WO2008025461A2 - Solaranlage - Google Patents

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Definitions

  • the invention relates to a solar system, with the features according to the preamble of claim 1.
  • Solar modules of limited size can be pivoted, for example, in horizontal and vertical direction and tracking the position of the sun. In this way, an at least approximately rectangular incidence of the sun's rays on the irradiation side of the solar modules can be ensured.
  • the invention has the object of developing a generic solar system such that their cost-effectiveness is permanently ensured.
  • the solar system has a Befläßungsstrom, which is provided for generating a forming on the irradiation side of the solar modules, the environment open towards flowing liquid film in particular of water. Dispensing with a glass cover or the like, the flowing liquid film as a thin layer covers the irradiation side of the solar modules and prevents dirt from settling. Dust or the like is carried away with the liquid film. Dusty wind or other environmental influences are kept away from the irradiation side of the solar modules by means of the liquid film, whereby surface abrasion is avoided.
  • the lack of a transparent cover also increases the light transmittance.
  • the liquid film has a cooling effect on the solar modules, which is supported by a more or less pronounced evaporation rate of the open liquid film in the form of evaporative cooling. Overall, the efficiency and thus the efficiency of the solar system is significantly increased and permanently secured at a high level.
  • means for forming a uniform liquid film are provided, in particular in the form of surfactants in the liquid film and / or in the form of a surface structuring of the irradiation side. Surfactants and / or a sharkskin or lotus effect structuring avoid the formation of water pearls or individual flow noses. It can be very thin, highly transparent liquid films are generated, which overflow the solar modules over the entire surface without interruption.
  • a plurality of solar modules are jointly covered by a continuous, transparent film web.
  • the result is a closed, liquid-tight surface, on the outside of the liquid film flows.
  • the film web produces not only a sealing of the solar modules with respect to the liquid film but also a surface smoothing. Additional measures for surface treatment with regard to evenness and tightness of the solar modules can be dispensed with.
  • the layout is simple in construction and effective.
  • an at least approximately closed row of flat nozzles for the liquid for forming the liquid film is arranged in the region of an upper edge of the arrangement of solar modules.
  • the liquid When exiting the flat nozzles, the liquid already has at least approximately the shape of the desired flowing liquid film. Additional distribution or deflection measures of the liquid flow can be dispensed with.
  • a collecting channel for the liquid of the liquid film is advantageously provided. The liquid collected there can in particular be fed to a closed liquid circuit and pumped back to the upper nozzles. The water or liquid consumption is limited to the compensation of evaporation losses or the like ..
  • a heat exchanger in particular for selectively cooling or heating the liquid of the liquid film, is arranged in the closed liquid circuit.
  • the evaporation cooling of the liquid film is supported by an additional cooling means of the heat exchanger.
  • the liquid circuit can be heated, which is at least so pronounced that the heated liquid film keeps the solar system free of snow and ice. In addition to the pure antifreeze function, this ensures that the system delivers suitable electrical power even on sunny frosty days.
  • a secondary circuit of the heat exchanger water wherein the water of the secondary circuit is guided by serving as a heat storage water tank, in particular in the form of a swimming pool.
  • the solar system according to the invention supplies, in addition to electrical energy, also heat energy which has been taken from the circulation loop and stored in the water tank. stores.
  • a large amount of water in the water tank as given in particular in a swimming pool, a large amount of heat can be stored.
  • This amount of heat can be supplied to any use, for example, by hot water or for use as a tempered pool.
  • the stored heat energy is suitable to keep the solar system according to the invention ice-free on frosty days.
  • a hinge arrangement is expediently arranged in the region of a first edge of the building along it, the means for adjusting the angle being provided in the area of the opposite second edge of the building.
  • the roof of the building as Pult roof running, the roof surface is inclined to the sunny side.
  • the roof surface is inclined to the sunny side.
  • at least almost the entire base area of the building or even - with appropriate projections - an even larger area can be covered with solar modules. This takes into account the fact that the investment costs increase disproportionately with the targeted solar area.
  • the available floor space of the building is maximally utilized, whereby the profitability of the plant is increased.
  • the angle of the arrangement of solar modules relative to the horizontal is advantageously adjustable in a range of from 20 ° to 90 ° inclusive. In central European latitudes, the angular range is suitably between 25 ° and 45 ° inclusive. This has proven to be a good compromise between the desired solar radiation angle and structural aspects such as wind load or the like. exposed.
  • the lower swivel angle of about 20 ° to 25 ° also leaves below the solar system a free space that can be used for installation components and for maintenance or repair work.
  • Fig. 1 is a perspective schematic view of a
  • FIG. 2 is a side view of the arrangement of FIG. 1 with details of the water cycle of the flow system and a secondary circuit for charging a heat storage.
  • Fig. 1 shows a perspective schematic view of a building 18, the roof 17 is executed in the illustrated embodiment as a pent roof. It can also be a saddle roof or the like. be appropriate. Building 18 is located in the northern hemisphere. The roof surface of the pent roof 17 is oriented at least approximately to the south against the midday sun. Analogous to this, an orientation to the north is to be provided for in the southern hemisphere. On the pent roof 17 a support structure 22 is arranged with the same orientation to the direction of the sky, which corresponds in its base at least approximately the roof surface of the pent roof 17.
  • the support structure 22 is part of a solar system and carries a plurality of photovoltaic, arranged in a plane of the support structure 22 solar modules 1, which in turn each comprise a plurality of interconnected solar cells 31.
  • the mounted by means of the support structure 22 on the roof 17 of the building 18 arrangement of solar modules 1 is inclined at an angle ⁇ to the horizontal.
  • the angle ⁇ is adjustable in a manner described in more detail below in an angular range between a lower angle Cx 1 and an upper angle ⁇ 2 .
  • an irradiation side 2 of the solar modules 1 faces the sun at least over a large part of its daytime running.
  • the solar system has a Befläßungsstrom 3, which is for generating a on the irradiation side 2 of the solar 1 module forming, open to the environment flowing fluid film 4 is provided.
  • a Befläßungsstrom 3 which is for generating a on the irradiation side 2 of the solar 1 module forming, open to the environment flowing fluid film 4 is provided.
  • water is selected in the exemplary embodiment shown, which is mixed with surfactants in order to homogenize its flow.
  • the liquid film 4 is part of an indicated closed liquid circuit 11.
  • an at least approximately closed row of flat nozzles 8 is arranged. From the flat nozzles 8, the water provided with surfactants is discharged onto the irradiation side 2 of the solar modules 1.
  • the liquid film 4 is open to the environment, so not covered. Contaminated dirt such as dust or the like. is carried away with the liquid film 4 to the gutter 10 and can be filtered out, for example, by a filter, not shown, from the closed liquid circuit 11. At the same time, the liquid film 4 exerts a protective function for the solar modules 1 with their photovoltaic solar cells 31 against abrasive environmental influences. In addition, the formation of the liquid film 4 which is open towards the environment produces an evaporation rate which cools the liquid film 4. In the closed liquid circuit 11, a schematically indicated heat exchanger 12 is provided, which also produces a cooling of the water or the liquid film 4. The cooled liquid film 4 cools the solar cells 31 and thus increases their electrical efficiency.
  • a schematically indicated surface structuring 5 of the irradiation side 2 is provided.
  • This is applied in the embodiment shown on the outside of a closed, liquid-tight, but translucent film web 6. It can be embodied, for example, in sharkskin and lotus effect structuring, and prevents tearing of the liquid film even in the case of very thin formation.
  • the film web 6 covers in the embodiment shown all over the entire solar modules 1 from. It can also be an arrangement of several, narrower film webs 6 expedient, for example, welded or glued together and cover the arrangement of solar modules 1 over the entire surface.
  • the film web 6 is directly on the solar modules 1 and separates the flowing down on its outside liquid film 4 of the solar modules. 1
  • FIG. 2 shows a schematic side view of the building 18 according to FIG. 1.
  • the support structure 22 for the solar modules 1 is pivotally mounted by means of a hinge assembly 19 to a first building edge 20.
  • the hinge axis of the hinge assembly 19 extends longitudinally to the first building edge 20.
  • the first edge of the building 20 lies in the region of the lower end of the sloping pent roof 17.
  • the hinge arrangement 19 is by means of a Drempels 32nd raised relative to the roof surface of the pent roof 17.
  • An opposite second building edge 21 in the upper region of the pent roof 17 carries means 15 for adjusting the angle ⁇ of the arrangement of solar modules 1 with respect to the horizontal.
  • the means 15 are formed in the embodiment shown as a hydraulic cylinder 16.
  • FIG. 2 The side view of FIG. 2 it can be seen that from the collecting channel 10, a pipe 23 goes out, is passed through a heat exchanger 12 and ends in a manifold 24. From the manifold 24 go flexible hose lines 26, which open into the individual flat nozzles 8 (Fig. Downstream of the heat exchanger 12 is a Pump 25 is arranged, which conveys the liquid collected in the gutter 10 through the pipe 23 to the heat exchanger 12 and pumps to the flat nozzles 8. The liquid emerging there forms the liquid film 4, which flows down on the irradiation side 2 of the solar modules 1 under the influence of the force of gravity and is collected again in the collecting channel 10 to form the closed liquid circuit 11.
  • the heat exchanger 12 is provided for selectively cooling or heating the liquid of the liquid film 4.
  • a secondary circuit 13 is passed through the heat exchanger 12, circulates in the water.
  • Part of the secondary circuit 13 is a water tank 14 with a stored water supply 30 and a flow line 28 and a return line 29.
  • a pump 27 is arranged, which sucks water from the water supply 30, pumped through the heat exchanger 12 and the return line 29 back into the water supply 30 promotes.
  • a heat exchange between the closed liquid circuit 11 of the Bef concentratedungsstrom 3 and the water of the secondary circuit 13 takes place.
  • the water supply 30 may be a service water supply.
  • the water tank 14 is a swimming pool, whose capacity for the water supply 30 is in the range of 100 m 3 or more.
  • the solar modules 1 heat up under the influence of the irradiation.
  • the solar modules 1 are cooled, while the liquid film 4 heats up.
  • the stored in the water of the liquid film 4 heat energy is transferred by means of the heat exchanger 12 to the water of the secondary circuit 13, whereby the serving as a heat storage water supply 30 is heated to operating temperature.
  • the heat exchanger 12 can conversely also be used for heating the closed liquid circuit 11.
  • warm water can be pumped from the water supply 30 through the heat exchanger 12, whereby the cooler water of the liquid circuit 11 and thus the liquid film 4 are heated to a sufficient level.
  • the optional feed or removal of thermal energy from the water supply 30 leads to a temperature fluctuation.
  • a sufficiently large volume as is the case for example with a swimming pool, and with the assistance of a suitable thermal insulation, the temperature fluctuations in the water supply 30, however, can be kept so low that at least approximately a year-round use for bathing operation without external heating is possible.

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Solaranlage mit einer Anordnung von schräg zur Horizontalen ausgerichteten photovoltaischen Solarmodulen (1), die mit einer Bestrahlungsseite (2) der Sonne zugewandt sind. Die Solaranlage weist eine Befließungsanlage (3) auf, die zur Erzeugung eines sich auf der Bestrahlungsseite (2) der Solarmodule (1) ausbildenden, zur Umgebung hin offenen fließenden Flüssigkeitsfilmes (4) insbesondere aus Wasser vorgesehen ist.

Description

Solaranlage
Die Erfindung betrifft eine Solaranlage , mit den Merkmalen nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
Solaranlagen mit photovoltaischen Solarmodulen erzeugen unter Sonneneinstrahlung elektrische Energie, die direkt einem Verbraucher zugeführt oder ins öffentliche Stromnetz eingespeist werden kann. Sonnenenergie ist zwar kostenfrei verfügbar, der niedrige Wirkungsgrad heute bekannter photo- voltaischer Solarmodule erfordert jedoch hohe Investitionsund Unterhaltskosten, die die Wirtschaftlichkeit von photovoltaischen Solaranlagen einschränkt. Insbesondere in höheren Breitengraden, wo geographisch und meteorologisch bedingt nur eine begrenzte Sonnenscheindauer zur Verfügung steht, sind vergleichsweise große, kostenintensive Solaranlagen zur Gewinnung einer gewünschten mittleren elektrischen Energiemenge erforderlich.
Zur Steigerung des Wirkungsgrades und damit zur Senkung der Kosten sind zahlreiche Maßnahmen bekannt. Solarmodule beschränkter Größe können beispielsweise in Horizontal- und Vertikalrichtung geschwenkt und dem Sonnenstand nachgeführt werden. Hierdurch kann ein zumindest näherungsweise rechtwinkliger Einfall der Sonnenbestrahlung auf die Bestrahlungsseite der Solarmodule sichergestellt werden.
Windlasten und andere Einflüsse beschränken jedoch die Größe der schwenkbar ausgeführten Solarmodule. Bei großflächigeren Anlagen beispielsweise auf Gebäudedächern wird eine in südlicher Richtung geneigte Dachschräge zur Montage der Solarmodule genutzt. Die Ausrichtung schräg zur Horizontalen erzeugt eine Sonnenbestrahlung, die zumindest im Mittel nicht übermäßig weit von der gewünschten rechtwinkligen Bestrahlung abweicht.
Als weiterer einschränkender Faktor für die elektrische Stromausbeute ist der Wirkungsgradverlust bei steigender Modultemperatur bekannt. In zahlreichen aus dem Stand der Technik bekannten Anordnungen wird deshalb eine aktive Kühlung der Solarmodule durch einen Wasserkreislauf vorgeschlagen. An der Rückseite oder im Inneren der Solarmodule sind Kühlschlangen angeordnet, die von Wasser durchströmt werden, und die die Betriebstemperatur der Solarmodule zur Steigerung des Wirkungsgrades herabsenken. Des Weiteren sind auch Anordnungen bekannt, bei denen die Bestrahlungsseite der Solarmodule von einer transparenten Platte abgedeckt ist. Zwischen der transparenten Platte und dem Solarmodul wird Kühlwasser durchgeleitet . Die Kühlwirkung hierbei ist jedoch insbesondere dadurch beschränkt, dass die Sonnenstrahlung vor dem Auftreffen auf die Solarmodule durch die Kühlwasserschicht dringen muss . Ein Teil der Sonnenstrahlung wird dadurch resorbiert, was einerseits den Energieeintrag in die Solarzellen verringert und andererseits das Kühlwasser zusätzlich erwärmt.
Allen vorbekannten photovoltaischen Solaranlagen ist gemein, dass sie der Witterung ausgesetzt sind, wodurch Verschmutzung und Abrasion der Oberfläche entsteht. Zur Erhaltung des Wirkungsgrades ist eine regelmäßige, arbeitsintensive Oberflächenreinigung der Solarmodule erforderlich. Auch bei gründlicher Reinigung ist jedoch eine Ober- flächendegradation durch Umwelteinflüsse hinzunehmen, die im Laufe der Zeit den Wirkungsgrad und damit die Wirtschaftlichkeit der Solaranlage verringert .
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine gattungs- gemäße Solaranlage derart weiterzubilden, dass ihre Wirtschaftlichkeit dauerhaft sichergestellt ist.
Diese Aufgabe wird durch eine Solaranlage mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst.
Es wird vorgeschlagen, dass 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. Unter Verzicht auf eine Glasabdeckung oder dgl. deckt der fließende Flüssigkeitsfilm als dünne Schicht die Bestrahlungsseite der Solarmodule ab und verhindert, dass sich Schmutz festsetzt. Staub oder dgl. wird mit dem Flüssigkeitsfilm fortgetragen. Staubiger Wind oder andere Umwelteinflüsse werden mittels des Flüssigkeitsfilmes von der Bestrahlungsseite der Solarmodule ferngehalten, wodurch Oberflächenabrasion vermieden ist. Der Verzicht auf eine transparente Abdeckung steigert darüber hinaus die Lichtdurchlässigkeit. Der Flüssigkeitsfilm wirkt kühlend auf die Solarmodule ein, was durch eine mehr oder weniger stark ausgeprägte Verdunstungsrate des offenen Flüssigkeitsfilmes in Form von Verdunstungskälte unterstützt wird. Insgesamt ist der Wirkungsgrad und damit die Wirtschaftlichkeit der Solaranlage deutlich gesteigert und dauerhaft auf hohem Niveau sichergestellt. In bevorzugter Weiterbildung sind Mittel zur Ausbildung eines gleichmäßigen Flüssigkeitsfilmes insbesondere in Form von Tensiden im Flüssigkeitsfilm und/oder in Form einer Oberflächenstrukturierung der Bestrahlungsseite vorgesehen. Tenside und/oder eine Haihaut- bzw. Lotuseffektstruktu- rierung vermeiden die Bildung von Wasserperlen oder einzelnen Fließnasen. Es können sehr dünne, hochgradig lichtdurchlässige Flüssigkeitsfilme erzeugt werden, die die Solarmodule vollflächig ohne Unterbrechung überfließen.
In einer zweckmäßigen Ausführung sind mehrere Solarmodule gemeinsam von einer durchgehenden, transparenten Folienbahn überdeckt. Es entsteht eine geschlossene, flüssigkeits- dichte Oberfläche, auf deren Außenseite der Flüssigkeitsfilm fließt. Die Folienbahn erzeugt neben einer Abdichtung der Solarmodule gegenüber dem Flüssigkeitsfilm auch eine Oberflächenglättung. Auf zusätzliche Maßnahmen zur Oberflächenbehandlung hinsichtlich Ebenheit und Dichtigkeit der Solarmodule kann verzichtet werden. Die Anordnung ist einfach im Aufbau und wirkungsvoll .
In einer bevorzugten Ausführung ist im Bereich einer Oberkante der Anordnung von Solarmodulen eine zumindest näherungsweise geschlossene Reihe von Flachdüsen für die Flüssigkeit zur Ausbildung des Flüssigkeitsfilmes angeordnet. Beim Austritt aus den Flachdüsen hat die Flüssigkeit bereits zumindest näherungsweise die Form des gewünschten fließenden Flüssigkeitsfilmes. Auf zusätzliche Verteilungs- bzw. Umlenkungsmaßnahmen des Flüssigkeits- stromes kann verzichtet werden. Im Bereich einer Unterkante der Anordnung von Solarmodulen ist vorteilhaft eine Auffangrinne für die Flüssigkeit des Flüssigkeitsfilmes vorgesehen. Die dort aufgesammelte Flüssigkeit kann insbesondere einem geschlossenen Flüssigkeitskreislauf zugeführt und zu den oberen Düsen zurückgepumpt werden. Der Wasser- bzw. Flüssigkeitsverbrauch beschränkt sich auf den Ausgleich von Verdunstungsverlusten oder dgl ..
Vorteilhaft ist im geschlossenen Flüssigkeitskreislauf ein Wärmetauscher insbesondere zum wahlweise Kühlen oder Erwärmen der Flüssigkeit des Flüssigkeitsfilmes angeordnet. Bei starker Sonneneinstrahlung und der damit einhergehenden Erwärmung der Solarmodule wird die Verdunstungskälte des Flüssigkeitsfilmes durch eine zusätzliche Kühlung mittels des Wärmetauschers unterstützt. Bei kalten Umgebungsbedingungen insbesondere im Winter kann umgekehrt eine Erwärmung des Flüssigkeitskreislaufes erfolgen, die zumindest so stark ausgeprägt ist, dass der erwärmte Flüssigkeitsfilm die Solaranlage frei von Schnee und Eis hält. Über die reine Frostschutzfunktion hinaus ist dadurch sichergestellt, dass die Anlage auch an sonnigen Frosttagen eine geeignete elektrische Leistung liefert.
In einer vorteilhaften Ausführungsform enthält ein Sekundärkreislauf des Wärmetauschers Wasser, wobei das Wasser des Sekundärkreislaufes durch einen als Wärmespeicher dienenden Wasserbehälter insbesondere in Form eines Schwimmbeckens geführt ist. Bei hinreichender Sonneneinstrahlung liefert die erfindungsgemäße Solaranlage neben elektrischer Energie auch Wärmeenergie, die dem Be- fließungskreislauf entnommen und in dem Wasserbehälter ge- speichert wird. Bei einer hinreichend großen Wassermenge im Wasserbehälter, wie sie insbesondere in einem Schwimmbecken gegeben ist, kann eine große Wärmemenge gespeichert werden. Diese Wärmemenge kann einer beliebigen Nutzung beispielsweise durch Brauchwasser oder zur Nutzung als temperiertes Schwimmbecken zugeführt werden. Insbesondere ist die gespeicherte Wärmeenergie geeignet, an Frosttagen die erfindungsgemäße Solaranlage eisfrei zu halten.
Zur weiteren Steigerung des Wirkungsgrades sind vorteilhaft Mittel zur Einstellung des Winkels der Anordnung von Solarmodulen gegenüber der Horizontalen insbesondere in Form von Pneumatik- oder Hydraulikzylindern, Spindeltrieben oder dgl . vorgesehen. Allein durch Verstellung des Neigungswinkels gegenüber der Horizontalen kann eine Nachführung an den Sonnenstand herbeigeführt werden, die mittlere Winkel- fehler gegenüber der senkrechten Einstrahlung verringern. Jahreszeitlich bedingte Schwankungen des Sonnenstandes können ausgeglichen werden. Unter Verzicht auf eine horizontale Verschwenkung können auch großflächige Anlagen aufgebaut werden, die insbesondere zur Überdeckung der Dachfläche eines Gebäudes geeignet sind.
Um auch bei sehr großen Solarflächen eine hinreichende Festigkeit gegenüber Windlasten oder dgl. sicherzustellen, ist zweckmäßig eine Scharnieranordnung im Bereich einer ersten Gebäudekante längs dazu angeordnet, wobei die Mittel zur Einstellung des Winkels im Bereich der gegenüberliegenden zweiten Gebäudekante vorgesehen sind. Dies erlaubt einerseits eine Neigungsverstellung und andererseits eine großflächige Nutzung der zur Verfügung stehenden Dachfläche. Vorteilhaft ist hierbei das Dach des Gebäudes als Pultdach ausgeführt, dessen Dachfläche zur Sonnenseite hin geneigt ist. Hierbei kann zumindest nahezu die gesamte Grundfläche des Gebäudes oder sogar - mit entsprechenden Überständen - eine noch größere Fläche mit Solarmodulen abgedeckt werden. Dies trägt dem Umstand Rechnung, dass die Investitionskosten unterproportional mit der angestrebten Solarfläche steigen. Die zur Verfügung stehende Grundfläche des Gebäudes ist maximal ausgenutzt, wodurch die Wirtschaftlichkeit der Anlage gesteigert ist.
Der Winkel der Anordnung von Solarmodulen gegenüber der Horizontalen ist vorteilhaft in einem Bereich von einschließlich 20° bis einschließlich 90° einstellbar. In mitteleuropäischen Breitengraden liegt der Winkelbereich zweckmäßig zwischen einschließlich 25° und einschließlich 45°. Dies hat sich als guter Kompromiss zwischen dem gewünschten Sonneneinstrahlungswinkel und baustatischen Gesichtspunkten wie Windlast oder dgl . herausgestellt. Der untere Schwenkwinkel von etwa 20° bis 25° belässt darüber hinaus unterhalb der Solaranlage einen Freiraum, der für Installationskomponenten sowie für Wartungs- bzw. Reparaturarbeiten genutzt werden kann.
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist im Folgenden anhand der Zeichnung näher beschrieben. Es zeigen:
Fig. 1 eine perspektivische Schemadarstellung eines
Hauses mit Pultdach und aufgesetzter photovol- taischer Solaranlage mit einer Befließungsanlage;
Fig. 2 eine Seitenansicht der Anordnung nach Fig. 1 mit Einzelheiten des Wasserkreislaufes der Be- fließungsanlage und eines Sekundärkreislaufes zur Beschickung eines Wärmespeichers.
Fig. 1 zeigt eine perspektivische Schemadarstellung eines Gebäudes 18, dessen Dach 17 im gezeigten Ausführungsbeispiel als Pultdach ausgeführt ist. Es kann auch ein Satteldach oder dgl . zweckmäßig sein. Das Gebäude 18 steht auf der nördlichen Erdhalbkugel. Die Dachfläche des Pultdaches 17 ist zumindest näherungsweise nach Süden gegen die Mittagssonne ausgerichtet. Analog dazu ist auf der südlichen Erdhalbkugel eine Ausrichtung nach Norden vorzusehen. Auf dem Pultdach 17 ist mit gleicher Ausrichtung zur Himmelsrichtung eine Trägerkonstruktion 22 angeordnet, die in ihrer Grundfläche zumindest näherungsweise der Dachfläche des Pultdaches 17 entspricht.
Die Trägerkonstruktion 22 ist Teil einer Solaranlage und trägt eine Vielzahl von photovoltaischen, in einer Ebene der Trägerkonstruktion 22 angeordnete Solarmodulen 1, die ihrerseits jeweils eine Vielzahl von miteinander verschalteten Solarzellen 31 umfassen. Die mittels der Trägerkonstruktion 22 auf dem Dach 17 des Gebäudes 18 montierte Anordnung von Solarmodulen 1 ist in einem Winkel α zur Horizontalen geneigt. Der Winkel α ist in weiter unten näher beschriebener Weise in einem Winkelbereich zwischen einem unteren Winkel Cx1 und einem oberen Winkel α2 einstellbar. Hierdurch ist eine Bestrahlungsseite 2 der Solarmodule 1 der Sonne zumindest über einen Großteil ihres Tageslaufes zugewandt.
Die Solaranlage weist eine Befließungsanlage 3 auf, die zur Erzeugung eines sich auf der Bestrahlungsseite 2 der Solar- module 1 ausbildenden, zur Umgebung hin offenen fließenden Flüssigkeitsfilmes 4 vorgesehen ist. Zur Bildung des Flüssigkeitsfilmes 4 ist im gezeigten Ausführungsbeispiel Wasser gewählt, welches zur Vergleichmäßigung seines Flusses mit Tensiden versetzt ist. Der Flüssigkeitsfilm 4 ist Teil eines angedeuteten geschlossenen Flüssigkeitskreislaufes 11. Im Bereich einer Oberkante 7 der Anordnung von Solarmodulen 1 ist eine zumindest näherungsweise geschlossene Reihe von Flachdüsen 8 angeordnet. Aus den Flachdüsen 8 wird das mit Tensiden versehene Wasser auf die Bestrahlungsseite 2 der Solarmodule 1 ausgetragen. Es bildet sich ein Flüssigkeitsfilm 4 aus, der die Bestrahlungsseite 2 der Solarmodule 1 vollflächig abdeckt und unter Einwirkung der Schwerkraft in Richtung einer Unterkante 9 der Anordnung von Solarmodulen 1 fließt. Dort wird das Wasser des Flüssigkeitsfilmes 4 mittels einer Auffangrinne 10 aufgefangen und über den geschlossenen Flüssigkeitskreislauf 11 zu den Flachdüsen 8 zurückgeführt.
Der Flüssigkeitsfilm 4 ist zur Umgebung hin offen, also nicht abgedeckt. Von der Umgebung eingetragener Schmutz wie Staub oder dgl . wird mit dem Flüssigkeitsfilm 4 zur Auffangrinne 10 fortgetragen und kann beispielsweise durch einen nicht dargestellten Filter aus dem geschlossenen Flüssigkeitskreislauf 11 herausgefiltert werden. Gleichzeitig übt der Flüssigkeitsfilm 4 eine Schutzfunktion für die Solarmodule 1 mit ihren photovoltaischen Solarzellen 31 gegen abrasive Umwelteinflüsse aus. Darüber hinaus erzeugt die zur Umgebung hin offene Ausbildung des Flüssigkeits- filmes 4 eine Verdunstungsrate, die den Flüssigkeitsfilm 4 abkühlt. Im geschlossenen Flüssigkeitskreislauf 11 ist noch ein schematisch angedeuteter Wärmetauscher 12 vorgesehen, der ebenfalls eine Kühlung des Wassers bzw. des Flüssigkeitsfilmes 4 erzeugt. Der gekühlte Flüssigkeitsfilm 4 kühlt die Solarzellen 31 und steigert damit ihren elektrischen Wirkungsgrad.
Als weitere Mittel zur Ausbildung eines gleichmäßigen Flüssigkeitsfilmes 4 ist noch eine schematisch angedeutete Oberflächenstrukturierung 5 der Bestrahlungsseite 2 vorgesehen. Diese ist im gezeigten Ausführungsbeispiel auf der Außenseite einer geschlossenen, flüssigkeitsdichten, jedoch lichtdurchlässigen Folienbahn 6 aufgebracht. Sie kann beispielsweise in Haihaut- und Lotuseffektstrukturierung ausgeführt sein und verhindert ein Aufreißen des Flüssigkeits- filmes auch bei sehr dünner Ausbildung. Die Folienbahn 6 deckt im gezeigten Ausführungsbeispiel vollflächig sämtliche Solarmodule 1 ab. Es kann auch eine Anordnung mehrerer, schmalerer Folienbahnen 6 zweckmäßig sein, die beispielsweise miteinander verschweißt oder verklebt sind und die Anordnung von Solarmodulen 1 vollflächig abdecken. Die Folienbahn 6 liegt direkt auf den Solarmodulen 1 auf und trennt den auf ihrer Außenseite herabfließenden Flüssigkeitsfilm 4 von den Solarmodulen 1.
Fig. 2 zeigt eine schematische Seitenansicht des Gebäudes 18 nach Fig. 1. Gleiche Merkmale sind mit gleichen Bezugs- zeichen versehen. Die Trägerkonstruktion 22 für die Solarmodule 1 ist mittels einer Scharnieranordnung 19 an einer ersten Gebäudekante 20 schwenkbar befestigt. Die Gelenkachse der Scharnieranordnung 19 verläuft längs zur ersten Gebäudekante 20. Die erste Gebäudekante 20 liegt im Bereich des unteren Endes des schräg geneigten Pultdaches 17. Die Scharnieranordnung 19 ist jedoch mittels eines Drempels 32 gegenüber der Dachfläche des Pultdaches 17 angehoben. Eine gegenüberliegende zweite Gebäudekante 21 im oberen Bereich des Pultdaches 17 trägt Mittel 15 zur Einstellung des Winkels α der Anordnung von Solarmodulen 1 gegenüber der Horizontalen. Die Mittel 15 sind im gezeigten Ausführungsbeispiel als Hydraulikzylinder 16 ausgebildet. Es können auch Pneumatikzylinder, Spindeltriebe oder dgl . zweckmäßig sein. Obere Enden der Hydraulikzylinder 16 sind an der zugeordneten Kante der Trägerkonstruktion 22 befestigt. Durch Ein- und Ausfahren der Hydraulikzylinder 16 wird die Trägerkonstruktion 22 einschließlich der darauf befestigten Solarmodule 1 um die Gelenkachse der Scharnieranordnung 19 verschwenkt. Der sich dabei einstellende Winkel α der Anordnung von Solarmodulen 1 gegenüber der Horizontalen ist vorteilhaft in einem Bereich von einschließlich 20° bis einschließlich 90° einstellbar. Im gezeigten Ausführungsbeispiel ist ein Winkelbereich einstellbar, der mit einem unteren Winkel αi von 25° und einem oberen Winkel α2 von 45° begrenzt ist.
Infolge des Drempels 32 und der Minimallänge der Hydraulikzylinder 16 verbleibt zwischen der Trägerkonstruktion 22 und dem Pultdach 17 ein Zwischenraum, der für Systemkomponenten der Befließungsanläge 3 sowie für Wartungs- und Reparaturarbeiten genutzt werden kann.
Der Seitenansicht nach Fig. 2 ist zu entnehmen, dass von der Auffangrinne 10 eine Rohrleitung 23 ausgeht, durch einen Wärmetauscher 12 hindurchgeführt ist und in einem Verteiler 24 endet. Vom Verteiler 24 gehen flexible Schlauchleitungen 26 aus, die in die einzelnen Flachdüsen 8 (Fig. 1) münden. Stromab des Wärmetauschers 12 ist eine Pumpe 25 angeordnet, die die in der Auffangrinne 10 aufgesammelte Flüssigkeit durch die Rohrleitung 23 mit dem Wärmetauscher 12 fördert und zu den Flachdüsen 8 pumpt. Die dort austretende Flüssigkeit bildet den Flüssigkeitsfilm 4, der auf der Bestrahlungsseite 2 der Solarmodule 1 unter Einwirkung der Gewichtskraft herabfließt und wieder in der Auffangrinne 10 unter Bildung des geschlossenen Flüssigkeitskreislaufes 11 gesammelt wird.
Der Wärmetauscher 12 ist zum wahlweise Kühlen oder Erwärmen der Flüssigkeit des Flüssigkeitsfilmes 4 vorgesehen. Hierzu ist ein Sekundärkreislauf 13 durch den Wärmetauscher 12 hindurchgeführt, in dem Wasser zirkuliert. Teil des Sekundärkreislaufes 13 ist ein Wasserbehälter 14 mit einem darin gelagerten Wasservorrat 30 sowie eine Vorlaufleitung 28 und eine Rücklaufleitung 29. In der Vorlaufleitung 28 ist eine Pumpe 27 angeordnet, die Wasser aus dem Wasservorrat 30 ansaugt, durch den Wärmetauscher 12 hindurchpumpt und über die Rücklaufleitung 29 zurück in den Wasservorrat 30 fördert. Im Wärmetauscher 12 findet ein Wärmeaustausch zwischen dem geschlossenen Flüssigkeitskreislauf 11 der Befließungsanlage 3 und dem Wasser des Sekundärkreislaufes 13 statt.
Der Wasservorrat 30 kann ein Brauchwasservorrat sein. Im gezeigten Ausführungsbeispiel ist der Wasserbehälter 14 ein Schwimmbecken, dessen Fassungsvolumen für den Wasservorrat 30 im Bereich von 100 m3 oder mehr liegt. Unter warmen Umgebungsbedingungen mit starker Sonneneinstrahlung heizen sich die Solarmodule 1 unter Einwirkung der Bestrahlung auf. Über einen Wärmeaustausch mit dem darüber fließenden Flüssigkeitsfilm 4 werden die Solarmodule 1 gekühlt, während sich der Flüssigkeitsfilm 4 aufheizt. Die im Wasser des Flüssigkeitsfilms 4 gespeicherte Wärmeenergie wird mittels des Wärmetauschers 12 auf das Wasser des Sekundärkreislaufes 13 übertragen, wodurch der als Wärmespeicher dienende Wasservorrat 30 auf Betriebstemperatur erwärmt wird. Sofern kalte Witterungsbedingungen mit Frostgefahr nicht zu einer ausreichenden Erwärmung der Solarmodule 1 und des Flüssigkeitsfilmes 4 führen, kann der Wärmetauscher 12 umgekehrt auch zur Erwärmung des geschlossenen Flüssigkeitskreislaufes 11 genutzt werden. Zur Vermeidung von Vereisung im Flüssigkeitskreislauf 11 sowie zur Befreiung der Solarmodule 1 von Eis oder Schnee kann warmes Wasser aus dem Wasservorrat 30 durch den Wärmetauscher 12 gepumpt werden, wodurch das kühlere Wasser des Flüssigkeitskreislaufs 11 und damit der Flüssigkeitsfilm 4 auf ein hinreichendes Maß aufgeheizt werden. Unterstützend kann es zweckmäßig sein, die Rohrleitungen 23, Schlauchleitungen 26 sowie andere Komponenten der Befließungsanlage 3 mit Zusatzheizungen aufzuheizen und gegen Einfrieren zu schützen. Es kann auch zweckmäßig sein, die Flüssigkeit des Flüssigkeitskreislaufes 11 mit einem Frostschutzmittel zu versehen.
Die wahlweise Einspeisung oder Entnahme von thermischer Energie aus dem Wasservorrat 30 führt zwar zu einer Temperaturschwankung. Bei einem hinreichend großen Volumen, wie es beispielsweise bei einem Schwimmbecken gegeben ist, und mit Unterstützung einer geeigneten thermischen Isolierung können die Temperaturschwankungen im Wasservorrat 30 jedoch so gering gehalten werden, dass zumindest näherungsweise eine ganzjährige Nutzung für den Badebetrieb ohne Fremdheizung möglich ist.

Claims

Ansprüche
1. Solaranlage mit einer Anordnung von schräg zur
Horizontalen ausgerichteten photovoltaischen Solar- modulen (1) , die mit einer Bestrahlungsseite (2) der Sonne zugewandt sind, dadurch gekennzeichnet, dass die Solaranlage eine Be- fließungsanlage (3) aufweist, die zur Erzeugung eines sich auf der Bestrahlungsseite (2) der Solarmodule (1) ausbildenden, zur Umgebung hin offenen fließenden Flüssigkeitsfilmes (4) insbesondere aus Wasser vorgesehen ist.
2. Solaranlage nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass Mittel zur Ausbildung eines gleichmäßigen Flüssigkeitsfilmes (4) insbesondere in Form von Tensiden im Flüssigkeitsfilm (4) und/oder in Form einer Oberflächenstrukturierung (5) der Bestrahlungsseite (2) vorgesehen sind.
3. Solaranlage nach Anspruch 1 oder 2 , dadurch gekennzeichnet, dass mehrere Solarmodule (1) gemeinsam von einer durchgehenden, transparenten Folienbahn (6) überdeckt sind.
4. Solaranlage nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass im Bereich einer Oberkante (7) der Anordnung von Solarmodulen (1) eine zumindest näherungsweise geschlossene Reihe von Flach- düsen (8) für die Flüssigkeit zur Ausbildung des Flüssigkeitsfiltnes (4) angeordnet ist.
5. Solaranlage nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass im Bereich einer Unterkante (9) der Anordnung von Solarmodulen (1) eine Auffangrinne (10) für die Flüssigkeit des Flüssigkeitsfilmes (4) vorgesehen ist.
6. Solaranlage nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Flüssigkeitsfilm (4) Teil eines geschlossenen Flüssigkeitskreislaufes (11) ist.
7. Solaranlage nach Anspruch 6 , dadurch gekennzeichnet, dass im geschlossenen Flüssigkeitskreislauf (11) ein Wärmetauscher (12) insbesondere zum wahlweisen Kühlen oder Erwärmen der Flüssigkeit des Flüssigkeitsfilmes (4) angeordnet ist.
8. Solaranlage nach Anspruch 7 , dadurch gekennzeichnet, dass ein Sekundärkreislauf (13) des Wärmetauschers (12) Wasser enthält, wobei das Wasser des Sekundärkreislaufes (13) durch einen als Wärmespeicher dienenden Wasserbehälter (14) insbesondere in Form eines Schwimmbeckens geführt ist.
9. Solaranlage nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass Mittel (15) zur Einstellung eines Winkels (α) der Anordnung von Solarmodulen (1) gegenüber der Horizontalen insbesondere in Form von Pneumatik- oder Hydraulikzylindern (16) , Spindeltrieben oder dgl. vorgesehen sind.
10. Solaranlage nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Anordnung von Solarmodulen (1) auf einem Dach (17) eines Gebäudes (18) montiert ist, wobei eine Scharnieranordnung (19) im Bereich einer ersten Gebäudekante (20) längs dazu angeordnet ist, und wobei die Mittel (15) zur Einstellung des Winkels (α) im Bereich einer gegenüberliegenden zweiten Gebäudekante (21) vorgesehen sind.
11. Solaranlage nach Anspruch 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Anordnung von Solarmodulen (1) auf einem Pultdach des Gebäudes (18) montiert ist.
12. Solaranlage nach einem der Ansprüche 9 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass der Winkel (α) der Anordnung von Solarmodulen (1) gegenüber der Horizontalen in einem Bereich von einschließlich 20° bis einschließlich 90°, bevorzugt von einschließlich 25° bis einschließlich 45° einstellbar ist.
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