DE102011110933A1

DE102011110933A1 - Anordnung zur Verbesserung der Effizienz photovoltaischer Elemente

Info

Publication number: DE102011110933A1
Application number: DE102011110933A
Authority: DE
Inventors: Christian Mrose; Matthias Senftleben
Original assignee: Mrose GmbH
Current assignee: Mrose GmbH
Priority date: 2011-08-13
Filing date: 2011-08-13
Publication date: 2013-02-14
Anticipated expiration: 2031-08-14
Also published as: DE102011110933B4

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Anordnung zur Ausbildung eines photovoltaischen Elements zur Verbesserung der Effizienz der Gewinnung elektrischer Energie, bei dem es Aufgabe war, eine Ausbildung zu entwickeln, bei der ein Eis- und/oder Schneebelag ohne Beeinträchtigung der Transparenz der Nutzschicht eines photovoltaischen Elements beseitigt werden kann. Die Aufgabe wird gelöst, indem ein erfindungsgemäß ausgestaltetes photovoltaisches Element zunächst ein Solarmodul zur Gewinnung elektrischer Elektrizität aus dem einfallenden Licht aufweist und dem im weiteren auf der dem Lichteinfall in das Solarmodul gegenüberliegenden Fläche eine Prepreg-Schicht untergelagert ist. Dieser ist eine Strahlungsheizquelle nachgeordnet, die vorzugsweise auf die Unterseite der Prepreg-Schicht aufgepresst und insoweit mit dieser kombiniert ist. Im weiteren folgt eine Grundplatte mit der Funktion einer Trägerplatte für den vorgeschlagenen Schichtenaufbau.

Description

Die Erfindung betrifft eine Anordnung zur Ausbildung eines photovoltaischen Elements zur Verbesserung der Effizienz der Gewinnung elektrischer Energie.
Photovoltaische Elemente haben dann einen hohen Wirkungsgrad, wenn ein Lichteintritt in diese ungehindert erfolgen kann. Das bedeutet, dass ihre Oberfläche sauber sein sollte.
Das ist insbesondere in kälteren Regionen und Jahreszeiten problematisch, wenn Niederschlag in Form von Schnee niedergeht. Bleibt dieser auf den photovoltaischen Elementen haften, verhindert er den nutzbaren Lichteinfall erheblich und die Ertragsleistung kann gegen ”Null” tendieren.
Zum wiederholten Male sind deshalb Vorschläge unterbreitet worden, diesen Umstand im positiven Sinne zu verändern.
Nach DE 297 11 263 U1 wird ein Aufbau vorgeschlagen, bei dem ein Solargewinnungselement deshalb mit einem flüssigen oder gasförmigen Wärmeträgermedium umspült werden kann. Hier sind die Wärmeverluste hoch und des weiteren sind erhöhte Anforderungen an die Dichtheit des Systems vorhanden, die sich in einem aufwendigen Aufbau niederschlagen. Eine ähnliche Lösung wird in DE 198 08 505 A1 beschrieben.
In der DE 10 2009 002 408 A1 wird vorgeschlagen, das Material, in das ein Solarmodul eingebettet ist, mit einer bevorzugten Wärmeleitfähigkeit auszurüsten und auf diese Art die Abtaufähigkeit gegenüber einer schmelzbaren Abdeckung, z. B. von Schnee, zu verbessern. Ein direkter Bezug zu Heizzwecken ist nicht gegeben.
Nach DE 20 2009 017 287 wird vorgeschlagen, in einem Solarmodul bei Bedarf die Stromrichtung zu ändern, um es als Wärmequelle nutzen zu können und somit eine schmelzbare Abdeckung in Form Eis oder Schnee zu beseitigen. In DE 20 2004 012 006 U1 wird eine beheizbare zusätzliche Scheibe auf der Oberseite aufgelegt. Hier ist in beiden Fällen eine zusätzliche Stromquelle erforderlich, um Wärme erzeugen zu können. Außerdem bewirkt ein Abdecken der Oberseite stets eine Verringerung der Transparenz und damit der Effizienz der Wirksamkeit des photovoltaischen Elements.
Gemäß DE 20 2007 002 026 U1 erfolgt eine Heizung der Abdeckscheibe eines photovoltaischen Elements, indem auf deren Unterseite in ständigem Kontakt mit dieser elektrische Leiterbahnen ausgebildet sind, die über ihre Ausbildung als Ohmsche Widerstände für eine Wärmentwicklung sorgen. Selbst wenn diese, wie in der Darlegung ausgeführt, unsichtbar sein sollten, was diesseits nicht vorstellbar ist, ist eine Beschattung und somit eine Effizienzverringerung gegeben.
Aufgabe der Erfindung ist es deshalb, eine Ausbildung zu entwickeln, bei der ein Eis- und/oder Schneebelag ohne Beeinträchtigung der Transparenz der Nutzschicht eines photovoltaischen Elements beseitigt werden kann.
Die Aufgabe wird gelöst, indem ein erfindungsgemäß ausgestaltetes photovoltaisches Element zunächst ein Solarmodul zur Gewinnung elektrischer Elektrizität aus dem einfallenden Licht aufweist und dem im weiteren auf der dem Lichteinfall in das Solarmodul gegenüberliegenden Fläche eine Prepreg-Schicht untergelagert ist. Dieser ist eine Strahlungsheizquelle nachgeordnet, die vorzugsweise auf die Unterseite der Prepreg-Schicht aufgepresst und insoweit mit dieser kombiniert ist, wobei sich die Kombination durch Verpressen miteinander in ihrer Wirksamkeit noch verbessern läßt. Im weiteren folgt eine Grundplatte mit der Funktion einer Trägerplatte für den vorgeschlagenen Schichtenaufbau.
Eine Vorzugslösung sieht vor, das Solarmodul als Dünnschicht-Solarmodul auszuführen. Der vorgeschlagene Aufbau ist bei Verwendung üblicher monokristalliner oder polykristalliner Solarmodule ebenso funktionsfähig. Ebenso ist es vorteilhaft, als Strahlungsheizquelle eine Infrarot-Heizfolie einzusetzen.
Zweckmäßige Ausgestaltungen sehen vor, dass das Beaufschlagen der Strahlungsheizquelle mit dem notwendigen elektrischen Strom über einen Schneesensor gesteuert erfolgt, der üblicherweise ebenso auf einen Eisbelag reagiert. Ebenso kann eine Temperaturwächterschaltung vorhanden sein, die bei Erreichen einer zum Überhitzen des Systems neigenden Temperatur grenzwertbezogen den elektrischen Strom zum Betrieb der Strahlungsheizquelle temperaturabhängig abschaltend ausgebildet ist, um eine Überhitzung zu vermeiden und einen energieeffizienten Betrieb zu ermöglichen. Dabei ist es unerheblich, ob der für die Beaufschlagung der Strahlungsheizquelle mit Elektrizität notwendige Strom aus dem Netz zugeführt wird oder ob ein dementsprechend bemessenes autarkes photovoltaisches Element separat so angeordnet ist, dass es von Schnee und Eis nicht beeinträchtigt werden kann.
Die Temperaturwächterschaltung kann so ausgeführt sein, dass deren Schaltpunkt vorwähl- und einstellbar ist.
Die erfindungsgemäße Lösung bewirkt, dass sich Schnee und Eis nicht festsetzen und/oder schnell entfernt werden können. Damit bleibt die Transparenz des der Energieumwandlung dienenden Solarmoduls unbeeinflußt und die vorhandene Helligkeit kann ungehindert durch Eis und Schnee hinzutreten. Durch die Kombination der Strahlungsheizquelle mit der Prepreg-Schicht ist das System wasserdicht ausführbar. Die Kabelanbindungen sind in die Trägerplatte integrier- und damit wasserresistent ausführbar.
Durch die vorgeschlagene Kombination kann eine geringe Bauhöhe des photovoltaischen Elements bei Beibehaltung aller erstrebten Vorteile erzielt werden.
Die Erfindung soll nachstehend an einem Ausführungsbeispiel näher erläutert werden. In der zugehörigen Zeichnung zeigt
1 den Querschnitt durch ein erfindungsgemäß aufgebautes photovoltaisches Element.
Einem photovoltaischen Element, das als Dünnschicht-Solarmodul 1 ausgebildet ist, ist auf der der Lichteintrittsfläche gegenüberliegenden Fläche eine Prepreg-Schicht 2 untergelagert. Mit dieser kombiniert ist eine Infrarot-Heizfolie 3 nachfolgend angeordnet. Dieser Schichtenaufbau ist auf einer Trägerplatte 4 aufgebaut und mit dieser verpreßt. Die Trägerplatte 4 ist aus einem Kunststoff mit Glasfasereinlage bestehend ausgeführt. Bei Ausbildung des photovoltaischen Elements als monokristallines oder polykristallines Solarmodul ist der beschrieben Aufbau gleichermaßen zweckmäßig.
Kabelanschlüsse sind nicht dargestellt, da sie nicht erfindungswesentlich sind, sondern nur infolge der erfindungsgemäß aufgebauten Kombination gegen Korrosion und/oder Witterungseinflüsse besser gesichert sind.
Auf Grund der Festigkeit der Trägerplatte in Verbindung mit den Eigenschaften der Heizfolie ist der Gesamtaufbau schraub- und bohrbar. Alle Kabelschlüsse sind in die Grundplatte integriert und damit wasserresistent.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

DE 29711263 U1 [0005]
DE 19808505 A1 [0005]
DE 102009002408 A1 [0006]
DE 202009017287 [0007]
DE 202004012006 U1 [0007]
DE 202007002026 U1 [0008]

Claims

Anordnung zur Verbesserung der Effizienz photovoltaischer Elemente zum Zweck der Gewinnung elektrischer Energie, die üblicherweise auf einer Grundplatte aufgebaut sind, dadurch gekennzeichnet, dass einem Solarmodul (1) auf der dem Lichteinfall in das Solarmodul gegenüberliegenden Fläche eine Prepreg-Schicht (2) untergelagert, im weiteren folgend eine Strahlungsheizquelle (3) nachgeordnet ist und dieser die Grundplatte (4) mit der Funktion einer Trägerplatte für den vorgeschlagenen Schichtenaufbau und das System nach unten abschließend folgt.
Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Strahlungsheizquelle (3) eine Infrarot-Heizfolie ist.
Anordnung nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Solarmodul (1) als Dünnschicht-Solarmodul ausgeführt ist.
Anordnung nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Solarmodul (1) ein monokristallines ist.
Anordnung nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Solarmodul (1) ein polykristallines ist.
Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass in der Zuleitung für den elektrischen Strom zum Betrieb der Strahlungsheizquelle (3) ein
Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass in der Zuleitung für den elektrischen Strom zum Betrieb der Strahlungsheizquelle (3) eine Temperaturwächterschaltung vorhanden ist, die bei Erreichen einer zum Überhitzen des Systems neigenden Temperatur grenzwertbezogen den elektrischen Strom zum Betrieb der Strahlungsheizquelle (3) abschaltend ausgebildet ist.
Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Temperaturwächterschaltung so ausgeführt ist, dass deren Schaltpunkt vorwähl- und einstellbar ist.