EA019233B1 - Солнечная энергетическая установка - Google Patents

Abstract

Предметом изобретения является солнечная энергетическая установка, содержащая по меньшей мере один солнечный элемент (1) и по меньшей мере один переключатель (4, 5, 6). Переключатель (4, 5, 6) выполнен с возможностью изменения направления тока и получения режима выработки энергии или режима нагрева. Согласно изобретению предусмотрены один или несколько датчиков (10, 11), например, для приема чувствительных к погоде данных, как датчик (10, 11) наружной температуры, датчик (11) снегопада, причем датчики (10, 11) и переключатель (4, 5, 6) присоединены к системе (12) управления, которая в зависимости от измеренных величин, зарегистрированных с помощью датчиков (10, 11), переводит установку в режим выработки энергии или режим нагрева.

Description

Изобретение относится к способу эксплуатации солнечной энергетической установки по меньшей мере с одним солнечным элементом и по меньшей мере одним переключателем, который установлен для изменения направления тока и получения режима выработки энергии или режима нагрева, причем предусмотрен один или несколько датчиков, при этом датчики и переключатель присоединены к общей системе управления, которая переводит переключатель в режим выработки энергии или режим нагрева в зависимости от измеренных величин, зарегистрированных с помощью датчиков.

Солнечные энергетические установки, которые при попадании на один или несколько солнечных элементов энергии коротковолнового излучения, как правило, солнечного света, прямо преобразуют ее в электрическую энергию, известны разнообразного типа и способа действия. Они основываются в основном на фотоэлектрическом эффекте, который описывает особый случай внутреннего фотоэлектрического эффекта. Фактически солнечные элементы устроены из полупроводниковых материалов и функционируют подобно занимающим большую площадь фотодиодам. Однако в отличие от фотодиодов солнечные элементы эксплуатируются не в качестве детекторов излучения, а в качестве электрических источников тока.

При этом в солнечных элементах используется особенность полупроводников, что с помощью подведенной энергии в форме электромагнитного излучения (солнечный свет) образуются свободные носители заряда (электроны и дырки). Чтобы из этих зарядов генерировать электрический ток, необходимо внутреннее электрическое поле, которое создается в полупроводнике благодаря р-п-переходу.

Так как поступившее коротковолновое электромагнитное излучение или солнечный свет в полупроводниках с увеличением глубины проникновения экспоненциально становится слабее, данный р-ппереход должен быть расположен по возможности близко к поверхности. С этой целью тонкий поверхностный слой сильно легирован донорной примесью (с проводимостью п-типа), в то время как толстый слой ниже слабо легирован акцепторной примесью (с проводимостью р-типа). Если в переходную зону в области р-п-перехода теперь врываются фотоны и благодаря фотоэффекту образуются пары электроныдырки, то благодаря электрическому полю дырки ускоряются к лежащему ниже материалу с проводимостью р-типа, в то время как электроны наоборот ускоряются к контакту п-типа на обращенной к солнцу поверхности.

Хотя в этом процессе часть носителей зарядов теряется из-за рекомбинации или перехода в тепло, остающийся фотоэлектронный ток может непосредственно использоваться потребителем или, например, с помощью преобразователя постоянного тока в переменный направляться в электрическую сеть. В подходящих солнечных элементах, например, из кристаллического кремния электрическое выходное напряжение при максимальной мощности лежит в области от около 0,5 В.

Подобного рода солнечные энергетические установки в принципе себя оправдали. В этой связи известно также соединение в батарею отдельных солнечных элементов или модулей солнечных элементов при параллельном или последовательном соединении соответственно (ИЕ 102005021152 В4), чтобы в целом повысить выходное напряжение. Фактически, например, с помощью последовательного соединения однородных или идентичных модулей, соответственно солнечных элементов, обеспечивается выходное напряжение, которое кратно соответствует напряжению отдельного элемента или отдельного модуля, с целочисленным коэффициентом.

В таких солнечных элементах, соответственно модулях, существует проблема, заключающаяся в том, что поступившая световая мощность, например, зимой сильно снижается в том случае, если данный солнечный элемент покрыт слоем снега или слоем льда. Вследствие этого более или менее сильно снижается электрическая мощность, выработанная соответствующим солнечным элементом. В прошлом уже были сделаны первые шаги соответственно в ИЕ 102006032876 А1 в направлении работы с дополнительным обогревом, чтобы в короткий срок растапливать снежный покров.

В рамках технического решения согласно ИЕ 102006004712 А1 предлагается, чтобы направление тока поворачивалось солнечными токовыми модулями с целью нагревания. В этом случае соответствующий солнечный элемент работает в качестве потребителя, а именно как панельное отопительное устройство. Таким образом, в принципе может предотвращаться образование снегового или ледяного слоя.

Техническое решение согласно ИЕ 102006030751 А1 относится к устройству для использования солнечной энергии. С этой целью устройство имеет ячейку комплектного распределительного устройства, которая переключается так, что энергия подводится от потребителя к элементу, воспринимающему солнечный свет. В случае переключателя речь идет о преобразователе постоянного тока в переменный, причем переключение может осуществляться путем управления датчиками. Таким образом, снег или лед, находящийся на воспринимающим солнечный свет элементе, должен надежно удаляться.

Техническое решение согласно \¥О 2005/089020 А1 направлено на предотвращение скопления снега или льда на крыше в области желобов. С этой целью применяются обогреваемые сточные желоба.

В основе изобретения лежит техническая задача дальнейшего развития подобного рода солнечной энергетической установки, чтобы предоставить в распоряжение автоматическую и продолжительную работу с учетом максимального выхода энергии.

Для решения этой технической задачи в рамках изобретения предложен соответствующий способ, который отличается тем, что соответствующий солнечный элемент или несколько солнечных элементов

- 1 019233 снабжены обогреваемым сточным желобом, причем сточный желоб установлен на краю со стороны ската солнечного элемента, соответственно модуля солнечных элементов, и имеется нагреватель желоба, который включен в электрическую цепь с блоком управления, к которому подается энергия от системы управления, причем при активированной системе управления из режима выработки энергии в режим нагрева переводится не только переключатель, а блок управления, относящийся к нагревателю желоба, одновременно создаются предпосылки для того, что с боков подается энергия на нагреватель желоба, чтобы обеспечить, непосредственно, без проблем и полностью, отвод образовавшейся талой воды, при этом блок управления дополнительно также обеспечивает подачу энергии нагревателю желоба, когда переключатель уже снова был переключен в режим выработки энергии.

В случае одного или нескольких датчиков, например, для приема чувствительных к погоде данных речь может идти о датчике наружной температуры, датчике снегопада и т.д. Во всяком случае, вопервых, может быть сначала представлена автоматическая работа предложенной согласно изобретению солнечной энергетической установки, которая до сих пор в этой последовательности не нашла никакого выражения в уровне техники.

Так как с помощью системы управления обеспечивается, чтобы в переключатель для изменения направления тока и получения режима выработки энергии или режима нагрева энергия подводилась от системы управления, а именно в зависимости от измеренных величин, зарегистрированных соответствующим датчиком. Фактически система управления создает предпосылки для того, чтобы переключатель переводился в режим выработки энергии или режим нагрева. В режиме выработки энергии солнечный элемент с учетом уже описанного фотоэлектрического эффекта создает предпосылки для того, что падающий солнечный свет или энергия коротковолнового излучения преобразуется в электрическую энергию и переходит в электрическую цепь солнечных элементов. В этом режиме выработки энергии один солнечный элемент отдает или несколько солнечных элементов отдают в итоге электрическую энергию, которая регистрируется счетчиком и улучшается. В сравнении с этим, солнечный элемент или солнечные элементы функционируют в качестве электрического потребителя, соответственно панельного отопительного устройства, в случае, когда система управления переводит переключатель в режим нагрева.

Фактически в этом режиме нагрева система управления создает предпосылки для того, что к соответствующему солнечному элементу прикладывается постоянное напряжение. Благодаря этому извне через солнечный элемент проходит ток, а именно через электрическую цепь подвода тока. Таким образом, осуществляется так называемый обратный ток или рекуперация энергии. Так как в соответствующем солнечном элементе в данном режиме нагрева ток идет в обратном направлении и в конечном счете он функционирует как один или несколько находящихся под нагрузкой в блокирующем направлении фотодиодов, становится ясно, что благодаря так называемому нагреванию обратным током внутри солнечного элемента происходит выделение тепла. При этом, как правило, осуществляется работа за счет обратно направленного тока, которая составляет до около 80 или 90% номинальной мощности или номинального тока соответствующего солнечного элемента, чтобы на всякий случай предотвратить причинение вреда и соответственно разрушение соответствующего р-п-перехода или солнечного элемента.

Во всяком случае, на соответствующем солнечном элементе или в солнечном элементе наблюдается температура, которая благодаря выделяемой мощности потерь, соответственно тепловой энергии, держится заметно выше 0°С и, следовательно, подходит для оттаивания в короткий срок слоя снега. Большей частью на поверхности соответствующего солнечного элемента создается температура в диапазоне между 1 и 5°С, предпочтительно около 3°С. Это может измеряться с помощью одного или нескольких датчиков наружной температуры или общих датчиков. При этом расход тока для оттаивания небольшой и необходимая для этого электрическая энергия регулярно вырабатывается за несколько дней (в целом менее чем за четыре дня). При этом в итоге коэффициент полезного действия, если смотреть на протяжении года, в здешних широтах существенно повышается, так как благодаря оттаиванию вообще устраняются возможные эффекты затенения или световые потери при падении солнечного света на солнечный элемент, если смотреть на протяжении года.

В этой связи особенно эффективно, если такая солнечная энергетическая установка смонтирована на крыше или крыше дома, так как с помощью системы управления в сочетании с одним или несколькими датчиками, а также одним или несколькими переключателями солнечная энергетическая установка, а с ней и крыша дома может находиться преимущественно свободной от снега. Таким образом, отпадают обычно учитываемые при статических расчетах крыш домов снеговые нагрузки и нужно принимать в расчет только длительные нагрузки на крышу, вызываемые монтажом солнечной энергетической установки. Они лежат заметно ниже тех нагрузок, которые обычно наблюдаются при снеговом покрове, находящемся на крыше. Фактически нагрузка на единицу площади для солнечной энергетической установки, предложенной согласно изобретению, составляет около 10-15 кг/м², в то время как в зависимости от географического места применения и от снегопадов, связанных с этим местом, снеговые нагрузки должны составлять до 50 или 60 кг/м².

Согласно изобретению теперь достаточно соответствующую крышу или поддерживающую поверхность, оборудованную описанной солнечной энергетической установкой, рассчитывать так, чтобы она

- 2 019233 могла надежно выдерживать только солнечную энергетическую установку. Дополнительная снеговая нагрузка и ее учет может соответственно не учитываться, так как предложенная согласно изобретению солнечная энергетическая установка поддерживает отдельный солнечный элемент или несколько собранных вместе модулей солнечных элементов полностью свободными от снега. Благодаря этому, например, при дополнительном оборудовании существующих крыш, в частности крыш залов, можно обеспечить, чтобы они не обрушились под возможными снеговыми нагрузками, которые до сих пор подлежали учету, так как с помощью такой солнечной энергетической установки вырабатывается не только электрическая энергия, но благодаря подводу тока в электрическую цепь солнечных элементов крыша удерживается свободной от снега и незамерзающей. Это удается без применения других компонентов нагревания. Благодаря этому в итоге обеспечивается схема для системы защиты от снега для модульных фотоэлектрических генераторов с помощью рекуперации и воспроизводства тепла отдельных элементов.

В этой связи подразумевается, что ток, подведенный в режиме нагрева к соответствующему солнечному элементу, лимитирован с помощью, например, ограничителя тока, чтобы предотвратить повреждение солнечного элемента. Большей частью это осуществляется так, что один или несколько датчиков регистрируют температуру поверхности соответствующего солнечного элемента, по меньшей мере, в режиме нагрева. В зависимости от значений температуры поверхности, направленных в систему управления, система управления с учетом ограничителя тока создает предпосылки того, что оговоренная температура удерживается в приведенном диапазоне (около от 1 до 5°С). Это может происходить путем регулирования.

Согласно предпочтительному исполнению соответствующий солнечный элемент располагается наклонно по отношению к горизонталям поддерживающей поверхности.

При этом наклон большей частью выбран таким образом, что угол наклона регулируется в диапазоне от 10 до 30°, преимущественно от 15 до 25°. Особенно предпочтительными оказались углы от около 15 или 20°, так как при таком угле наклона обеспечивается надежный отвод от солнечного элемента снега, соответственно слоя льда, находящихся на солнечном элементе, по пленке жидкости, сначала образовавшейся между снегом, соответственно слоем льда, и солнечным элементом. То есть такой угол наклона обеспечивает, что, например, снег или лед не образуются или не собираются на нижнем краю или кромке солнечного элемента со стороны ската. Выражаясь по-другому, подобного рода наклонные солнечные элементы отличаются выраженным эффектом самоочистки. Кроме того, обеспечивается, что соответствующий солнечный элемент после описанного оттаивания становится свободным как ото льда, так и снега. Благодаря этому он снова может быть переключен в режим выработки энергии. Для этого в солнечной энергетической установке, предложенной согласно изобретению, с помощью датчика снегопада заранее может быть установлено, что на поверхности не имеется больше никакого слоя снега или льда.

Чтобы сделать это возможным, датчик снегопада обычно выполнен в виде фотоячейки, в частности инфракрасной фотоячейки. При этом такой датчик снегопада или фотоячейка в обычном случае расположен на конце со стороны ската соответствующего солнечного элемента. Таким образом, с помощью датчика снегопада или реализованной в этом месте фотоячейки без труда можно устанавливать, имеется ли или еще нет снег или лед на данном конце солнечного элемента со стороны ската. Обычно на этом краю скапливается снег или лед, который расплавлен ранее. Если датчик снегопада больше не подает соответствующего сигнала, это значит, что данный солнечный элемент полностью свободен от снега и льда. Соответствующий сигнал от системы управления в этом отношении (в сочетании с другими данными опроса) теперь интерпретируется так, что в принципе можно снова обратно переключаться в режим выработки энергии.

В этом месте система управления обрабатывает большей частью еще другую информацию и данные датчиков. Так большей частью в системе управления заложен профиль, отражающий специфику места и/или времени года. Профиль, отражающий специфику места, учитывает, например, среднее количество снегопадов в месте монтажа, а именно в зависимости от календарного времени. Соответствующие значения поступают также в профиль, отражающий специфику времени года, который задает системе управления точную календарную дату, вместе с прогнозом в отношении следует ли в данный календарный день рассчитывать на снегопад и в утвердительном случае на сколько сантиметров.

В зависимости от этого перечня ответов при опросе система управления переводится в активированное или деактивированное состояние. Активированное состояние одновременно связано с тем, что наружная температура находится в определенном интервале температур, например составляет между -20 и +10°С. Если одно из этих условий не выполнено, система управления также не активируется.

Если, напротив, система управления находится в активированном состоянии, т.е. в зависимости от профиля, отражающего специфику места и профиля, отражающего специфику времени года, следует рассчитывать с определенной вероятностью на снегопад в данный календарный день (например, вероятность составляет более 30%) и температура находится в заданном интервале температуры (от -20 до +10°С), то постоянный опрос датчика снегопада ведет к тому, что отдельные или все солнечные элементы обогреваются в соответствии с потребностью.

Фактически принято указанное исполнение, при котором несколько солнечных элементов объеди

- 3 019233 йены в отдельные секторы солнечных элементов или модули солнечных элементов. Отдельные секторы солнечных элементов могут быть оборудованы соответственно отдельно переключателем. Как уже описано, переключатель служит для получения режима выработки энергии или режима нагрева. Благодаря этому возникает возможность, например, подавать выборочно с помощью системы управления энергию на крышу, оборудованную предложенной согласно изобретению солнечной энергетической установкой, таким образом, что в режим нагрева переводятся только отдельные выбранные секторы солнечных элементов, в то время как другие соседние секторы солнечных элементов эксплуатируются неизменно в режиме выработки энергии.

Соответствующее различие отдельных секторов солнечных элементов теперь в описанном примерном случае может определяться с помощью сигнала датчика снегопада при прочих одинаковых ответах при опросе (совпадающем с профилем, отражающим специфику места и времени года, а также с общей наружной температурой). Если, например, датчик снегопада, приданный соответствующим солнечным элементам, соответственно отдельным секторам солнечных элементов, распознает на поверхности в секторе солнечных элементов слой снега или льда, то система управления создает предпосылки для того, что сектор солнечных элементов со снежным покровом или слоем льда из режима выработки энергии переключается в режим нагрева. Кроме этого, система управления может создавать предпосылки для того, что отдельные секторы солнечных элементов в зависимости от сигнала датчика снегопада постепенно или также отдельно друг от друга обратно переводятся в режим выработки энергии, а именно в зависимости от того, достигнуто ли освобождение от снега или льда.

Таким образом, может реализоваться, так сказать, автоматика оттаивания, которая гибко и в соответствии с запросом подводит энергию к отдельным солнечным элементам, соответственно секторам солнечных элементов или модулям солнечных элементов, и в зависимости от перечня ответов на запросы переводит их в режим нагрева или режим выработки энергии. С этой целью только нужно, чтобы отдельные секторы солнечных элементов были оборудованы переключателем и также отдельным датчиком снегопада для возможности реализации отдельного подвода энергии.

В сравнении с этим, в целом можно вернуться к общему датчику наружной температуры для всей солнечной энергетической установки. Так как существенные колебания наружной температуры, если смотреть по всей поверхности солнечной энергетической установки, должны быть скорее невероятными. Однако естественно возможна также в рамках настоящего изобретения работа с несколькими датчиками наружной температуры, если нужно рассчитывать на отличающиеся фактически друг от друга наружные температуры в различных зонах солнечной энергетической установки. Во всяком случае, отдельные секторы солнечных элементов в регулярном случае, в смысле периодического включения, переводятся из режима выработки энергии в режим нагрева. Равным образом это действительно для обратного способа действия.

Это периодическое включение, соответственно переключение, обеспечивает, что расход тока в режиме нагрева повышается или снижается не ударным образом, а осуществляется ступенчато. При этом большей частью осуществляется так, что сначала энергия подводится к сектору солнечных элементов, который в области датчика снегопада имеет большую толщину слоя снега или льда. После этого энергия подводится к сектору со снеговым или ледяным покровом с меньшей толщиной слоя и т.д.

Отключение соответствующего сектора солнечных элементов или модуля солнечных элементов осуществляется в этом случае по мере изменения температуры, замеренной на его поверхности. При этом каждый отдельный сектор солнечных элементов может содержать по меньшей мере один датчик для измерения температуры поверхности. Благодаря этому соответствующий сектор солнечных элементов может индивидуально переключаться из режима выработки энергии в режим нагрева и обратно.

Предложенная согласно изобретению солнечная энергетическая установка может устанавливаться, например, на плоской или наклонной крыше с обрамлением. Благодаря этому без изменений и без проблем может использоваться поверхность крыши для того, чтобы отводить стекающую талую воду от отдельных солнечных элементов. Обогреваемый сточный желоб, соответствующий солнечному элементу или нескольким солнечным элементам, служит в целом для приема и направления талой воды, а также дождевой воды. В основном несколько солнечных элементов объединены в модуль солнечных элементов или сектор солнечных элементов или в цепочку солнечных элементов в продольном направлении. При этом такая цепочка солнечных элементов может иметь общий сточный профиль.

Сточный профиль предусмотрен со стороны ската на конце солнечного элемента или модуля солнечных элементов, соответственно цепочки солнечных элементов. Так как на этом конце со стороны ската также смонтирован датчик снегопада, датчик снегопада и сточный желоб находятся там в непосредственном соседстве. Фактически датчик снегопада в основном расположен на конце солнечного элемента со стороны ската, а именно с направлением зондирования вдоль поверхности этого края. Сточный желоб примыкает непосредственно к этому концу со стороны ската, так что образовавшаяся на солнечном элементе талая вода течет непосредственно в сточный желоб. То же действительно для остатков снега и льда, которые по пленке жидкости соскальзывают в сточный желоб. Чтобы этот сточный желоб мог надежно отводить таким способом образованную талую воду, соответственно снег или также обломки льда, сточный желоб располагает обогревом желоба. Энергия подается на нагреватель желоба от собст

- 4 019233 венного блока управления. В основном блок управления интегрирован в уже рассмотренную систему управления или питается от нее. При этом исполнение выполнено в целом так, что при активированной системе управления не только переключатель переводится из режима выработки энергии в режим нагрева. Блок управления нагревателя желоба одновременно создает предпосылки для того, что энергия подводится к нагревателю желоба по обеим сторонам, чтобы обеспечить, что образовавшаяся талая вода отводится непосредственно, без проблем и полностью. В основном блок управления создает предпосылки для того, чтобы нагрев желоба происходил или к нему подводилась энергия, даже если переключатель уже снова переведен снова в режим выработки энергии.

В частности, нагреватель желоба имеет для этого одну или несколько проволок сопротивления. При этом нагреватель желоба может быть интегрирован в сточный желоб. Согласно предпочтительному исполнению нагреватель желоба установлен на внутренней стенке сточного желоба. Разумеется, могут также комбинироваться также оба варианта друг с другом.

Установка нагревателя желоба на внутренней стенке сточного желоба осуществляется в основном таким образом, что проволока сопротивления крепится, например, на внутренней стенке с помощью проводящей тепло фольги. В случае фольги речь может идти о самоклеящейся металлической фольге, в частности самоклеящейся алюминиевой фольге. Таким образом, выделяемое такой проволокой тепло по поверхности переводится в металлическую фольгу и распространяется от металлической фольги точно также по обширной площади по сточному желобу, который в результате имеет в целом однородный температурный профиль. Благодаря этому обеспечивается нагрев практически всего сточного желоба, несмотря на то, что фактически нагревается лишь небольшая область в продольном направлении (проволока сопротивления).

В итоге обеспечивается солнечная энергетическая установка, с помощью которой может существенно повышаться общий коэффициент полезного действия, если рассматривать ее работу в течение года. Кроме того, солнечная энергетическая установка предоставляет значительную дополнительную выгоду, поскольку при ее монтаже на крыше дома не учитывается снеговая нагрузка, которая, как правило, подлежала учету при статическом расчете. Это удается благодаря тому, что предоставляется квазиавтоматизированная система оттаивания. Благодаря тому, что соответствующий солнечный элемент сохраняется свободным от снега и льда, необходимая нагрузка на крышу, соответственно расчет для соответствующей крыши, ограничивается тем, что она должна выдерживать данную солнечную энергетическую установку.

Впрочем, себя оправдало, если переключатель гальванически отделяет электрическую цепь солнечных элементов от электрической цепи подвода тока. С помощью гальванического разделения обеспечивается, что, например, носители зарядов не могут течь из электрической цепи солнечных элементов в электрическую цепь подвода тока и обратно. Это гальваническое разделение электрической цепи солнечных элементов от электрической цепи подвода тока следует рассматривать в связи с работой переключателя, который переводит солнечный элемент в режим выработки энергии либо в режим нагрева. Таким образом, одновременная выработка энергии и нагревание не возможны. Благодаря этому уменьшаются до минимума и, в частности, предотвращается рекомбинация носителей зарядов.

Переключатель содержит преобразователь постоянного тока в переменный, который в режиме выработки энергии преобразует электрическую энергию, генерируемую солнечным элементом. В регулярном случае преобразователь постоянного тока в переменный создает постоянное напряжение, обеспечиваемое соответствующим солнечным элементом, преобразует постоянное напряжение в переменное напряжение, которое подается во внешнюю электрическую цепь и улучшается. Наряду с преобразователем постоянного тока в переменный переключатель имеет элемент электроснабжения. Он служит для электроснабжения солнечного элемента в режиме нагрева. При этом преобразователь постоянного тока в переменный, с одной стороны, и элемент электроснабжения, с другой стороны, работают попеременно и благодаря гальваническому разделению совместная работа категорически невозможна.

Для переключения между преобразователем постоянного тока в переменный и элементом электроснабжения может дополнительно служить выключатель, предпочтительно реле или подобный выключатель (тиристор). К реле энергия подается непосредственно от системы управления. В зависимости от его положения переключатель находится либо в режиме выработки энергии, в котором электрическая энергия, выработанная соответствующим солнечным элементом, преобразуется с помощью преобразователя постоянного тока в переменный и подается во внешнюю электрическую цепь; либо преобразователь постоянного тока в переменный не находится в работе и элемент электроснабжения обеспечивает электроснабжение солнечного элемента. В этом случае солнечный элемент находится в режиме нагрева, а элемент электроснабжения снабжается электрической энергией из внешней электрической цепи.

Выключатель для переключения между преобразователем постоянного тока в переменный и элементом электроснабжения выполнен так, что описанный процесс переключения происходит без искрения. При этом конструкция выполнена так, что выключатель работает с (регулируемой) задержкой. То есть после окончания работы преобразователя постоянного тока в переменный ток переключение из режима выработки энергии в режим нагрева осуществляется не сразу, а с (регулируемой) задержкой. Аналогично происходит обратное переключение. Таким образом, преобразователь постоянного тока в пере

- 5 019233 менный ток в режиме выработки энергии сначала отключается от внешнего переменного напряжения и только потом подключается постоянное напряжение от элемента электроснабжения для режима нагрева с указанной задержкой. Аналогичным образом осуществляется обратный процесс. То есть после окончания нагревания или режима нагрева сначала с помощью выключателя отключается элемент электроснабжения, а потом с учетом (регулируемой) задержки происходит переключение на режим выработки энергии и преобразователь постоянного тока в переменный ток соединяется с внешней сетью электроснабжения.

Одновременно элемент электроснабжения может обеспечивать подачу электрической энергии на нагреватель желоба. При этом конструкция в основном выполнена так, что к нагревателю желоба энергия подводится непосредственно в режиме нагрева. К отдельным солнечным элементам, соответственно секторам солнечных элементов, электрическая энергия или постоянное напряжение подводится только постепенно, и они функционируют в виде панельных отопительных устройств. Благодаря этому требуемая и подлежащая подводу электрическая энергия постепенно повышается и осуществляется периодическое включение.

Ниже изобретение поясняется более подробно с помощью одного чертежа, представляющего пример осуществления.

Чертеж показывает предложенную согласно изобретению солнечную энергетическую установку в схематическом виде.

На чертеже изображена солнечная энергетическая установка, которая оборудована несколькими солнечными элементами 1. Фактически соответствующие солнечные элементы 1 объединены в секторы солнечных элементов или модули 2 солнечных элементов. В рамках примера осуществления можно видеть два модуля солнечных элементов или два сектора 2 солнечных элементов, соответственно две цепочки 2 солнечных элементов. Разумеется, возможно работать с еще большим количеством секторов солнечных элементов, соответственно модулей 2 солнечных элементов. Это, наконец, зависит от желаемого количества электрической энергии, выработанной с помощью солнечных элементов.

В представленном случае примера соответствующие солнечные элементы 1, соответственно модули 2, расположены на крыше, в данном случае на плоской крыше 3. Это, разумеется, необязательно. Так как солнечные элементы 1 могли бы монтироваться также на наклонной крыше или вообще на поддерживающей поверхности 3. Чтобы в случае представленной крыши, соответственно плоской крыши или крыши дома, обеспечить, что растаявший снег или растаявший лед надежно будет отводиться от отдельных солнечных элементов 1, отдельные солнечные элементы 1, соответственно модули солнечных элементов или секторы 2 солнечных элементов, располагают наклоном с углом наклона α по отношению к плоской крыше 3 соответственно определенных, таким образом, горизонталей.

Это наклон может быть определен с помощью угла наклона α, который в рамках примера может составлять между 10 и 30°. В данном случае угол наклона α составляет около 20°. Благодаря этому обеспечивается, что расплавленный снег или расплавленный лед надежно соскальзывает на водяной пленке, образовавшейся между снегом или льдом и соответствующим солнечным элементом 1, вдоль соответствующих солнечных элементов 1 и больше не остается на поверхности. Это в подробностях еще будет описано.

Наряду с отдельными солнечными элементами 1 солнечная энергетическая установка располагает подчиненным по меньшей мере одному соответствующему солнечному элементу 1 или нескольким солнечным элементам 1 либо соответствующему модулю 2 солнечных элементов переключателем 4, 5, 6. Данный переключатель 4, 5, 6 может изменять направление тока и переводить солнечную энергетическую установку в целом, соответственно солнечный элемент 1, в режим выработки энергии или режим нагрева. Обычно соответствующий солнечный элемент 1 и с ним вся солнечная энергетическая установка находится в режиме выработки энергии.

Переключатель 4, 5, 6 в деталях состоит из выключателя 4, соответственно на этом месте реализованного реле 4, элемента 5 электроснабжения и, наконец, преобразователя 6 постоянного тока в переменный. Преобразователь 6 постоянного тока в переменный служит, как обычно, для того, чтобы постоянное напряжение, поставляемое в распоряжение на выходе солнечным элементом 1 в режиме выработки энергии, преобразовывать в переменное напряжение, которое непосредственно при промежуточном включении счетчика 7 ампер-часов отдается электрическому предприятию 9 снабжения энергией или относящейся внешней электрической цепи 9. С этой целью преобразователь 6 постоянного тока в переменный и счетчик 7 ампер-часов, измеряющий выход солнечного элемента 1, формируют электрическую цепь 6, 7 солнечных элементов, которая в данном случае активирована реле 4, когда переключатель 4, 5, 6 в целом или относящийся солнечный элемент 1 находится в режиме выработки энергии.

Режим нагрева переключателя 4, 5, 6 реализуется также с помощью реле 4 переключателя 4, 5, 6, так что от предприятия энергоснабжения или внешней электрической цепи 9 при промежуточном включении другого счетчика 8 ампер-часов к элементу 5 электроснабжения подается энергия для электроснабжения солнечного элемента 1. В случае элемента 5 электроснабжения речь идет о трансформаторе, включая выпрямитель. Он преобразует на входной стороне переменное напряжение от предприятия 9

- 6 019233 энергоснабжения в постоянное напряжение, которое требуется для подачи на один или все солнечные элементы 1. Одновременно элемент 5 электроснабжения имеет (на выходной стороне) ограничитель тока, который обеспечивает, что постоянный ток на выходной стороне для подачи солнечным элементам 1 в режиме нагрева не превышает, например, номинального тока солнечных элементов. Благодаря этому обеспечивается, что солнечные элементы 1 в режиме нагрева не повреждаются и только функционируют в качестве панельных отопительных устройств, что в деталях было описано во введении.

Как уже пояснялось, выключатель 4, соответственно реализованное в этом месте реле 4, создает предпосылки для того, что переключатель 4, 5, 6 и соответственно этому вся представленная солнечная энергетическая установка приводится в действие либо в режиме выработки энергии либо в режиме нагрева. Для этого переключатель 4 соединяет либо электрическую цепь 6, 7 солнечных элементов либо электрическую цепь 5, 8 подвода тока с данными солнечными элементами 1. Это происходит с учетом (регулируемой) задержки времени. То есть при переключении от, например, электрической цепи 6, 7 солнечных элементов на электрическую цепь 5, 8 подвода тока электрическая цепь 6, 7 солнечных элементов сначала отделяется от солнечного элемента 1 или солнечного элемента 1 от внешней электрической цепи 9. Только после определенной и регулируемой задержки времени выключатель 4 создает предпосылки для того, что солнечный элемент 1 соединяется с электрической цепью 5, 8 подвода тока. Равным образом это действительно для обратного способа действия.

В режиме нагрева теперь солнечные элементы соответственно в состоянии расплавлять находящийся на них снег или возможный лед. Так как благодаря подаче энергии с помощью постоянного напряжения на выходной стороне элемента 5 электроснабжения при учете ограничения тока соответствующему солнечному элементу 1 энергия подается таким образом, что проходящий электрический ток преобразуется в тепло потерь, которое со своей стороны обеспечивает желаемый эффект таяния.

С этой целью реализовано несколько датчиков 10, 11, которые присоединены к системе 12 управления. В случае датчиков 10, 11 речь идет, с одной стороны, о датчике 10 наружной температуры и, с другой стороны, о датчике 11 снегопада. Датчик 11 снегопада выполнен в виде фотоячейки, которая работает с инфракрасным светом. Датчик снегопада или фотоячейка 11 находится на концевой стороне ската кромки солнечного элемента 1 или модуля 2 солнечных элементов. Таким образом, датчик 11 снегопада в состоянии обнаруживать снег или возможные остатки льда, скопившиеся с концевой стороны наклонной поверхности модуля 2 солнечных элементов. Итак, как только фотоячейка датчика 11 снегопада будет разомкнута или датчик 11 снегопада обнаружит снег или лед на концевой со стороны ската кромке модуля 2 солнечных элементов, системе 12 управления подается соответствующий сигнал. Одновременно датчик 10 наружной температуры измеряет господствующую наружную температуру.

Кроме того, в системе 12 управления предварительно были собраны другие данные, как то отражающий специфику места и/или отражающий специфику времени года профиль для места установки. Этот профиль позволяет, например, делать прогнозы о соответствующей вероятности снега или льда в данный календарный день. Таким образом, возможно, что, например, 15 января каждого года в определенном месте Германии вероятность снегопада или образования льда составляет около 30%. Это существует в системе 12 управления в примерном случае.

Если теперь еще дополнительно к этой приведенной вероятности датчик 10 наружной температуры регистрирует наружную температуру, которая, например, лежит в диапазоне между - 20 и +10°С, то активируется вся солнечная энергетическая установка, соответственно система 12 управления, или переводится в состояние готовности. Поскольку дополнительно один или несколько датчиков 11 снегопада сообщают о снеге или льде, выбирается режим нагрева. Это означает, что сначала система 12 управления подает энергию реле 4 переключателя 4, 5, 6, таким образом включается режим нагрева. В качестве следствия этого в представленном примере активированная электрическая цепь 6, 7 солнечных элементов деактивируется и соответственно этому электрическая цепь 5, 8 подвода тока замыкается с элементом 5 электроснабжения и принадлежащим счетчиком 8 расхода. Благодаря этому электрическая энергия, поставленная в распоряжение предприятием 9 энергоснабжения, через счетчик ампер-часов или счетчик 8 расхода и элемент 5 электроснабжения поступает в соответствующий солнечный элемент 1. То есть происходит рекуперация электрической энергии и нагревание соответствующего солнечного элемента 1 в результате тепла потерь, возникающего в солнечном элементе 1. Одновременно ток подается в нагреватель 13 желоба в сточном желобе 14.

Фактически соответственно находится сточный желоб 14, который придан одному или нескольким модулям солнечных элементов 2. При этом соответствующий сточный желоб 14 предусмотрен с концевой стороны ската относящегося модуля 2 солнечных элементов и присоединен к модулю 2 солнечных элементов. Как уже пояснялось, соответствующий сточный желоб 14 располагает нагревателем 13 желоба. Нагреватель 13 желоба состоит в примере осуществления из проволок 13 сопротивления. В рамках представленного реализованы две проволоки 13 сопротивления, которые образуют нагреватель 13 желоба.

Детальное решение выглядит так, что соответствующий сточный желоб 14 в продольной протяженности присоединен к концевой кромке со стороны ската солнечного элемента 1 или относящегося модуля 2 солнечных элементов. Сточный желоб 14 в поперечном сечении выполнен корытообразным. На или

- 7 019233 в его основании установлены отдельные проволоки 13 сопротивления. С этой целью проволоки 13 сопротивления соответственно термически соединены с донной частью сточного желоба 14. Для этого изобретение предлагает, что соответствующая проволока 13 сопротивления с помощью металлической фольги, перекрывающей ее и создающей тепловой контакт с донной частью сточного желоба 14, закреплена на данной донной части. В случае металлической фольги речь идет об алюминиевой фольге, которая может быть выполнена самоклеящейся. Во всяком случае, сточный желоб 14 обогревается с помощью нагревателя 13 желоба, как только переключатель 4, 5, 6 получит при изменении направления тока режим нагрева или находится в режиме нагрева. Это же действительно в случае также всей солнечной энергетической установки.

Можно видеть, что в электрическую цепь нагревателя 13 желоба включен собственный блок 15 управления. Этот блок 15 управления создает предпосылки для того, что солнечная энергетическая установка или переключатель 4, 5, 6 в режиме нагрева обеспечивает, что сточный желоб 14 обогревается. Кроме того, блок 15 управления обеспечивает, что данный нагреватель 13 желоба при необходимости снова отключается с (регулируемой) задержкой. Эта регулируемая временная задержка предусматривает в расчете то обстоятельство, что, например, после переключения переключателя 4, 5, 6 из режима нагрева снова в режим выработки энергии, тем не менее, сточный желоб 14 должен еще транспортировать оттаявший снег или лед. То есть сточный желоб в таком случае должен еще дальше подогреваться с помощью подогрева 13 желоба, чтобы гарантировать отвод всего снега, соответственно всего льда. Это обеспечивает блок 15 управления. При этом блоку 15 управления внутри сточного желоба 14 может быть придан собственный датчик.

Как только этот датчик сообщит, что в сточном желобе 14 больше нет никакого снега или льда, блок 15 управления соответственно информируется и устраивает так, что только в этом случае отключается нагреватель 13 желоба для сточного желоба 14. К этому моменту времени остальная солнечная энергетическая установка или переключатель 4, 5, 6 уже снова может находиться в режиме выработки энергии.

При включении одного или нескольких секторов солнечных элементов или отдельных модулей 2 солнечных элементов система 12 управления осуществляет выбор, а именно в зависимости от данных датчиков 10, 11. Если в рамках описанного примера следует рассчитывать с вероятностью 30% на снегопад и наружная температура находится в названном диапазоне между - 20 и +10°С, то солнечная энергетическая установка, как описано, активируется и переводится в состояние готовности. Как только в этом состоянии датчик 11 снегопада подаст сигнал, переключатель 4, 5, 6 переключится из режима выработки энергии в режим нагрева. Одновременно энергия подается нагревателю 13 желоба.

При этом так осуществляется, что соответственно модуль 2 солнечных элементов или оба модуля 2 солнечных элементов нагреваются, а именно в зависимости от того один ли из этих обоих 2 модулей солнечных элементов или оба подали сигнал.

То есть решающим является, имеется ли на поверхности данного модуля 2 солнечных элементов с концевой стороны ската снежный покров или ледяное покрытие. Тогда в этом случае к данному покрытому снегом или льдом модулю 2 солнечных модулей с помощью элемента 5 электроснабжения подается названное постоянное напряжение. Это происходит постепенно.

То есть сначала энергия может подаваться левому модулю 2 солнечных элементов с помощью элемента 5 электроснабжения для электроснабжения соответствующих солнечных элементов 1 в режиме нагрева. После чего в этом случае в противоположность этому энергия подается правому модулю 2 солнечных элементов.

При этом изобретение предусматривает, что с помощью системы 12 управления, соответственно датчика 11 снега, сначала работает модуль солнечных элементов или сектор 2 солнечных элементов в качестве устройства панельного отопления, в котором датчик 11 снегопада определил толщину падающего снега большей величины. После чего энергия подается модулю солнечных элементов или сектору 2 солнечных элементов, который в противоположность этому имеет меньшую толщину снежного слоя или слоя льда и т.д. Таким образом, предотвращаются пики тока и напряжения при снятии электрической энергии со стороны предприятия 9 энергоснабжения. Кроме того, осуществляется направленный точно подвод энергии секторам 2 солнечных элементов, которые имеют максимальный снежный или ледяной покров, в качестве первых, причем в этом случае остальные сектора 2 обогреваются постепенно.

В описанном режиме нагрева температуры поверхности соответствующего солнечного элемента 1 регулируются в диапазоне между +1 и 5°С. Для этого могут быть реализованы дополнительные датчики 10' температуры поверхности, замеренные значения температуры точно также передаются системе 12 управления и здесь обрабатываются. Большей частью энергия подается от системы 12 управления элементу 5 электроснабжения в смысле регулировки, чтобы регулировать соответствующий диапазон для температуры поверхности солнечного элемента 1. Также может рассматриваться и нагреватель 13 желоба.

В солнечных элементах 1 речь идет о монокристаллических или поликристаллических солнечных элементах 1, которые в регулярном случае изготовлены из кремния. В принципе могут применяться как

- 8 019233 монокристаллические, так и поликристаллические солнечные элементы 1. Все солнечные элементы 1 или отдельные модули солнечных элементов, соответственно секторы 2 солнечных элементов, соответственно с обрамлением смонтированы на плоской крыше 3. Благодаря этому плоская крыша 3 может использоваться в сочетании с одним или несколькими сточными желобами 14, чтобы отводить талую воду, соответственно снег и лед. С помощью реализованного обрамления в распоряжении может предоставляться вообще плавающая установка солнечных элементов 1, которая как выравнивает температурные эффекты, так и пригодна воспринимать ветер.

Claims (11)

1. ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ

   1. Способ работы солнечной энергетической установки, содержащей по меньшей мере один солнечный элемент (1) и по меньшей мере один переключатель (4, 5, 6), выполненный с возможностью изменения направления тока и получения режима выработки энергии или режима нагрева, а также один или несколько датчиков наличия снега (11), причем датчики (11) и переключатель (4, 5, 6) соединены с общей системой (12) управления, которая выполнена с возможностью переводить переключатель (4, 5, 6) в режим выработки энергии или режим нагрева в зависимости от измеренных величин, зарегистрированных с помощью датчиков (11), при этом один или несколько указанных солнечных элементов (1) снабжены по меньшей мере одним нагреваемым сточным желобом (14), расположенным на краю указанного солнечного элемента (1) или модуля солнечных элементов (2) со стороны ската и снабженным нагревателем (13) желоба, подключенным к блоку (15) управления, которым управляет система (12) управления, причем указанный способ включает перевод энергетической установки из режима выработки энергии в режим нагрева с одновременным включением нагревателя (13) желоба с тем, чтобы обеспечить отвод образовавшейся талой воды, причем нагреватель (13) желоба блоком управления (15) может приводиться в состояние работы даже, если переключатель (4, 5, 6) переключен в режим выработки энергии.
2. 2. Способ по п.1, отличающийся тем, что солнечный элемент (1) изготовлен из монокристаллического и/или поликристаллического полупроводника.
3. 3. Способ по п.1 или 2, отличающийся тем, что переключатель (4, 5, 6) гальванически изолирует электрическую цепь (6, 7) солнечных элементов от электрической цепи (5, 8) подачи энергии.
4. 4. Способ по любому из пп.1-3, отличающийся тем, что переключатель (4, 5, 6) содержит преобразователь (6) постоянного тока в переменный ток для преобразования электрической энергии, выработанной солнечным элементом (1) в режиме выработки энергии, а также элемент (5) электроснабжения для электроснабжения солнечного элемента (1) в режиме нагрева, которые работают попеременно.
5. 5. Способ по любому из пп.1-4, отличающийся тем, что несколько солнечных элементов (1) объединены в отдельные секторы (2) солнечных элементов или солнечные модули (2), каждый из которых снабжен переключателем элементом (4, 5, 6) для получения режима выработки энергии или режима нагрева.
6. 6. Способ по любому из пп.1-5, отличающийся тем, что система (12) управления управляет реле (4) или аналогичным выключателем (4) в качестве составной части переключателя (4, 5, 6) с тем, чтобы подключать к солнечному элементу (1) преобразователь (6) постоянного тока в переменный ток либо элемент (5) электроснабжения.
7. 7. Способ по любому из пп.1-6, отличающийся тем, что установка размещена на крыше (3) при необходимости с промежуточной опорой.
8. 8. Способ по любому из пп.1-7, отличающийся тем, что нагреватель (13) желоба содержит одну или несколько проволок-сопротивлений (13).
9. 9. Способ по любому из пп.1-8, отличающийся тем, что нагреватель (13) желоба встроен в сточный желоб (14) и/или установлен на внутренней стенке.
10. 10. Способ по любому из пп.1-9, отличающийся тем, что солнечный элемент установлен с наклоном (α) по отношению к горизонтали или поддерживающей поверхности (3).
11. 11. Способ по п.10, отличающийся тем, что солнечный элемент установлен с наклоном (α) по отношению к горизонтали или поддерживающей поверхности около 10-30°, предпочтительно около 15-25°.