DE2936764A1

DE2936764A1 - Solarzellenbatterie

Info

Publication number: DE2936764A1
Application number: DE19792936764
Authority: DE
Inventors: Klaus Dipl.-Ing. 6101 Fränkisch-Crumbach Hänsel
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1979-09-12
Filing date: 1979-09-12
Publication date: 1981-03-19
Also published as: DE2936764C2

Description

Solarzellenbatterie
Die Erfindung betrifft eine Solarzellenbatterie mit einem aus lichtdurchlässigem Material bestehenden Gehäuse mit einer Vorderwand und einer Rückwand, in dem mehrere Reihen von plattenförmigen Solarzellen angeordnet sind.
Der Einsatz von Solarzellenbatterien zur Gewinnung elektrischer Energie ist umso wirtschaftlicher, Je länger die Sonneneinstrahlung ist. In gemäßigten Breiten wird der wirtschaftliche Einsatz von Solarzellenbatterien nicht nur durch die geringere Sonneneinstrahlung, sondern im Winter auch durch Schnee- oder Eisbelag beeinträchtigt, der verhindert, daß das Sonnenlicht bis zu den Solarzellen gelangen kann.
Aufgabe der Erfindung ist es daher, eine Solarzellenbatterie der eingangs genannten Art zu schaffen, die für einen ganzjährigen Betrieb ohne Beeinflussung durch Schnee- oder Eisbelag geeignet ist.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß im Gehäuse der Solarzellenbatterie eine mit einer Stromversorgungseinrichtung elektrisch verbindbare Heizeinrichtung vorgesehen ist. Die Heizeinrichtung kann automatisch oder von Hand eingesch:rltet werden, sobald die Energieaufnahme der Solarzellenbatterie wegen eines vorhandenen Schnee-oder Eisbelags verhindert wird. Dadurch kann gerade im Winter, der Jahreszeit mit dem höchsten Energiebedarf und der geringsten Sonneneinstrahlung, das Sonnenlicht und insbesondere die direkte Sonneneinstrahlung voll für die Energiegewinnung genutzt werden.
In Weiterbildung des Erfindungsgedankens ist vorgesehen, daß die Heizeinrichtung eine Heizfolie aufweist, die eine flächige Erwäxmungbei Vermeidung von punktuellen Temperaturspitzen ermöglicht, weil die üblichen Solarzellen und der für das Gehäuse verwendete lichtdurchlässige Kunststoff gegen höhere Temperaturen empfindlich sind, wenn diese nur örtlich begrenzt im Bereich von Heizdrähten o. dgl. auftreten.
Zweckmäßigerweise ist die Heizfolie zwischen den Solarzellen und der Rückwand des Gehäuses angeordnet und in im Abstand zueinander angeordneten Heizfolienstreifen aufgeteilt. Dadurch bleibt die für die Lichtaufnahme vorgesehene Vorderseite der Solarzellen unbeeinträchtigt. Der zwischen den Heizfolienstreifen vorgesehene Abstand ermöglioht es, daß die Sonneneinstrahlung in diesen Bereichen ungehindert durch die ebenfalls lichtdurchlässige Gehäuse rtickwand hindurchtreten kann, so daß bei starker Sonneneinstrahlung eine für die Solarzellen schädliche stärkere Erwärmung vermieden wird.
Wenn die Solarzellen in herkömmlicher Weise mit einem elektrischen Stromspeicher verbindbar sind, kann in Weiterbildung des Erfindungsgedankens vorgesehen werden, daß die er Stromspeicher mittels einer Schalteinrichtung mit der Heizeinrichtung verbindbar ist, so daß die von den Solarzellen gelieferte, gespeicherte elektrische Energie im Bedarfsfall zur Beseitigung eines Schnee- und Eisbelages herangezogen werden kann, so daß eine gesonderte Stromversorgung für die Heizeinrichtung entbehrlich wird.
In einer besonders vorteilhaften Ausgestaltung des Erfindungsgedankens ist vorgesehen, daß die einzelnen Solarzellen an ihrer Rückseite jeweils mit einer Tragsoheibe verbunden sind und daß alle Tragscheiben jeder Reihe von Solarzellen in einem gemeinsamen Tragrahmen herausnehmbar angeordnet sind.Damit wird der Überlegung Rechnung getragen, daß wegen der üblicherweise verhältnismäßig großen Anzahl von einzelnen Solarzellen in einer Solarzellenbatterie und der statistischen Ausfallwahrscheinlichkeit bei einer angestrebten langen Dauerbetriebszeit der Solarzellenbatterie mehrmals einzelne Solarzellen ausfallen können und ausgewechselt werden mUssen, wobei die Virtschaftlichkeit der Solarzellenbatterien wesentlich beeinträchtigt wäre, wenn zu diesem Zweck die gesamte Solarzellenbatterie ausgewechselt werden müßte. Die herausnehmbare Anordnung der jeweils eine Solarzelle tragenden Tragscheiben ermöglicht ein leichtes Auswechseln, ohne daß die Gefahr besteht, daß die Solarzellen beschädigt werden. Da die Solarzellen nur an ihrer Rückseite mit der Tragscheibe verbunden sind, steht die Vorderseite ungehindert für den Lichteinfall zur Verfügung.
Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen des #findungsgedankens sind Gegenstand von Unteransprüchen.
Die Erfindung wird nachfolgend an einem Ausführungsbeispiel näher erläutert, das in der Zeichnung dargestellt ist.
Es zeigt: Fig. 1 eine Solarzallenbatterie in Vorderansicht, Fig. 2 einen Schnitt längs der Linie II-II in Fig.1, Fig. 3 eine Rückansicht der Solarzellenbatterie nach den Fig. 1 und 2, Fig. 4 eine perspektivische, vereinfachte Darstellung eines Tragrahmens für in einer Reihe angeordnete Solarzellen, Fig. 3 eine vergrbßerte Rückansicht zweier Solarzellenmodule, jeweils bestehend aus einer Solarzelle und der zugehörigen Tragscheibe, Fig. 6 einen Schnitt längs der Linie YI-VI in Fig. 5 Fig. 7 in einem Blockschaltbild die Schaltung einer Solarzellenbatterie mit einer Heizeinrichtung und Fig. 8 in einem Blockschaltbild die Schaltung mehrerer Solarzellenbatterien mit mehreren Stromspeichern.
Die in den Figuren 1 - 3 gezeigte Solarzellenbatterie weist ein Gehäuse aus lichtdurchlässigem Kunststoff auf, das im wesentlichen aus einer Vorderwand 1 und einer Rückwand 2 besteht, zwischen denen am Rand jeweils eine Randleiste 3 eingelegt und mittels dauerelastischer Dichtungsmasse abgedichtet ist. Die einzelnen Elemente dieses Gehäuses werden durch Verschraubungen 16 zusammengehalten. Ein metallisches U-Profil 4 dient als Kantenschutz. An den Ecken des Gehäuses sind Bohrungen 5 zur Befestigung der Solarzellenbatterie vorgesehen.
In eine zwischen der Vorderwand 1 und der Rückwand 2 gebildeten flachen Innenraum 6 sind in Reihen angeordnete Solarzellen 7 untergebracht, die jeweils über mehrere, beispielsweise drei elastische, haftende StUtzkArper 8 aus Siliconkautschuk mit einer aus Kunststoff bestehenden Tragscheibe 9 zu einem auswechselbaren Modul verbunden sind.
Die Tragscheiben 9 sind mit ihren gegenüberliegenden Randabschnitten in gegeneinander gerichtete Längsnuten zweier Tragschienen 10 eines länglichen Tragrahmens 11 eingeschoben.
Die Tragrahmen 11 sind im Gehäuse zwischen einer an der Vorderwand angebrachten Fixierleiste 12 und einem an der Rückwand angebrachten Fixierleistenstück 13 gehalten.
Unter den Solarzellenmodulen liegen auf der Innenseite der Rückwand 2 des Gehäuses lieizfolienstreifen 14, die mit der Rückwand 2 verklebt sein können.
Jede Tragscheibe 9 ist jeweils mit zwei metallischen Anschlußlaschen 15 versehen, die jeweils einerseits über einadrige flexible Verdrahtung mit den elektrischen Anschlüsen der Solarzelle 7 und andererseits mit der Antohlußlasche 13 der jeweils benachbarten Tragscheibe 9 verlötet sind. Wenn einzelne Solarzellenmodule ausgewechselt werden sollen1 kann in einfacher Weise die Lötverbindung 17 zwizehen zwei benachbarten Solarzellenmodulen unterbrochen und später wieder verlötet werden, ohne daß eine schädliche Wärmeeinwirkung auf die Solarzellen 7 eintritt, weil sich die Lötstellen 17 in ausreichend großem Abstand zu den Solarzellen 7 befinden. Sobald die Lötverbindungen 17 gelöst sind, können die einzelnen Solarzellenmodule in Längsrichtung der Schienen 10 herausgeschoben und wieder neu eingesetzt werden.
Aus dem Gehäuse der Solarzellenbatterie ist ein Kabel 18 abgedichtet herausgeführt, das die Anschlußleitungen für die Solarzellen 7 und die Heizfolienstreifen 14 enthält.
Fig. 7 zeigt in einem Blockschaltbild vereinfacht die Schaltung zum Betrieb der Solarzellenbatterie 24, die über eine Spannungsregelungsschaltung 19 mit einem als Zwischenspeicher ausgeführten Stromspeicher 20 verbunden ist, der wiederum mit einem Verbraucher 21 verbunden ist. Über einen Schalter 22 können die die Heizeinrichtung bildenden Heizfolienstreifen 14 mit dem Stromspeicher 20 verbunden werden, sobald ein Schnee- oder Eisbelag auf der Vorderwand 1 der Solarzellenbatterie auftritt. Dieser Schalter 22 kann von Hand betätigt werden; es ist jedoch auch möglich, hierfür eine selbsttätige Schalteinrichtung vorzusehen, die beispielsweise mit einer fotoelektrischen Lichtschranke verbunden ist, die durch Schnee oder Eis unterbrochen wird.
Eine (nicht dargestellte) Schaltung schließt den Schalter 22, sobald sich zwischen Sender und Empfänger der Lichtschranke Schnee oder Eis befindet. Die Heizeinrichtung bleibt solange eingeschaltet, bis durch Abtauen der volle Wirkungsgrad der Solarzellenbatterie 24 wieder möglich ist, d. h. bis der Schnee- oder Eisbelag zwischen Sender und Empfänger der Lichtschranke abgetaut ist.
Die Größe und die Anzahl der benötigten Solarzellenbatterien und der Stromspeicher hängt vom gewünschten Leistungsbedarf ab. Die Zusammenschaltung erfolgt mit Hilfe von Dioden 23, damit keine gegenseitige Beeinflussung oder sogar Zerstörung der Solarzellenbatterien oder eine Entladung der Stromspeicher 20 erfolgen kann. Eine derartige Zusammen-Schaltung der in Fig. 7 gezeigten Teile ist in Fig. 8 im Blockschaltbild dargestellt. Als Stromspeicher 20 können Bleiakkumulatoren verwendet werden, da wegen der stationären Anwendung das Gewicht von untergeordneter Bedeutung ist und derartige Bleiakkumulatoren wegen ihrer großen Verbreitung verhältnismäßig preisgünstig sind.
Zum Bau des zum Schutz und zur Unterbringung der Solarzellen 7 erforderlichen Gehäuses wird ausschließlich lichtdurchlässiges Kunststoffmaterial verwendet, da so die unerwünschte Aufheizung des Gehäuses bei dauernder direkter Sonneneinstrahlung gering gehalten werden kann. Dies ist wichtig, da die Leistungsfähigkeit der Solarzellen stark von der Betriebstemperatur abhängt und möglichst nicht über 800 C liegen soll. Außerdem hat der Kunststoff eine Selbstreinigungswirkung bei Regen durch sein wasserabstoßendes Verhalten; er ist schlagfest; die Funktion der Solarzellenbatterie wird auch bei einer Verkratzung der Oberfläche nicht wesentlich beeinflußt.
Als lichtdurchlässiger Kunststoff wird vorzugsweise Acrylglas verwendet, das auch für die Tragscheiben 9 Verwendung findet.
Die TragscEleiben 9 weisen im Bereich der metallischen, vorzugsweise aus Kupfer bestehenden Anschlußlaschen 15 Jeweils Aussparungen auf (Fig.5) und sind im übrigen rechteckig gestaltet. Die Anschlußlaschen 15 sind an den Tragscheiben 9 wärmeisoliert angebracht.
Bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel sind die Solarzellen 7 als Kreisscheiben ausgeführt. Stattdessen können auch recllteckige oder quadratische Solarzellen verwendet werden. AnstelLe der Heizfolienstreifen 14 können auch ganzfltichige iltizelemente oder Heizfolie verwendet werden, die vorzugsweise mit weniger als 2 mm Dicke ausgeführt sind.
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Claims

Solarzellenbatterie Patentansprüche 1. Solarzellenbatterie mit einem aus lichtdurchlässigem Material bestehenden Gehäuse mit einer Vorderwand und einer Rückwand, in dem mehrere Reihen von plattenförmigen Solarzellen angeordnet sind, dadurch gekennzeichnet, daß im Gehäuse (1, 2) eine mit einer Stromversorgungseinrichtung (20) elektrisch verbindbare Heizeinrichtung (14) vorgesehen ist.
2. Solarzellenbatterie nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Heizeinrichtung eine Heizfolie aufweist.
3. Solarzellenbatterie nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Heizfolie zwischen den Solarzellen (7) und der Rückwand (2) des Gehäuses angeordnet ist und in im Abstand zueinander angeordneten Heizfolienstreifen (14) aufgeteilt ist.
4. Solarzellenbatterie nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Solarzellen (7) mit einem elektrischen Stromspeicher (20) verbindbar sind und daß der Stromspeicher (20) mittels einer Schalteinrichtung (22) mit der Heizeinrichtung (14) verbindbar ist.
3. Solarzellenbatterie nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die einzelnen Solarzellen (7) an ihrer Rückseite jeweils mit einer Tragscheibe (9) verbunden sind und daß alle Tragscheiben (9) jeder Reihe von Solarzellen (7) in einem geminsamen Tragrahmen (11) herausnehmbar angeordnet sind.
6. Solarzellenbatterie nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß jede Tragscheibe (9) mit zwei metallischen Anschlußlaschen (15) versehen ist, die jeweils einerseits über einadrige Verdrahtuzg mit den elektrischen Anschlüssen der Solarzelle (7) und andererseits mit der Anschlußlasche (15) der jeweils benachbarten Tragscheibe (9) verbunden, vorzugsweise verlötet sind.
7. Solarzellenbatterie nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß jede Solarzelle (7) mit der zqehorigen Tragscheibe (9) über elastische, haftende Stützkörper (8) verbunden ist, die vorzugsweise aus Siliconkautschuk bestehen.
8. Solarzellenbatterie nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Tragrahmen (11) zwei Tragschienen (io) mit gegeneinander gerichteten Lingsnuten aufweist, in die die Tragscheiben (9) mit ihren gegenüberliegenden Randabschnitten greifen.