DE102023001720A1 - Verfahren und Vorrichtung zur Anpassung der Energieernteleistung und/oder der Energieerntemenge - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung, die die Anpassung der Energieernteleistung und/oder der Energieerntemenge ermöglichtDas Produkt variiert je nach Nutzungs- oder Verwendungszweck in, im Wesentlichen, seinen Einzelbestandteilen und/oder Komponenten und/oder Systemen und/oder Teilsystemen und/oder dem Aufbau und/oder der Größe und/oder der Form und/oder der Kombination der vorgenannten und/oder deren Strukturen und/oder Unterstrukturen und/oder in deren Aufbau-Werkstoffen und/oder deren Gefügen und/oder auch deren Stoffeigenschaften inklusive deren möglicher zeitlichen Änderungen.

Description

• Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Anpassung der Energieernteleistung und/oder der Energieerntemenge, gemäß den Merkmalen des Patentanspruchs 1.
• Es ist weithin bekannt, dass die Erntmenge und/oder Produktionsmenge und/oder Effizienz der Wandlung und/oder Nutzmenge Erneuerbarer Energien stets einer Ungleichmäßigkeit und/oder einer Veränderlichkeit vor allem Natur gegebener Bedingungen und/oder Gegebenheiten unterworfen ist bzw. sind.
• In diesem Zusammenhang hängt auch die Qualität der Einstrahlung der Sonne auf der Erdoberfläche von vielfältigen Bedingungen ab. Schwankungen vor allem ihrer Intensität zeigen sich sowohl im Verlauf eines Tages als auch zum Beispiel im Verlauf eines Jahres.
• Photovoltaisch wirksame Flächen, die Photonen der Sonne zur Wandlung eines Teils der Sonnenenergie in Elektrische Energie bzw. in Elektrischen Strom bei elektrischer Spannung über Zeitintervalle absorbieren, erzeugen dadurch unterschiedlich hohe Energieernteleistungen während des Betriebs und kumulieren unterschiedlich große Energieerntemengen im Verlauf zum Beispiel der Einsatzdauer.
• Die Wirksamkeit Photovoltaisch wirksamer Flächen (Photovoltaisch wirksamer Absorptionsflächen) variiert vor Allem mit der Höhe der Intensität des einfallenden Sonnenlichts bzw. der auftreffenden elektromagnetischen Strahlung oder Strahlen, und allen denkbaren Hindernissen, die die Strahlen daran hindern, mit voller Intensität auf die Absorptionsflächen aufzutreffen.
• In diesem Zusammenhang ist weithin gewünscht, die Ernteleistung wäherend des Betriebs bereits heute existierender Photovoltaik-Module in Photovoltaik-Anlagen (PV-Anlagen) zu steigern und/oder die Energieerntemenge Photovoltaisch wirksamer Absorptionsflächen im Verlauf ihrer Nutzungszeit zu maximieren.
• Der im Patentanspruch 1 angegebenen Erfindung liegt das Problem zugrunde, dass die Leistungsfähigkeit von aktuellen Photovoltaik-Modulen bzw. Photovoltaisch wirksamen Absorptionsflächen nicht ausgeschöpft wird, weil unter anderem die Konstruktion und/oder die Applikation der Photovoltaikanlage Optimierungsbedarf aufweist bzw. aufweisen. Dieser Zustand führt insbesondere beim Betrieb zum Beispiel aktueller PV-Anlagen zum nicht Ausschöpfen ihrer Leistungsfähigkeit und zu geringeren realisierten kumulierten Energieerntemengen während des Einsatzes bis zur Außerbetriebnahme oder Stilllegung.
• Für die Wirtschaftlichkeit einer solchen PV-Anlage bedeutet dies eine längere oder das nicht Erreichen der Amortisation. Solche PV-Anlagen sind für Betreiber und/oder Nutzer mit höheren Gesamtkosten des Betriebs, den weithin als bekannten „total cost of ownership“ (TCO), verbunden.
• Teil dieses Problems wird durch die im Patentanspruch 1 aufgeführten Merkmale gelöst.
• Die Lösung besteht nach der Erfindung in einer Vorrichtung inklusive einem Verfahren, die eine Anpassung oder Erhöhung der Energieernteleistung und/oder eine Anpassung oder Erhöhung der Energieerntemenge eines oder mehrerer Photovoltaik-Module bzw. die von Photovoltaisch wirksamen Absorptionsflächen ermöglicht.
• Die Vorrichtung und das Verfahren variieren je nach spezifischem Nutzungs- oder Verwendungszweck in, im Wesentlichen, ihren Einzelbestandteilen und/oder Komponenten und/oder Systemen und/oder Teilsystemen und/oder dem Aufbau und/oder der Größe und/oder der Form und/oder der Kombination der vorgenannten und können an unterschiedliche System-Anforderungen und Applikationen adaptiert werden
• Die mit der Erfindung erzielten Vorteile bestehen insbesondere darin, dass beim Betrieb zum Beispiel PV-Anlagen bestehend aus heutiger Photovoltaik-Modul-. und/oder photovoltaisch wirksamen Absorptionsflächen-Technik vergleichsweise höhere Ernteleistung und/oder größere Energieerntemengen entstehen und/oder die Anlagen-Amortisationszeiten verkürzt werden und/oder niedrigere TCO realisiert werden.
• Die mit der Erfindung erzielten Vorteile bestehen weiterhin auch darin, dass die Abhängigkeit der Höhe der Ernteleistung und/oder die Größe der Energieernte-Menge während der Betriebszeit und/oder Einsatzdauer von zum Beispiel einer möglichst optimalen Platzierung bzw. von der Wahl eines möglichst optimalen Aufstellorts der Photovoltaik-Module bzw. -Anlage abnimmt und somit Nutzern und/oder Betreibern die Aufstellung und/oder die Inbetriebnahme und/oder die Instandhaltung und -setzung technisch wie wirtschaftlich erleichtert wird bzw. werden und sich die Gesamtbetriebskosten reduzieren.
• Zusätzlich stehen bisher nicht gewählte Aufstellorte und/oder nicht genutzte Aufstell-Flächen für PV-Anlagen und/oder PV-Module zur Verfügung.
• Des weiteren können zum Beispiel mit der Vorrichtung und dem Verfahren ausgerüstete PV-Anlagen potentiell kleiner und/oder kompakter gebaut werden oder im Vergleich zu gleich großen PV-Anlagen ohne der Vorrichtung und dem Verfahren, höherer Gesamt-Leistungsausbeute und/oder größere Energieausbeuten erzielt werden.
• Die mit der Erfindung erzielten Vorteile bestehen ferner darin, dass PV-Module- bzw. Photovoltaisch wirksame Absorptionsflächen des heutigen Stands Technik länger und/oder bei vergleichsweise höherer Leistung betrieben werden können und somit die Gesamt-Ressourcen Effizienz der PV-Technik steigt und/oder der Gesamt-CO₂- und/oder - Emissions-Fußabdruck dieser Technik kleiner wird.
• Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung vereinfacht dargestellt und wird im Folgenden näher beschrieben.
• 1 zeigt die Vorrichtung und das Verfahren zur Anpassung der Energieernteleistung und/oder der Energieerntemenge am Beispiel eines photovoltaisch wirksamen Moduls und ist in Form eines Ersatzschaltbildes dargestellt.
• Die Vorrichtung und das Verfahren bestehen in diesem Fall aus einem Photovoltaik-Modul (PV-Modul) (4), aus einer Rotationsvorrichtung, wie z.B. steuer- und/oder regelbarer Drehteller inkl. Antrieb (5), aus einer Aufstell-Vorrichtung, wie z.B. Montage-Gerüst bestehend aus Profilen (6); aus einer Boden-Vorrichtung, bestehend z.B. aus Rahmen aus z.B. Profilen (7), aus mehreren Lagern mit mindestens einem Rotationsfreiheitsgrad (8), aus einer Hubeinheit, steuer- und/oder regelbar mit z.B. mechanischem Antrieb (9), aus einer Lagereinheit für Photovoltaik-Modul mit mindestens einem Rotationsfreiheitsgrad (10), aus 24 Photovoltaisch wirksame Absorptionsfläche, z.B. aus 24 PV-Zelle (11), aus einem Lager PV-Modul auf Boden-Vorrichtung 7 mit Rotationsfreiheitsgrad um x-Achse (15) und aus einer Regel- und/oder Steuergerät inkl. Software und Programm mit Informations- und/oder Daten-Kommunikation von und/oder zu diversen Information und/oder Daten generierenden und/oder verarbeitenden CPU und/oder Regel- und/oder Steuergeräten der Vorrichtung und Verfahren und/oder zu Informations-Medien wie z.B. das Internet (19). Mithilfe und/oder in Abhängigkeit der Informationen und/oder Daten über im wesentlichen den Stand, die Bewegung und den Neigungswinkel der Sonnen-Strahlung und/oder der Strahlen der Sonne zum PV-Modul (4) und/oder zu den aus PV-Zellen (11) werden die translatorischen und/oder rotatorischen Freiheitsgrade des Verfahrens und der Vorrichtung (14), (16), (17) und (18) verändert, so dass unter den Gegebenheiten und/oder den Bedingungen und/oder die Ausrichtung von (4) und/oder (11) eingestellt wird. Dabei dienen neben den oben beschriebenen Informationen und/oder Daten die Informationen und/oder Daten über den Standort des PV-Moduls (4), die Werte der elektrischen Größen an der PV-Zelle (11) und/oder am Modul (4) und/oder meteorologische Information und/oder Daten als wesentliche Parameter zur Einstellung des Verfahrens und der Vorrichtung.
• Das Steuergerät inklusive Software, insbesondere Steuer-/Regelsoftware des Verfahrens und der Vorrichtung (19) steuert und/oder regelt mittels Verarbeitung von vergangenen und/oder aktuellen Informationen, Daten und/oder Signalen und/oder Botschaften aus Aktorik und Sensorik der Vorrichtung und des Verfahrens und/oder zeitlich voraus liegenden Zielgrößen inkl. -Werten an die Vorrichtung und das Verfahren, auch in Zusammenarbeit mit übergeordneten und/oder gleichrangigen und/oder untergeordneten Steuergeräten mit/oder ohne eigener Software und Programm das Verfahren und die Vorrichtung und/oder ihre Subsysteme und/oder Komponenten und/oder Bauteile.
• Somit ist eine technische Lösung gegeben für ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Anpassung der Energieernteleistung und/oder der Energieerntemenge.
• Stichwortverzeichnis zum Verfahren und zur Vorrichtung zur Anpassung der Energieernteleistung und/oder der Energieerntemenge

1

Koordinatensystem

2

Strahlung und/oder Strahlen, z.B. der Sonne

3

Einfallswinkel der Strahlung und/oder Strahlen und/oder des Lichts

4

Photovoltaik-Modul (PV-Modul)

5

Rotationsvorrichtung, wie z.B. steuer- und/oder regelbarer Drehteller inkl. Antrieb

6

Aufstell-Vorrichtung, wie z.B. Montage-Gerüst bestehend aus Profilen

7

Boden-Vorrichtung, bestehend z.B. aus Rahmen aus z.B. Profilen

8

Lager mit mindestens einem Rotationsfreiheitsgrad

9

Hubeinheit, steuer- und/oder regelbar mit z.B. mechanischem Antrieb

10

Lagereinheit für Photovoltaik-Modul mit mindestens einem Rotationsfreiheitsgrad

11

Photovoltaisch wirksame Absorptionsfläche, z.B. eine PV-Zelle

12

Quer-Achse PV-Modul

13

Längsachse PV-Modul, inkl. Rotationsfreiheitsgrad

14

Rotationsfreiheitsgrad in x-y-Ebene der Rotationsvorrichtung 5

15

Lager PV-Modul auf Boden-Vorrichtung 7 mit Rotationsfreiheitsgrad um x-Achse

16

Rotationsfreiheitsgrad um x-Achse am Abstützbereich zum PV-Modul 4 der Photovoltaisch wirksamen Absorptionsfläche 11

17

Translatorische Bewegungsmöglichkeiten in der x-y-Ebene der Photovoltaisch wirksame Absorptionsfläche 11

18

Rotationsfreiheitsgrad um Längsachse der Photovoltaisch wirksame Absorptionsfläche 11

19

Regel- und/oder Steuergerät inkl. Software und Programm, mit zum Beispiel Informations- und/oder Daten-Kommunikation von und/oder zu diversen Information und/oder Daten anbietenden und/oder generierenden und/oder verarbeitenden Prozessoren und/oder Regel- und/oder Steuergeräten der Vorrichtung und Verfahren und/oder zu Informations-Medien wie z.B. das Internet

20

Informations-/Daten-/Befehlaustausch Sensorik/Sensor(en) oder Steuergerät oder CPU

21

Informations-/Daten-/Befehlaustausch Aktorik/Aktor(en) oder Steuergerät oder CPU

22

Informations- /Daten-/Befehlaustausch mit anderen Informations-Medien, wie z.B. Internet

23

Mechanik inklusive Freiheitsgrad(e)

Mechanischer Freiheitsgrad zum Klappen und/oder zur Rotation

Mechanischer Freiheitsgrad (vor und zurück) und/oder Translation

Claims (10)

1. Vorrichtung und Verfahren zur Ernte von Sonnenenergie, dadurch gekennzeichnet, dass sie mindestens eine Photovoltaisch mindestens teilweise wirksame Absorptionsfläche mindestens translatorisch und/oder mindestens rotatorisch bewegen und/oder diese mit mindestens einer translatorischen und/oder mit mindestens einer rotatorischer Kinematik beaufschlagen und/oder in ihrer Form mindestens in einer Krümmung entlang einer Längsachse oder entlang einer Querachse verändern und/oder anpassen und/oder einstellen, so dass mindestens der Ort und/oder die Position und/oder die Form der mindestens einen Photovoltaisch mindestens teilweise wirksamen Absorptionsfläche mit dem Ziel der Veränderung und/oder der Anpassung mindestens ihrer Teil-Ernte-Leistung und/oder mindestens ihrer Teil-Erntemenge in Abhängigkeit zeitlich zurück liegender und/oder aktueller und/oder zeitlich voraus liegender Gegebenheiten und/oder Anforderungen eingestellt und/oder verändert und/oder angepasst wird bzw. werden und/oder mit dem Ziel der Beeinflussung und/oder Veränderung und/oder Anpassung mindestens einer wirtschaftlichen Kenngröße und/oder mit dem Ziel der Steigerung der Wirtschaftlichkeit des Betriebs der Photovoltaisch mindestens teilweise wirksamen Absorptionsfläche eingestellt und/oder verändert und/oder angepasst werden.
2. Vorrichtung und Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass sie mindestens einen Photovoltaisch mindestens teilweise wirksames PV-Modul mindestens translatorisch und/oder mindestens rotatorisch bewegen und/oder diese mit mindestens einer translatorischen und/oder mit mindestens einer rotatorischer Kinematik beaufschlagen und/oder in ihrer Form mindestens in einer Krümmung entlang einer Längsachse oder entlang einer Querachse verändern und/oder anpassen und/oder einstellen, so dass mindestens der Ort und/oder die Position und/oder die Form der mindestens einen Photovoltaisch mindestens teilweise wirksamen Absorptionsfläche mit dem Ziel der Veränderung und/oder der Anpassung mindestens ihrer Teil-Ernte-Leistung und/oder mindestens ihrer Teil-Erntemenge in Abhängigkeit zeitlich zurück liegender und/oder aktueller und/oder zeitlich voraus liegender Gegebenheiten und/oder Anforderungen eingestellt und/oder verändert und/oder angepasst wird bzw. werden und/oder mit dem Ziel der Beeinflussung und/oder Veränderung und/oder Anpassung mindestens einer wirtschaftlichen Kenngröße und/oder mit dem Ziel der Steigerung der Wirtschaftlichkeit des Betriebs der Photovoltaisch mindestens teilweise wirksamen Absorptionsfläche eingestellt und/oder verändert und/oder angepasst werden..
3. Vorrichtung und Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass sie mindestens ein Steuergerät inklusive Software, bestehend aus mindestens einer Steuer- und/oder aus mindestens einer Regelsoftware und/oder mindestens einem Algorithmus beinhalten, das bzw. die Informationen und/oder Daten aus anderen Quellen und/oder Informationen und/oder Daten und/oder Signale und/oder Botschaften aus Aktorik und Sensorik der Vorrichtung und/oder des Verfahrens und/oder Informationen und/oder Daten aus mindestens einer Energiequelle und/oder von dem mindestens einen Teil der in den Patentansprüchen beschriebenen Komponenten und/oder Bauteilen zeitgleich oder zeitlich versetzt empfängt und/oder zeitgleich oder zeitlich versetzt verarbeitet und/oder zeitgleich oder zeitlich versetzt abgleicht und die Vorrichtung und das Verfahren und/oder weitere Systeme und/oder Subsysteme und/oder Komponenten und/oder Bauteile mindestens teilweise regelt und/oder mindestens teilweise steuert und/oder in Zusammenarbeit mit übergeordneten und/oder gleichrangigen und/oder untergeordneten Steuergeräten mit oder ohne jeweiligen eigenen mindestens Algorithmen mindestens teilweise regelt und/oder mindestens teilweise steuert.
4. Vorrichtung und Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass sie mindestens den mindestens einen Ort und/oder die Position der mindestens einen Energie-Quelle und/oder mindestens seinen Ort und/oder seine Position und/oder mindestens den Ort und/oder die Position und/oder die Form der mindestens einen Photovoltaisch mindestens teilweise wirksamen Energie-Absorptionsfläche kennen und/oder kontinuierlich und/oder teilweise kontinuierlich und/oder teilweise diskontinuierlich, zeitgleich und/oder zeitversetzt und/oder zeitlich abhängig und/oder zeitlich unabhängig erkennen und/oder kontinuierlich und/oder teilweise kontinuierlich und/oder teilweise diskontinuierlich zeitgleich und/oder zeitversetzt und/oder zeitlich abhängig und/oder zeitlich unabhängig verfolgen und/oder diese Information kontinuierlich und/oder teilweise kontinuierlich und/oder teilweise diskontinuierlich zeitgleich und/oder zeitversetzt und/oder zeitlich abhängig und/oder zeitlich unabhängig mithilfe der in Patentanspruch 3 beschriebenen Steuer- und/oder Regelsystematik verarbeiten..
5. Vorrichtung und Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass sie mindestens die Teil-Wirksamkeit des mindestens einen Energie empfangenden, insbesondere elektromagnetische Strahlen empfangenden, und/oder Energie wandelnden Bereich der mindestens einen Photovoltaisch mindestens teilweise wirksamen Energie-Absorptionsfläche kontinuierlich und/oder teilweise kontinuierlich und/oder teilweise diskontinuierlich, zeitgleich und/oder zeitversetzt und/oder zeitlich abhängig und/oder zeitlich unabhängig kennen und/oder erkennen und/oder abfragen und/oder verfolgen und/oder unterscheiden und/oder analog und/oder digital verarbeiten und/oder mit dem Ziel der Erhöhung der mindestens Teil-Wirksamkeit der Leistungs- und/oder Energieausbeute mindestens die Position im Raum zeitgleich und/oder kontinuierlich und/oder teilweise kontinuierlich und/oder teilweise diskontinuierlich zeitgleich und/oder zeitversetzt und/oder zeitlich abhängig und/oder zeitlich unabhängig verändern.
6. Vorrichtung und Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass sie mindestens eine Rotationsvorrichtung und/oder mindestens eine Aufstell-Vorrichtung und/oder mindestens eine Boden-Vorrichtung und/oder mindestens ein Lager mit jeweils mindestens einem Rotationsfreiheitsgrad und/oder eine Hebe-Senk-Einheit und/oder eine Lagereinheit für Photovoltaik-Modul mit mindestens einem Rotationsfreiheitsgrad und/oder einen Algorithmus und/oder eine Anbindung an Informationsverarbeitungssysteme beinhalten und mindestens eine elektrisches Messgröße an mindestens einem Teil einer Photovoltaisch mindestens teilweise wirksamen Energie-Absorptionsfläche und/oder weitere elektrische und/oder optische und/oder thermische und/oder akustische Messgrößen messen und/oder erkennen und/oder abfragen und/oder verfolgen und/oder verarbeiten und/oder auswerten und/oder interpretieren und/oder verändern und/oder einstellen
7. Vorrichtung und Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass sie die mindestens eine Translation und/oder die mindestens eine Rotation und/oder die mindestens eine Form-Änderung der mindestens einen Photovoltaisch mindestens teilweise wirksamen Energie-Absorptionsfläche teilweise kontinuierlich und/oder teilweise diskontinuierlich und/oder zeitgleich oder zeitlich versetzt ändern und/oder entsprechend mindestens einer Bedingung oder entsprechend mindestens einer Gegebenheit und/oder mindestens einer Anforderung verändern und/oder anpassen.
8. Vorrichtung und Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass sie mindestens teilweise in existierende mindestens Teil-Applikationen einbaufähig und/oder nachrüstfähig und/oder in Konstruktionen integrierbar und/oder als mindestens teileigenständiges Produkt bzw. Erzeugnis mit oder ohne mindestens einer Schnittstelle zu anderen existierenden und/oder zukünftig existierenden Systemen und/oder Produkten und/oder Teil-Applikationen integrierbar darstellbar sind.
9. Vorrichtung und Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die mindestens eine translatorische und/oder die mindestens eine rotatorischer Bewegung mithilfe mindestens einer mechanischen und/oder mithilfe mindestens einer pneumatischen und/oder mithilfe mindestens einer hydraulischen und/oder mithilfe mindestens einer thermischen, jeweils direkt und/oder indirekt arbeitenden und/oder auf die Kinetik und Kinematik wirkenden Leistungseinheit realisiert wird bzw. werden und mindestens ein Teil der notwendigen Energie für die mindestens eine translatorische und/oder mindestens eine rotatorische Bewegung aus der Photovoltaisch mindestens teilweise wirksamen Absorptionsfläche direkt und/oder über eine Zwischenspeicherung und/oder aus mindestens einem Energie-Speicher entnommen wird.
10. Vorrichtung und Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass sie in mobile oder stationäre oder teilstationäre oder teilmobile oder temporär mobile und temporär stationäre Applikationen eingebaut und/oder an diesen nachgerüstet und/oder in diesen betrieben werden.

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