DE10320347A1

DE10320347A1 - Sprühanlage

Info

Publication number: DE10320347A1
Application number: DE2003120347
Authority: DE
Inventors: Karl Kargl
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2003-05-07
Filing date: 2003-05-07
Publication date: 2004-12-02
Anticipated expiration: 2023-05-08
Also published as: DE10320347B4

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Solaranlage mit wenigstens einer waagrechten Solarfläche, wobei eine Aufbringvorrichtung zum Aufbringen eines flüssigen Konditionierungsmittels auf die wenigstens eine Solarfläche vorgesehen ist, sowie ein Verfahren zum Betreiben einer solchen Solaranlage, bei dem eine Beeinträchtigung des optimalen Wirkungsgrades der Solaranlage durch äußere Einflüsse verhindert werden kann.

Description

I. Anwendungsgebiet
Die Erfindung betrifft eine Solaranlage mit wenigstens einer Solarfläche, insbesondere auf Hausdächern montierte Solaranlagen, und ein Verfahren zum Betreiben einer solchen Solaranlage.

II. Technischer Hintergrund

Zur direkten Nutzung der auf die Erdoberfläche auftreffenden Sonneneinstrahlung werden üblicherweise thermische Anlagen oder Photovoltaikanlagen verwendet. Dabei wird die Strahlungsenergie der Sonne durch sog. Sonnenkollektoren eingefangen, die im Falle der thermischen Nutzung ein Gas oder eine Flüssigkeit erwärmt und diese Wärmeenergie dann gespeichert oder verteilt wird, oder im Falle der photovoltaischen Nutzung direkt in elektrische Energie umgewandelt wird.

Die Sonnenkollektoren der thermischen Anlagen bzw. die Solarmodule der Photovoltaikanlagen sind hinsichtlich ihrer Geometrie plattenförmig ausgebildet, um eine größtmögliche Fläche, z.B. auf einem Häuserdach, zum Auffangen der Sonneneinstrahlung abzudecken. Die obere, der Sonne zugewandte flache Seite, d. h. die Solarfläche, ist üblicherweise schräg oder senkrecht stehend und mit einer oder mehreren optisch transparenten Deckplatten versehen.

Da Solaranlagen bzw. deren Sonnenkollektoren oder Solarmodule zumeist im Freien aufgestellt werden, sind sie den dortigen Witterungseinflüssen ausgesetzt, wie z. B. Schnee, Eis oder Temperaturschwankungen, d. h. dass die äußeren Betriebsbedingungen einer Solaranlage sind veränderlich.

Insbesondere wird, wenn in den Wintermonaten die Solarflächen vereist bzw. mit Schnee bedeckt sind, oder im Sommer, wenn die Solarflächen teilweise mit Staub oder anderem Schmutz, z. B. Laub, bedeckt sind, ein Teil der Sonnenstrahlung bereits an der Schmutz-, Schnee- oder Eisfläche reflektiert, und nur ein geringerer Anteil dieser Strahlung erreicht die Solarfläche. Folglich sinkt der Wirkungsgrad der gesamten Anlage.

Darüber hinaus wird bei Solarmodulen, die im wesentlichen aus kristallinem Silizium bestehen, durch eine zu hohe Außentemperatur und intensiverer Sonneneinstrahlung, insbesondere in den Sommermonaten, die Temperatur des Siliziums über die optimale Betriebstemperatur hinaus erhöht, so dass auch durch den Temperatureinfluß der Wirkungsgrad der Gesamtanlage geringer ist.

III. Darstellung der Erfindung

a) Technische Aufgabe

Es ist daher die Aufgabe gemäß der Erfindung, eine Solaranlage mit wenigstens einer Solarfläche und ein Verfahren zum Betreiben der Solaranlage zu schaffen, bei der bzw. bei dem eine Beeinträchtigung des optimalen Wirkungsgrades der Solaranlage durch äußere Einflüsse verhindert werden kann.

b) Lösung der Aufgabe

Diese Aufgabe wird durch die kennzeichnenden Merkmale der Ansprüche 1 und 17 gelöst. Vorteilhafte Ausführungsformen ergeben sich aus den Unteransprüchen.

Erfindungsgemäß wird ein Verfahren zum Betreiben einer Solaranlage mit wenigstens einer Solarfläche vorgeschlagen, bei dem zur Erreichung des optimalen Wirkungsgrades der Solaranlage auf die wenigstens eine Solarfläche ein Konditionierungsmittel aufgebracht wird.

Der Erfindung liegt der Gedanke zugrunde, dass durch das Konditionierungsmittel, welches auf die Solarfläche aufgebracht wird, ein selbständiger, die optimale Betriebsbedingung der Solarfläche einstellender Prozeß einsetzt, da nur bei optimalen Betriebsbedingungen der maximale Wirkungsgrad der Solaranlage angenähert bzw. erreicht werden kann. Zusätzlich kann das Aufbringen auch manuell ausgelöst werden. Insbesondere wird durch das Konditionierungsmittel auf der wenigstens einen Solarfläche die Ursache für eine Beeinträchtigung bzw. eine Abweichung von den optimalen äußeren Betriebsbedingungen gemindert oder beseitigt.

Wird das Konditionierungsmittel nach dem Feststellen einer Beeinträchtigung der optimalen Betriebsbedingung aufgebracht, kann der Verbrauch des Konditionierungsmittels niedrig gehalten werden, da ausschließlich zu den Zeitpunkten, in denen tatsächlich eine Abweichung der optimalen Betriebsbedingung festgestellt wird, das Konditionierungsmittels eingesetzt wird und somit, zusätzlich zur Verbesserung des Gesamtwirkungsgrades der Solaranlage, eine sparsame Dosierung des Konditionierungsmittels erreicht wird.

Alternativ kann das Konditionierungsmittel präventiv vor einem Auftreten einer Beeinträchtigung der Betriebsbedingungen aufgebracht werden. Dadurch kann eine Beeinträchtigung der Betriebsbedingungen im voraus abgewendet werden. Folglich kann der Schritt zum Feststellen einer Beeinträchtigung entfallen.

Wird die Beeinträchtigung der Betriebsbedingung der Solaranlage durch eine Verschmutzung der Solarfläche hervorgerufen, wird als Konditionierungsmittel ein Reinigungsmittel zum Beseitigen der Verschmutzung verwendet, so dass ein Reflektieren der Sonneneinstrahlung durch die Verschmutzung verhindert ist und die Sonneneinstrahlung direkt auf die Solarfläche trifft. Weiterhin wird für den Fall, dass die Verschmutzung durch Schnee hervorgerufen wird, als Reinigungsmittel ein Gefrierschutz- oder Taumittel verwendet, durch welches der Gefrierpunkt bzw. Erstarrungspunkt gesenkt wird.

Als Gefrierschutz- oder Taumittel wird vorzugsweise eine salzhaltige, insbesondere wässerige Sole, wie z. B. eine NaCl-Lösung, verwendet, da die Sole einfach durch das Auflösen in Wasser in einfacher Weise herstellbar ist, die Anschaffungskosten für das Substrat gering sind und das Substrat weit verbreitet kommerziell erhältlich ist, insbesondere als Abfallprodukt aus der Steinsalzgewinnung.

Alternativ kann als Gefrierschutz- oder Taumittel auch eine glykolhaltige Flüssigkeit, wie. z. B. Ethylenglykol, verwendet werden, das sowohl günstig in der Anschaffung als auch äußerst wirksam ist. Es können darüber hinaus Beschlagverhinderunsmittel, die u.a. Sorbit, Natriumlactat, Glycerin, Propylenglykol, 2-Propanol enthalten, verwendet werden, wobei bei dem Verdunsten dieser Stoffe ein dünner z.B. Glykol-Film zurückbleibt, dessen Gefrierpunkt weit unter 0° C liegt. Diese Substanzen eignen sich insbesondere zum Präventiv-Gefrierschutz.

Für den Fall, dass die Beeinträchtigung der Betriebsbedingungen der Solaranlage durch eine zu hohe Temperatur der Solarfläche, und insbesondere die unter der Deckplatte befindlichen Siliziumscheiben hervorgerufen wird, kann als Konditionierungsmittel ein Kühlmittel zum Kühlen der Solarflächen verwendet werden. Folglich kann in vorteilhafter Weise die hinsichtlich des Wirkungsgrades der Solarmodule und somit der gesamten Solaranlage günstigere, niedrigere Betriebstemperatur gehalten bzw. eingestellt werden.

Vorzugsweise ist das Kühlmittel eine durchsichtige Flüssigkeit, insbesondere kalkfreies Wasser. Dabei tritt auf der Solaroberfläche je nach Temperatur der Solarfläche eine Verdampfungs- oder Verdunstungskühlung ein, bei der das flüssige Kühlmittel unter Aufnahme der Verdampfungswärme in den gasförmigen Zustand übergeht. Der Vorteil besteht darin, dass kalkfreies Wasser als natürliche Ressource als Niederschlag in Form von Regen vor Ort ist und beispielsweise bei Regen in einem Behälter für eine spätere Verwendung gespeichert werden kann und die Anschaffungskosten für Kühlmittel entfallen.

Darüber hinaus kann als Kühlmittel auch eine insbesondere wässerige K-Na-Lösung verwendet werden.

Um eine Ansammlung von Schmutz auf der Solarfläche zu verhindern, kann das Konditionierungsmittel ein die Haftreibung auf der Solarfläche reduzierendes Mittel sein. Vorzugsweise wird das die Haftreibung auf der Solarfläche reduzierende Mittel als Präventivschutz bereits vor dem Auftreten einer möglichen Verschmutzung auf die wenigstens eine Solarfläche aufgebracht, so dass eine über die Luft auf die Solarfläche niedergehende Verschmutzung, wie z.B. Pollenstaub, Laub, Schnee usw., über die Solarfläche nach unten abgleitet.

Das Konditionierungsmittel kann auch zwei oder mehrere der zuvor beschriebenen Mittel, d.h. das Gefrierschutz- oder Taumittel und/oder das Beschlagsverhinderungsmittel und/oder das Kühlmittel und/oder das Mittel zur Reduzierung der Haftreibung auf der Solarfläche, enthalten. Der Vorteil besteht darin, dass für mehrere Anwendungszwecke lediglich ein Konditionierungsmittel bereitgestellt werden muß, wodurch zusätzliche Bereitstellungsbehälter mit den entsprechenden Leitungen und eine Auswahlsteuerung zum Steuern der Auswahl der mehreren Bereitstellungsbehälter entfallen.

Vorzugsweise wird das Konditionierungsmittel am Einsatzort hergestellt, d.h. durch Zugabe von wasserlöslichen Substanzen oder Zusatzstoffen in Leitungswasser oder Regenwasser, so dass teure Transportkosten für die Anlieferung des Konditionierungsmittels nicht anfallen. Bei Steinsalzsole ist auch eine fertige Anlieferung und Bevorratung sinnvoll.

Das Konditionierungsmittel wird zweckmäßiger Weise am Einsatzort bzw. Standort der Solaranlage bzw. der Solarflächen aufgebracht, um einer Ursache einer vorübergehenden Beeinträchtigung der Betriebsbedingungen entsprechend schnell und wirksam entgegentreten zu können. Alternativ können auch bereits bei der Herstellung von Solarmodulen bzw. Sonnenkollektoren oder im Rahmen einer Weiterbehandlung Konditionierungsmittel mit anhaltender Langzeitwirkung – z. B. eine extrem haftungsarme Beschichtung mit Nanopartikeln – aufgebracht werden, so dass das Aufbringen des Konditionierungsmittel ein einmaliger Arbeitsvorgang ist.

Durch das Aufbringen des Konditionierungsmittels durch Versprühen ist es möglich, selbst größere Solarflächen flächendeckend und innerhalb kurzer Zeit mit einer dünnen Konditionierungsmittelschicht zu versehen, wodurch ein sparsamer Umgang mit dem Konditionierungsmittel erreicht werden kann. Wird zudem das Konditionierungsmittel gleichmäßig über die wenigstens eine Solarfläche verteilt aufgebracht, ist z.B. bei der Verwendung eines Reinigungsmittels als Konditionierungsmittel eine Reinigung der gesamten Solarfläche möglich.

Liegt das Konditionierungsmittel in flüssiger Form vor, so wird das Konditionierungsmittel vorzugsweise nur auf den oberen Bereich der Solarfläche aufgebracht, der sich über die gesamte Breite der Solarfläche in horizontaler Richtung erstreckt, wobei das flüssige Konditionierungsmittel beim Abfließen von selbst über den verbleibenden unteren Bereich verteilt wird. Die technische Realisierung ist im Vergleich zum ganzflächigen Auftragen des Konditionierungsmittels einfacher.

Weiterhin kann in vorteilhafter Weise der Schritt zum Feststellen einer Beeinträchtigung der optimalen Betriebsbedingungen entfallen, wenn das Aufbringen des Konditionierungsmittels auf die wenigstens eine Solarfläche automatisch in regelmäßigen Abständen erfolgt. Insbesondere ist das automatische Aufbringen in regelmäßigen Abständen vorteilhaft, wenn das Konditionierungsmittel zur Wiederverwendung aufgefangen und sich in einem ständigen Kreislauf befindet, so dass der Verbrauch des Konditionierungsmittels dabei gering ist.

Gemäß der Erfindung wird weiterhin eine Solaranlage mit wenigstens einer Solarfläche vorgeschlagen, bei der zur Erreichung des optimalen Wirkungsgrades der Solaranlage eine Aufbringvorrichtung zum Aufbringen eines flüssigen Konditionierungsmittels auf die wenigstens eine Solarfläche vorgesehen ist. Mittels der Aufbringvorrichtung kann im Bedarfsfall das Konditionierungsmittel, welches zum Einstellen der optimalen Betriebsbedingung dient, vor Ort direkt aufgebracht bzw. gezielt über die gesamte Solarfläche verteilt werden.

Im Falle einer Mehrfachanordnung mit mehreren übereinander oder nebeneinander angeordneten Solarflächen kann an jeder dieser Solarflächen jeweils eine Aufbringvorrichtung vorgesehen sein, so dass eine Verteilung des Konditionierungsmittels auf allen Solarflächen gewährleistet ist. Für eine Mehrfachanordnung mit wenigstens zwei Solarflächen ergeben sich mehrere Anschlussmöglichkeiten der Zufuhrleitungen an die einzelnen Ausbringvorrichtungen.

Eine Möglichkeit besteht darin, dass die Zufuhrleitung mit dem stromabwärtigen Ende an ein Verzweigungselement angeschlossen ist, von dem wiederum mehrere Verzweigungsleitungen zu den einzelnen Aufbringvorrichtungen, insbesondere sternförmig, verzweigen. Durch eine derartige Anordnung ergeben sich in vorteilhafter Weise gleichmäßige Druckverhältnisse an den einzelnen Aufbringvorrichtungen, wodurch das Konditionierungsmittel durch die mehreren Aufbringvorrichtungen mit entsprechend gleichmäßigen Strahlenlängen auf die Solarflächen aufbringbar ist.

Alternativ kann das stromabwärtige Ende der Zufuhrleitung an die erste Aufbringvorrichtung angeschlossen sein und an der Anschlußstelle der Zufuhrleitung an die erste Aufbringvorrichtung eine Weiterleitung zur nächsten Aufbringvorrichtung angeschlossen sein, so dass ein Teil des von der Zufuhrleitung bereitgestellten Konditionierungsmittels über die erste Aufbringvorrichtung auf die erste Solarfläche aufgebracht wird und der verbleibende Teil zur nächsten Aufbringvorrichtung innerhalb der Mehrfachanordnung usw. weitergeleitet wird. Bei dieser Leitungsanordnung ist die Länge des gesamten Leitungssystems, dh. die Länge der Zufuhrleitung plus die Länge der wenigstens einen Weiterleitung, minimal.

Eine weitere Möglichkeit besteht darin, dass das stromabwärtige Ende der Zufuhrleitung an die Zufuhröffnung der ersten Aufbringvorrichtung angeschlossen ist und eine Weiterleitung, welche zur nächsten bzw. zweiten Aufbringvorrichtung führt, an eine Ausgangsöffnung angeschlossen ist, wobei eine bestimmte Menge des Konditionierungsmittels durch die erste Aufbringvorrichtung auf die erste Solarfläche aufgebracht wird und der verbleibende Anteil durch die Aufbringvorrichtung hindurch zur nächsten bzw. zweiten Aufbringvorrichtung innerhalb der Mehrfachanordnung weitergeleitet wird. Bei n Aufbringvorrichtungen fließt das Konditionierungsmittel durch n-1 Aufbringvorrichtungen. Die n-te Aufbringvorrichtung weist lediglich einen Eingangsanschluß zum Zuführen des Konditionierungsmittels auf. Bei dieser Leitungsanordnung mit n Aufbringvorrichtungen sind n-1 Aufbringvorrichtungen Bestandteil der Leitungsstrecke des Konditionierungsmittels, wobei das Konditionierungsmittel durch n-1 Aufbringvorrichtungen bis zur n-ten Aufbringvorrichtung durchfließt. Auch bei einer derartigen Leitungsanordnung ist die Länge des gesamten Leitungssystems, d.h. die Länge der Zufuhrleitung plus die Länge der wenigstens einen Weiterleitung, minimal.

Vorzugsweise umfasst die Aufbringvorrichtung eine Düsenanordnung mit wenigstens einer Düse zum Verteilen des flüssigen Konditionierungsmittels. Dadurch ist es möglich das zugeführte flüssige Konditionierungsmittel im Düsenbereich zu verdichten und infolge des entstehenden Drucks in der Düse selbst in Form eines Flüssigkeitsstrahls aus der oder den Austrittsöffnungen der Düsenanordnung austreten zu lassen und somit die Strahlenlänge und/oder -breite zu erhöhen. Folglich können auch weiter entfernt befindliche Solarflächen bzw. Solarflächenbereiche erreicht werden.

Um das flüssige Konditionierungsmittel in unterschiedliche Richtungen versprühen zu können, ist die wenigstens eine Düse drehbar gelagert, so dass mit einer einzelnen Düse mehrere bezüglich der Position der Düse in unterschiedlichen Richtungen angeordnete Solarflächen besprühbar sind.

Alternativ kann die Aufbringvorrichtung aus einem Rohrelement bestehen, welches in Längsrichtung verteilt Austrittsöffnungen für Flüssigkeit aufweist, mit einem geschlossenen Ende und z. B. einem offenen Ende zum Zuführen des Konditionierungsmittels. Der Vorteil besteht zum einem darin, dass durch die Verteilung der mehreren Austrittsöffnungen entlang des Rohrelements eine Solarfläche mit einer Breite, die in etwa der Länge des Rohrelements entspricht, mit einem Konditionierungsmittel besprühbar ist, und zum anderen das Rohrelement durch das Leiten des Konditionierungsmittels eine zweite Funktion übernimmt.

Durch das Anordnen der Aufbringvorrichtung in der Nähe der Oberkante der wenigstens einen Solarfläche kann, da die Solarflächen schrägstehend angeordnet sind, durch das Abstrahlen des Konditionierungsmittels in horizontaler Richtung um eine bestimmte Länge eine Solarfläche mit einer größeren Länge, die sich schräg nach unten erstreckt, besprüht werden.

Zum Bereitstellen des Konditionierungsmittels ist ein Behälter vorgesehen, so dass, wenn das Konditionierungsmittel im voraus hergestellt wird, für einen späteren Zeitpunkt gelagert werden kann und insbesondere bei Bedarf auch größere Mengen des Konditionierungsmittels zur Verfügung stehen. Desweiteren können eine Zufuhrleitung, um der Aufbringvorrichtung das Konditionierungsmittel zuzuführen, und eine Pumpenvorrichtung, um das flüssige Konditionierungsmittel zur Aufbringvorrichtung zu pumpen, vorgesehen sein.

Zum Zwecke des Auffangens des bereits auf die Solarflächen aufgebrachten und von den Solarflächen in Richtung nach unten ablaufenden Konditionierungsmittels ist nahe der Unterkante ein Auffangbehälter, insbesondere mit Schmutzfilter, angeordnet, der sich entlang der gesamten Breite der wenigstens einen Solarfläche erstreckt. Dadurch gelangen die im Konditionierungsmittel enthaltenen Substanzen nicht in die Kanalisation oder den Sickerschacht und das aufgefangene Konditionierungsmittel kann wiederverwendet werden. Folglich wird die Umwelt geschont und eine sparsame Verwendung des Konditionierungsmittels erreicht.

Sollen Beeinträchtigungen der Betriebsbedingungen, welche von einer zu hohen Temperatur der Solarflächen herrühren, kompensiert werden, ist eine Steuereinrichtung erforderlich. Diese Steuereinrichtung umfasst vorzugsweise eine Meßeinrichtung zum Erfassen der Temperatur der wenigstens einen Solarfläche, wobei ein elektrisches Meßsignal erzeugt wird, das die Temperatur repräsentiert, und eine Verarbeitungseinheit zum Vergleichen des Meßsignals mit einem vorgegebenen Referenzsignal und Erzeugen eines Steuersignals in Abhängigkeit des Ergebnisses der Vergleichsoperation; um die Aufbringvorrichtung zu betätigen. Durch die Steuereinrichtung ist es möglich, die Temperatur der Solarfläche fortlaufend zu überwachen, wobei bei Bedarf automatisch innerhalb kürzester Zeit die Aufbringvorrichtung betätigt werden kann. Wie bereits beschrieben, kann u.a, eine Pumpe vorgesehen sein, die in diesem Fall von der Steuereinrichtung zum Betätigen der Aufbringvorrichtung gesteuert wird.

Sollen Beeinträchtigungen der Betriebsbedingungen, welche von einer Verschmutzung der wenigstens einen Solarfläche herrühren, kompensiert werden, wird vorzugsweise eine Steuereinrichtung vorgeschlagen, umfassend eine photoelektrische Meßeinrichtung, insbesondere angeordnet unter der Solarfläche, zum Erzeugen eines elektrischen Meßsignals beim Vorliegen einer Verschmutzung der wenigstens einen Solarfläche, und eine Verarbeitungseinheit zum Erzeugen eines Steuersignals, um die Aufbringvorrichtung bzw. eine Pumpenvorrichtung, welche das Konditionierungsmittel, z. B. aus einem Behälter zur Aufbringvorrichtung transportiert, anzusteuern. Diese Meß- und Steuereinrichtung ist sehr einfach und kostengünstig realisierbar und liefert dennoch genaue Informationen über den Verschmutzungsgrad der Solarflächen, insbesondere hinsichtlich der Lichtundurchlässigkeit der Verschmutzung. Zur Verbesserung der Meßgenauigkeit können z.B. mehrere Photodioden in den Solarflächen oder im Solarflächenrahmen integriert sein.

Weiterhin kann die Zusammensetzung des Konditionierungsmittels, z.B. um den Gefrierschutz gewährleisten zu können, am Einsatzort gesteuert werden. Hierfür ist wiederum eine Meß- und Steuereinheit erforderlich, die am oder im Bereitstellungsbehälter angebracht ist.

Beispielsweise kann die Messung des Salzgehaltes des Konditionierungsmittels über einen elektrischen Widerstand, z.B. digital, erfolgen. Das Meßsignal wird in einer Verarbeitungseinheit mit dem Referenzsignal des gewünschten Salzgehaltes verglichen und ein Steuersignal in Abhängigkeit des Ergebnisses der Vergleichsoperation erzeugt, welches in einer Dosiervorrichtung die Salzzugabe in das Wasser steuert.

Außerdem kann eine Härtemessung des Konditionierungsmittels erfolgen, sofern kein Regenwasser verwendet wird. Auch hierbei wird mittels des erzeugten Steuersignals eine Dosiervorrichtung gesteuert, welche umso mehr Salz freigibt, je härter das Wasser ist.

e) Ausführungsbeispiele
Ausführungsformen gemäß der Erfindung werden im folgenden anhand der Figuren beispielhaft näher beschrieben. Es zeigen:
1 eine schematische Darstellung der erfindungsgemäßen Aufbringvorrichtung im Betrieb, wie sie bei einer Solaranlage für ein Gebäude verwendet wird;
2a, b jeweils eine perspektivische Ansicht von vorne und eine Ansicht im Schnitt einer ersten Ausführungsform der Aufbringvorrichtung;
3a, b jeweils eine perspektivische Ansicht von vorne und eine Seitenansicht einer zweiten Ausführungsform der Aufbringvorrichtung;
4 eine Aufsicht einer vierten Ausführungsform der Aufbringvorrichtung;
5 eine Seitenansicht einer fünften Ausführungsform der Aufbringvorrichtung;
6 eine schematische Darstellung einer Steuereinrichtung zum Steuern der Aufbringvorrichtung; und
7a eine Aufsicht einer Mehrfachanordnung der Aufbringvorrichtung;
7b eine Aufsicht einer Mehrfachanordnung der Aufbringvorrichtung;
7c eine Aufsicht einer Mehrfachanordnung der Aufbringvorrichtung.
1 zeigt die erfindungsgemäße Aufbringvorrichtung 3 zum Aufbringen eines Konditionierungsmittels 2 auf eine Solarfläche 1 einer Solaranlage des thermischen oder Photovoltaik-Typs, die auf einer der Sonnenseite zugewandten, schrägen Dachfläche 12 eines Gebäudes 13 montiert ist. Die Solarfläche 1 ist parallel zur Dachfläche 12 angeordnet und ist somit entsprechend der Neigung der Dachfläche 12 nach unten geneigt mittels Befestigungseinrichtungen 14, die gleichzeitig als Abstandhalter dienen, an der Dachfläche 12 befestigt.
Die Aufbringvorrichtung 3 ist mittels einer Befestigungsvorrichtung 15 an der Dachfläche 12 nahe der Oberkante der Solarfläche 1 befestigt und steht über der Solarfläche 1 in Richtung nach oben vor. Die Aufbringvorrichtung 3 ist mit einem Ende einer Zufuhrleitung 4 verbunden und das andere Ende der Zufuhrleitung 4 ist an eine Pumpvorrichtung 5 angeschlossen, die wiederum mit einem Bereitstellungsbehälter 6, in dem sich das Konditionierungsmittel 2 befindet, in Flüssigkeitsverbindung steht, so dass in Betrieb durch die Pumpvorrichtung 5 das Konditionierungsmittel 2 aus dem Bereitstellungsbehälter 6 über die Zufuhrleitung 4 der Aufbringvorrichtung 3 zugeführt wird. Das Konditionierungsmittel tritt an der der Solarfläche zugewandten Seite der Aufbringvorrichtung aus und wird über die gesamte Solarfläche verteilt. Das Konditionierungsmittel 2 kann, wie in 1 angedeutet, entweder durch mehrere einzelne, durchgehende Flüssigkeitsstrahlen, die sich beim Auftreffen auf der Solarfläche weiter verteilen oder durch Versprühen, bei dem sich die aus einer (nicht in der Figur gezeigten) Austrittsöffnung der Aufbringvorrichtung austretende Konditionierungsflüssigkeit 2 in viele Elementartröpfchen unterteilt, erfolgen.
Eine Steuereinrichtung 7, die im folgenden detailliert beschrieben wird, ist mit der Pumpenvorrichtung 5 verbunden, um die Pumpenvorrichtung 5 zu steuern.
Weiterhin ist nahe der Unterkante der Solarfläche 1 eine Auffangeinrichtung 9 zum Auffangen der über die Solarfläche 1 abfließenden Konditionierungsflüssigkeit 2 angeordnet. Die Auffangeinrichtung 9 weist ist ein nach oben offenes U-Profil auf und erstreckt sich entlang der gesamten Breite der Unterkante der Solarfläche 1 Beide Enden der Auffangvorrichtung 9 sind mit abschließenden Seitenwänden versehen. Über eine am Boden der Auffangvorrichtung 9 befindliche Abflußöftnung, fließt das bereits verwendete Konditionierungsmittel 2 über eine Rückführleitung 10 zurück zum Bereitstellungsbehälter 6.
Wie in 1 zu sehen ist, sind die Solarfläche 1, die Aufbringvorrichtung 3 und die Auffangvorrichtung außerhalb des Gebäudes nahe der Dachfläche 12 angeordnet und der Bereitstellungsbehälter 6, die Pumpenvorrichtung 5 sowie die Steuereinrichtung 7 im Dachraum des Gebäudes 13 angeordnet.
Eine erste Ausführungsform der erfindungsgemäßen Aufbringvorrichtung ist in 2a gezeigt. Die dargestellte Aufbringvorrichtung 3 ist in Form eines geraden Rohrelementes 17 mit mehreren bzw. vier Austrittsöffnungen 18 gebildet, die auf einer geraden zur Mittelachse des Rohrelements 17 verlaufenden Linie in gleichen Abständen voneinander beabstandet angeordnet sind. Das Rohrelement 17 wiederum ist parallel zur Oberkante der Solarfläche 1 angeordnet, wobei die Austrittsöffnungen 18 der Solarfläche zugewandt sind. Das rechte Ende des Rohrelements 17 in 2a weist eine Zufuhröffnung 19 auf, an dem eine Zufuhrleitung 4 zum Zuführen des Konditionierungsmittels 2 angeschlossen ist.
In 2b ist die Aufbringvorrichtung 3 in 2a im Schnitt gezeigt. Insbesondere ist in 2b die Anordnung der Austrittsöffnungen 18 bezüglich der Solarfläche 1 gezeigt, wobei die Austrittsöffnung, die sich durch die Wandung des Rohrelements 17 erstreckt, einen zur Solarfläche 1 bzw. der Dachfläche 12 größeren Neigungswinkel gegenüber einer horizontalen Ebene bzw. der Erdoberfläche aufweist.
Wie in 3a zu sehen ist, wird die Aufbringvorrichtung gemäß einer zweiten Ausführungsform im wesentlichen von einer einzelnen Düse 20 gebildet, die in etwa mittig nahe der Oberkante einer Solarfläche 2 angeordnet ist. Die Ausstrahlcharakteristik der Düse 17 ist derart, dass die Konditionierungsflüssigkeit 2 in etwa kegelförmig aus der Düse 17 ausströmt und auf die gesamte Solarfläche 1 auftrifft. 3b zeigt die Seitenansicht der Aufbringvorrichtung 3 in 3a.
4 zeigt eine dritte Ausführungsform der erfindungsgemäßen Aufbringvorrichtung, wobei die Aufbringvorrichtung im wesentlichen der Düse 17 in 3 entspricht. Zusätzlich ist gemäß der dritten Ausführungsform die Aufbringungsvorrichtung bzw. die Düse um eine senkrechte Drehachse 21 drehbar gelagert und von einer mittigen Grundstellung, die mit einer durchgezogenen Linie dargestellt ist, in beiden Drehrichtungen in etwa um 90° verschwenkbar und kann z. B. eine Verschwenkposition einnehmen, die mit der gestrichelten Linie dargestellt ist. Insbesondere sind den Verschwenkpositionen der Düse unterschiedliche Solarflächenbereiche zum Aufbringen der Konditionierungsflüssigkeit zugeordnet. Der Grundstellung (durchgezogene Linie) ist der Solarflächenbereich 1a zugeordnet und der Verschwenkposition (gestrichelte Linie) ist der Solarflächenbereich 1b zugeordnet.
Gemäß einer in 5 gezeigten vierten Ausführungsform der Aufbringvorrichtung ist eine Düse 17, die im wesentlichen der Düse der zweiten Ausführungsform in 3 entspricht, um eine horizontale Drehachse 22, die parallel zur Oberkante der Solarfläche 1 verläuft, drehbar gelagert und von einer Anfangsposition aus, mit durchgezogener Linie angegeben, in weitere Positionen der Düse 17 im Uhrzeigersinn verschwenkbar. Eine Verschwenkposition der Düse 17 ist durch eine gestrichelte Linie in 5 angegeben. Dabei ist der Anfangsposition der Düse 17 ein Solarflächenbereich 1a und der durch die gestrichelte Linie angegebenen Verschwenkposition an Solarflächenbereich 1b zum Aufbringen des Konditionierungsmittels 2 zugeordnet.
In 6 ist die erfindungsgemäße Aufbringvorrichtung 3 zum Aufbringen eines Konditionierungsmittels 2 auf eine Solarfläche 1 einer Solaranlage des thermischen oder Photovoltaik-Typs, die auf einer der Sonnenseite zugewandten, schrägen Dachfläche 12 eines Gebäudes 13 montiert ist, gezeigt. Die Solarfläche 1 ist parallel zur Dachfläche 12 angeordnet und ist somit entsprechend der Neigung der Dachfläche 12 nach unten geneigt mittels Befestigungseinrichtungen 14, die gleichzeitig als Abstandhalter dienen, an der Dachfläche 12 befestigt.
Die Aufbringvorrichtung 3 ist mittels einer Befestigungsklammer 23 direkt an der Oberkante bzw. am Rahmenteil der Solarfläche 1 befestigt und steht über der Solarfläche 1 in Richtung nach oben vor. Die Aufbringvorrichtung 3 ist mit einem Ende einer Zufuhrleitung 4 verbunden und das andere Ende der Zufuhrleitung 4 ist an eine Pumpe 5 angeschlossen. Die Pumpe wiederum ist über ein umschaltbares T-Stück über entsprechende Zufuhrleitungen jeweils mit einem Bereitstellungsbehälter 6a, der als Konditionierungsmittel ein Taumittel enthält, und einem Bereitstellungsbehälter 6b, der als Konditionierungsmittel ein Reinigungsmittel, insbesondere Sole, enthält, verbunden.
In 6 ist zusätzlich eine Steuereinrichtung 7 gezeigt. Die Steuereinrichtung 7 verwendet jeweils zwei Photodioden 24 und zwei Temperaturfühler 25, die in der Solarfläche angeordnet sind. Die Photodioden 24 und die Temperaturfühler 25 erzeugen jeweils ein analoges Meßsignal, welches einem Analog/Digital-Wandler 26 der Steuereinrichtung 7 eingangsseitig zugeführt wird. Die digitalen Ausgangssignale werden anschließend einer digitalen Verarbeitungseinheit 27 zugeführt, in der sie ausgewertet werden bzw. mit vorgegebenen Referenzsignalen bzw. Referenzwerten verglichen werden. Abhängig von den Vergleichsoperationen wird der Pumpe 5 ein Pumpen-Einschaltsignal oder ein Pumpen-Ausschaltsignal zugeführt und zusätzlich dem T-Stück 28 ein Umschaltsignal zugeführt, um in Abhängigkeit der Vergleichsergebnisse das im Bereitstellungsbehälter 6a enthaltene Taumittel oder das im Bereitstellungsbehälter 6b enthaltene Reinigungsmittel abzupumpen und der Aufbringvorrichtung 3 zuzuführen.
In den 7a, 7b und 7c sind jeweils Mehrfachanordnungen der Aufbringvorrichtung dargestellt, wobei an jeder Solarfläche 1 eine Aufbringvorrichtung 3 angeordnet ist.
In 7a ist eine Anschlussmöglichkeit einer Mehrfachanordnung gezeigt, bei der das Ablaufende der Zufuhrleitung 4 an ein Verzweigungselement 29 angeschlossen ist, von dem wiederum insgesamt drei Verzweigungsleitungen 30a, 30b und 30c ausgehen. Die Ablaufenden der drei Verzweigungsleitungen sind jeweils an ein Rohrelement 17a, 17b und 17c, die jeweils als Aufbringvorrichtung dienen und bereits beschrieben wurden, angeschlossen.
Wie in 7b zu sehen ist, ist bei dieser Anschlussmöglichkeit der Mehrfachanordnung die Zufuhrleitung 4 an ein T-Stück 31a angeschlossen, welches mit dem ersten Verzweigungsanschluß direkt an ein erstes Rohrelement 17a angeschlossen ist und mit ihrem zweiten Verzweigungsanschluß an eine Weiterleitung 32a angeschlossen, die zum nächsten T-Stück 31b des nächsten bzw. zweiten Rohrelements führt. Vom zweiten Rohrelement führt eine Weiterleitung 32b direkt zum dritten Rohrelement 17c, d.h. am dritten Rohrelement 17c ist kein T-Stück vorgesehen.
In 7c ist eine Anschlussmöglichkeit der Mehrfachanordnung gezeigt, bei der die Zufuhrleitung 4 an das rechte zulaufseitige Ende des Rohrelements 17a angeschlossen ist und an der linken Seite des Rohrelements 17a eine Ausgangsöffnung 33a vorgesehen ist, an der eine Weiterleitung 32a angeschlossen ist und zum linken zulaufseitigen Ende des zweiten Rohrelements 17b führt. Auf der rechten Seite des zweiten Rohrelements ist ablaufseitig eine Weiterleitung 32b angeschlossen, die zum rechten zulaufseitigen Ende des dritten Rohelements 17c führt, so dass insgesamt ein Durchfluss des Konditionierungsmittels 2 vom ersten Rohrelement 17a über das zweite Rohrelement 17b zum dritten Rohrelement 17c der Mehrfachanordnung stattfindet. Dabei weisen das erste und das zweite Rohrelement jeweils zusätzlich zu den Zufuhröffnungen 19a, 19b eine Ausgangsöffnung 33a, 33b zum Anschließen einer Weiterleitung auf. Das dritte Rohrelement 17c hingegen weist lediglich die Zufuhröffnung 19c auf.

1: Solarfläche
2: Konditionierungsmittel
3: Aufbringvorrichtung
4: Zufuhrleitung
5: Pumpe
6: Bereitstellungsbehälter
7: Steuereinrichtung
8: Austrittsöffnung
9: Auffangeinrichtung
10: Rückführleitung
11: Haltevorrichtung
12: Dachfläche
13: Gebäude
14: Befestigungsvorrichtung
15: Befestigungsvorrichtung
16: Seitenwand
17: Rohrelement
18: Austrittsöffnungen
19: Zufuhröffnung
20: Düse
21: vertikale Drehachse
22: horizontale Drehachse
23: Befestigungsklammer
24: Photodiode
25: Temperaturfühler
26: Analog/Digital-Wandler
27: digitale Verarbeitungseinheit
28: T-Stück
29: Verzweigungselement
30: Verzweigungsleitung
31: T-Stück
32: Weiterleitung
33: Ausgangsöffnung

Claims

Verfahren zum Betreiben einer Solaranlage mit wenigstens einer nicht waagrechten Solarfläche (1), dadurch gekennzeichnet, dass zur Erreichung des optimalen Wirkungsgrades der Solaranlage auf die wenigstens eine Solarfläche (1) ein, insbesondere flüssiges, Konditionierungsmittel (2) aufgebracht wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Konditionierungsmittel (2) nach dem Feststellen einer Beeinträchtigung der optimalen Betriebsbedingung automatisch aufgebracht wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Konditionierungsmittel (2) präventiv vor dem Auftreten einer Beeinträchtigung der Betriebsbedingungen aufgebracht wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Beeinträchtigung eine Verschmutzung der Solarfläche ist, und das Konditionierungsmittel (2) ein Reinigungsmittel zum Beseitigen der Verschmutzung ist.
Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Verschmutzung durch Schnee hervorgerufen wird und das Reinigungsmittel ein Gefrierschutzmittel ist.
Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Gefrierschutzmittel eine salzhaltige Sole, wie z.B. eine NaCl-Lösung, ist.
Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass Gefrierschutzmittel eine glykolhaltige Flüssigkeit, insbesondere Ethylenglykol, ist.
Verfahren nach einem der Ansprüche 2 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Beeinträchtigung eine zu hohe Temperatur der Solarfläche (1) ist, und das Konditionierungsmittel (2) ein Kühlmittel zum Kühlen der Solarfläche (1) ist.
Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass als Kühlmittel kalkfreies Wasser verwendet wird.
Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass als Kühlmittel eine wässerige K-Na-Lösung verwendet wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 2 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Konditionierungsmittel (2) eine die Reibung, insbesondere die Haftreibung auf der Solarfläche (1) reduzierendes Mittel ist.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Konditionierungsmittel (2) am Einsatzort der Solaranlage hergestellt wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Konditionierungsmittel (2) am Einsatzort auf die Solarflächen (1) aufgebracht wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Konditionierungsmittel (2) durch Versprühen aufgebracht wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Konditionierungsmittel (2) gleichmäßig auf die wenigstens eine Solarfläche (1) aufgebracht wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass das Konditionierungsmittel (2) eine Flüssigkeit ist und nur auf den oberen Bereich der Solarfläche (1) aufgebracht wird und nach unten über den verbleibenden unteren Bereich der Solarfläche abläuft.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Aufbringen des Konditionierungsmittels (2) auf die wenigstens eine Solarfläche (1) automatisch in regelmäßigen Abständen erfolgt.
Solaranlage mit wenigstens einer nicht waagrechten Solarfläche, dadurch gekennzeichnet, dass eine Aufbringvorrichtung (3) zum Aufbringen eines flüssigen Konditionierungsmittels (2) auf die wenigstens eine Solarfläche (1) vorgesehen ist.
Solaranlage nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, dass die Aufbringvorrichtung (3) eine Düsenanordnung mit wenigstens einer Düse (20) zum Verteilen des flüssigen Konditionierungsmittels (2) aufweist.
Solaranlage nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, dass die wenigstens eine Düse (2) drehbar gelagert ist, um die Flüssigkeit in unterschiedliche Richtung zu versprühen.
Solaranlage nach Anspruch 20, dadurch gekennzeichnet, dass die Aufbringvorrichtung (3) ein Rohr (17), welches in Längsrichtung Austrittsöffnungen (8) für Flüssigkeit aufweist, mit einem geschlossenen Ende und einem offenen Ende zum Zuführen des Konditionierungsmittels (2).
Solaranlage nach einem der Ansprüche 18 bis 21, dadurch gekennzeichnet, dass die Aufbringvorrichtung (3) nahe der Oberkante der Solarflächen (1) angeordnet ist.
Solaranlage nach einem der Ansprüche 18 bis 22, dadurch gekennzeichnet, dass ein Behälter (6) zum Bereitstellen des Konditionierungsmittels (2) vorgesehen ist.
Solaranlage nach einem der Ansprüche 18 bis 23, dadurch gekennzeichnet, dass eine Zufuhrleitung (4) vorgesehen ist, um der Aufbringvorrichtung (3) das Konditionierungsmittel (2) zuzuführen.
Solaranlage nach einem der Ansprüche 18 bis 24, dadurch gekennzeichnet, dass eine Pumpenvorrichtung (5) vorgesehen ist, um das flüssige Konditionierungsmittel (2) nach oben zu transportieren.
Solaranlage nach einem der Ansprüche 18 bis 25, dadurch gekennzeichnet, dass ein Auffangbehälter (9) zum Auffangen des aufgebrachten Konditionierungsmittels (2) an der Unterkante der wenigstens einen Solarfläche (1) vorgesehen ist.
Solaranlage nach einem der Ansprüche 18 bis 26, dadurch gekennzeichnet, dass eine Steuereinrichtung (7) vorgesehen ist, umfassend – eine Meßeinrichtung (25, 26) zum Erfassen der Temperatur der wenigstens einen Solarfläche (1), wobei ein digitales Meßsignal erzeugt wird, das die Temperatur der Solarfläche (1) repräsentiert, und – eine digitale Verarbeitungseinheit (27) zum Vergleichen des digitalen Meßsignals mit einem vorgegebenen digitalen Referenzsignal und Erzeugen eines Steuersignals in Abhängigkeit des Ergebnisses der Vergleichsoperation, um die Aufbringvorrichtung zu betätigen.
Solaranlage nach einem der Ansprüche 18 bis 27, dadurch gekennzeichnet, dass eine Steuereinrichtung (7) vorgesehen ist, umfassend – eine photoelektronische Meßeinrichtung (24, 26) zum Erzeugen eines digitalen Meßsignals des Verschmutzungszustandes der wenigstens einen Solarfläche (1), und – eine digitale Verarbeitungseinheit (27) zum Vergleichen des digitalen Meßsignals mit einem vorgegebenen digitalen Referenzsignal und Erzeugen eines Steuersignals in Abhängigkeit des Ergebnisses der Vergleichsoperation, um die Aufbringungsvorrichtung zu betätigen.
Solaranlage nach einem der Ansprüche 18 bis 28, dadurch gekennzeichnet, dass eine Steuereinrichtung (7) vorgesehen ist, umfassend – eine Meßeinrichtung mittels eines elektrischen Widerstandes zum Erzeugen eines insbesondere digitalen Meßsignals des Salzgehaltes des Konditionierungsmittels (2), und/oder – eine Meßeinrichtung zum Erzeugen eines z.B. digitalen Meßsignals des Härtegrades des als Basis des Konditionierungsmittels (2) verwendeten Wassers, und – eine digitale Verarbeitungseinheit (27) zum Vergleichen des digitalen Meßsignals mit einem vorgegebenen digitalen Referenzsignal und Erzeugen eines Steuersignals in Abhängigkeit des Ergebnisses der Vergleichsoperation, um die Dosiervorrichtung zu steuern.
Solaranlage nach einem der Ansprüche 18 bis 29, dadurch gekennzeichnet, dass im Falle von mehreren Solarflächen (1a, 1b, 1c) eine Mehrfachanordnung von Aufbringvorrichtungen (3a, 3b, 3c) vorgesehen ist, bei der jeder Solarfläche (1a, 1b, 1c) jeweils eine Aufbringvorrichtung (3a, 3b, 3c) zugeordnet ist.
Solaranlage nach Anspruch 30, dadurch gekennzeichnet, dass die Zufuhrleitung (4) mit dem stromabwärtigen Ende an ein Verzweigungselement (29) angeschlossen ist, von dem wiederum mehrere Verzweigungsleitungen (30a, 30b, 30c) zu den einzelnen Aufbringvorrichtungen (3a, 3b, 3c) verzweigen.
Solaranlage nach Anspruch 31, dadurch gekennzeichnet, dass die Verzweigungsleitungen (30a, 30b, 30c) vom Verzweigungselement (29) aus sternförmig verzweigen.
Solaranlage nach Anspruch 30, dadurch gekennzeichnet, dass das stromabwärtige Ende der Zufuhrleitung (4) an die Zufuhröffnung (19a) der ersten Aufbringvorrichtung (3a) angeschlossen ist und zusätzlich in der Nähe der Zufuhröffnung (19a) eine Weiterleitung (32a) zur Zufuhröffnung (19b) der zweiten Aufbringvorrichtung (3b) führt, von der wiederum eine Weiterleitung (32b) zur Zufuhröffnung (19c) der dritten Aufbringvorrichtung (3c) führt usw., wobei von der letzten Aufbringvorrichtung (3c) in der Reihe der mehreren Aufbringvorrichtungen (3a, 3b, 3c) keine Weiterleitung wegführt.
Solaranlage nach Anspruch 30, dadurch gekennzeichnet, dass das stromabwärtige Ende der Zufuhrleitung (4) an die Zufuhröffnung (19a) der ersten Aufbringvorrichtung (3a) angeschlossen ist und an eine Ausgangsöffnung (33a) eine Weiterleitung (32a), welche zur nächsten bzw. zweiten Aufbringvorrichtung (3b) führt, angeschlossen ist, wobei ein Teil des Konditionierungsmittels (2) durch die erste Aufbringvorrichtung (3a) auf die erste Solarfläche (1a) aufgebracht wird und der verbleibende Anteil durch die erste Aufbringvorrichtung (3a) hindurch zur zweiten Aufbringvorrichtung (3b) weitergeleitet wird.
Solaranlage nach Anspruch 33 oder 34, dadurch gekennzeichnet, dass in der Reihe der mehreren Aufbringvorrichtungen (3a, 3b, 3c) die letzte Aufbringvorrichtung (3c) lediglich eine Zufuhröffnung (19c) und keine Ausgangsöffnung aufweist.