DE20314431U1 - Anlage zur Umwandlung von Sonnenenergie - Google Patents

Description

FI/Br VET 0301 JSbM;: _:*\.*\ .··.·": 15.09.2003

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Anlage zur Umwandlung von Sonnenenergie

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Anlage zur Umwandlung von Sonnenergie, insbesondere in elektrische Energie. Sie kann aber auch eine Anlage zur Nutzung der von der Sonne zugestrahlten Wärme betreffen. Wenn im Folgenden von "Solarzellen" die Rede ist, sollen demnach darunter auch Einrichtungen zu verstehen sein, die die von der Sonne zugestrahlte Wärme nutzbar machen und häufig als "Sonnenkollektoren" bezeichnet werden.

Aus dem Stand der Technik sind zahlreiche Systeme bekannt, um Sonnenenergie in elektrische Energie umwandeln zu können.

Ein weit verbreitetes Anordnungsprofil besteht darin, dass Solarzellen-Module horizontal oder als Außenschale für großflächige Dach- und Wandkonstruktionen eingesetzt werden. Ebenso ist eine direkte Befestigung auf einer traditionellen Dachstuhl-Unterkonstruktion möglich.

Nachteilig bei den bisher bekannten Systemen ist, dass nicht die gesamte während des Verlaufs eines Tages anfallende Sonnenenergie von den Solarzellen-Modulen verarbeitet werden kann. Denn die auf Wandflächen oder Dächern angebrachten Solarzellen-Modulen befinden sich nur in einer bestimmten Himmelsrichtung. Mit dem Weiterwandern der Sonne wird somit weniger Sonnenenergie von den Solarzellen-Modulen aufgenommen. Ebenso sind Teilabschattungen, z.B. durch Bäume ein Problem.

Demzufolge ist versucht worden, diesen Problemen durch Konstruktionen beizukommen, bei denen durch Einbindung von sogenannten Bypass-

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Dioden ein Leistungseinbruch der Module und der kompletten Anlage bei Teilabschattung verhindert wird.

Ebenso ist durch Mehrschichtaufbauten mit übereinanderliegenden Solarzellen versucht worden zu erreichen, dass eine bessere Tageslichtausbeute erzielt wird. Jede der übereinanderliegenden Zellen ist hierbei für einen anderen Spektralbereich des Tageslichts ausgelegt, so dass hierdurch eine bessere Energieausbeute erzielt werden kann.

Aber auch durch diese Systeme konnte das Problem der mangelnden Energieausbeute infolge des Weiterwanderns der Sonne nicht gelöst werden. Es ist daher versucht worden, durch mitdrehende Kollektoren eine bessere Ausnutzung der Energie zu erreichen. Nachteilig ist hierbei jedoch, dass zusätzliche Mechaniken für das Drehen der Solarzellen-Module erforderlich sind. Ebenso erfordert das Drehen der Solarzellen-Module wiederum Energie, so dass zumindest teilweise der Vorteil der erhöhten Energieausbeute aufgehoben wird.

Die vorliegende Erfindung hat sich nunmehr die Aufgabe gestellt, die im Stand der Technik aufgetretenen Probleme zu beseitigen.

Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, dass Solarzellen auf die äußere Mantelfläche eines im wesentlichen kegelförmig ausgestalteten Trägers aufgebracht werden.

Durch diese einfache Maßnahme konnte überraschend erreicht werden, dass während des gesamten Tagesverlaufs die Sonnenstrahlung der rundherum, d.h. durch nach allen Himmelsrichtungen angeordnete Solarzellen eingefangen wird. Es ist überraschend, dass trotz vielfältiger

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Bemühungen bis jetzt diese einfache Lösung noch nicht im Stand der Technik vorhanden ist.

Erfindungswesentlich ist, dass der Träger Flächen aufweist, die eine Anordnung von Solarzellen derart erlauben, dass während des gesamten Tagesverlaufs stets wenigstens ein Teil der Solarzellen optimal mit Sonnenenergie versorgt wird. D.h., insbesondere Verluste durch lediglich seitliche Einstrahlung der Sonnenenergie sollen vermieden werden. Es soll erfindungsgemäß stets ein Teil der Solarzellen so angeordnet sein, dass die Sonnenstrahlen in einem Winkel einfallen, welcher eine optimale Energieausbeute gewährleistet.

Erfindungsgemäß hat sich gezeigt, dass dieses Ziel sich durch im wesentlichen kegelförmig ausgestaltete Träger erreichen lässt.

Vorzugsweise werden solche Träger verwendet, die eine annähernd kreisförmige Kegelgrundfläche aufweisen. D.h., die Grundfläche kann kreisrund sein, ebenso sind aber auch beliebige mehreckige Formen denkbar. Wesentlich bleibt in jedem das Ziel, dass stets ein Teil der Kollektoren in einem Einfallswinkel zur Sonnenstrahlung stehen, die eine optimale Lichtausbeute gewährleisten. Demgemäß sind erfindungsgemäß quadratische Grundflächen weniger geeignet. D.h., wenn die Kreisfläche nicht rund ist, sollte bei Einsatz von mehreckigen Grundflächen die Zahl der Ecken möglichst groß sein, so dass eine annähernd kreisförmige Ausgestaltung erreicht wird.

Kegelförmig ausgestaltete Träger können auch als Kegelstumpfe ausgestaltet werden. Hier ist die wesentliche Anforderung an die Gestaltung, dass die Mantelflächen derart konstruiert sind, dass wenigstens ein Teil der Kollektoren stets für eine optimale Energieausbeute zur Verfügung steht.

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In einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung können die Träger zylinderförmig ausgestaltet sein. Besonders bevorzugt sind gerade Zylinder. Auch hier gilt das zuvor Gesagte, dass nämlich die Mantelflächen eine Anordnung der Solarzellen gewährleisten müssen, so dass stets wenigstens ein Teil der Kollektoren für eine optimale Energieausbeute zur Verfügung steht. D.h., außer geraden Zylindern können z.B. auch schiefe Zylinder, insbesondere schiefe Kreiszylinder in Betracht kommen. Ebenso sind Zylinder mit unregelmäßigen Kurven als Grundfläche verwendbar. Die besten Ergebnisse werden jedoch mit geraden Kreiszylindern erzielt.

Das erfindungsgemäße Systeme bietet insbesondere bei Einsatz von Kreiszylindern den Vorteil, dass bisher ungenutzte Flächen von Gebäuden auch zum Einsatz kommen können. Insbesondere hohe Schornsteine, deren Mantelfläche bisher ungenutzt sind, können für Solarzellen verwendet werden. Darüber hinaus ist die Anordnung der Solarzellen aber auch auf zylinderförmigen oder annähernd zylinderförmigen Gebäuden denkbar, wie sie z.B. bei Reaktoren vorhanden sind.

Es ist erfindungsgemäß vorteilhaft, Solarzellen in einer Größe zu verwenden, die eine optimale Anpassung an die Krümmung der Manteloberfläche erlauben. Vorteilhafterweise können alle bisher bekannten Solarzellen-Module zum Einsatz gebracht werden. Besonders bevorzugt sind jedoch nano-kristalline Solarzellen.

Ganz besonders bevorzugt sind erfindungsgemäß amorphe Silizium-Dreischichtsolarzellen, bei denen jede Zelle für einen anderen Teil des Lichtspektrums empfindlich ist.
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Erfindungsgemäß ist es jedoch nicht notwendig, durch Einbindung von Bypass-Dioden einen Leistungseinbruch der Module oder der kompletten Anlage bei Teilabschattung zu verhindern. Denn durch die Anlage auf der Mantelfläche von kegelförmigen Trägern werden derartige Nachteile weitgehend vermieden. Dies gilt insbesondere für den Fall, in welchem eine Anordnung auf hohen Türmen, etwa Schornsteinen vorgesehen ist. Erfindungsgemäß wird demgemäß bevorzugt, die Solarzellen auf zylinderförmig ausgestalteten Trägern in einer Höhe von 30 bis 80 Metern vorzusehen.
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Im folgenden wird die Erfindung anhand der Figuren näher beschrieben.

Fig. 1 zeigt einen erfindungsgemäß bevorzugten geraden Zylinder als Träger. Bei diesem Träger sind die Grundflächen 2 und 3 kreisförmig ausgestaltet. Auf die Mantelfläche 1 wird ein Solarzellen-System aufgebracht.

Fig. 2 stellt einen Träger in Form eines schiefen Kreiszylinders dar. Auch derartige Systeme sind erfindungsgemäß einsetzbar. Allerdings ist eine Begrenzung durch die Mantelfläche 1 gegeben, da hier bei einem Wandern der Sonne die Gefahr von Teilabschattungen gegeben ist.

Fig. 3 zeigt einen Träger, welcher die Form eines Zylinders mit geschlossener, unregelmäßiger Kurve als Grundfläche aufweist. Sofern die regelmäßigen Kurven nicht dazu führen, dass Teilabschattungen auftreten, ist ein derartiger Zylinder ebenfalls als Träger für die erfindungsgemäßen Zwecke geeignet.

Fig. 4 zeigt eine Pyramide mit kreisrunder Grundfläche 2. Auf die Mantelfläche 1 können die Solarzellen aufgebracht werden.

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Fig. 5 zeigt die Ausgestaltung des Trägers als Kegelstumpf mit der Grundfläche 2 und der Deckfläche 3. Auch hier dient die Mantelfläche 1 als Träger für die Solarzellen.
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Fig. 6 zeigt einen kegelförmigen Träger mit mehreckiger Grundfläche. D.h., hier ist die Mantelfläche in die Abschnitte 4,5,6,7,8 und 9 aufgeteilt. Je mehr sich ein solches System einem Kreiskegelstumpf annähert, umso eher ist eine optimale Energieausbeute gewährleistet.
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Fig. 7 zeigt einen Zylinder mit mehreckiger Grund- und Deckfläche. Auch hier gilt das zu Fig. 6 Gesagte, dass nämlich die Energieausbeute umso besser wird, je mehr eine Annäherung an eine Kreisfläche erzielt wird.

Von den beschriebenen Formen sind erfindungsgemäß auch beliebige andere Ausgestaltungen denkbar, die gewährleisten, dass stets wenigstens ein Teil der Kollektoren für eine optimale Energieausbeute zur Verfügung steht. Selbstverständlich kann auch zusätzlich eine Anordnung der Solarzellen auf der Deckfläche 3 vorgesehen werden.

Diese Deckfläche muß darüber hinaus nicht horizontal ausgelegt sein. Es sind vielmehr auch andere Formen, insbesondere kegelförmige Ausgestaltungen möglich.

Fig. 8 zeigt -schematisch - ein Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Anlage, die an der Mantelfläche eines Schornsteins montiert ist.

Fig. 9 ist eine Schnitt durch die in Fig. 8 dargestellte Anlage gemäß Schnittlinie IX - IX in Fig. 8.

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Fig. 10 ist eine vergrößerte Detaildarstellung des Ausschnitts X in Fig. 9.

Bei diesem Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Anlage bedecken Solarzellenmodule 10 die Mantelfläche 1 eines zylindrischen Schornsteins 11.

Jedes Solarzellenmodul 10 umfasst ein ebenes Trägerelement 12, auf das das eigentliche photovoltaische Element 13 auflaminiert ist.

Der Befestigung der Solarzellenmodule 10 dienen an dem Schornstein 11 von außen angeschraubte, vertikal verlaufende C-Profile 13, die gleichmäßig über den Umfang des Schornsteins 11 verteilt sind. Der Abstand zweier benachbarter C-Profile 13a, 13b ist an die Breite B eines Solarzellenmoduls 10 angepasst. Die seitlichen Endbereiche 12a der Trägerelemente 12 sind nach außen um einen Winkel W abgewinkelt, so daß sie jeweils plan an einem Schenkel 14 eines C-Profils 13 anliegen und durch Verschrauben oder Vernieten an diesem befestigt werden können. Auf die nach außen weisende offene Seite des C-Profils 13 ist ein U-Profil 15 aufgesetzt und zusammen mit dem jeweiligen Trägerelement 12 an einem Schenkel des C-Profils befestigt. Durch diese Maßnahme erhält die Anlage ein attraktives, einheitliches Erscheinungsbild und es wird verhindert, daß Verunreinigungen in das Innere des C-Profils 13 gelangen können.

Claims (9)

1. Anlage zur Umwandlung von Sonnenenergie, insbesondere in elektrische Energie, dadurch gekennzeichnet, dass Solarzellen auf den äußeren Mantelflächen (1) eines im wesentlichen kegelförmig ausgestalteten Trägers angeordnet sind.

2. Anlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der kegelförmige Träger eine kreisrunde Grundfläche (2) aufweist.

3. Anlage nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Grundfläche(2)als Vieleck ausgestaltet ist.

4. Anlage nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Träger als kegelstumpf ausgestaltet ist.

5. Anlage nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Träger zylinderförmig ausgestaltet ist.

6. Anlage nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Träger als gerader Zylinder ausgestaltet ist.

7. Anlage nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Solarzellen die gesamte Mantelfläche (1) bedecken.

8. Anlage nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass amorphe Silizium- Dreischichtsolarzellen auf dem Träger angeordnet sind.

9. Anlage nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Solarzellen in drei übereinanderliegenden Schichten angeordnet sind.