion ergibt und die Energieausbeute der Solarmodule verbessert wird.
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Vorteilhafterweise weist das Windleitelement der Solaranlage eine parabolisch geformte Licht reflektierende Oberfläche auf. So kann eine Bündelung der reflektierten indirekte Sonnenstrahlen auf dem benachbarten zweiten Solarmodul erreicht werden.
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Bei einer Solaranlage mit einem Windleitelement mit parabolisch geformter Licht reflektierender Oberfläche ist besonders vorteilhaft, wenn ein Brennpunkt der Parabelform sich in der Nähe eines benachbarten Solarmoduls befindet. Dadurch werden die reflektierten indirekten Sonnenstrahlen stark gebündelt.
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Eine Ausführungsform der Solaranlage weist vorzugsweise eine Folie auf, welche die Licht reflektierende Oberfläche bildet. So kann die Licht reflektierende Oberfläche mit geringem Material- und/oder Arbeitsaufwand bei bestehenden Solaranlagen nachgerüstet werden.
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Bei einer Solaranlage mit einer reflektierenden Folie ist diese Folie vorzugsweise auf ein Trägerelement aufgeklebt oder aufgespannt. Dies sind einfache und schnelle Befestigungsarten, die ohne größere Montage/Demontagearbeiten an einem Aufstellungsort der Solaranlage ausgeführt werden können.
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Weiterhin wird die Aufgabe der vorliegenden Erfindung gelöst durch ein Windleitelement für aufgeständerte Solarmodule, welches eine spiegelnde Oberfläche aufweist. Durch ein solches Windleitelement kann eine bessere Ausnutzung der auftreffenden Sonnenstrahlen bei aufgeständerten Solarmodulen erreicht werden, indem auch indirekte Sonnenstrahlen auf die aktive Oberseite eines zweiten Solarmoduls geleitet werden.
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Bei einer vorteilhaften Ausführung des Windleitelementes ist die spiegelnde Oberfläche konvex gekrümmt. Insbesondere ist die spiegelnde Oberfläche vorzugsweise parabolisch oder kreisförmig oder kugelförmig geformt. So kann eine Bündelung der reflektierten indirekte Sonnenstrahlen auf dem benachbarten zweiten Solarmodul erreicht werden. Vorzugsweise bildet eine Folie die spiegelnde Oberfläche des Windleitelementes. So kann die Licht reflektierende Oberfläche mit geringem Material- und/oder Arbeitsaufwand bei bestehenden Solaranlagen nachgerüstet werden.
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Die Erfindung sowie weitere Einzelheiten und Vorteile derselben wird bzw. werden nachfolgend an bevorzugten Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die Figuren erläutert. Es zeigen:
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1 eine schematische Seitenansicht eines ersten Ausführungsbeispiels einer Solaranlage und eines Windleitelements; und
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2 eine schematische Seitenansicht einer weiteren Ausführungsform einer Solaranlage und eines Windleitelementes.
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Es sei bemerkt, dass sich in der folgenden Beschreibung die Ausdrücke oben, unten, rechts und links sowie ähnliche Angaben auf die in den Figuren dargestellten Ausrichtungen bzw. Anordnungen beziehen und nur zur Beschreibung der Ausführungsbeispiele dienen. Diese Ausdrücke sind jedoch nicht im einschränkenden Sinne zu verstehen.
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In dieser Anmeldung soll unter einer Licht reflektierenden Oberfläche eine Oberfläche verstanden werden, die einen Reflexionskoeffizient von wenigstens 0, 65 für einen mindestens 300 nm breiten, nicht notwendigerweise zusammenhängenden Wellenlängenbereich im Lichtwellenlängenbereichs zwischen 400 nm und 1000 nm aufweist.
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Unter einer konvex gekrümmten spiegelnden Oberfläche soll hier eine Oberfläche verstanden werden, deren Krümmungsradius lokal so beschaffen ist, daß parallel auf die Oberfläche auftreffendes Licht so gespiegelt wird, dass das gespiegelte Licht gebündelt wird.
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1 zeigt eine Solaranlage 1, welche eine Vielzahl von gegenüber einer Aufstellfläche 3 geneigt angeordneten Solarmodulen 5 aufweist. Die Solarmodule 5 sind auf Solarmodulständern 7 relativ zur Aufstellfläche 3 geneigt montiert und können photovoltaische und/oder von einer Flüssigkeit durchflossene Solarmodule sein. Eine solche Solaranlage 1 wird als Solaranlage 1 mit aufgeständerten Solarmodulen 5 bezeichnet. Weiterhin sind Windleitelemente 8 an den Solarmodulständern 7 angebracht.
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Die Solarmodulständer 7 bestehen beispielsweise aus Metallrohren und können einen festen Neigungswinkel α der Solarmodule 5 bezüglich der Aufstellfläche 3 einrichten. Alternativ kann der Solarmodulständer 7 eine manuelle oder motorgetriebene Verstellmöglichkeit aufweisen, so dass der Winkel α zwischen den Solarmodulen 5 und der Aufstellfläche 3 verändert werden kann. Weiterhin wird in Betracht gezogen, den Solarmodulständer 7 relativ zur Aufstellfläche drehbar zu machen.
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Die Solaranlage 1 kann auf unterschiedlichen Aufstellflächen montiert werden. Übliche Aufstellflächen sind beispielsweise Dächer von Gebäuden oder der Erdboden. In 1 und 2 ist die Aufstellfläche 3 horizontal ausgerichtet, wobei erwähnt sei, dass die Erfindung auch für geneigte Aufstellfläche 3 geeignet ist, beispielsweise für ein Gebäudedach.
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In den 1 und 2 ist weiter die Sonne 9 in verschiedenen Positionen bezüglich der Solaranlage 1 gezeigt. Diese unterschiedlichen Positionen werden in den Fig. mit 9a, 9b und 9c bezeichnet und hängen von der Jahreszeit und dem Breitengrad der Aufstellfläche 3 der Solaranlage 1 ab.
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Wenn eine Solaranlage 1 mit aufgeständerten Solarmodulen 5 einem seitlichen Wind (senkrecht zur Blattebene der Fig.) oder einem Wind von hinten (von rechts in den 1 und 2) ausgesetzt ist, besteht die Gefahr, dass der Wind zwischen die Aufstellfläche 3 und die aufgeständerten Solarmodule 5 weht. Dabei können sich starke Sog- und Druckkräfte aufbauen, welche die Solarmodule 5 beschädigen können. Zum Schutz der Solarmodule 5 weist die Solaranlage 1 daher die Windleitelemente 8 auf, welche in einem Winkel β zur Auflagefläche 3 angeordnet sind.
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Solche Windleitelemente 8 sind bekannt und sind üblicherweise an dem Solarmodulständer 7 angebracht. Die Windleitelemente 8 sind derart angeordnet, dass sie im Wesentlichen verhindern, dass Wind die Solarmodule 5 von unten erfasst und starke Druckkräfte oder Sogkräfte erzeugt. Die Windleitelemente 8 bestehen beispielsweise aus Metallblech oder aus Kunststoffpaneelen, die von der Aufstellfläche 3 bis zum Rand des Solarmoduls 5 reichen. Die Windleitelemente 8 verhindern somit, dass Wind sich an den Solarmodulen 5 fängt und die Solarmodule anhebt oder verbiegt. Die Windleitelemente 8 können an einer Seite oder an mehreren Seiten der Solarmodulständer 7 angebracht sein. Vorzugsweise sind die Windleitelemente 8 auf der hinteren Seite der Solarmodulständer 7 befestigt, d. h. dort, wo sich die höchste Stelle der geneigten Solarmodule 5 befindet (in den 1 und 2 rechts). Die Anordnung der Windleitelemente 8 wird abhängig von der Neigung der Solarmodule 5 und von der hauptsächlich vorherrschenden Windrichtung gewählt. Abhängig von den Erfordernissen des Aufstellungsortes der Solaranlage 1 können die Windleitelemente 8 in ihrer Neigung zur Aufstellfläche 3 einstellbar sein. Die Einstellung kann manuell oder automatisch erfolgen, beispielsweise in Abhängigkeit von der Windrichtung und der Windstärke.
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Die in 1 gezeigten Windleitbleche 8 der vorliegenden Erfindung haben eine Licht reflektierende Oberfläche, insbesondere eine spiegelnde Oberfläche. Die Licht reflektierende Oberfläche des Windleitelementes 11 ist derart angeordnet, dass Wind abgelenkt wird und Anteile des Sonnenlichtes, die auf die Licht reflektierende Oberfläche auftreffen, zu der Oberseite eines benachbarten Solarmoduls 5 geleitet werden. Mit Licht reflektierender Oberfläche ist eine Oberfläche gemeint, die wenigstens 70% des auftreffenden Sonnenlichtes reflektiert.
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2 zeigt eine weitere Ausführungsform einer Solaranlage 1, die mit Ausnahme eines Windleitelementes 18 der Solaranlage der 1 entspricht. Bei dieser Ausführungsform hat das Windleitelement 18 eine parabolische Form. Das Windleitelement 18 kann verschiedene allgemein konvex gekrümmte Formen aufweisen, z. B. parabolisch oder kreisförmig oder kugelförmig. Die Art der konvex gekrümmten Form ist davon abhängig, ob die auftreffenden Sonnenstrahlen in einer Richtung (zu einer Linie) oder in zwei Richtungen (zu einem Punkt) gebündelt werden sollen. Die parabolische Form wird bevorzugt und ist in der Seitenansicht der 2 gut zu sehen. Die parabolische Form bleibt vorzugsweise entlang der Länge des Windleitelementes 11 gleich (d. h. senkrecht zur Zeichnungsebene der 2). Die anderen Elemente der in 2 gezeigten Solaranlage 1 haben die gleiche Funktion, wie bei der Solaranlage 1 der 1 und werden hier nicht genauer beschrieben. Das parabolische Windleitelement 18 ist ebenfalls derart angeordnet, dass es einerseits Wind ablenkt und andererseits Licht zu einer Oberseite eines benachbarten zweiten Solarmoduls 5 reflektiert.
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Die parabolisch geformte Oberfläche des Windleitelementes 18 ist vorteilhafterweise so geformt, dass ein Brennpunkt 22 der Parabelform sich in der Nähe der Oberseite eines benachbarten Solarmoduls 5 befindet, insbesondere in der Nähe der Mitte der Oberseite. Der Brennpunkt 22 muss nicht direkt auf der Oberseite des benachbarten Solarmodul 5 liegen, sondern kann auch davor oder dahinter liegen. Dem Fachmann wird klar sein, dass der in 2 gezeigte Brennpunkt 22 den Brennpunkt der Parabelform in der Zeichnungsebene darstellt. Da die parabolische Form entlang der Länge des Windleitelementes 18 im Wesentlichen gleich bleibt, ergibt sich eine Brennlinie, die senkrecht zur Zeichnungsebene der 2 und durch den Brennpunkt 22 verläuft. Diese Brennlinie verläuft quer über die Oberseite des Solarmoduls 5. Auftreffendes Sonnenlicht wird so gut auf der Oberseite des benachbarten Solarmodul 5 gebündelt.
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In der in 2 gezeigten Ausführung der Solaranlage 1 ist das rechte Windleitelement 8 als einfaches nicht gebogenes Windleitelement 8 ausgeführt, während das linke Windleitelement 18 die erwähnte parabolisch geformte Licht reflektierende Oberfläche aufweist. Es wird also eine Kombination der beiden Ausführungsformen von Windleitelementen 8 und 18 in einer einzigen Solaranlage 1 in Betracht gezogen. Üblicherweise weist eine Solaranlage nicht nur zwei benachbart angeordnete Solarmodule 5 auf, sondern eine Anordnung von beispielsweise 20 × 20 Solarmodulen 5. Alle Solarmodule 5 einer solchen 20 × 20-Anordnung müssen vor zu starken Windkräften geschützt werden und weisen daher Windleitelemente auf. Jedoch können die an einem hinteren Rand (in den 1 und 2 am rechten Rand) gelegenen Windleitelemente 8 einer solchen 20 × 20-Anordnung kein Licht zu einer Oberfläche eines zweiten benachbarten Solarmoduls reflektieren. Daher kann für die am hinteren (rechten) Rand gelegenen Solarmodule 5 ein einfaches flaches und damit kostengünstiges Windleitelement 8 oder ein Windleitelement ohne Reflexionsvermögen verwendet werden. Für die restlichen Solarmodule 5 in Innenbereich der 20 × 20-Anordnung wird ein Windleitelement 18 mit parabolisch geformter Oberfläche vorgesehen, welches eine bessere Reflexion der auftreffenden Lichtstrahlen in Richtung einer Oberseite eines benachbarten Solarmoduls 5 gestattet.
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Die Windleitelemente 8, 18 können aus einem Material hergestellt sein, welches selbst eine reflektierende Oberfläche aufweist, beispielsweise aus einem gewalzten Metallblech. Alternativ könnte das Windleitelement 8, 18 aus einem an sich nicht reflektierenden Material aufgebaut sein, auf dem eine reflektierende Oberflächenschicht aufgebracht ist. Als weitere Möglichkeit kann auf einem Windleitelement 8, 18 eine reflektierende Folie aufgebracht sein, um die erwünschte Reflexionseigenschaft des Windleitelementes 8, 18 zu schaffen. Eine Folie könnte beispielsweise dazu dienen, um die Reflexionseigenschaft bei bestehenden Windleitelementen ohne diese Eigenschaft nachzurüsten. Die Folie kann auf ein Trägerelement aufgeklebt oder aufgespannt werden, das Trägerelement kann beispielsweise ein schon existierendes Windleitelement bei einer bereits in Betrieb befindlichen Solaranlage sein.
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Die Oberfläche eines Windleitelementes 8, 18 kann insbesondere eine spiegelnde Oberfläche sein. Eine spiegelnde Oberfläche bietet eine besonders gute Reflexion des auftreffenden Lichtes. Eine spiegelnde Fläche ist glatt genug, damit reflektiertes Licht seine Parallelität behält. Die Rauheit der spiegelnden Fläche ist dabei kleiner als etwa die halbe Wellenlänge des Lichtes.
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Die spiegelnde Oberfläche kann ebenfalls durch eine Folie gebildet werden. Es sei bemerkt, dass eine solche spiegelnde Folie auch auf einem Trägerelement aufgeklebt oder aufgespannt werden kann. Das heißt eine spiegelnde Oberfläche oder Folie kann sowohl auf dem Windleitelement 8 als auch auf dem parabolisch geformten Windleitelement 18 vorhanden sein.
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Als nächstes wird der Betrieb der Solaranlage 1 der 1 genauer beschrieben. Während des Betriebs der Solaranlage 1 kann die Sonne 9 verschiedene Stellungen 9a, 9b und 9c einnehmen. Von der Sonne 9 gehen Sonnenstrahlen 25 aus, welche in unterschiedlichen Winkeln auf die Solarmodule 5 auftreffen. Beispielsweise trifft ein Sonnenstrahl 25a im optimalen Winkel von 90° auf die Solarmodule 5 auf, wenn sich die Sonne 9 an der Position 9a befindet, wobei die Windleitelemente 8, 18 nicht oder nur sehr wenig beschienen werden. Befindet sich die Sonne 9 an der Position 9b, so trifft ein von der Sonne 9 ausgehender Sonnenstrahl 25b schon nicht mehr in einem optimalen Winkel von 90° auf die Oberseite des Solarmoduls 5. Sollte die Sonne 9 weiter zu einer Position 9c wandern, ergibt sich ein noch ungünstigerer Auftreffwinkel eines Sonnenstrahls 25c. Jedoch treffen die Sonnenstrahlen 25b und 25c ausgehend von den Positionen 9b und 9c der Sonne 9 auf das Windleitelement 8, welches sich links vom rechten Solarmodul 5 befindet (1). Aufgrund der Ausrichtung des linken Windleitelements 8 bezüglich der Positionen der Sonne 9b, 9c und aufgrund der Reflexionseigenschaften der Oberfläche des Windleitelements 8, werden die Sonnenstrahlen 25b und 25c zum rechten Solarmodul 5 abgelenkt und treffen so als indirekte bzw. reflektierte Sonnenstrahlen auf die Oberfläche des rechten Solarmoduls 5. Somit kann ein Anteil der Sonnenstrahlung, der ansonsten in den Stellungen 9b und 9c der Sonne 9 verloren gegangen wäre, ebenfalls durch das Solarmodul 5 genutzt werden.
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Als nächstes wird der Betrieb der Solaranlage 1 der 2 genauer beschrieben. Wie oben erwähnt, ist der Auftreffwinkel der Sonnenstrahlen 25a, 25b und 25c abhängig von der Stellung der Sonne 9. Das rechts außen angeordnete Windleitelement 8 hat, wie in 1, nur die Funktion, Wind abzulenken. Das rechte Windleitelement 8 kann kein Licht zu einem benachbarten Solarmodul 5 hin reflektieren, da es am Rand der Solaranlage 1 gelegen ist. Das rechte Windleitelement 8 kann daher als flaches Windleitelement 8 mit oder ohne Reflexionseigenschaft ausgeführt sein. Die Sonnenstrahlen 25b und 25c entsprechend den Positionen 9b und 9c der Sonne 9 treffen aber auf das Windleitelement 18 des linken Solarmoduls 5 auf. Die konkave und insbesondere parabolische Form des Windleitelements 18 ist derart gewählt, dass sich der zweite Brennpunkt 22 der parabolische Form in der Nähe des rechten Solarmoduls 5 befindet. Daher werden die auftreffenden Sonnenstrahlen 25b, 25c reflektiert und werden unabhängig von ihrem unterschiedlichen Auftreffwinkel ungefähr zur Mitte des rechten Solarmoduls 5 gebündelt. Auf diese Weise kann die auftreffende Strahlung besser genutzt werden, da ein Anteil des Sonnenlichtes indirekt durch Reflexion auf das rechte Solarmodul 5 geleitet wird, der sonst in den Stellungen 9b und 9c der Sonne 9 verloren gegangen wäre.
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Die Erfindung wurde anhand bevorzugter Ausführungsbeispiele beschrieben, wobei die einzelnen Merkmale der beschriebenen Ausführungsbeispiele frei miteinander kombiniert werden können und/oder ausgetauscht werden können, sofern sie kompatibel sind. Ebenso können einzelne Merkmale der beschriebenen Ausführungsbeispiele weggelassen werden, sofern sie nicht zwingend notwendig sind, Dem Fachmann sind zahlreiche Abwandlungen und Ausgestaltungen möglich und offensichtlich, ohne dass dadurch der Erfindungsgedanke verlassen wird.
