DE2936764C2

DE2936764C2 - Terrestrischer Solargenerator

Info

Publication number: DE2936764C2
Application number: DE2936764A
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: 1984-05-17
Also published as: DE2936764A1

Description

Die Erfindung betrifft einen terrestrischen Solargenerator mit ein stn im wesentlichen aus einer Vorderwand und einer Rückwand bestehenden Gehäuse aus lichtdurchlässigem Material, in t<jm mehrere Reihen von plattenförmigen Solarzellen angeordnet sind.

Der Einsatz von Solargeners oren dieser bekannten Gattung (DE-OS 24 43 699) zur Gewinnung elektrischer Energie ist umso wirtschaftlicher, je langer die Sonneneinstrahlung ist In gemäßigten Breiten wird der wirtschaftliche Einsatz der Solargeneratoren nicht nur durch die geringere Sonneneinstrahlung, sondern im Winter auch durch Schnee- oder Eisbelag beeinträchtigt, der verhindert, daß das Sennenlicht bis zu den Solarzellen gelangen kann. ,,1CDC Es ist zwar ein Solargenerator bekannt (Ua-Kb 63 963), der eine mit einer Stromversorgungseinrichtung elektrisch verbindbare Heizeinrichtung aufweist. Dieser Solargenerator ist jedoch nicht für einen ganzjährigen Betrieb mit Schnee- und Eisanfall geeignet. Da der bekannte Solargenerator kein Gehäuse aufweist, wurden die Solarzellen bei Hagel oder Steinbewurf zerstört werden. Schon zum Schutz gegen Witterungseinflüsse müßten die einzelnen Solarzellen und ihre Verbindungen versiegelt werden, um zu verhindern, daß die Solarzellen und die Verdrahtung durch Korrosion zerstört werden. Die Aufhängung der Solarzellen in einem Netzwerk führt bei Windbelastung zu Schwingungen der Solarzellen und der offenliegenden Drahtverbindungen, so daß Dauerbrüche bei längerer Betriebszeit kaum zu vermeiden sind.

Bei dem bekannten Solargenerator besteht die Heizeinrichtung aus Heizdrähten, die auf der Oberfläche der Solarzellen angeordnet sind. Um einen Schnee- oder Eisbelag zu verhindern bzw. ihn abzuschmelzen, wäre ein verhältnismäßig großer Energieaufwand nötig, der zu einer sehr ungünstigen Energiebilanz führt. Durch die Anordnung der Heizdrähte unmittelbar auf der Solarzelle treten hohe Temperaturdifferer.zen auf, die zu Temperaturspannungen in der nur sehr dünnen Solarzelle führen, die dadurch zerstört werden kann.

Da die Heizdrähte sehr dünn sein müssen, um eine

Behinderung der Sonneneinstrahlung zu vermeiden,

muß zur Erzeugung der notwendigen Abtauenergie die

Erwärmung des Heizdrahtes selbst verhältnismäßig hoch sein.

Die Befestigung des Heizdrahtes auf der Solarzellenoberfläche ist mit Schwierigkeiten verbunden, weil eine unmittelbare Befestigung auf der Solarzelienoberfläche nicht möglich ist, da der Heizdraht sonst elektrisch kurzgeschlossen würde. In jedem Fall — und insbesondere bei einer zwischen den Heizdrähten und der Solarzellenoberfläche vorzunehmenden Isolation — wäre die Wärmeleitung vom Heizdraht zur Solarzelle schlecht so daß nur ein linien- bzw. streifenförmiges Abtauen von Schnee und Eis zu erwarten wäre. Bei der notwendigen Versiegelung der Solarzellen mit dem darauf angeordneten Heizdraht zur Verhinderung nachteiliger Umgebungseinflüsse ist ein Wärmestau durch die Versiegelungsschicht nicht zu vermeiden. Zu berücksichtigen ist auch, daß der Wirkungsgrad der Solarzelle bei Erwärmung sehr stark absinkt

Schwierigkeiten würde auch die Stromversorgung der Heizdrähte bereiten, weil bei Verwendung einer Spannung von mehr als 60 V eine gegenseitige Isolierung des Heizstromkreises und des Stromerzeugungskreises notwendig würde, die mit der vorgeschlagenen Lackversiegelung nicht erreicht werden kann.

Aufgabe der Erfindung ist es daher, einen terrestrischen Solargenerator der eingangs genannten Gattung zu schaffen, der für einen ganzjährigen Betrieb ohne Beeinflussung durch Schnee- oder Eisbelag geeignet ist Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß im Gehäuse eine mit einer Stromversorgungseinrichtung elektrisch verbindbare Heizeinrichtung vorgesehen ist. die eine Heizfolie aufweist, und daß die Heizfolie zwischen den Solarzellen und der Rückwand des Gehäuses angeordnet ist.

Durch die Ausführung der elektrischen Heizeinrichtung als Heizfolie wird eine großflächige Wärmeentwicklung erreicht die dazu führt, daß die Solarzellen keine wesentliche Temperaturerhöhung und damit verbundene Wirkungsgradminderung erfahren, insbesondere keine Erwärmungsspitzen in eng begrenzten Flächenbereichen, wie dies bei Heizdrähten der Fall ist. Dadurch werden Wärmespannungen an den Solarzellen verhindert, zumal die Heizfolie nicht an den Solarzellen, sondern zwischen diesen und der Rückwand des Gehäuses angeordnet ist Falls die Solarzellen im Gehäuse nicht vergossen sind, bleibt innerhalb des Gehäuses ein Luftraum erhalten, in dem sich bei der üblichen geneigten Anordnung des Solarzellengenerators eine Zirkulation erwärmter Luft einstellt, die die Gehäusevorderwand gleichmäßig erwärmt Durch diese gleichmäßige Erwärmung der schrägstehenden Gehäusevorderwand 55 entsteht schon bei verhältnismäßig geringer Temperaturerhöhung zwischen der Schnee- oder Eisschicht und der Gehäusevorderwand ein dünner Flüssigkeitsfilm, der bereits ausreicht, um die Schnee- oder Eisschicht zum Herabrutschen zu bringen. Der Schnee- oder Eis-60 belag wird daher in diesem Fall nicht abgetaut, sondern er wird zum Abgleiten gebracht. Hierfür ist wesentlich weniger Energie erforderlich als für das vollständige Abtauen.

In Weiterbildung des Erfindungsgedankens ist vorgeb5 sehen, dall die Heizfolie in im Abstand zueinander angeordnete Heizfolienstreifen aufgeteilt ist.

Der zwischen den Heizfolienstreifen vorgesehene Abst'.iid ermöglicht es. daß die Sonneneinstrahlung in

diesen Bereichen ungehindert durch die ebenfalls lichtdurchlässige Gehäuserückwand 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 und dieser Stromspeicher mittels einer Schalteinrichtung mit der Heizfolie verbindbar ist, kann die von den Solarzellen gelieferte, gespeicherte elektrische Energie im Bedarfsfall zur Beseitigung eines Schnee- und Eisbelages herangezogen werden, so daß eine gesonderte Stromversorgung für die Heizfolie entbehrlich wird

Die Erfindung wird nachfolgend an einem Ausführungsbeispiel näher erläutert, das in der Zeichnung dargestellt ist Es zeigt

F i g. 1 einen terrestrischen Solargenerator in Vorderansicht,

F i g. 2 einen Schnitt längs der Linie H-II in F i g. 1, Fig.3 eine Rückansicht des Solargenerators nach den F ig. 1 und 2,

F i g. 4 eine perspektivische, vereinfachte. Darstellung eines Tragrahmens für in einer Reihe angeordnete Solarzellen,

F i g. 5 eine vergrößerte Rückansicht zweier Solarzellenmodule, jeweils bestehend aus einer Solarzelle und der zugehörigen Tragscheibe,
F i g. 6 einen Schnitt längs der Linie VI-VI in F i g. 5, F i g. 7 in einem Blockschaltbild die Schaltung eines Solargenerators mit einer Heizeinrichtung und

F i g. 8 in einem Blockschaltbild die Schaltung mehrerer Solargeneratoren mit mehreren Stromspeichern.

Der in den F i g. 1 —3 gezeigte Solargenerator 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 des Solargenerators vorgesehen.

In einem zwischen der Vorderwand 1 und der Rückwand 2 gebildeten flachen Innenraum 6 sind in Reihen angeordnete Solarzellen 7 untc_;.-gebracht, die jeweils über mehrere, beispielsweise drei elastische, haftende Stützkörper 8 aus Siliconkautschuk mit einer aus Kunststoff bestehenden Tragscheibe 9 zu einem auswechselbaren Modul verbunden sind (Fig. 5).

Die Tragscheiben 9 sind mit ihren gegenüberliegenden Rindabschnitten in gegeneinander gerichtete Längsnuten zweier Tragschienen 10 eines länglichen Tragrahmens 11 eingeschoben (F i g. 4 und 6).

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 Heizfolienstreifen 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 Anschlüssen der Solarzelle 7 und andererseits mit der Anschlußlasche 15 der jeweils benachbarten Tragscheibe 9 verlötet sind (F i g. 5 'ind 6). Wenn einzelne Solarzellenmodule ausgewechselt werden sollen, kann in einfacher Weise die Lötverbindung 17 zwischen zwei benachbarten Solarzellenmodulen unterbrochen und später wieder verlöret werden, ohne daß eine schädliche Wärmeeinwirkung auf die Solarzellen 7 eintritt, weil sich die Lötstellen 17 in ausreichend großem Abstand zu der.

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 des Solargenerators ist ein Kabel

ίο 18 abgedichtet herausgeführt, das die Anschlußleitungen für die Solarzellen 7 und die Heizfolienstreifen 14 enthält.

F i g. 7 zeigt in einem Blockschaltbild vereinfacht die Schaltung zum Betrieb des Solargenerators 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 verbünde', werden, sobald ein Schnee- oder Eisbeiag auf der Vorder ;and 1 des Soiargenerators 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 des Solargenerators 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 Solargeneratoren 24 und der Stromspeicher 20 hängt vom gewünschten Leistungsbedarf ab. Die Zusammenschaltung erfolgt mit Hilfe von Dioden 23, damit keine gegenseitige Beeinflussung oder sogar Zersiörur>g der Solargeneratoren 24 oder eine Entladung der Stromspeieher 20 erfolgen kann. Eine derartige Zusammenschaltung der in F i g. 7 gezeigten Teile ist in F i g. 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 ausschließlieh lichtdurchlässiges Kunststoffmaterial verwendet, da so die unerwünschte Aufheizung des Gehäuses bei dauernder direkter Sonneneinstrahlung gering gehalten wc/den kann. Dies ist wichtig, da die Leistungsfähigkeit der Solarzellen stark von der Betriebstemperatur abhängt und möglichst nicht über 80° C liegen soll. Außerdem hat der Kunststoff eine Selbstreinigungswirkung bei Regen durch sein wasserabstoßendes Verhalten; er ist schlagfest, die Funktion des Solargenerators wird auch bei einer Verkratzung der Oberfläche nicht wesentlich beeinflußt.

Als lichtdurchlässiger Kunststoff wird voraugsweise Acrylglas verwendet, das auch für die Tragscheibeu 9 Verwendung findet.

Die Tragscheihen 9 weisen im Bereich der metallisehen, vorzugsweise aus Kupfer bestehenden Anschlußlaschen 15 jeweils Aussparungen auf (F i g. 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 rechteckige oder quadratische Solarzellen verwendet werden. Anstelle der Heizfolienstreifen 14 können auch ganzflächige Heizfolien verwendet werden, die vorzugsweise mit weniger als 2 mm Dicke ausgeführt sind.

Hierzu 3 Blatt Zeichnungen

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Claims

Patentansprüche:

!.Terrestrischer Solargenerator mit einem im wesentlichen aus einer Vorderwand und einer Rückwand bestehenden Gehäuse aus lichtdurchlässigem Material, in dem mehrere Reihen von plattenförmigen Solarzellen angeordnet sind, dadurch gek e η η ζ e i c h η e t, daß im Gehäuse (1, 2) eine mit einer Stromversorgungseinrichtung (20) elektrisch verbindbare Heizeinrichtung vorgesehen ist, die eine Heizfolie (14) aufweist, und daß die Heizfolie (14) zwischen den Solarzellen (7) und der Rückwand (2) des Gehäuses angeordnet ist
2. Terrestrischer Solargenerator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Heizfolie in im Abstand zueinander angeordnete Heizfolienstreifen (14) aufgeteilt ist
3. Te« »frischer Solargenerator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet daß die Solarzellen (7) mit efnein elektrischen Stromspeicher (20) verbindbar sind und daß der Stromspeicher (20) mittels einer Schalteinrichtung (22) mit der Heizfolie (14) verbindbar ist