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TECHNISCHES GEBIET
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Die vorliegende Erfindung betrifft eine Reflexionsflächeneinrichtung für Photovoltaikanlagen und/oder Photovoltaikeinheiten mit einer Tragschicht und einer lichtreflektierenden Oberfläche.
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STAND DER TECHNIK
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Es ist bekannt, bei Photovoltaikanlagen, die Photovoltaikeinheiten aufweisen, die in einem vorgegebenen Raster geneigt und zur Sonne hin ausgerichtet vorhanden sind, im Zwischenbereich zwischen einzelnen Photovoltaikeinheiten Reflexionsflächeneinrichtungen einzusetzen, die den Wirkungsgrad der Photovoltaikeinheiten aufgrund der Reflexion der einfallenden Lichtstrahlen erhöhen. Die Erhöhung des Wirkungsgrades ist jedoch bei den bekannten Reflexionsflächeneinrichtungen nicht optimal.
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DARSTELLUNG DER ERFINDUNG
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Ausgehend vom genannten Stand der Technik liegt der vorliegenden Erfindung das technische Problem beziehungsweise die Aufgabe zugrunde, eine Reflexionsflächeneinrichtung der eingangs genannten Art anzugeben, die den Wirkungsgrad der Photovoltaikanlage und/oder der Photovoltaikeinheit deutlich erhöht, die wirtschaftlich hergestellt werden kann, die einfach montiert beziehungsweise eingesetzt werden kann und die eine dauerhaft zuverlässige Erhöhung des Wirkungsgrades von Photovoltaikanlagen und/oder Elementen ermöglicht. Da derartige Reflexionsflächeneinrichtungen in sehr großer Stückzahl im Rahmen von Photovoltaikanlagen und/oder -einheiten eingesetzt werden sollen ist eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung darin zu sehen, derartige Reflexionsflächeneinrichtungen anzugeben, die äußerst wirtschaftlich in Massenproduktion hergestellt werden kann, einfach montiert werden kann und damit die Effizienz von Photovoltaikanlagen weiter gesteigert werden kann.
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Die erfindungsgemäße Reflexionsflächeneinrichtung ist durch die Merkmale des unabhängigen Anspruchs 1 gegeben. Vorteilhafte Ausgestaltung und Weiterbildung sind Gegenstand der von dem unabhängigen Anspruch 1 direkt oder indirekt abhängigen Ansprüche.
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Die erfindungsgemäße Photovoltaikeinrichtung mit Photovoltaikelementen und einem Gehäuse ist durch die Merkmale des Anspruchs 11 gegeben. Vorteilhafte Ausgestaltung und Weiterbildung sind Gegenstand der von dem Anspruch 11 abhängigen Ansprüche.
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Die erfindungsgemäße Photovoltaikanlage ist durch die Merkmale des Anspruchs 14 gegeben.
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Die erfindungsgemäße Reflexionsflächeneinrichtung der eingangs genannten Art zeichnet sich erfindungsgemäß dadurch aus, dass auf der Tragschicht oberseitig eine Vielzahl von Reflexionsformelementen vorhanden sind, die zumindest oberseitig eine konvex geformte Oberflächenstruktur aufweisen, sodass einfallendes Licht diffus reflektiert wird.
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Durch den Einsatz von Reflexionselementen mit konvex geformter Oberflächenstruktur wird eine Reflexion der einfallenden Lichtstrahlen in diffuser Art und Weise erzeugt, sodass die einzelnen Photovoltaikelemente der Anlage oder der Einheit optimiert mit Lichtenergie beaufschlagt werden, wodurch der Wirkungsgrad der gesamten Photovoltaikanlage beziehungsweise der einzelnen Photovoltaikeinrichtung deutlich angehoben werden kann. Es können auch Photovoltaikeinheiten mit zusätzlichen untergeordneten Photovoltaikelementen eingesetzt werden, was die Effizienz weiter steigert.
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Eine besonders bevorzugte Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Reflexionsflächeneinrichtung zeichnet sich dadurch aus, dass die Reflexionsformelemente in zufälliger oder gerasteter Anordnung vorhanden sind.
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Die reflektierende Oberflächenstruktur kann entweder erfindungsgemäß durch einen reflektierenden Anstrich oder durch reflektierende Eigenschaften der Reflexionsformelemente selbst umgesetzt werden.
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Eine besonders bevorzugte Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Reflexionsflächeneinrichtung zeichnet sich dadurch aus, dass die konvex geformte Oberflächenstruktur der Reflexionsformelemente zumindest bereichsweise durch eine kugelförmige oder ellipsoide Oberfläche gebildet wird.
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Eine bevorzugte alternative Ausgestaltung ist dadurch gekennzeichnet, dass oberseitig auf der Tragschicht eine Klebeschicht angeordnet ist, in die die Reflexionsformelemente zumindest bereichsweise unterseitig eingebettet vorhanden sind.
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Bei dieser Ausführungsvariante wird zunächst auf die unterseitige Tragschicht beziehungsweise den Boden eine Klebeschicht aufgebracht und solange diese noch nicht ausgetrocknet ist werden die Reflexionsformelemente aufgebracht beziehungsweise eingebettet, derart, sodass sie einerseits zuverlässig in der Klebeschicht haften und andererseits eine optimale diffuse Reflexion erzeugen. Das Einbringen der Reflexionsformelemente kann dabei durch Einstreuen, Aufstreuen oder Aufspritzen erfolgen.
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Eine besonders vorteilhafte Ausgestaltung, die eine besonders wirtschaftliche Herstellung ermöglicht, zeichnet sich dadurch aus, dass die Tragschicht und die Reflexionsformelemente einstückig ausgebildet sind, wobei die konvexe Oberflächenstruktur der Reflexionsformelemente durch Prägung, Pressen, Walzen, Kalt-/Warmverformen der Oberseite der Tragschicht hergestellt ist oder die Reflexionsflächeneinrichtung mit ihren Reflexionsformelementen als Kunststoffformteil, insbesondere Kunststoffspritzteil, ausgebildet ist.
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Eine besonders bevorzugte Ausgestaltung, die wirtschaftlich vorteilhaft und in großer Stückzahl, bei gleichzeitiger Gewährleistung hoher Fertigungsqualitäten, herstellbar ist zeichnet sich dadurch aus, dass die Einrichtung aus Bitumenpappe oder Kunststoff besteht, insbesondere mit einem reflektierenden Anstrich, wobei auch denkbar ist, dass die erfindungsgemäße Reflexionsflächeneinrichtung in der Summe folienhafte Eigenschaften aufweist, dass heißt sie in einem gewissen Grade in ihrer Ebene auch flexibel ausgebildet ist.
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Eine besonders vorteilhafte Weiterbildung, die hinsichtlich einer optimalen Erzeugung eines diffusen Reflexionsbildes der einfallenden Lichtstrahlen Vorteile aufweist, zeichnet sich dadurch aus, dass die Reflexionsformelemente in einem orthogonalen Raster angeordnet sind.
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In diesem Zusammenhang hat sich als besonders vorteilhaft herausgestellt, die Reflexionsformelemente derart anzuordnen, dass in einer Reihe benachbart angeordnete Reflexionsformelemente beabstandet angeordnet sind, wobei es noch besonders vorteilhafter ist, die Anordnung so vorzusehen, dass benachbarte Reihen der Reflexionsformelemente um das halbe Rastermaß alternierend versetzt zueinander angeordnet sind.
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Durch das Vorsehen der Reflexionsformelemente mit ihrer konvexen Oberflächenstruktur wird insgesamt ein diffuses Reflexionsverhalten der Fläche erzeugt, die bezüglich der die Reflexionsflächeneinrichtung umgebenden Photovoltaikeinheiten zur Erhöhung des Wirkungsgrades besonders vorteilhaft ist.
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Die erfindungsgemäße Photovoltaikeinrichtung mit einem Gehäuse und innerhalb des Gehäuses angeordneten Photovoltaikelementen zeichnet sich dadurch aus, dass innerhalb des Gehäuses eine lichtdurchlässige Trägerschicht vorhanden ist, auf der oberseitig und unterseitig Photovoltaikelemente angeordnet sind, zwischen den Photovoltaikelementen lichtdurchlässige Bereiche vorhanden sind und beabstandet zur Trägerschicht unterseitig eine Reflexionsflächeneinrichtung nach einem oder mehreren der vorstehenden Ansprüche angeordnet ist.
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Derartige Photovoltaikeinrichtungen können problemlos bei schrägen Dächern eingesetzt werden, wobei eine Erhöhung des Wirkungsgrades der Photovoltaikelemente durch die unterseitig angeordnete Reflexionsflächeneinrichtung gewährleistet ist.
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Eine konstruktiv besonders vorteilhafte Ausgestaltung, die bezüglich ihrer Effizienz sehr gute Werte liefert zeichnet sich dadurch aus, dass die Photovoltaikeinheiten und die lichtdurchlässigen Bereiche schachbrettartig angeordnet sind.
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Zur Erhöhung des Wirkungsgrades zeichnet sich eine besonders vorteilhafte Ausgestaltung dadurch aus, dass die schachbrettartig angeordneten Photovoltaikelemente und lichtdurchlässigen Bereiche außenumfangsmäßig in dem Randbereich umlaufend von direkt nebeneinander angeordneten Photovoltaikelementen umgeben ist.
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Eine erfindungsgemäße Photovoltaikanlage mit in einem vorgegebenen Raster geneigt aufgestellten Photovoltaikeinheiten mit Ober-/ und unterseitig angeordneten Photovoltaikelementen zeichnet sich dadurch aus, dass im Bereich zwischen den Photovoltaikeinheiten eine Reflexionsflächeneinrichtung nach einem oder mehreren der vorstehenden Ansprüche angeordnet ist.
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Die erfindungsgemäße Grundidee besteht darin, im Bereich von Photovoltaikanlagen und/oder Photovoltaikeinheiten Reflexionsflächeneinrichtungen der oben beschriebenen Art einzusetzen, die bezüglich des einfallenden Lichts eine diffuse Reflexion erzeugen und damit die innerhalb der Photovoltaikanlage beziehungsweise Photovoltaikeinheit vorhandenen Photovoltaikelemente optimal mit Licht zu beaufschlagen, was zu einer deutlichen Erhöhung des Wirkungsgrades führt.
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Weitere Vorteile und Merkmale der Erfindung sind den in den Ansprüchen ferner angegebenen Merkmalen sowie den nachstehenden Ausführungsbeispielen zu entnehmen.
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KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNG
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Die Erfindung wird im Folgenden anhand der in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiele näher beschrieben und erläutert. Es zeigen:
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1 Schematischer Querschnitt durch eine Photovoltaikanlage mit in einem Rastermaß angeordneten Photovoltaikeinheiten, wobei zwischen den Einheiten eine Reflexionsflächeneinrichtung vorhanden ist, die das einfallende Licht diffus reflektiert,
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2 Schematischer Schnitt durch eine Reflexionsflächeneinrichtung mit einer Trägerschicht und einer oberseitigen Klebeschicht, in der Reflexionsformelemente zur Erzeugung einer diffusen Reflexion bereichsweise unterseitig eingebettet vorhanden sind,
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3 Schematischer Schnitt durch eine Reflexionsflächeneinrichtung, mit einer Trägerschicht, bei der die Reflexionsformelemente einstückig mit der Trägerschicht vorhanden sind, wobei deren Ausbildung durch plastische Formgebung erfolgt ist,
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4 Schematischer Querschnitt durch eine Photovoltaikeinheit mit einer Trägerschicht, die oberseitig und unterseitig mit Photovoltaikelementen bestückt ist, lichtdurchlässige Bereiche aufweist und unterseitig beabstandet eine Reflexionsflächeneinrichtung zur Erzeugung eines diffusen Reflexionslichtes aufweist,
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5 Schematische Draufsicht auf die Photovoltaikeinheit gemäß 4,
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6a Schematische Draufsicht auf eine Reflexionsflächeneinrichtung mit in Zufallsanordnung aufgestreuten Reflexionsformelementen,
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6b Schematischer Schnitt durch die Reflexionsflächeneinrichtung gemäß 6a entlang Schnittform I-I,
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7a Schematische Draufsicht auf eine Reflexionsflächeneinrichtung mit diagonal orthogonal eingeprägten Reflexionsformelementen in einstückiger Ausführung,
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7b Schematischer Schnitt durch die Reflexionsflächeneinrichtung gemäß 7 entlang Schnittform II-II,
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8a Draufsicht auf eine Reflexionsflächeneinrichtung mit eingeprägten Reflexionsformelementen, die eine ellipsorale Oberflächenstruktur aufweisen, angeordnet in einem orthogonalen Raster beabstandet in einer Reihe und alternierend versetzt bezüglich benachbarter Reihen,
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8b Schematischer Schnitt durch die Reflexionsflächeneinrichtung gemäß 8a entlang Schnittform III-III und
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9 Schematischer Schnitt durch eine Photovoltaikanlage mit in einem vorgegebenen Rastermaß geneigt angeordneten Photovoltaikeinheiten, wobei zwischen den Photovoltaikeinheiten an deren Tragstruktur jeweils eine Reflexionsflächeneinheit angeordnet ist.
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WEGE ZUM AUSFÜHREN DER ERFINDUNG
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In 1 ist stark schematisiert in einer schematischen Schnittdarstellung eine Photovoltaikanlage 80 dargestellt mit mehreren, geneigt zu einem Untergrund 82 in einem Rastermaß R beabstandet angeordneten Photovoltaikeinheiten 60 dargestellt. Der Untergrund 82 kann beispielsweise ein natürlich gewachsener Boden oder ein Flachdach eines Gebäudes sein.
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Zwischen den Photovoltaikeinheiten 60 ist auf dem Untergrund 82 eine Reflexionsflächeneinrichtung 10.1 angeordnet, die die Eigenschaft besitzt, dass einfallende Lichtstrahlen L bei deren auftreffen auf die Reflexionsflächeneinrichtung 10 diffus D reflektiert werden, dass heißt die einfallenden Lichtstrahlen L sowohl auf die Oberseite der Photovoltaikeinheiten 60 als auch auf die Unterseite der Photovoltaikeinheiten 60 reflektiert werden. Die Photovoltaikeinheiten 60 weisen sowohl auf ihrer Oberseite als auch auf ihrer Unterseite Photovoltaikelemente 62 auf.
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Dadurch das durch die Reflexionsflächeneinrichtung 10.1 eine diffuse Reflexion D der einfallenden Lichtstrahlen L erzeugt wird, wird zusätzlich Lichtenergie auf die Photovoltaikeinheiten 60 aufgebracht, die die Effizienz der Photovoltaikanlage 80 insgesamt erhöhen.
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Eine konstruktive Ausgestaltung einer Reflexionsflächeneinrichtung 10.2 ist in 2 dargestellt. Auf einer Tragschicht 12 ist eine Klebeschicht 14 vorhanden, wobei oberseitig auf der Klebeschicht 14 Reflexionsformelemente 20.1, 20.2, 20.3 vorhanden sind, die oberseitig zumindest bereichsweise eine konvexe Oberflächenkontur aufweisen. Durch die konvexe Oberflächenkontur der Reflexionsformelemente 20.1, 20.2 wird eine diffuse Lichtreflexion erzeugt.
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Die Reflexionsformelemente 20.1, 20.2 sind unterseitig in die Klebeschicht 14 eingebettet und beispielsweise durch Aufstreuen oder Aufspritzen auf die Klebeschicht aufgebracht.
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Die Oberflächenkontur der Reflexionsformelemente 20.1, 20.2 weist bevorzugt eine keilkugelförmige oder ellipsoide Oberflächenstruktur auf.
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Die Reflexionsformelemente 20.1, 20.2 können selbst lichtreflektierende Eigenschaften aufweisen oder auf diesen Reflexionsformelementen 20.1, 20.2 ist ein lichtreflektierender Anstrich aufgebracht.
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In 3 ist ein weiteres konstruktives Ausführungsbeispiel einer Reflexionsflächeneinrichtung 10.3 dargestellt, die eine Tragschicht 12.3 besitzt, auf der die Reflexionsformelemente 20.3 eingeprägt vorhanden sind. Somit bilden die Reflexionsformelemente 20.3 und die Tragschicht 12.3 eine einstückige Einheit. Das Formen der Reflexionsformelemente 20.3 kann durch Pressung, Walzen oder allgemein durch Kalt- oder Warmverformung erfolgen. Auch diese Reflexionsformelemente besitzen eine konvex gekrümmte Oberseite und erzeugen bei Lichteinfall eine diffuse Reflexion. Bevorzugt ist die Reflexionsflächeneinrichtung 10.3 materialmäßig als Bitumenpappe ausgebildet. Es ist jedoch auch möglich, die Reflexionsflächeneinrichtung 10.3 mit anderen Materialien zum Beispiel Kunststoff, als einstückiges Bauteil herzustellen. Als Herstellverfahren kommt in diesem Fall ein Kunststoffspritzverfahren oder ein Tiefziehverfahren in vorteilhafter Art und Weise in Betracht.
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6a und b zeigen ein konstruktives Ausführungsbeispiel der Reflexionsflächeneinrichtung 10.2, bei der die Reflexionsformelemente 20.1 in einer Zufallsanordnung oberseitig auf der Tragschicht 12.1 vorhanden sind.
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7a und b zeigt eine weitere konstruktive Ausgestaltung einer Reflexionsflächeneinrichtung 10.2, bei der die Reflexionsformelemente 20.2 in einem orthogonalen Diagonalraster oberseitig auf der Tragschicht 12.2 eingeformt vorhanden sind.
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8a und b zeigt eine besonders bevorzugte dritte Ausführungsvariante einer Reflexionsflächeneinrichtung 10.3, bei der auf der Tragschicht 12.3 oberseitig ellipsoidförmige Reflexionsformelemente 20.3 eingeprägt vorhanden sind, wobei die Reflexionsformelemente 20.3 in einem orthogonalen Raster mit den Rastermaßen R1 in Längsrichtung und den Rastermaßen R2 in Querrichtung angeordnet sind und die Reflexionsformelemente 20.3 in einer Reihe einen Abstand A untereinander aufweisen und die Reflexionsformelemente 20.3 benachbarter Reihen um das halbe Rastermaß R1 versetzt Versatzmaß V gegeneinander vorhanden sind. Durch diese beabstandete Anordnung der Reflexionsformelemente 20.3 wird eine besonders effiziente diffuse Reflexion erzeugt, die insgesamt den Wirkungsgrad der die Reflexionsflächeneinrichtung 10.3 umgebenden Photovoltaikeinheiten deutlich erhöht.
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In 9 ist schließlich eine Photovoltaikanlage 80 dargestellt, bei der die oberseitig und unterseitig mit Photovoltaikelementen 62 bestückten Photovoltaikeinheiten 60 jeweils auf einer Tragstruktur 70 gelagert sind, wobei zwischen den Tragstrukturen 70 beabstandet zu dem Untergrund 82 Reflexionsflächeneinrichtungen 10.2, 10.3 angeordnet sind.
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In den 4 und 5 ist eine erfindungsgemäße Photovoltaikeinheit 60 dargestellt, bei der eine Reflexionsflächeneinrichtung 10.2, 10.3 der oben beschriebenen Art eingesetzt wird. Die Photovoltaikeinheit 60 weist ein Gehäuse 64 auf, wobei innerhalb des Gehäuses 64 eine lichtdurchlässige Trägerschicht 66 vorhanden ist, auf der oberseitig und unterseitig Photovoltaikelemente 62 angeordnet sind. Unterhalb der Trägerschicht 66 ist innerhalb des Gehäuses 64, beabstandet zur Trägerschicht 66 eine Reflexionsflächeneinrichtung 10.2, 10.3 angeordnet. Die Photovoltaikelemente 62 sind schachbrettartig angeordnet, wobei zwischen den Photovoltaikelementen 62 schachbrettartig lichtdurchlässige Bereiche 68 vorhanden sind, durch die hindurch das einfallende Licht L auf die Reflexionsflächeneinrichtung 10.2, 10.3 trifft, die dann eine diffuse Reflexion D erzeugt und auch die unterseitig angeordneten Photovoltaikelemente 62 mit Lichtenergie beaufschlagt.
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Beabstandet zur Trägerschicht 66 ist oberseitig eine lichtdurchlässige Oberschicht 72 vorhanden, die die Eigenschaft aufweist, dass von außen einfallende Lichtstrahlen L ungehindert hindurchgehen können, jedoch vom Inneren des Gehäuses beziehungsweise der Reflexionsflächeneinrichtung 10.2, 10.3 reflektierte Lichtstrahlen wiederum nach innen reflektiert werden.
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Ein derartiges Photovolatikelement 62 ist insbesondere geeignet, bei Schrägdächern eingesetzt zu werden und besitzt eine besonders hohe Effizienz.
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Schließlich weist die Photovoltaikeinheit 60 noch zusätzliche Photovoltaikelemente 62 auf, die die Schachbrettstruktur der übrigen Photovoltaikelemente 62 und der lichtdurchlässigen Bereiche 68 außenumfangsmäßig ohne Zwischenabstand umgibt.
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Mit der dargestellten erfindungsgemäßen Photovoltaikeinheit 60 lässt sich bezüglich der verbrauchten Dachflächeneinheit ein besonders hoher Effizienzgrad im Vergleich zu den üblichen bekannten Photovoltaikeinheiten umsetzen. Dadurch, dass unterhalb der Trägerschicht 66 eine Reflexionsflächeneinrichtung 10.2, 10.3 vorhanden ist, die ein diffuses reflektiertes Licht erzeugt, werden auch die unterseitig angeordneten Photovoltaikelemente 62 mit ausreichend Lichtenergie beaufschlagt, was insgesamt die Energieausbeute erhöht. Praktische Versuche haben gezeigt, dass eine Effizienzsteigerung von über 30% in Vergleich zu den bekannten Photovoltaikeinheiten erzielt werden kann.
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Die Reflexionseigenschaften der Reflexionsflächeneinrichtungen 10.1, 10.2, 10.3 kann entweder durch das Aufbringen eines Reflexionsanstriches gewährleistet werden oder die Relexionseigenschaften werden dadurch gewährleistet, dass für die Reflexionsformelemente 20.1, 20.2, 20.3 Materialien eingesetzt werden, die als solche selbst Lichtreflexionseigenschaften aufweisen.
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Die geometrischen Maximalmaße der einzelnen Reflexionselemente 20.1, 20.2, 20.3 liegen bevorzugt in einem Bereich von 1–10 mm.
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Die dargestellten Ausführungsbeispiele einer Reflexionsflächeneinrichtung 10.1, 10.2, 10.3 stellen konstruktive Ausführungsvarianten dar. Es sind auch andere Konstruktionsvarianten möglich, die den erfindungsgemäßen Grundgedanken, nämlich Erzeugung eines diffusen Reflexionsbildes bei auftreffenden Lichtstrahlen erzeugen.
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Eine besonders wirtschaftliche Ausführungsform kann dadurch umgesetzt werden, dass für die Trägerschicht als Material Bitumenpappe gewählt wird, wobei die Reflexionsformelemente 20.1, 20.2, 20.3 durch Formprägung aufgebracht werden und anschließend ein Reflexionsanstrich oberseitig aufgebracht wird. Es ist jedoch auch möglich, die Reflexionsflächeneinrichtung 10.1, 10.2, 10.3 mit Reflexionsformelementen 20.1, 20.2, 20.3 einstückig als Kunststoffbauteil, insbesondere Kunststoffspritzbauteil mit einem oberseitigen Reflexionsanstrich auszubilden.
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Insgesamt wird durch die erfindungsgemäße Reflexionsflächeneinrichtung 10.1, 10.2, 10.3 bezüglich der durch die Photovoltaikeinheiten verbrauchten Flächen eine deutliche Erhöhung der Effizienz ermöglicht, sodass pro Flächeneinheit eine gegenüber den bekannten Photovoltaikanlagen erhöhte Energieausbeutung gewährleistet werden kann.
