DE102011116794A1

DE102011116794A1 - Vorrichtung zur Effizienzsteigerung von Solaranlagen

Info

Publication number: DE102011116794A1
Application number: DE102011116794A
Authority: DE
Inventors: Anmelder Gleich
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2011-10-24
Filing date: 2011-10-24
Publication date: 2013-04-25

Abstract

Reflektionsflächen in Form von metallisierten Markisen oder einzelner, justierbarer Spiegelflächen werden zur Steigerung des Energiertrags bei ungünstigem Einstrahlwinkel der Sonne in Solaranlagen eingesetzt.

Description

Solaranlagen, ob für Solarthermie oder Photovoltaik, unterscheiden sich im Wirkungsgrad unter anderem dadurch, in wie weit sie der Sonnen- bzw. Lichteinstrahlung direkt zugewandt sind.
Daher sind die Vorrichtunge dann hoch effizient, wenn sie beweglich angeordnet sind und dem Sonnenstand nachgeführt werden, wogegen die Energieausbeute abfällt, sobald die Strahlung nicht mehr direkt einfällt – wenngleich einige Zelltypen auch bei diffusem Licht noch einige Leistung erbringen.
Nun ist ein dreh- und schwenkbarer Aufbau der Zellen aufwändig und in manchen Fällen gar nicht realisierbar. Die auf privaten Hausdächern in Deutschland aufgebauten Anlagen sind z. B. überwiegend starr und nach Süden im Winkel der Dachneigung ausgerichtet.
Der Energiertrag bleibt daher bei derartigen Photovoltaik-Anlagen weit hinter dem zurück, was mit beweglichen Zellen zu erzielen wäre, um noch mehr, wenn periodisch einzelne Zelln oder Elemente durch umstehende Gebäude, Bäume oder dergleichen verschattet werden.
Es ist daher Aufgabe vorliegender Erfindung, die Nachteile ungünstiger Einstrahlwinkel oder Verschattungen zu kompensieren, ohne in die Technik der Anlagen selbst einzugreifen und damit auch eine Verbesserung bereits installierter Anlagen zu ermöglichen.
Dies erfolgt erfindungsgemäß durch die Anordnung von Spiegelelementen, die, ob starr oder- ein- und ausfahrbar oder nachführbar, die Energieausbeute der Anlagen graduell verbessern und ihre Energieausbeute gerade in den kritischen Wintermonaten mit niedrigem Sonnenstand erhöhen.
Ein Problem dabei ist, dass effiziente Spiegel meist zwangsläufig groß, etwa in Abmaßen der Anlagenmodule selbst, ausfallen und damit erhebliche Windangriffsflächen darstellen; denn dies bedingt wiederum erhebliche Aufwendungen für die Ableitung der Windlasten.
In bevorzugten Ausführungen sind daher die Spiegelflächen in Form von aus- und einfahrbaren Markisen mit metallisierten Stoffen hergestellt, bei denen die Mechanik auf der Stoff-Rückseite angeordnet ist und die je nach Sonnenstand und Wetterbedingungen – gegebenenfalls automatisch – ein- und ausgefahren und ausgerichtet werden.
Daneben ist es natürlich auch möglich, wenngleich vergleichsweise aufwendiger, Spiegelflächen aus Glas oder Metall in Rahmenaufbauten zu fassen und entweder starr anzubringen oder nachführbar aufzubauen, wie dies z. B. in der Solarthermie von großen Konzentrator-Spiegel-Anlagen bekannt ist, die die Sonne auf ein gemeinsames Target lenken.
In Kleinanlagen kann diese Anordnung jedoch dort lohnend sein, wo die Leistung durch einzelne Verschattungen zeitweise stark einbricht, weil bei der üblichen Reihenschaltung von Photovoltaik-Elementen bei Ausfall nur eines Elements ein hoher Leistungsabfall der ganzen Reihe eintritt. Dafür sind dann auch keine so großen Spiegelflächen erforderlich, weil sie nur den verschatteten Bereich ergänzen müssen.
Eine besondere Ausführung zur Vermeidung hoher Windlasten besteht in gezielter Schlitzung der Flächenelemente, wobei die Rahmenkonstruktion oder Haupt-Leinwand starr bleibt, einzelne Flächenelemente dagegen nur einseitig an ihrer Oberkante angelenkt sind. So können sie, vorzugsweise durch Schwerkraft oder Streifen aus federndem Material in der Fläche gehalten, bei höheren Windlasten zeitweilig weggedrückt werden und somit die Gesamtstruktur entlasten.
Um dabei ständiges Klappern und Schlagen zu vermeiden, wird zur Ausführung mit mechanischen Klappen vorgeschlagen, diese gegen den Druck einer Drehfeder oder der Schwerkraft eines Ballastelements an ihrem unteren Ende betätigen zu lassen und in Kunststoffscharnieren zu führen, die durch ihre innere Reibung und/oder den Einsatz hochviskoser Schmierstoffe gedämpft sind.
Für den Fall des geschlitzten Markisenstoffes empfehlen sich Versteifungen an den Rändern des Zuschnitts durch Keder und die Verstärkung des Übergangs zur Gesamtfläche durch zähe Kunstoff-Beschichtungen, sowie eine Halteverbindung aus zwei gegensätzlich gepolten Magnetstücken, die an einem gewölbten unteren Rand des auswehenden Flächenelements und seinem gegenpart an der Markise angeordnet sind.
Die Erfindung wird nachfolgend, anhand der Zeichnungen 1 und 2, näher erläutert:
1 stellt den Grundaufbau einer derartigen Zusatzeinrichtung 1 für Solarelemente 2 dar:
Eine Markisenmechanik 3 spannt die Reflektionsfläche 4 so auf, dass sie bei niedrigem Stand der Sonne 5 und entsprechend flachen Einstrahlwinkel 6, die Sonnenenergie durch aufgrund des Reflektionswinkels 7 auf die Solarelemente 2 lenkt.
Dabei kann die Anbringung der Markise nicht nur, wie hier dargestellt, über den Solarelementen, sondern auch seitlich davon und in entsprechenden Kombinationen erfolgen.
Es versteht sich, dass die Ausbeute hier durch einen vergleichsweise einfache Nachjustierung des Anstellwinkels 9 durch den Motor 8 der Markise, je nach Einfallswinkel der Sonnenstrahlung 6, optimiert werden kann. Dies wird vorzugsweise durch Sensoren gesteuert mit elektromechanischen Elementen erfolgen. Derartige Anlagenelemente sind dem Fachmann bekannt.
2 und 3 erläutern die Ableitung von Winddruck auf die Reflektionsfläche 10 durch einzelne Flächenelemente 11 bis 13, die jeweils an ihrer Oberkante entweder durch die Flexibilität ihres Materials, durch einen Streifen federnden Materials oder einen Scharnier-Mechanisms 14 beweglich angebracht sind und bei Winddruck 15 nach Lee ausgelenkt werden (16), um so den Druck auf die gesamte Reflektionsfläche 10 zu verringern.
Ferner können die beiden Magnetelemente 17a und 17b als Magnetverschluss 18 an den Rändern und speziell dem Unterliek (der Unterkante) einzelner Flächenelemente angebracht sein, die die auslenkbaren Flächenelemente bis zu einem definierten Winddruck festhalten und bei Nachlassen des Drucks diese zunächst durch die Schwerkraft und dann durch Ihre gegenseitige Anziehung wieder fixieren.

Claims

Vorrichtung zur Effizienzsteigerung von Solaranlagen mit einer Mehrzahl von fest installierten, flächigen Solarzellen, dadurch gekennzeichnet, dass eine oder mehrere spiegelnde Reflektionsflächen so angeordnet sind, dass sie bei für die Zellen ungünstigem Sonnenstand die Solare Einstrahlung auf diese reflektieren.
Vorrichtung zur Effizienzsteigerung von Solaranlagen nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Reflektionsflächen in gesteuert ausrichtbaren Anordnungen ausgeführt sind.
Vorrichtung zur Effizienzsteigerung von Solaranlagen nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, dass diese Nachführung motorisch und von Sensoren gesteuert, dem Sonnenstand nach erfolgt.
Vorrichtung zur Effizienzsteigerung von Solaranlagen nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Reflektionsfläche durch den metallisierten Stoff einer Markise gebildet ist.
Vorrichtung zur Effizienzsteigerung von Solaranlagen nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Mechanik der Markise auf ihrer Rückseite angeordnet ist.
Vorrichtung zur Effizienzsteigerung von Solaranlagen nach Anspruch 4 und 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Markise oder Markisen über, neben oder unter der Solarfläche angeordnet ist oder sind.
Vorrichtung zur Effizienzsteigerung von Solaranlagen nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass ein Reflektorelement auf einem Dreh- und Schwenkgestell so angeordnet und gesteuert ist, dass seine Reflektionen zeitweilige Verschattungen in einzelnen Zonen einer Solaranlage kompensieren.
Vorrichtung zur Effizienzsteigerung von Solaranlagen nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Reflektionsfläche zur Entlastung von hohem Winddruck in Segmente aufgeteilt ist, die nach Lee weggedrückt werden.
Vorrichtung zur Effizienzsteigerung von Solaranlagen nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass diese Segmente an ihrer Oberkante flexibel und gedämpft befestigt sind.
Vorrichtung zur Effizienzsteigerung von Solaranlagen nach Anspruch 6 und 7, dadurch gekennzeichnet, dass diese Elemente aus einem aus dem Trägerstoff ausgeschnittenen Teilen bestehen, wobei der Trägerstoff nur an ihrer Oberkante nicht durchtrennt ist.
Vorrichtung zur Effizienzsteigerung von Solaranlagen nach Anspruch 6 und 7, dadurch gekennzeichnet, dass diese Elemente aus mechanischen Klappen bestehen, die an ihrer Oberkante gedämpft an der Trägerstruktur angelenkt sind und durch die Rückstellkraft einer Drehfeder oder mechanischer Beschwerung gehalten werden.
Vorrichtung zur Effizienzsteigerung von Solaranlagen nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Dämpfung durch mechanische Reibung eines Kunststoffscharniers, geschmiert durch eine hochviskose Flüssigkeit, erfolgt.
Vorrichtung zur Effizienzsteigerung von Solaranlagen nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die zwei magnetische Elemente als Verschluss an den Rändern und speziell dem Unterliek der Flächenelemente angebracht sind, die sie bis zu einem definierten Winddruck festhalten und bei Nachlassen des Drucks diese zunächst durch die Schwerkraft und dann durch Ihre gegenseitige Anziehung wieder fixieren.