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Die
Erfindung richtet sich auf eine Vorrichtung zur Steigerung des Wirkungsgrades
einer Solaranlage mit einem oder mehreren Photovoltaikmodulen, welche
gegenüber der Horizontalen geneigt und mit ihrer Bestrahlungsseite
der Sonne zugewandt sind, wobei zur Kühlung bei Bedarf
ein flüssiges Kühlmedium auf der Bestrahlungsseite
der Photovoltaikmodule offen herabfließt.
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Ständig
steigende Preise fossiler Energieträger wie bspw. Erdöl
und Erdgas machen es erforderlich, die Energieversorgung auf alternative
Energien umzustellen. Zu diesem Zweck werden bspw. beständig
größer werdende Solaranlagen gebaut, insbesondere
photovolatische Solaranlagen, deren Strom direkt in das öffentliche
Stromnetz eingespeist werden kann.
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Da
die hierbei verwendeten Photovoltaik-Module vergleichsweise teuer
sind, muß für eine optimale Energieausbeute Sorge
getragen werden. Eine Maßnahme hierzu ist die optimale
Ausrichtung der Photovoltaik-Module zur Sonne, bspw. durch Justierung
der Photovoltaik-Module in südlicher Richtung und Montage
derselben in geneigter Stellung, ggf. auch zusammen mit einer Nachführung
in vertikaler Richtung entsprechend der jahreszeitlich bedingt schwankenden
Sonnenhöchststände, oder gar im Rahmen einer Nachführung
gemäß dem täglichen Lauf der Sonne.
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Obwohl
derartige Nachführungen vergleichsweise aufwendig und daher
teuer sind, läßt sich damit allein jedoch eine
optimale Energieumwandlung noch nicht gewährleisten. Es
hat sich gezeigt, dass die Temperatur der Halbleiterbauelemente
eines Photovoltaikelements maßgeblichen Einfluß auf
den Energieertrag hat, denn bei steigender Temperatur nimmt die
abgreifbare, elektrische Energie rasch ab, so dass oftmals gerade
an heißen Sommertagen, wo die Photovoltaik-Module theoretisch
etwa 100 Prozent ihrer Nennleistung in Strom umwandeln könnten,
vergleichsweise wenig Strom liefern. Man hat bereits erkannt, dass
in diesen Fällen durch eine Kühlung der Photovoltaik-Module
eine ganz entscheidende Steigerung der Stromausbeute möglich
ist. Zur Kühlung sind bereits flüssige, zirkulierende
Kühlmittel vorgeschlagen worden. Bspw. zeigt die
WO 2008/025461 A1 eine
gattungsgemäße Anordnung. Diese offenbart eine
Solaranlage mit einer Anordnung von schräg zur Horizontalen
ausgerichteten photovoltaischen Solarmodulen, die mit einer Bestrahlungsseite
der Sonne zugewandt sind, wobei die Solaranlage eine Befließungsanlage
aufweist, die zur Erzeugung eines sich auf der Bestrahlungsseite
der Solarmodule ausbildenden, zur Umgebung hin offenen, fließenden
Flüssigkeitsfilmes insbesondere aus Wasser vorgesehen ist.
Bei der vorbekannten Anordnung zirkuliert jedoch das Kühlmedium
in einem – abgesehen von der Oberseite der Solarmodule – geschlossenen
Kreislauf, so dass verdunstetes Wasser nicht sofort nachgespeist
wird. Da andererseits ein Speicherbehälter nicht vorgesehen
ist, muß die Zirkulation in dem Kreislauf ständig
aufrecht erhalten werden, weil sonst die an den Modulen herabfließende
Flüssigkeit nicht mehr aufgefangen und zurückgehalten
werden kann. Die ständige Zirkulation hat jedoch einen
erheblichen Energieverlust zur Folge, weil eine Umwälzpumpe
ohne Unterlaß betrieben werden muß.
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Aus
den Nachteilen des beschriebenen Standes der Technik resultiert
das die Erfindung initiierende Problem, eine Photovoltaik-Solaranlage
mit geringstem Aufwand derart weiterzubilden, dass dieselbe stets
mit einem optimalen Wirkungsgrad betrieben werden kann.
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Die
Lösung dieses Problems gelingt im Rahmen einer gattungsgemäßen
Vorrichtung zur Steigerung der Effizienz einer Solaranlage dadurch,
dass das flüssige Kühlmedium in einem offenen
Kreislauf geführt ist, wobei als flüssiges Kühlmedium
primär, d. h. so lange vorhanden, Regenwasser verwendet wird,
welches von den gegenüber der Horizontalen geneigten Photovoltaikmodulen aufgefangen,
zu einem ortsfesten, zentralen Sammelreservoir geleitet und dort
gesammelt und gespeichert wird.
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Die
Verwendung von Regenwasser bringt eine ganze Reihe von Vorteilen
mit sich: Einerseits enthält Regenwasser im Gegensatz zu
Leitungswasser nur wenig oder gar keinen Kalk, ist also vergleichsweise
weich, und hinterläßt daher an den Photovoltaik-Modulen
keine Verkalkungen, welche ansonsten deren Wirkungsgrad nicht unerheblich
reduzieren würden. Dies ist besonders deshalb wichtig, weil
infolge einer – beabsichtigten – teilweisen Verdunstung
der kühlenden Flüssigkeit auf der Bestrahlungsfläche
der Photovoltaik-Module sich die Konzentration eines ggf. vorhandenen
Kalkanteils erheblich steigern würde und daher zu einer
vermehrten Ablagerung des Kalkes gerade auf der strahlungssensitiven
Fläche der Photovoltaik-Module führen würde.
Damit würde der durch die Kühlung der Module erzielte
Effekt durch die Verminderung der Lichtdurchlässigkeit
infolge abgelagerter Kalkpartikel wieder zunichte gemacht. Dieser
nachteilige Effekt wird durch die Verwendung von besonders weichem, kalkarmen
oder sogar kalkfreien Regenwassers vermieden. Deshalb überwiegt
bei der Erfindung sogar der reinigende Effekt, indem zuvor auf der
Bestrahlungsfläche abgelagerte Staubpartikel weggewaschen
werden. Ferner hat normales Glas etwa einen Brechungsindex von n
= 1,50, woraus ein Grenzwinkel für die Totalreflexion von
41,8° resultiert; in einem flacheren Winkel auftreffende
Lichtstrahlen werden reflektiert und tragen daher nicht zur Stromerzeugung
bei. Anders bei Regenwasser, was einen Brechungsindex von etwa n
= 1,33 hat und daher den Grenzwinkel für eine Totalreflexion
auf einen Wert von 62,5° verschiebt; also gelangt deutlich
mehr Licht – nämlich auch unter einem flachen
Winkel zwischen 41,8° und 62,5° auftreffendes
Licht – auf die wirksame Halbleiterschicht der Photovoltaik-Module.
Eine höhere Lichtausbeute führt zu einem weiter
gesteigerten Wirkungsgrad. Ferner ist die Verwendung von selbst
gesammeltem Regenwasser kostenfrei, im Gegensatz zu Leitungswasser.
Schließlich steht Regenwasser zumindest in unseren Breitengraden überall
zur Verfügung, so dass sich auch entlegene Solaranlagen
mit einer erfindungsgemäßen Kühlung ausrüsten
lassen, selbst wenn ein Anschluß an ein Wasserleitungsnetz
nicht möglich ist. Der Betrieb eines offenen Kreislaufs
erlaubt eine beständige Nachspeisung mit Regenwasser, selbst
während des Betriebs der Solaranlage, da hierzu die geneigten
Flächen der Photovoltaikmodule verwendet werden, ohne dass
diese dazu bspw. in eine besondere Auffangposition verschwenkt werden.
In dem zentralen Sammelreservoir läßt sich eine
größere Regenwassermenge bevorraten, so dass ein
verdunstender Teil des Kühlwassers nicht unverzüglich
nachgefüllt werden muß. Deshalb lassen sich längere
Hitzephasen ohne Beeinträchtigung des Kühlbetriebs überstehen, insbesondere
auch ohne dass dazu eine Nachspeisung mit teurem Leitungswasser
erforderlich wäre. Die Verwendung eines einzigen zentralen
Sammelreservoirs bietet den Vorteil, dass das gesamte Kühlwasser
in allen Bereichen einer ggf. sehr umfangreichen Solaranlage zur
Verfügung steht; erst wenn der gesamte Regenwasservorrat
einer gesamten Solaranlage zur Neige geht, ist eine Nachspeisung
aus der Wasserleitung erforderlich; das gesammelte Regenwasser kann
optimal ausgenutzt werden. Dies ist ein ganz entscheidender Vorteil
gegenüber einer Lösung mit mehreren, dezentralen
Sammelreservoirs. Eine ortsfeste Installation des zentralen Sammelreservoirs wiederum
hat den weiteren Vorteil, dass das zentrale Sammelreservoir mit
geringem Aufwand vergleichsweise groß gestaltet werden
kann, bspw. in Form eines Teichs oder einer unterirdischen Zisterne.
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Es
hat sich als günstig erwiesen, eine(n) oder mehrere Rinnen,
Gräben und/oder Kanäle vorzusehen, welche das
zirkulierende Kühlwasser und/oder das aufgefangene Regenwasser
dem zentralen Sammelreservoir zuleiten. Diese Rinnen und Gräben
führen allesamt zu dem zentralen Sammelreservoir. Sie können
miteinander verbunden sein, bspw. in Form eines oder weniger größerer
Sammelkanäle, von welchen sodann kleinere Rinnen oder Gräben
abzweigen und zu den einzelnen Photovoltaik-Modulen hin führen.
Alle Rinnen, Gräben und/oder Kanäle sollten ein
(kleines) Gefälle zum Sammelreservoir hin aufweisen, damit
das gesammelte Regenwasser möglichst restlos dem zentralen
Sammelreservoir zugeleitet wird.
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Indem
wenigstens eine Rinne und/oder ein Graben und/oder das zentrale
Sammelreservoir oben offen ist, können diese selbst auch
zum Auffangen von Regenwasser dienen.
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Die
Erfindung sieht weiterhin vor, dass wenigstens eine Rinne oder wenigstens
ein Graben in die umgebende Erdoberfläche vertieft ist.
Solchenfalls lassen sie sich einfach durch Ausstechen oder mittels
eines Baggers anlegen.
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Der
Boden des zentralen Sammelreservoirs sollte unterhalb der umgebenden
Erdoberfläche liegen, damit kein Rückstau des
gesammelten Wassers in die zuleitenden Rinnen, Gräben oder
Kanäle hinein zu befürchten ist. Demzufolge ist
die Wasseroberfläche minimiert und etwaige Verdunstungsverluste bleiben
niedrig.
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Bevorzugt
ist das zentrale Sammelreservoir als Sammelbecken ausgebildet, insbesondere
in Form eines Teichs, einer Zisterne, eines Fasses od. dgl. Sofern
der Boden und die Ränder ausreichend wasserdicht sind – bspw.
bei lehmigen Böden – ist eine Ausmauerung oder
eine Verwendung von dichten Fertigbauteilen wie beim Bau einer Zisterne
nicht unbedingt erforderlich. Ggf. genügt das Ausschachten
mit einem Bagger.
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Insbesondere
bei einem nicht abgedeckten Sammelreservoir wie bspw. einem Teich
ist es zu empfehlen, eine vergleichsweise große Tiefe vorzusehen
und nur eine möglichst geringe Grundfläche, damit
möglichst wenig des gesammelten Regenwassers verdunstet.
Eine optimale Gestalt weist ein Sammelreservoir bspw. dann auf,
wenn die maximale Tiefe t gleich oder größer ist
als die maximale Horizontalerstreckung, bspw. der Durchmesser d
eines der Grundfläche umbeschriebenen Kreises: t > d. Natürlich
können dadurch ggf. Maßnahmen veranlaßt
sein, um auszuschließen, dass jemand in ein solches Sammelreservoir
hineinfallen kann, bspw. durch eine Einzäunung.
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Weitere
Vorteile bietet ein Vorratsbehälter für das Kühlwasser,
der sich auf einem Niveau oberhalb des zentralen Sammelreservoirs
befindet. Bspw. läßt sich ein solcher Vorratsbehälter
auf einem Gerüst anordnen, so dass kaum zusätzlicher
Platz benötigt wird. Außerdem kann ein derartiger
Vorratsbehälter auf kürzestem Weg aus dem Sammelreservoir
gespeist werden. Der Vorratsbehälter könnte sich
zwar direkt über dem Sammelreservoir befinden; bevorzugt
steht er jedoch seitlich neben diesem, so dass ein leichter Zugang
zum Vorratsbehälter möglich ist, bspw. zu Kontroll-,
Wartungs- und/oder Reparaturzwecken.
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Die
Erfindung zeichnet sich weiterhin aus durch eine Hubvorrichtung,
um das gesammelte Wasser von dem Sammelreservoir in den Vorratsbehälter
anzuheben. Diese umfaßt bspw. eine eine Wasserleitung von
dem Sammelreservoir zu dem Vorratsbehälter, sowie eine
in die Wasserleitung eingeschaltete Pumpe zum Anheben des Wassers
von dem Sammelreservoir auf das Niveau des Vorratsbehälters.
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Eine
weitere Konstruktionsvorschrift sieht vor, dass sich die Ansaugöffnung
der Wasserleitung im Bereich des Bodens des Sammelreservoirs befindet,
so dass ein Trockenlauf der Pumpe erst dann zu befürchten
wäre, wenn das Sammelreservoir nahezu restlos leer ist.
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Andererseits
sollte sich die Auslaßöffnung der Wasserleitung
im Bereich der Überlaufkante des Vorratsbehälters
befinden, damit der Vorratsbehälter vollständig
befüllt werden kann.
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In
oder an dieser Hub-Leitung könnte bspw. auch ein Filter
angeschlossen sein, damit nur sauberes Wasser in den Vorratsbehälter
gelangt.
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Ein
Füllstandssensor in oder an dem Sammelreservoir zur Erfassung
des Wasserstandes in demselben ermöglicht es, bei Unterschreiten
eines minimalen Füllstandes die Pumpe abzuschalten, um einen
Trockenlauf derselben zu vermeiden.
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Für
den Fall, dass der Vorratsbehälter aus dem Sammelreservoir
nicht mehr nachgespeist werden kann, ist eine Einrichtung zur Nachspeisung
des Vorratsbehälters aus dem Wasserleitungsnetz vorgesehen.
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In
oder an dem Vorratsbehälter sollte ein Füllstandssensor
angeordnet sein, um bei Unterschreiten eines minimalen Füllstandes
eine Wassernachspeisung auszulösen und/oder bei Überschreiten
eines maximalen Füllstandes die weitere Einspeisung – aus
dem Wasserleitungsnetz und/oder aus dem Sammelreservoir – abzubrechen.
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Es
liegt im Rahmen der Erfindung, dass der Vorratsbehälter
eine Auslaßöffnung aufweist, welche sich im Bereich
von dessen Boden befindet, so dass bei Bedarf nahezu der vollständige
Inhalt des Vorratsbehälters entnommen werden kann.
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Die
Erfindung empfiehlt, dass die Auslaßöffnung des
Vorratsbehälters auf einem Niveau oberhalb der Oberkante
der Photovoltaik-Module angeordnet ist, so dass von dem Vorratsbehälter
zu den Photovoltaik-Modulen ein Gefälle besteht.
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Ferner
bietet sich die Möglichkeit, stromabwärts des
Sammelreservoirs, insbesondere an die Auslaßöffnung
des Vorratsbehälters, ein Leitungssystem anzuschließen,
worin das Kühlwasser zu dem jeweils höchsten Punkt
der Photovoltaik-Module geleitet wird.
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Die
Erfindung erlaubt eine Weiterbildung durch ein Verteilersystem,
um das Kühlwasser aus dem zentralen Vorratsbehälter
zu den verschiedenen Photovoltaik-Modulen hin zu leiten. Bevorzugt
handelt es sich hierbei um ein System von Rohren und/oder Schläuchen.
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Das
Verteilersystem verläuft jeweils bis zu den obersten Kanten
der Photovoltaik-Module sowie entlang derselben. Im Bereich der
obersten Kanten der Photovoltaik-Module weisen die Verteilerrohre eine
Vielzahl von Austrittsöffnungen auf, um das Kühlwasser
nach Art eines Wasserfilms auf die gesamte Bestrahlungsfläche
der betreffenden Photovoltaik-Module zu verteilen. Dabei genügen
vergleichsweise kleine Öffnungen, bspw. mit einem Durchmesser
von 1 mm oder darunter, da bereits eine geringe Wassermenge – ggf.
in Verbindung mit der durch Verdunstung hervorgerufenen Abkühlung – bereits
zu einer nachhaltigen Kühlung der befeuchteten Photovoltaik-Module
führt.
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Besondere
Vorteile ergeben sich dadurch, dass in den Zuleitungen zu den Verteilerrohren
oberhalb der obersten Kanten der Photovoltaik-Module ein oder mehrere
Ventile zur Steuerung oder Regelung der (jeweiligen) Wasseraustrittsmenge
vorgesehen sind. Mittels dieser Ventile kann der Wasserfluß über
bzw. entlang der betreffenden Photovoltaik-Module individuell gesteuert
werden, so dass der Wasserverbrauch minimiert ist.
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Schließlich
entspricht es der Lehre der Erfindung, dass im Bereich eines oder
mehrerer Photovoltaik-Module ein oder mehrere Temperatursensoren angeordnet
ist/sind, um zu erkennen, ob eine Kühlung erforderlich
ist, und bei Bedarf an dem/den betreffenden Photovoltaik-Modulen
Kühlflüssigkeit freizusetzen, insbesondere durch Öffnen
der betreffenden Ventile.
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Weitere
Merkmale, Einzelheiten, Vorteile und Wirkungen auf der Basis der
Erfindung ergeben sich aus der folgenden Beschreibung einer bevorzugten
Ausführungsform der Erfindung sowie anhand der Zeichnung.
Deren einzige Figur zeigt einen Verrohrungsplan einer Solaranlage
mit einer erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Optimierung
des Wirkungsgrades.
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Die
Anlage 1 gemäß dem Verrohrungsplan dient
der optimalen Umwandlung der Strahlungsleistung der Sonne 2 in
elektrischen Strom, der bspw. in das öffentliche Stromnetz
eingespeist werden kann. Die primäre Umwandlung leisten
eine Vielzahl von Photovoltaik-Modulen 3, deren Bestrahlungsflächen 4 allesamt
zur Sonne 2 ausgerichtet sind.
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Die
Photovoltaik-Module 3 sind Bestandteil eines größeren
Solarfeldes, von welchem in der Zeichnung nur ein kleiner Ausschnitt
wiedergegeben ist. Das gesamte Solarfeld besteht aus einer großen Anzahl
von Reihen 5 von jeweils mehreren, nebeneinander angeordneten
Photovoltaik-Modulen 3. Die Reihen 5 verlaufen
bspw. in Ost-West-Richtung, und die Bestrahlungsflächen 4 der
einzelnen Photovoltaik-Module 3 weisen jeweils nach Süden.
Außerdem sind die Bestrahlungsflächen 4 geneigt,
bspw. um etwa 45°, so dass die Strahlen der Sonne 2 stets möglichst
lotrecht auf die Bestrahlungsflächen 4 der Photovoltaik-Module 3 auftreffen.
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Die
Photovoltaik-Module 3 können auf mannigfaltige
Art festgelegt sein, bspw. aufgeständert mittels einer
Rahmenkonstruktion, oder – wie in der Zeichnung wiedergegeben – an
aufgeschobenen Erdwällen 6 befestigt, bspw. mittels
ins Erdreich eingesteckter Spieße. Auch eine Befestigung
an anders gearteten Punktfundamenten ist möglich.
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Zwischen
zwei benachbarten Reihen 5 von Photovoltaik-Modulen 3 befindet
sich je ein in Längsrichtung der Reihen 5 verlaufender
Graben 7. Sofern das Erdreich wenig wasserdurchlässig
ist wie bspw. Lehm, kann der Graben 7 einfach naturbelassen sein;
anderen falls ist es möglich, diesen an seiner Innenseite
mit einer Folie od. dgl. auszukleiden, um zu verhindern, dass darin
gesammeltes Wasser versickert. Die Gräben 7 haben
jeweils ein leichtes Gefälle zu einem Ende hin – oder
auch von beiden Enden her zu ihrer Mitte – und an ihrem
jeweils tiefsten Punkt münden sie in einen zentralen Kanal 8,
der wiederum ein Gefälle aufweist und an seinem tiefsten
Punkt in ein Sammelbecken 9 mündet. Bei dem Sammelbecken 9 kann
es sich im einfachsten Fall um einen Teich handeln, der ggf. extra
für die Anlage 1 angelegt wurde; es wäre
jedoch auch denkbar, stattdessen eine Zisterne zu verwenden od.
dgl. Das Sammelbecken 9 und alle darin mündenden
Kanäle 8 können – wie die einzelnen
Gräben 7 auch – wahlweise naturbelassen
sein oder mit einer wasserundurchlässigen Folie oder sonstigen
Schicht ausgekleidet sein.
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Die
Gräben 7 sind derart angeordnet, dass das an den
Bestrahlungsflächen 4 der Photovoltaik-Module 3 herabfließende
Regenwasser aufgefangen wird. Zu diesem Zweck untergreifen die Gräben 7 entweder
die Unterkanten der Photovoltaik-Module 3, oder es gibt
ein Gefälle von diesen Unterkanten zu dem jeweils nächstgelegenen
Graben 7 hin.
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Die
Gräben 7 können außerdem so
ausgebildet sein, dass auch das auf den Nordseiten 10 der Erdwälle 6 auftreffende
Regenwasser aufnehmen. Zu diesem Zweck können auch die
Nordseiten 10 der Erdwälle 6 eine Neigung
aufweisen, bspw. etwa 45° wie an der Südseite.
Ferner ist es möglich, die Nordseiten 10 der Erdwälle 6 mit
einer Folie abzudecken, so dass kein Regenwasser an den Nordseiten 10 der Erdwälle 6 versickern
kann, sondern vollständig zu dem Sammelbecken 9 geleitet
wird. Die Folien oder sonstigen Beschichtungen an/in den Gräben 7 und/oder
an den Nordseiten 10 der Erdwälle 6 können
reflektierend oder gar spiegelnd ausgestaltet sein, damit dort auftreffendes,
ggf. diffuses Sonnenlicht zu dem nördlich davon anschließenden
Photovoltaik-Modul 3 reflektiert und dort zusätzlich
in Strom umgewandelt wird. Zu diesem Zweck kann der Querschnitt
der Gräben 7 und/oder die Steigung der Nordseiten 10 der
Erdwälle 6 geeignet gewählt werden, bspw. ähnlich
einem Querschnitt durch eine Parabolantenne, um möglichst
viel aufgefangenes Licht auf benachbarte Photovoltaik-Module 3 zu
werten.
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Die
Photovoltaik-Module 3 des Solarfeldes sind vorzugsweise
etwa in einer gemeinsamen Ebene angeordnet. Gelingt dies nicht – bspw.
wegen eines stark unebenen Untergrundes – so gibt es einen „höchsten
Punkt des Solarfeldes”, nämlich im Bereich der
Oberkante des höchstgelegenen Photovoltaik-Moduls 3,
und einen „tiefsten Punkt des Solarfeldes”, nämlich
im Bereich der Unterkante des tiefstgelegenen Photovoltaik-Moduls 3.
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Die
Böschung 11 des Sammelbeckens 9 liegt auf
einem tieferen Niveau als der tiefste Punkt des Solarfeldes, damit
das Wasser entlang eines Gefälles von diesem tiefsten Punkt
zu dem Sammelbecken 9 gelangen kann.
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Andererseits
gibt es auf einem Niveau oberhalb des höchsten Punktes
des Solarfeldes einen Vorratsbehälter 12. Dieser
Vorratsbehälter 12 kann bspw. auf einem Gerüst
aufgestellt sein oder auf einem nahegelegenen Hügel oder
Berg. Wie das Sammelbecken 9, so kann auch der Vorratsbehälter 12 oben
offen oder geschlossen sein.
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Eine
Wasserleitung 13 führt vom Boden bzw. von einem
Punkt im Bereich der tiefsten Stelle des Sammelbeckens 9 bis
zu der Oberkante 14 des Vorratsbehälters 12 und übergreift
diese Oberkante 14, um innerhalb des Vorratsbehälters 12 zu
münden.
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Mittels
dieser Wasserleitung 13 kann der Vorratsbehälter 12 aus
dem Sammelbecken 9 gespeist werden. Die notwendige Hubenergie
liefert dabei eine in die Wasserleitung 13 eingeschaltete
Pumpe 15. Um einen Trockenlauf der Pumpe 15 zu
vermeiden, ist in dem Sammelbecken 9 ein Füllstandssensor 16 angeordnet,
knapp oberhalb der Ansaugöffnung 17 der Wasserleitung 13.
Das Ausgangssignal des Füllstandssensors 16 wird
von einer Steuerung 18 ausgewertet und verursacht dort
das rechtzeitige Abschalten der Pumpe 15 mittels einer
Steuerleitung oder gesteuerten Stromleitung 19.
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Auch
in dem Vorratsbehälter 12 ist ein Füllstandssensor 20 angeordnet,
dessen Ausgangssignal ebenfalls von der Steuerung 18 ausgewertet
wird. Ist der Füllstand in dem Vorratsbehälter 12 unterhalb einer
unteren Füllstandsgrenze, wird die Pumpe 15 eingeschalten,
erreicht der Füllstand in dem Vorratsbehälter 12 eine
obere Füllstandsgrenze, wird die Pumpe 15 augeschalten.
Falls die Pumpe 15 vorzeitig abgeschalten wird – bspw.
zur Vermeidung eines Trockenlaufs der Pumpe 15, so wird
stattdessen ein Ventil 21 geöffnet und eine Nachspeisung
des Vorratsbehälters 12 aus der Wasserleitung 22 bewirkt. Das
Ventil 21 wird bei Überschreiten einer oberen Füllstandsgrenze
in dem Vorratsbehälter 12 wieder geschlossen.
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In
der Wasserleitung 13 kann ggf. ein in der Zeichnung nicht
dargestellter Filter angeordnet sein, um sicherzustellen, dass der
Vorratsbehälter 12 nur mit sauberem Wasser nachgespeist
wird.
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Der
Vorratsbehälter 12 weist knapp oberhalb seines
Bodens 23 einen Auslaß 24 auf. Dieser
Auslaß 24 liegt auf einem Niveau oberhalb des
höchsten Punktes des Solarfeldes. Dadurch ist es möglich,
einem dort zur Verteilung des gesammelten Regenwassers angeschlossenen
Leitungssystem 25 ein kontinuierliches Gefälle
zu erteilen, von dem zentral aufgestellten Vorratsbehälter 12 bis
hin zu den denzentralen Photovoltaik-Modulen 3. Das Leitungssystem 25 kann
aus Rohren und/oder Schläuchen bestehen. Es mündet
in einer Vielzahl von Leitungen 26, welche jeweils oberhalb
der Oberkanten 27 einer Reihe 5 von Photovoltaik-Modulen 3 entlanglaufen. Vorzugsweise
handelt es sich bei diesen Leitungen 26 um Rohre. Zur Befeuchtung
der jeweils unterhalb gelegenen Photovoltaik-Module 3 sind
die Leitungen 26 mit einer Vielzahl kleiner Öffnungen
versehen, bspw. mit einem Querschnitt von jeweils nur einem Quadratmillimeter
od. dgl. Jedoch reihen sich diese Öffnungen linienförmig
entlang der Leitungslängsachse dicht aneinander, bspw.
mit einem Abstand von nur 0,5 cm bis 2,0 cm. Das gesammelte und
bevorratete Regenwasser kann daher direkt auf die Bestrahlungsflächen 4 der
Photovoltaik-Module 3 austreten, und zwar im Bereich ihrer
Oberkanten 27, um beim Herabfließen die gesamten
Bestrahlungsflächen 4 zu befeuchten und dabei
zu kühlen.
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Jenseits
der Unterkanten 28 der Photovoltaik-Module 3 gelangt
das Wasser sodann in den dortigen Graben 7 und wird von
diesem wieder dem Sammelbecken 9 zugeleitet. Der Wasserkreislauf
schließt sich dadurch, ist jedoch gleichzeitig auch offen,
weil einerseits Kühlwasser an heißen Tagen verdunsten kann,
andererseits Regenfälle sofort aufgenommen werden und die
entstandenen Wasserverluste wieder ergänzen. Es kann daher
ein bidirektionaler Wasseraustausch mit der Umgebung stattfinden.
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Damit
andererseits nicht zu viel Wasser aus dem Vorratsbehälter 12 entnommen
wird, welches ja nur durch Einschalten der Pumpe 15 nachgespeist werden
kann, was Strom und damit Energie verbraucht, sind an bestimmten
Abschnitten des Leitungssystems 25 Ventile 29 eingeschalten,
welche von einer Steuerung 30 aktiv ein- und ausgeschalten werden
können. Bspw. könnte jeder Reihe 5 von Photovoltaik-Modulen 3 ein
eigenes Ventil 29 zugeordnet sein, wie aus der Zeichnung
ersichtlich.
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Zur
richtigen Ansteuerung der Ventile 29 sind an einigen oder
allen Photovoltaik-Modulen 3 jeweils Temperatursensoren 31 angeordnet.
Deren Ausgangssignale werden zu der Steuerung 30 geleitet und
dort ausgewertet. Signalisieren ein oder mehrere Temperatursensoren 31 zu
hohe Temperaturen an den betreffenden Photovoltaik-Modulen, so läßt
deren elektrische Leistung rapide nach, wenn nicht unverzüglich
eine Kühlung erfolgt. Deshalb wird in diesem Fall das zugeordnete
Ventil 29 geöffnet, um das Kühlwasser
zu dem/den betreffenden Photovoltaik-Modul(en) 3 zu leiten.
Die Abschaltung des betreffenden Ventils 29 kann entweder
zeitgesteuert erfolgen oder in Abhängigkeit von gesunkenen
Temperaturen des betreffenden Temperatursensors 31. Ggf. können
auch die Steuerungen 18, 30 miteinander gekoppelt
sein oder einem gemeinsamen Steuerbaustein bzw. Mikroprozessor oder
Microcontroller übertragen werden.
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Das
erfindungsgemäße Prinzip ist nicht auf ebene Solarfelder
beschränkt. Es läßt sich bspw. auch bei
Photovoltaik-Anlagen auf ebenen Hausdächern oder Fassaden
einsetzen sowie auch bei Photovoltaik-Anlagen auf geneigten Hausdächern
bzw. Satteldächern. Hier könnte bspw. die Dachrinne – ähnlich
wie die Gräben 7 – zum Auffangen des
Regen- bzw. Kühlwassers verwendet werden. Das Sammelbecken 9 könnte
bspw. auf dem Fußboden des Dachbodens aufgestellt sein,
und der Vorratsbehälter 12 knapp unterhalb des
Dachfirsts. Falls nicht anders möglich, könnte
eine fehlende Höhe des Vorratsbehälters 12 gegenüber
den Photovoltaik-Modulen 3 dadurch kompensiert werden,
dass der Vorratsbehälter 12 unter Druck gesetzt
wird, bspw. mittels eines daran angekoppelten, federbelasteten Ausgleichsbehälters.
Zwar wird in diesem Fall die Pumpe 15 zum Füllen
des Vorratsbehälters 12 mehr Energie verbrauchen,
weil sie gleichzeitig das Luftvolumen in dem Vorratsbehälter 12 und/oder
in dem Ausgleichsbehälter komprimieren muß; jedoch
muß sie nur selten eingeschalten werden, was wiederum Strom spart.
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Obwohl
die in der Zeichnung dargestellte Ausführungsform sich
auf ein Solarfeld bezieht, kann die Erfindung auch bei kleineren
Photovoltaik-Anlagen auf Hausdächern angewandt werden,
wo sich die vorhandenen Dachrinnen optimal in den Wasserkreislauf
einbinden lassen.
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Auch
bei diesem Anwendungsfall – wie bei Solarfeldern auch – kann
der vorteilhafte Effekt der adiabaten Kühlung infolge Evaporation
nutzbar gemacht werden.
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- 1
- Solaranlage
- 2
- Sonne
- 3
- Photovoltaik-Modul
- 4
- Bestrahlungsfläche
- 5
- Reihe
- 6
- Erdwall
- 7
- Graben
- 8
- Kanal
- 9
- Sammelbecken
- 10
- Nordseite
- 11
- Böschung
- 12
- Vorratsbehälter
- 13
- Wasserleitung
- 14
- Oberkante
- 15
- Pumpe
- 16
- Füllstandssensor
- 17
- Ansaugöffnung
- 18
- Steuerung
- 19
- Stromleitung
- 20
- Füllstandssensor
- 21
- Ventil
- 22
- Wasserleitung
- 23
- Boden
- 24
- Auslaß
- 25
- Leitungssystem
- 26
- Leitung
- 27
- Oberkante
- 28
- Unterkante
- 29
- Ventil
- 30
- Steuerung
- 31
- Temperatursensor
-
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- - WO 2008/025461
A1 [0004]