WO2010122011A2 - Solar installation - Google Patents

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WO2010122011A2
WO2010122011A2 PCT/EP2010/055175 EP2010055175W WO2010122011A2 WO 2010122011 A2 WO2010122011 A2 WO 2010122011A2 EP 2010055175 W EP2010055175 W EP 2010055175W WO 2010122011 A2 WO2010122011 A2 WO 2010122011A2
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Karl-Heinz Krampe
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Sunsail Energy Gmbh & Co. Kg
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Abstract

The invention relates to a solar installation especially designed as a photovoltaic installation (1) with a plurality of adjacent energy converter arrangements (2) respectively comprising a holding element (4), an energy converter (6), and an optical device (8) by which means a beam path can be directed towards the energy converter (6). The photovoltaic installation (1) displays an asymmetrical arrangement of the optical device (8) in relation to the energy converter (6), the optical device (8) of the energy converter arrangement (2) being directed towards the energy converter (6) of an adjacent energy converter arrangement (2).

Description

Solaranlage solar system
Die Erfindung betrifft eine Solaranlage in der Ausgestaltung einer Photovoltaikan- lage gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.The invention relates to a solar system in the embodiment of a Photovoltaikan- location according to the preamble of patent claim 1.
Unter Solartechnik versteht man die direkte Umwandlung von Strahlungsenergie der Sonne (oder auch Solarenergie) in nutzbare Energieformen. Dabei gliedert sich das Spektrum der Solartechnik in verschiedene Teilgebiete auf, wobei danach unterschieden wird, ob aus der Sonnenstrahlung Wärme oder elektrische Energie gewonnen wird.Solar technology is the direct conversion of radiant energy of the sun (or solar energy) into usable forms of energy. Here, the spectrum of solar technology is divided into different subareas, which is distinguished by whether from the solar radiation heat or electrical energy is obtained.
Mit Hilfe von Solarkollektoren wird bei einer Solaranlage ein Wärmeträger wie z. B. Wasser durch die Sonnenenergie erwärmt und dem Anwender in Form von Warmwasser bereitgestellt oder einer Energiewandlung zu nutzbarem Strom zugeführt. Im Gegensatz dazu wird bei einer Photovoltaikanlage die Strahlungsenergie der Sonne direkt über die Solarzellen in elektrische Energie umgewandelt, die dem Nutzer als Solarstrom zur Verfügung steht.With the help of solar collectors in a solar system, a heat transfer medium such. For example, water is heated by the solar energy and provided to the user in the form of hot water or supplied to an energy conversion to usable power. In contrast, in a photovoltaic system, the radiation energy of the sun is converted directly via the solar cells into electrical energy, which is available to the user as solar power.
Entscheidend für den wirtschaftlichen Betrieb einer solchen Anlage sind neben dem Standort weitere Faktoren, wie beispielsweise die Größe der sonnenbeaufschlagten Fläche sowie die Qualität der Ausrichtung der beaufschlagten Fläche in Richtung Sonne.Decisive for the economic operation of such a system are, in addition to the location, other factors, such as the size of the sun-impacted surface and the quality of the orientation of the applied surface in the direction of the sun.
Um die Größe der sonnenbeaufschlagten Fläche effizienter zu gestalten, sind in den letzten Jahren diverse Solaranlagen entwickelt worden, die mehr Sonnenlicht gebündelt auf ein Photovoltaikelement aufbringen. Eine optische Einrichtung, wie beispielsweise eine Strahlung konzentrierende Fresnel-Linse, die wesentlich breiter als das Photovoltaikelement ist, wird dabei vor das Photovoltaikelement gebracht, so dass dieses mit einer höheren Strahlenkonzentration beaufschlagt wird. Dadurch kann diese Solaranlage im Vergleich zu Anlagen, die nur der direkten Sonnenstrahlung ausgesetzt sind aufgrund der besseren Nutzung der Größe der sonnenbeaufschlagten Fläche eine wesentlich größere Menge an Sonnenlicht einfangen, mehr Energie erzeugen und trotz geringerer Größe der Photovoltaikelemente den gleichen Ertrag an Energie liefern wie eine vergleichbare Anlage, bei der die Energiewandleranordnung die Größe der optischen Einheit aufweist.In order to make the size of the sun-irradiated surface more efficient, various solar systems have been developed in recent years, which focus more sunlight applied to a photovoltaic element. An optical device, such as a radiation-concentrating Fresnel lens, which is substantially wider than the photovoltaic element, is thereby brought in front of the photovoltaic element, so that it is acted upon by a higher beam concentration. As a result, this solar system compared to plants that are exposed only to direct sunlight due to the better use of the size of the sunbeamed area capture a much larger amount of sunlight, generate more energy and despite lower size of the photovoltaic elements provide the same yield of energy a comparable system in which the energy converter arrangement has the size of the optical unit.
Eine derartige Solaranlage wird beispielsweise in der DE 20 2007 016 715 U1 gezeigt, in der Fresnel-Linsen die von der Sonne einfallende Strahlung auf eine Brennlinie bündeln. Diese sehr energiereiche Brennlinie ist in der Lage, eine Flüssigkeit, die in einem Rohr verläuft, zu erwärmen bzw. eine Photovoltaikzelle zu beaufschlagen, so dass eine Energiewandlung in nutzbare Energie stattfindet. Dabei erweist sich die Fresnel- Linse als besonders effiziente Möglichkeit, die einfallenden Sonnenstrahlen auf einen gemeinsamen Punkt oder eine gemeinsame Brennlinie zu fokussieren, da jedes einzelne Prisma individuell angepasst werden kann und die Fresnel-Linse im Vergleich zu einer herkömmlichen Linse sowohl Volumen als auch Gewicht einspart, was zu einer vereinfachten Nachführung genutzt werden kann.Such a solar system is shown, for example, in DE 20 2007 016 715 U1, in which Fresnel lenses focus the radiation incident from the sun onto a focal line. This very high-energy focal line is able to heat a liquid that runs in a tube, or to act on a photovoltaic cell, so that an energy conversion into usable energy takes place. In this case, the Fresnel lens proves to be a particularly efficient way to focus the incident sunbeams on a common point or a common focal line, since each individual prism can be customized and the Fresnel lens compared to a conventional lens both volume and weight saves what can be used for a simplified tracking.
Um die Ausrichtung der beaufschlagten Fläche in Richtung Sonne effizienter zu gestalten, sind in den letzten Jahren neben den starr mit dem Untergrund verbundenen Anlagen diverse Solaranlagen entwickelt worden, die sich kontinuierlich an den Sonnenstand anpassen. Der einschlägige Stand der Technik zeigt beispielsweise Kon- zentratorsolarsysteme, welche, um teure Flächenkosten von Solarmodulen zu sparen, das einfallende Sonnenlicht durch eine vorgeschaltete Optik auf eine kleine Fläche konzentrieren. Um stets einen optimalen Wirkungsgrad der Anlage zu gewährleisten, wird die Solaranlage dem Sonnenstand in der Art nachgeführt, dass im Brennpunkt ständig ein bestmöglichster Wirkungsgrad sichergestellt ist.In order to make the alignment of the applied surface in the direction of the sun more efficient, various solar systems have been developed in recent years, in addition to the systems rigidly connected to the ground, which continuously adapt to the position of the sun. The relevant prior art shows, for example, concentrator solar systems which, in order to save expensive area costs of solar modules, concentrate the incident sunlight into a small area through an upstream optical system. In order to always ensure optimum efficiency of the system, the solar system is tracked to the position of the sun in such a way that the best possible efficiency is constantly ensured at the focal point.
Zusammengefasst gilt, dass auf das Photovoltaikelement einer nicht fokussieren- den Photovoltaikaniage neben der direkten Strahlung auch zusätzlich diffuse Strahlung trifft. Diese Anlagen müssen nicht nachgeführt werden oder kommen mit geringer Nachführpräzision aus, weshalb die Aufständerungskosten minimiert werden. Um eine vorgegebene Nennleistung der Anlage zu erhalten wird im Vergleich zu fokussierenden Anlagen eine größere Fläche an Photovoltaikelementen benötigt, was einen hohen Aufwand an teueren Solarmodulen bedeutet. Im Vergleich dazu benötigt eine fokussierende Photovoltaikanlage weniger Solarmodulfläche, da mehr Strahlung auf ein kleineres Photovoltaikelement fällt, was die Effizienz der Anlage steigert. Die Nachteile des fokussierenden Systems sind eine eingeschränkte Nutzung von diffuser Strahlung, eine zusätzliche teure Kühlung und ein aufwändiges Nachführsystem mit in der Regel hoher Nachführpräzision.In summary, in addition to the direct radiation, the photovoltaic element of a non-focusing photovoltaic system also encounters additional diffuse radiation. These systems do not have to be tracked or come with low Nachführpräzision, which is why the Aufständerungskosten are minimized. In order to obtain a given nominal power of the system, a larger surface of photovoltaic elements is needed in comparison to focusing systems, which means a high expenditure on expensive solar modules. In comparison, a focusing photovoltaic system requires less solar module area, as more radiation falls on a smaller photovoltaic element, which increases the efficiency of the plant. The disadvantages of the focusing system are a limited use of diffuse radiation, additional expensive cooling and a complex tracking system with usually high Nachführpräzision.
Zwischenzeitlich hat man bereits vorgeschlagen, die Photovoltaikzelle einer Photovoltaikanlage sowohl mit direkter als auch indirekter Strahlung zu beaufschlagen. Nachteilige an solchen Systemen ist jedoch immer die Verschattung der Photovoltaikzelle durch die Halteelemente bzw. die sogenannten Aufständerungsteile. Da sich der Einfallswinkel in dem die Erde vom Sonnenlicht bestrahlt wird im Jahresverlauf stark ändert, verschatten besonders im Frühjahr oder Herbst die Aufständerungsteile einer Photovoltaikanlage, die auf den Einfallswinkel im Sommer ausgerichtet ist, den ohnehin schon schlechten Wirkungsgrad der Anlage in dieser Jahreszeit.In the meantime, it has already been proposed to apply the photovoltaic cell of a photovoltaic system with both direct and indirect radiation. However, the disadvantage of such systems is always the shading of the photovoltaic cell by the holding elements or the so-called Aufständersteile. Since the angle of incidence in which the earth is irradiated by sunlight changes strongly over the course of the year, especially in spring or autumn, the upstand parts of a photovoltaic system, which is aligned with the angle of incidence in summer, obscure the already poor efficiency of the system at this time of year.
Es ist deshalb Aufgabe der Erfindung, die oben genannten Nachteile zu minimieren und eine Solaranlage der genannten Art zu stellen, deren Photovoltaikelement gegenüber dem Stand der Technik wirtschaftlicher zu betreiben ist.It is therefore an object of the invention to minimize the above-mentioned disadvantages and to provide a solar system of the type mentioned, whose photovoltaic element is more economical to operate compared to the prior art.
Erfindungsgemäß wird die Aufgabe durch die Merkmale des unabhängigen Anspruchs gelöst. Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen beschrieben. Dabei wird eine Photovoltaikanlage mit einer Mehrzahl nebeneinander liegender Energiewandleranordnungen aus jeweils einem Halteelement, einem Energiewandler und einer optischen Einrichtung vorgeschlagen. Diese beugt mit der im Strahlenverlauf oberhalb angeordneten optischen Einrichtung die Strahlung auf den Energiewandler. Durch eine asymmetrische Anordnung der optischen Einrichtung zum Energiewandler ist ein besonders wirkungsvoller Aufbau der Photovoltaikanlage möglich, da die direkte Strahlung von einer Strahlungsquelle oder einem Strah- lungstransmitter durch die optische Einrichtung hindurch zusätzlich auf die benachbarte Energiewandleranordnung gerichtet ist und unmittelbare Strahlung von der Strahlungsquelle bzw. den Strahlungstransmitter direkt auf den Energiewandler trifft. Durch diese Gesamtbeaufschlagung des Energiewandlers mit direkter Strahlung und zusätzlicher indirekter Strahlung erhöht sich der Gesamtwirkungsgrad der Photovoltaikanlage, da keine optische Einrichtung im Strahlgang über dem Energiewandler angeordnet ist. Transmissionsverluste sowie Verschattungen durch eine näher an der Strahlungsquelle befindlichen optischen Einrichtungen werden verhindert.According to the invention the object is achieved by the features of the independent claim. Further advantageous embodiments of the invention are described in the subclaims. In this case, a photovoltaic system with a plurality of juxtaposed energy converter arrangements is proposed in each case a holding element, an energy converter and an optical device. This bends with the above in the beam path optical device, the radiation to the energy converter. By an asymmetrical arrangement of the optical device to the energy converter, a particularly effective construction of the photovoltaic system is possible because the direct radiation from a radiation source or a radiation transmitter through the optical device is additionally directed to the adjacent energy converter arrangement and direct radiation from the radiation source or the radiation transmitter hits the energy converter directly. This total loading of the energy converter with direct radiation and additional indirect radiation increases the overall efficiency of the photovoltaic system, since no optical device is arranged in the beam path over the energy converter. Transmission losses as well as shading by a closer to the radiation source optical devices are prevented.
Durch eine vorteilhafte Anbringung des Halteelements außerhalb des Strahlengangs zwischen optischer Einrichtung der Energiewandleranordnung und dem beaufschlagten Energiewandler einer benachbarten Energiewandleranordnung ist es möglich, den Strahlengang zwischen optischer Einrichtung und Energiewandler frei von Halte- bzw. Trageelementen zu gestalten. Die dadurch geringere Verschattung der Energiewandler führt zu einer effizienteren Ausnutzung der vorhandenen Sonnenstrahlung, da alle Strahlen auf den Energiewandler landen und keine Strahlung an Halteteile verloren geht.By an advantageous attachment of the retaining element outside the beam path between the optical device of the energy converter arrangement and the applied energy converter of an adjacent energy converter arrangement, it is possible to make the beam path between the optical device and energy converter free of holding or supporting elements. The resulting less shading of the energy converter leads to a more efficient utilization of the existing solar radiation, since all the rays land on the energy converter and no radiation is lost to holding parts.
Bei einem bevorzugten Anwendungsbeispiel ist das Halteelement aus einer Optikaufnahme, einer Energiewandleraufnahme und einem Stegabschnitt gebildet. Dabei ist die Optikaufnahme gegenüber der Energiewandleraufnahme auf der gegenüber liegenden Seite des Stegsabschnitts angeordnet, wobei die Energiewandleraufnahme den Energiewandler trägt und die Optikaufnahme die optische Einrichtung zum Energiewandler der benachbarten Energiewandleranordnung beabstandet. Eine besonders gute Optikaufnahme und/oder Energiewandleraufnahme wird von einer im Wesentlichen U-förmigen Aufnahme gebildet, welche die optische Einrichtung oder den Energiewandler trägt und fixiert. Alternativ kann diese Aufnahme auch durch ein Klemmprofil oder aus weiteren bekannten Elementen der Befestigungstechnik erfolgen.In a preferred application example, the holding element is formed from an optical receptacle, an energy converter receptacle and a web section. In this case, the optical pickup is arranged opposite the energy converter receptacle on the opposite side of the web section, the energy converter receptacle carrying the energy converter and the optical pickup spacing the optical device to the energy converter of the adjacent energy converter arrangement. A particularly good optical recording and / or energy converter recording is formed by a substantially U-shaped receptacle, which carries and fixes the optical device or the energy converter. Alternatively, this recording can also be done by a clamping profile or other known elements of the fastening technique.
Ist die Optikaufnahme und/oder die Energiewandleraufnahme so ausgebildet, dass der im Eingriff befindliche Rand der optischen Einrichtung und/oder des Energiewandlers lösbar und formschlüssig am Halteelement angreift, ist eine sichere Montage zu einem späteren Zeitpunkt als die Montage der Aufständerung und Unterkonstruktion möglich. Darüber hinaus ist eine nachträgliche Demontage zur Reinigung, Wartung oder zum Austausch der einzelnen Elemente möglich.If the optical receptacle and / or the energy converter receptacle is designed so that the engaging edge of the optical device and / or the energy converter releasably and positively engages the holding element, secure mounting at a later date than the mounting of the elevation and substructure is possible. In addition, a subsequent disassembly for cleaning, maintenance or replacement of the individual elements is possible.
Eine besonders einfache Herstellung der Halteelemente sieht vor, den Querschnitt - bestehend aus den Abschnitten der Optikaufnahme, des Stegabschnitts und der Ener- giewandleraufπahme - im Wesentlichen S-förmig aufzubauen, wobei sich das Halteelement senkrecht zu seiner Querschnittsfläche in linearer Richtung erstreckt. Dieser Grundaufbau des Haltelements ermöglicht die Verwendung von Rollform- oder Strangpressteilen die besonders günstig und einfach hergestellt werden können.A particularly simple production of the holding elements provides the cross-section - consisting of the sections of the optical receptacle, the web section and the energy giewandleraufπahme - build up substantially S-shaped, wherein the holding element extends perpendicular to its cross-sectional area in a linear direction. This basic structure of the holding element allows the use of rollform or extruded parts which can be made particularly cheap and easy.
Weist das Halteelement einen Basisabschnitt zur Befestigung an einer Unterkonstruktion auf, so können die Bauteile der Energiewandleranordnung besonders einfach an der Unterkonstruktion befestigt werden, ohne weitere Befestigungsabschnitte am Halteelement anbringen zu müssen. Befindet sich zwischen Basisabschnitt und Halteelement ein zusätzliches elastisches Element, das Schwingungen, Vibrationen und Torsion zwischen Halteelement und Unterkonstruktion aufnehmen kann, ist eine besonders starre Anordnung der Energiewandleranordnung möglich, wodurch der Strahlengang auch bei äußeren Einflüssen wie beispielsweise Wind konstant bleibt und nicht durch auftretende Torsion der Bauteile zueinander eine Toleranz im Strahlenverlauf zu einer schlechteren Beaufschlagung der Energiewandler führt.If the holding element has a base section for attachment to a substructure, then the components of the energy converter arrangement can be attached to the substructure in a particularly simple manner, without having to attach further fastening sections to the holding element. If there is an additional elastic element between the base section and the retaining element, which can absorb vibrations, vibrations and torsion between the retaining element and substructure, a particularly rigid arrangement of the energy converter arrangement is possible, whereby the beam path remains constant even under external influences such as wind and not by torsion occurring the components to each other a tolerance in the beam path leads to a poorer action on the energy converter.
Eine weitere Ausgestaltung sieht vor, dass optische Einrichtungen und Energiewandler in der Art rückseitig von einem Halteelement aufgenommen und getragen werden, dass keine optischen Verluste aufgrund in den Strahlengang ragender Halteabschnitte zu einer Verschlechterung des Wirkungsgrades führen.A further embodiment provides that optical devices and energy converters are received and supported on the back by a holding element such that no optical losses due to holding sections protruding into the beam path lead to a deterioration of the efficiency.
Gemäß einer Variante der Photovoltaikanlage erstrecken sich die Energiewandleranordnungen zwischen zwei im Parallelabstand zueinander verlaufenden Haltewangen, die Halteelemente darstellen. Durch eine derartige Befestigung der Energiewandleranordnung können die verschattungsintensiveren Optikaufnahmen und Energiewandleraufnahmen der vorherigen Ausführungsform entfallen, da die Elemente stirnseitig gefasst werden. Vorteilhafterweise sind an den Wangen Stützelemente angebracht, an denen die optische Einrichtung und die Energiewandleranordnung fixiert und bei Bedarf wieder demontiert werden können.According to a variant of the photovoltaic system, the energy converter arrangements extend between two mutually parallel spaced retaining cheeks, which constitute holding elements. By such an attachment of the energy converter arrangement, the shadow-intensive optical recordings and energy converter recordings of the previous embodiment can be dispensed with, since the elements are taken on the front side. Advantageously, supporting elements are attached to the cheeks on which the optical device and the energy converter arrangement can be fixed and, if necessary, can be dismantled again.
Um einer Durchbiegung der Energiewandleranordnung bei breiteren Anlagen entgegen zu wirken, können bei Variante mit Haltewangen zusätzliche Halteelemente zwi- sehen optischer Einrichtung und Energiewandler angebracht werden um das Eigengewicht der Bauteile abzufangen.In order to counteract deflection of the energy converter arrangement in the case of wider installations, additional holding elements can be provided in the variant with retaining cheeks. see optical device and energy converters are mounted to catch the dead weight of the components.
Alternativ zu einer starren Verbindung der optischen Einrichtung und des Energiewandlers zu den Haltewangen ist es möglich, die Vorrichtung bestehend aus optischer Einrichtung, Energiewandleranordnung und Stützelement mittels einem Bolzen drehbar in die Haltewangen eingreifen zu lassen.As an alternative to a rigid connection of the optical device and the energy converter to the retaining cheeks, it is possible to have the device consisting of optical device, energy converter arrangement and support element rotatably engage in the retaining cheeks by means of a bolt.
Ein besonders hoher Wirkungsgrad der Photovoltaikanlage wird erreicht, wenn die dem Energiewandler zugewandte Oberfläche des Halteelements verspiegelt oder ein zusätzlich aufgebrachtes spiegelndes Element trägt. Die dadurch auf das Halteelement auftreffende direkte Strahlung von einer Strahlungsquelle oder einem Strahlungstrans- mitter wird aufgrund der Reflexion der spiegelnden Oberfläche zusätzlich auf den Energiewandler gelenkt, der dem Halteelement zugeordnet ist. Ein Anstellwinkel des Halteelements zur Senkrechten zwischen 15 und 45°, gemessen in einer O°-Stellung der Energiewandleranordnung, hat sich als besonders günstig in Bezug auf die Anlagenhöhe sowie der Energieeffizienz der Photovoltaikanlage erwiesen. Die Effizienz der Anlage kann weiter gesteigert werden, wenn der Anstellwinkel zwischen 25 und 30° liegt, insbesondere wenn der Anstellwinkel 28° beträgt.A particularly high degree of efficiency of the photovoltaic system is achieved if the surface of the holding element facing the energy converter is mirrored or carries an additionally applied reflective element. Due to the reflection of the reflecting surface, the direct radiation from a radiation source or a radiation transmitter striking the holding element is additionally directed to the energy converter which is associated with the holding element. An angle of incidence of the holding element to the vertical between 15 and 45 °, measured in an O ° position of the energy converter arrangement, has proved to be particularly favorable with respect to the installation height and the energy efficiency of the photovoltaic system. The efficiency of the system can be further increased if the angle of attack between 25 and 30 °, especially if the angle of attack is 28 °.
Durch das Anbringen zusätzlicher Abstützungen, die am Halteelement angreifen und zur Unterkonstruktion führen, wird die Energiewandleranordnung besonders stabil, was der Strahlganggenauigkeit entgegenkommt, und darüber hinaus widerstandsfähiger gegen äußere Einflüsse wie z. B. Windlasten.By attaching additional supports that engage the support member and lead to the substructure, the energy converter assembly is particularly stable, which accommodates the beam accuracy, and also more resistant to external influences such. B. wind loads.
Die Effizienz der Photovoltaikanlage kann darüber hinaus gesteigert werden, wenn das Halteelement Wärme abführende Eigenschaften, wie z. B. aus einem Werkstoff mit guter Wärmeleitfähigkeit und/oder Wärme abführenden Elementen wie z. B. Kühlrippen zur Vergrößerung der Oberfläche, aufweist. Die entstehende Wärmeenergie aufgrund auftreffender Sonnenstrahlung auf dem Energiewandler kann über diese Maßnahmen an die Umgebung abfließen. Daraus folgt eine temperaturabhängige Steigerung des Wirkungsgrads des Energiewandlers bei Kühlung. Vorteilhafterweise ist die optische Einrichtung der Photovoltaikanlage als optische Strahlablenkungseinrichtung ausgeführt. Die auf die optische Einrichtung treffenden Sonnenstrahlen werden somit von der optischen Strahlablenkungseinrichtung auf die zugeordneten Energiewandler gebeugt. Dabei kann die Optik der Strahlablenkungseinrichtung so ausgeführt werden, dass die Strahlen abgelenkt, gestreut oder fokussiert werden.The efficiency of the photovoltaic system can be further increased if the holding element heat dissipating properties, such. B. from a material with good thermal conductivity and / or heat dissipating elements such. B. cooling fins to increase the surface has. The resulting heat energy due to incident solar radiation on the energy converter can flow through these measures to the environment. This results in a temperature-dependent increase in the efficiency of the energy converter during cooling. Advantageously, the optical device of the photovoltaic system is designed as an optical beam deflection device. The incident on the optical device sun rays are thus diffracted by the optical beam deflection device to the associated energy converter. In this case, the optics of the beam deflection device can be designed so that the beams are deflected, scattered or focused.
Um die Strahlablenkungseinrichtung der optischen Einrichtung ausreichend zu schützen, wird diese insbesondere bei Verwendung einer Fresnel-Linsenstruktur mit einer Glasfläche bzw. ähnlichem Stoff oder einer Oberflächenbeschichtung vor Umwelteinflüssen geschützt. Durch die Glasfläche, die oberhalb und/oder unterhalb der Strahlablenkungseinrichtung angebracht ist, wird die Strahlablenkungseinrichtung gegen Schmutz, Verkratzen oder UV-Strahlung geschützt. Vorzugsweise sind die Flächen zueinander abgedichtet, so dass weder zwischen die Glas- noch zwischen die Kunststoff- Glasebene Verunreinigungen eintreten können. Um die Reflektionsverluste an der sonst spiegelnden Oberfläche der Strahlablenkungseinrichtung zu verringern, wird vorteilhaft entspiegeltes Glas und/oder entspiegelter Kunststoff für die optische Einrichtung verwendet. Ein besonders effizienter Aufbau der Energiewandleranordnung wird erzielt, wenn der Ablenkwinkel, gemessen von einem nahezu senkrechten Strahlengang einer Strahlungsquelle oder einem Strahlungstransmitter, auf die optische Einrichtung zwischen 20° und 60° gebeugt wird. Dieser Beugungswinkel definiert die Position der optischen Einrichtung zum Energiewandler.In order to protect the beam deflecting device of the optical device sufficiently, it is protected against environmental influences, in particular when using a Fresnel lens structure with a glass surface or similar substance or a surface coating. Through the glass surface, which is mounted above and / or below the beam deflection device, the beam deflection device is protected against dirt, scratching or UV radiation. Preferably, the surfaces are sealed to each other, so that neither between the glass nor between the plastic glass plane impurities can occur. In order to reduce the reflection losses on the otherwise reflecting surface of the beam deflection device, non-reflective glass and / or non-reflective plastic is advantageously used for the optical device. A particularly efficient construction of the energy converter arrangement is achieved if the deflection angle, measured from a nearly vertical beam path of a radiation source or a radiation transmitter, is diffracted onto the optical device between 20 ° and 60 °. This diffraction angle defines the position of the optical device to the energy converter.
Eine weitere Variante der Photovoltaikanlage sieht vor, die optische Einrichtung aufzuteilen, so dass mehrere Strahlablenkungseinrichtungen bestehend aus Abschnitten mit unterschiedlichen Beugungswinkeln entstehen. Durch diese Unterteilung und den resultierenden unterschiedlichen Beugungswinkel kann zum einen die Bewegung der Sonne über den Tagesverlauf als auch eine individuelle Strahlablenkung abgestimmt auf einen eigenförmigen Energiewandler angepasst werden. Beispielsweise können die optische Einrichtung und/oder die Halteeinrichtung einen polygonzugartigen oder bogenförmigen Querschnitt, vorzugsweise konvex zur Strahlungsquelle hin ausgerichtet, aufweisen. Durch die Anbringung regelmäßiger Verstärkungen kann die optische Einrichtung abgestützt werden. Die dadurch vergrößerte Torsionssteifigkeit ermöglicht eine genauere Strahlführung der optischen Einrichtung auf den Energiewandler, da durch Wind oder Nachführbewegungen, aber auch durch Eigengewicht oder Materialverschleiß, wie z. B. Durchbiegung oder Toleranzen durch Wärmeausdehnung, entstehende Ungenauigkei- ten durch die beispielsweise als Stahldraht ausgeführte Verstärkung abgefangen und verhindert werden kann. Die in periodischen Abständen eingesetzte Verstärkung greift vorzugsweise am Halteelement an.A further variant of the photovoltaic system provides for dividing the optical device, so that a plurality of beam deflection devices consisting of sections with different diffraction angles arise. By means of this subdivision and the resulting different diffraction angle, on the one hand, the movement of the sun over the course of the day as well as an individual beam deflection matched to an intrinsic energy converter can be adapted. For example, the optical device and / or the holding device may have a polygonal or arcuate cross-section, preferably convexly aligned with the radiation source. By attaching regular reinforcements, the optical device can be supported. The resulting increased torsional stiffness allows a more accurate beam guidance of the optical device to the energy converter, as by wind or Nachführbewegungen, but also by its own weight or material wear, such. B. deflection or tolerances due to thermal expansion, resulting inaccuracies can be intercepted th inter alia by the running example as a steel wire reinforcement and prevented. The reinforcement used at periodic intervals preferably acts on the retaining element.
Der am Fuße des Halteelements angebrachte Energiewandler der Energiewandleranordnung zur Umwandlung von Sonnenenergie in nutzbare Energieformen wie vorzugsweise elektrische oder thermische Energie besteht in einer bevorzugten Ausführungsform aus einer Solarzelle, die für zwei- bis 20-fache Konzentrationen, insbesondere zwei- bis sechsfache Konzentrationen, ausgelegt ist. Diese Solarzellen für niedrig fokussierende Systeme sind unkompliziert und kostengünstig in der Herstellung gegenüber hoch fokussierenden Solarzellen. Eine hohe Wandlungseffizienz ergibt sich beim Einsatz von Zellen basierend auf kristallinem Silizium oder amorphem Silizium sowie bei der Verwendung von Kupfer Indium oder Cadmiumtellurid-Modulen. Höhere Effizienzen lassen sich zudem beispielsweise mittels einer Tandem- oder Tripple-Zelle erzielen.The attached at the foot of the holding element energy converter of energy converter assembly for converting solar energy into usable forms of energy such as preferably electrical or thermal energy in a preferred embodiment consists of a solar cell, which is designed for two to 20-fold concentrations, in particular two to sixfold concentrations , These solar cells for low-focussing systems are uncomplicated and inexpensive to produce compared to highly focussing solar cells. A high conversion efficiency results when using cells based on crystalline silicon or amorphous silicon and when using copper indium or cadmium telluride modules. Higher efficiencies can also be achieved, for example, by means of a tandem or triple cell.
Vorteilhafterweise werden die Energiewandleranordnungen einer Photovoltaikan- lage in Reihe nebeneinander und vorzugsweise parallel auf einer Unterkonstruktion montiert. Durch die Anbringung der Energiewandleranordnung auf einer Unterkonstruktion ist sichergestellt, dass keine weiteren zur Photovoltaikanlage gehörenden Teile zwischen Energiewandleranordnung und Strahlungsquelle befindlich sind und somit keinen Schatten auf die Energiewandleranordnung werfen bzw. im Strahlengang zwischen optischer Einrichtung und Energiewandler angeordnet sind.Advantageously, the energy converter arrangements of a photovoltaic system are mounted in series next to one another and preferably parallel on a substructure. By attaching the energy converter arrangement on a substructure, it is ensured that no further parts belonging to the photovoltaic system are located between the energy converter arrangement and the radiation source and thus cast no shadow over the energy converter arrangement or are arranged in the beam path between optical device and energy converter.
Eine besonders gute Unterkonstruktion entsteht durch den Einsatz von Querträgern, die nebeneinander, vorzugsweise rechtwinklig zur Erstreckung der Energiewandleranordnung angeordnet sind. Durch den Einsatz dieser Querträger werden die Energiewandleranordnungen zueinander fixiert und stabilisiert. Durch die Verwendung von Hohlprofilen als Querträger kann eine besonders leichte Unterkonstruktion, die wiederum leichter zu montieren und zu handhaben ist, geschaffen werden.A particularly good substructure is created by the use of cross members, which are arranged side by side, preferably at right angles to the extent of the energy converter arrangement. Through the use of these cross beams, the energy converter assemblies are fixed to each other and stabilized. By the use of Hollow profiles as a cross member can be a particularly lightweight substructure, which in turn is easier to assemble and handle to be created.
Zur Nachführung der Energiewandleranordnung nach dem aktuellen Sonnenstand, der sich im Laufe des Tages verändert, wird die Photovoltaikanlage mittels einer Nachführeinrichtung dem Sonnenstand nachgeführt. Diese Nachführung ermöglicht einen vom Sonnenstand abhängigen maximalen Wirkungsgrad der Energiewandler, die durch die Nachführung stets mit einem Maximum an Sonnenstrahlung beaufschlagt werden. Dazu verfügt die Photovoltaikanlage sowohl über einen Sonnenstandsmesser als auch über einen Antrieb, der die Nachführbewegung auf die Nachführeinrichtung überträgt, wobei die Querträger wippenartig in einem gemeinsamen Drehpunkt, dem Sonnenstand nachgeführt werden.To track the energy converter arrangement according to the current position of the sun, which changes during the day, the photovoltaic system is tracked by means of a tracking device to the position of the sun. This tracking allows depending on the position of the sun maximum efficiency of the energy converter, which are always acted upon by the tracking with a maximum of solar radiation. For this purpose, the photovoltaic system has both a sun position meter and a drive which transmits the tracking movement to the tracking device, wherein the cross members rocker-like tracked in a common pivot point, the position of the sun.
In einer weiteren Ausführungsform der Photovoltaikanlage werden die auf die Unterkonstruktion befestigten Energiewandleranordnungen über eine Seilanordnung, die aus nebeneinander angeordneten, vorzugsweise im Jawerth-Seilbinderprinzip angeordneten, Spannseilen besteht, dem Sonnenstand nachgeführt, wobei die Seile die Nachführbewegung auf die Querträger übertragen.In a further embodiment of the photovoltaic system, the energy converter arrangements fastened to the substructure are tracked to the position of the sun via a cable arrangement which is arranged side by side, preferably in the Jawerth cable tie principle, wherein the cables transmit the tracking movement to the cross members.
Eine Weiterbildung der Photovoltaikanlage sieht vor, am unteren Ende des Halteelements in Weiterführung des Energiewandlers ein Windleitelement anzubringen. Durch das Fortführen der Querschnittsfläche mit einem Windleitelement können auf die Photovoltaikanlage wirkende Winde besonders wirksam durch die in Reihe montierten Energiewandleranordnungen geführt werden, was zu einer geringeren Windanfälligkeit der Anlage, längerer Standzeit und geringeren Ausfällen führt.A development of the photovoltaic system provides to attach a wind deflector at the lower end of the holding element in continuation of the energy converter. By continuing the cross-sectional area with a wind deflector, winds acting on the photovoltaic system can be guided particularly effectively by the series-mounted energy converter arrangements, which leads to a lower wind susceptibility of the system, longer service life and lower failures.
Eine besonders hohe Ausnutzung der auf die Energiewandleranordnung treffenden Sonnenstrahlen wird erreicht, wenn die optische Einrichtung in einer 0°-Position der Energiewandleranordnung in der Art oberhalb des Energiewandlers angeordnet ist, dass eine Kante der optischen Einrichtung, die der benachbarten Energiewandleranordnung zugewandt ist, im Wesentlichen deckungsgleich mit der Kante des Energiewandlers einer längs benachbarten Energiewandleranordnung ist. Durch diese im Wesentlichen deckungsgleich miteinander angeordneten parallel verlaufenden Kanten der einzelnen Energiewandleranordnungen zueinander ist sichergestellt, dass alle auf die Photovoltaikanlage treffenden Sonnenstrahlen entweder durch die optische Einrichtung, das verspiegelte Halteelement oder direkt auf den Energiewandler treffen, um Energie zu erzeugen.A particularly high utilization of the solar radiation impinging on the energy converter arrangement is achieved if the optical device is arranged in a 0 ° position of the energy converter arrangement in the manner above the energy converter, that an edge of the optical device, which faces the adjacent energy converter arrangement, substantially is congruent with the edge of the energy converter of a longitudinally adjacent energy converter arrangement. By this substantially congruent with each other arranged parallel edges of the individual energy converter arrangements to each other ensures that all hit the photovoltaic system sun rays either through the optical device, the mirrored holding element or directly to the energy converter to produce energy.
Nachfolgend ist die erfindungsgemäße Photovoltaikanlage anhand mehrerer in der Zeichnung dargestellter Beispiele noch näher erläutert. In der Zeichnung zeigen:Below, the photovoltaic system according to the invention is explained in more detail with reference to several examples shown in the drawing. In the drawing show:
Fig. 1 eine perspektivische Gesamtansicht einer Photovoltaikanlage mit einer Mehrzahl nebeneinander liegender Energiewandleranordnungen;1 is an overall perspective view of a photovoltaic system with a plurality of juxtaposed energy converter arrangements;
Fig. 2 einen Querschnitt einer Photovoltaikanlage mit einer Energiewandleranordnung nach einem ersten Ausführungsbeispiel;2 shows a cross section of a photovoltaic system with an energy converter arrangement according to a first embodiment;
Fig. 3 einen Querschnitt der Photovoltaikanlage mit einer Energiewandleranordnung nach einem zweiten Ausführungsbeispiel;3 shows a cross section of the photovoltaic system with an energy converter arrangement according to a second embodiment;
Fig. 4 einen Querschnitt der Photovoltaikanlage mit einer Energiewandleranordnung nach einem dritten Ausführungsbeispiel;4 shows a cross section of the photovoltaic system with an energy converter arrangement according to a third embodiment;
Fig. 5 einen Querschnitt der Photovoltaikanlage mit einer Energiewandleranordnung nach einem vierten Ausführungsbeispiel;5 shows a cross section of the photovoltaic system with an energy converter arrangement according to a fourth embodiment;
Fig. 6 einen Querschnitt der Photovoltaikanlage mit einer Energiewandleranordnung nach einem fünften Ausführungsbeispiel;6 shows a cross section of the photovoltaic system with an energy converter arrangement according to a fifth embodiment;
Fig. 7 eine Variante der Photovoltaikanlage mit einer Mehrzahl nebeneinander liegender Energiewandleranordnungen; und7 shows a variant of the photovoltaic system with a plurality of juxtaposed energy converter arrangements; and
Fig. 8 und 9 Darstellungen einer Variante der ersten optischen Einrichtung8 and 9 representations of a variant of the first optical device
Im Folgenden werden sechs Ausführungsbeispiele der erfindungsgemäßen Photovoltaikanlage mit einer Energiewandleranordnung beschrieben. Der allgemein gültige Aufbau der Photovoltaikanlage, bestehend aus einer Energiewandleranordnung mit jeweils einem Halteelement, einem Energiewandler und einer optischen Einrichtung, die auf einer Unterkonstruktion montiert sind, wird anhand einer ersten Ausführungsform beschrieben. Darüber hinausgehende Merkmale sowie vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung werden in den weiteren Ausführungsformen beschrieben, wobei auf weitere Erläuterungen zu bereits aus der ersten Ausführungsform bekannten Merkmalen verzichtet wird.In the following, six embodiments of the photovoltaic system according to the invention with an energy converter arrangement will be described. The generally valid Construction of the photovoltaic system, consisting of an energy converter arrangement, each with a holding element, an energy converter and an optical device, which are mounted on a substructure will be described with reference to a first embodiment. Beyond that features and advantageous developments of the invention will be described in the other embodiments, being dispensed with further explanations to already known from the first embodiment features.
Die in Fig. 1 dargestellte Perspektivansicht einer erfindungsgemäßen Photovoltaikanlage 1 zeigt eine Mehrzahl nebeneinander liegender Energiewandleranordnungen 2, die sich aus den wesentlichen Bauteilen eines Halteelements 4, eines Energiewandlers 6 und einer optischen Einrichtung 8 zusammensetzt. Die parallel nebeneinander in Reihe montierten Energiewandleranordnungen 2 sind auf einer Unterkonstruktion 10 aus einem Gitter von Querträgem 12 montiert. Die Unterkonstruktion 10 bildet zusammen mit dem Gestell 14 die Aufständerung, wobei die montierten Energiewandleranordnungen auf der Unterkonstruktion 10 mittels einer Nachführung 16 dem Sonnenstand nachführt werden. Zur Befestigung kann die Photovoltaikanlage auf einem Fundament 18 fixiert werden.The illustrated in Fig. 1 perspective view of a photovoltaic system 1 according to the invention shows a plurality of juxtaposed energy converter assemblies 2, which is composed of the essential components of a holding element 4, an energy converter 6 and an optical device 8. The parallel to each other in series mounted energy converter assemblies 2 are mounted on a substructure 10 of a grid of cross members 12. The substructure 10 forms together with the frame 14, the elevation, wherein the mounted energy converter assemblies are tracked on the substructure 10 by means of a tracking 16 the sun. For attachment, the photovoltaic system can be fixed on a foundation 18.
Fig. 2 zeigt ein erstes Ausführungsbeispiel der Energiewandleranordnungen 2, die im Querschnitt gesehen nebeneinander auf eine Unterkonstruktion 10, bestehend aus Querträgern 12, montiert sind. Die Energiewandleranordnungen 2, bestehend aus dem Halteelement 4, dem Energiewandler 6 und der optischen Einrichtung 8, werden dabei vom Halteelement 4 in der Art angeordnet, dass die optische Einrichtung 8 zum einen zur gegenüberliegenden Seite des Halteelements und somit dem Energiewandler abgewandt ist, und zum anderen vom Energiewandler in der Art beabstandet ist, dass die optische Einrichtung 8 vertikal näher der Sonne zugewandt ist, im Vergleich zum Energiewandler 6 der gleichen Energiewandleranordnung 2, durch diesen asymmetrischen Aufbau der Energiewandieranordnung 2, der die optische Einrichtung 8 auf der gegenüberliegenden Seite des Halteelements 4 in Bezug auf den Energiewandler 6 trägt, wird folgender Strahlengang ermöglicht. Eine direkte Strahlung, die von einer Strahlungsquelle oder einem Strahlungstransmitter, beispielsweise der Sonne, aus im Wesentlichen parallel zueinander verlaufenden Einzelstrahlen die auf die optische Einrich- tung 8 treffen, werden von der optischen Einrichtung 8 derart gebeugt, dass die Strahlen auf den Energiewandler 6 einer benachbarten Energiewandleranordnung 2 treffen. Zu diesem Zweck besteht die optische Einrichtung 8 aus einer optischen Strahlablenkungseinrichtung. Diese aus Prismen bestehende Fresnel-Linsenstruktur ermöglicht eine Ablenkung, Streuung oder Fokussierung der Strahlen auf den Energiewandler 6,FIG. 2 shows a first exemplary embodiment of the energy converter arrangements 2, which, viewed in cross-section, are mounted side by side on a substructure 10 consisting of cross members 12. The energy converter assemblies 2, consisting of the holding element 4, the energy converter 6 and the optical device 8, are arranged by the holding element 4 in such a way that the optical device 8 is facing away from the opposite side of the holding element and thus the energy converter, and the is spaced from the energy converter in such a way that the optical device 8 is vertically closer to the sun, compared to the energy converter 6 of the same energy converter arrangement 2, by this asymmetric structure of the energy conversion arrangement 2, the optical device 8 on the opposite side of the holding element 4 carries with respect to the energy converter 6, the following beam path is made possible. A direct radiation emitted by a radiation source or a radiation transmitter, for example the sun, from essentially parallel individual beams which are incident on the optical device. 8 meet are diffracted by the optical device 8 such that the rays hit the energy converter 6 of an adjacent energy converter assembly 2. For this purpose, the optical device 8 consists of an optical beam deflection device. This prismatic Fresnel lens structure allows for deflection, scattering or focusing of the beams onto the energy converter 6,
Der Energiewandler 6 der Energiewandleranordnung 2 besteht aus einem Photo- voltaikelement zur Erzeugung elektrischer Energie. Alternativ dazu kann der Energiewandler 6 auch aus einem Wandler bestehen, der die aufgebrachte Energie in eine weitere Energieform wie z. B. Warmwasser überführt.The energy converter 6 of the energy converter arrangement 2 consists of a photovoltaic element for generating electrical energy. Alternatively, the energy converter 6 may also consist of a transducer, the energy applied in a further form of energy such. B. hot water transferred.
Das Halteelement 4 erfüllt eine Vielzahl von Funktionen. An einem oberen Ende des Halteelements 4 ist eine Optikaufnahme 22 angebracht, welche die optische Einrichtung 8 an ihrem Randbereich aufnimmt. In diesem gezeigten ersten Ausführungsbeispiel besteht die Optikaufnahme 22 aus dem Halteelement 4, das in gekröpfter Art und Weise fortgeführt ist. Zur Fixierung der optischen Einrichtung 8 wird ein zusätzliches Klemmelement 24 in der Art an der Energiewandleranordnung 2 befestigt, dass die optische Einrichtung 8 zwischen gekröpftem Ende des Halteelements 4 und dem Klemmelement 24 eingeklemmt ist. Im die Verschattung gering zu halten, wird die Optikaufnahme möglichst klein ausgeführt.The holding element 4 fulfills a multiplicity of functions. At an upper end of the holding element 4, an optical receptacle 22 is mounted, which receives the optical device 8 at its edge region. In this first embodiment shown, the optical receptacle 22 consists of the holding element 4, which is continued in a cranked manner. For fixing the optical device 8, an additional clamping element 24 is attached to the energy converter arrangement 2 in such a way that the optical device 8 is clamped between the cranked end of the holding element 4 and the clamping element 24. In order to keep the shading low, the optical recording is carried out as small as possible.
An der Optikaufnahme 22 schließt sich ein Stegabschnitt 26 des Halteelements 4 an. Dieser Stegabschnitt 26 beabstandet die Optikaufnahme 22 und die daran befestigte optische Einrichtung 8 zum Energiewandler 6 und zur Unterkonstruktion 10. Die Länge des Stegabschnitts 26 ist angepasst auf die Gesamtgröße der Energiewandleranordnung 2 und dem Beugungswinkel B der optischen Einrichtung 8. Im weiteren Verlauf des Halteelements 4 schließt sich am Stegabschnitt 26 eine Energiewandleraufnahme 28 an. Die Energiewandleraufnahme 28 fixiert zum einen den Energiewandler 6 in der Energiewandleranordnung 2, bildet in diesem Ausführungsbeispiel die Verbindung zur Unterkonstruktion 10 und ermöglicht darüber hinaus einen Wärmeabtransport des Energiewandlers 6. Diese abgeführte Wärme entsteht durch die Beaufschlagung des Energiewandlers 6 mit Sonnenenergie. Im Allgemeinen wird ein höherer Wirkungsgrad der Photovoltaikanlage 1 erzeugt, wenn der Energiewandler 6 eine in sich homogene und möglichst geringe Temperaturdifferenz zur Umgebung aufweist. Um die Wärme des Energiewandlers 6 bestmöglich an die Umgebung abfließen zu lassen, besteht die Energiewandleraufnahme 28 aus einem besonders wärmeleitfähigen Material und liegt - wie in Fig. 2 zu sehen - möglichst großflächig an dem Energiewandler 6 an. Die Energiewandleraufnahme 28 verfügt über seitliche Klemmbereiche, die zur Aufnahme und Fixierung des Energiewandlers 6 dienen.At the optical receptacle 22, a web portion 26 of the retaining element 4 connects. This web section 26 spaces the optical receptacle 22 and the optical device 8 attached thereto to the energy converter 6 and to the substructure 10. The length of the web section 26 is adapted to the total size of the energy converter arrangement 2 and the diffraction angle B of the optical device 8. In the further course of the holding element 4 joins the bridge section 26 an energy converter receptacle 28 at. The energy converter receptacle 28 fixes on the one hand the energy converter 6 in the energy converter arrangement 2, in this embodiment forms the connection to the substructure 10 and moreover enables a heat removal of the energy converter 6. This dissipated heat is created by the action of the energy converter 6 with solar energy. In general, a higher efficiency of the photovoltaic system 1 is generated when the energy converter 6 is a self-homogeneous and As low as possible temperature difference to the environment has. In order to allow the heat of the energy converter 6 to flow to the environment in the best possible way, the energy converter receptacle 28 is made of a material which is particularly thermally conductive and, as shown in FIG. 2, lies against the energy converter 6 over the largest possible area. The energy converter receptacle 28 has lateral clamping areas which serve to receive and fix the energy converter 6.
Die Optikaufnahme 22 und die Energiewandleraufnahme 28 sind so konzipiert, dass eine Montage der optischen Einrichtung 8 und des Energiewandlers 6 vor Ort möglich ist, nachdem das Halteelement 4 auf die Unterkonstruktion montiert wurde, um somit Beschädigungen an den sensiblen Teilen bei der Montage der Aufständerung zu vermeiden.The optical receptacle 22 and the energy converter receptacle 28 are designed so that an assembly of the optical device 8 and the energy converter 6 in place is possible after the retaining element 4 has been mounted on the substructure, thus damage to the sensitive parts during assembly of the elevation avoid.
In diesem Ausführungsbeispiel schließt sich an die Energiewandleraufnahme 28 des Halteelements 4 ein Windleitelement 30 an. Dieses Windleitelement 30, bestehend aus einem fortgeführten Blechabschnitt, führt die Kontur des im Wesentlichen Z- förmigen Querschnitts der Energiewandleranordnung 2 fort, um auf die Anlage wirkenden Wind widerstandsärmer durch die Lücken zwischen den einzelnen Energiewandleranordnungen 2 zu führen. Dadurch erhält die Photovoltaikanlage 1 eine geringere Windanfälligkeit, die weiter verringert werden kann, indem die Anlage gesteuert durch eine Winderfassung in einem optimalen Winkel zur Windrichtung geschwenkt wird. Diese Funktion der Photovoltaikanlage 1 führt zu einer längeren Betriebsdauer und somit zu einer höheren Effizienz der Photovoltaikanlage 1 , da die Anlage länger in ihrem optimalen Betriebszustand Energie erzeugen kann, ohne aus dem Wind genommen zu werden, um Defekte zu vermeiden.In this exemplary embodiment, a wind guiding element 30 adjoins the energy converter receptacle 28 of the holding element 4. This Windleitelement 30, consisting of a continuous sheet metal section, the contour of the substantially Z-shaped cross-section of the energy converter assembly 2 continues to lead to the wind acting on the system resistance through the gaps between the individual energy converter assemblies 2. As a result, the photovoltaic system 1 receives less susceptibility to wind, which can be further reduced by the system is pivoted controlled by a wind sensor at an optimum angle to the wind direction. This function of the photovoltaic system 1 leads to a longer operating time and thus to a higher efficiency of the photovoltaic system 1, since the system can produce energy longer in its optimum operating state without being taken out of the wind in order to avoid defects.
Die nebeneinander auf einem Querträger 12 montierten Energiewandleranordnungen 2 werden mittels einer Nachführeinrichtung 16 um einen gemeinsamen Drehpunkt D geschwenkt, um sonnenstandsabhängig einen höchstmöglichen Wirkungsgrad der Energiewandleranordnung 2 zu erzeugen.The energy converter assemblies 2 mounted next to one another on a cross member 12 are pivoted about a common pivot point D by means of a tracking device 16 in order to generate the highest possible efficiency of the energy converter arrangement 2 depending on the position of the sun.
Fig. 3 zeigt ein zweites Ausführungsbeispiel der Energiewandleranordnungen 2, die im Querschnitt gesehen nebeneinander auf einer Unterkonstruktion montiert sind. Die Energiewandleranordnungen 2, bestehend aus dem Halteelement 4, dem Energiewandler 6 und der optischen Einrichtung 8, weist einen zusätzlichen Basisabschnitt 32 auf, der die Verlängerung des Stegabschnitts 26 darstellt. Über diesen Basisabschnitt 32 ist eine variablere Anbindung der Energiewandleranordnung 2 an die Unterkonstruktion 10 möglich. Durch diese Veränderung ist es auch möglich, die Energiewandleraufnahme 28 kürzer und somit Material sparender zu gestalten. In dieser Ausführungsform wird sowohl die Optikaufnahme 22 als auch die Energiewandleraufnahme 28 als U- förmige Aufnahme gebildet. Dabei entspricht die lichte Breite der U-förmigen Schenkel im Wesentlichen der Stärke der optischen Einrichtung bzw. des Energiewandlers 6. Zur ausreichenden Abstützung des Energiewandlers 6 ist der untere Schenkel der Energiewandleraufnahme länger ausgebildet, um eine ausreichende Abstützung zu schaffen.Fig. 3 shows a second embodiment of the energy converter assemblies 2, which are seen in cross-section mounted side by side on a substructure. The energy converter arrangements 2, comprising the holding element 4, the energy converter 6 and the optical device 8, has an additional base section 32, which represents the extension of the web section 26. A more variable connection of the energy converter arrangement 2 to the substructure 10 is possible via this base section 32. By this change, it is also possible to make the energy converter receptacle 28 shorter and thus more material-saving. In this embodiment, both the optical receptacle 22 and the energy converter receptacle 28 is formed as a U-shaped receptacle. In this case, the clear width of the U-shaped legs substantially corresponds to the strength of the optical device or the energy converter 6. For sufficient support of the energy converter 6, the lower leg of the energy converter receptacle is longer designed to provide sufficient support.
Wie in Fig. 3 zu sehen ist, gelangt neben der Strahlung, die mittels der optischen Einrichtung auf den benachbarten Energiewandler 6 gebeugt wird, eine zusätzliche Strahlung unmittelbar von der Strahlungsquelle oder dem Strahlungstransmitter auf den Energiewandler 6. Somit erhöht sich die Konzentration der auf den Energiewandler 6 treffenden Strahlen um die Menge der Strahlung, die zusätzlich direkt auf den Energiewandler 6 trifft. Somit setzt sich die Gesamtbeaufschlagung des Energiewandlers aus indirekter Strahlung und direkter Strahlung zusammen.As can be seen in FIG. 3, in addition to the radiation which is diffracted by means of the optical device onto the adjacent energy converter 6, additional radiation comes directly from the radiation source or the radiation transmitter onto the energy converter 6 Energy converter 6 incident rays to the amount of radiation, which additionally hits directly on the energy converter 6. Thus, the total application of the energy converter is composed of indirect radiation and direct radiation.
Fig. 4 zeigt ein drittes Ausführungsbeispiel der Energiewandleranordnungen 2, die im Querschnitt gesehen nebeneinander auf einer Unterkonstruktion 10 montiert sind. Die Energiewandleranordnungen 2, bestehend aus einem Halteelement 4, dem Energiewandler 6 und der optischen Einrichtung 8, werden mittels dem Basisabschnitt 32 auf der Unterkonstruktion 10 montiert. In diesem Ausführungsbeispiel trägt der Basisabschnitt 32 sowohl den Energiewandler 6, der mittels Glasflächen verstärkt ist, als auch den Stegabschnitt 26 der in diesem Ausführungsbeispiel um 22° aus der Senkrechten geneigt ist und an dessen Ende sich die Optikaufnahme 22 befindet, welche, um eine besonders einfache Herstellung und Befestigung der optischen Einrichtung 8 zu ermöglichen, aus periodisch versetzten Abkantungen besteht. Wohingegen in den vorangegangenen Ausführungsbeispielen die Flächen der optischen Einrichtung 8 zu dem Energiewandler 6 im Wesentlichen parallel angeordnet war, ist die optische Einrichtung 8 im dritten Ausführungsbeispiel unter einem Winkel angeordnet, der die im Wesentlichen senkrecht zur Erde treffenden Strahlen auf eine größere optische Einrichtung verteilt und diese dadurch präziser auf den Energiewandler 6 beugen kann.FIG. 4 shows a third exemplary embodiment of the energy converter arrangements 2, which, viewed in cross section, are mounted side by side on a substructure 10. The energy converter arrangements 2, comprising a holding element 4, the energy converter 6 and the optical device 8, are mounted on the substructure 10 by means of the base section 32. In this embodiment, the base portion 32 carries both the energy converter 6, which is reinforced by glass surfaces, as well as the web portion 26 which is inclined in this embodiment by 22 ° from the vertical and at the end of the optical pickup 22 is located, which is a particular to allow easy manufacture and attachment of the optical device 8, consists of periodically offset folds. Whereas in the preceding exemplary embodiments the surfaces of the optical device 8 were arranged substantially parallel to the energy converter 6, the optical device 8 in the third exemplary embodiment is arranged at an angle which corresponds to that in FIG Substantially perpendicular to the earth impinging radiation distributed to a larger optical device and this can diffract more precisely to the energy converter 6.
In diesem Ausführungsbeispiel bestehen sowohl der Basisabschnitt 32 als auch der Stegabschnitt 26 aus einem Aluminiumstrangpressprofil. Dabei ist ein dem Energiewandler 6 zugewandter Abschnitt des Halteelements 4 mit einer Spiegeloberfläche 34 versehen. Diese Spiegeloberfläche 34 kann sowohl durch eine Oberflächenbehandlung, wie z. B. Polieren, des vorhandenen Halteelements 4 oder durch Aufbringen einer spiegelnden Beschichtung auf das Halteelement 4 sowie durch das Aufbringen eines zusätzlich spiegelnden Elements auf das Halteelement 4 geschaffen werden.In this embodiment, both the base portion 32 and the web portion 26 made of an aluminum extruded profile. In this case, a section of the holding element 4 facing the energy converter 6 is provided with a mirror surface 34. This mirror surface 34 can both by a surface treatment, such. As polishing, the existing support member 4 or by applying a reflective coating on the support member 4 and by applying an additional reflective element to the support member 4 are created.
Diese Spiegeleigenschaft des Halteelements 4 ermöglicht es der Energiewandleranordnung 2 zusätzlich zu der indirekten Strahlung durch die optische Einrichtung 8 hindurch und der direkten Strahlung unmittelbar auf den Energiewandler 6 eine dritte zusätzliche Strahlung auf den Energiewandler 6 zu lenken. Dabei wird auf die Spiegeloberfläche 34 des Halteelements 4 treffende Strahlung von einer Strahlungsquelle oder einem Strahlungstransmitter über die Reflexion der Spiegeloberfläche 34 auf den Energiewandler 6 geleitet. Durch diese dritte Strahlung auf den Energiewandler 6 erhöht sich die Gesamtbeaufschlagung des Energiewandlers 6 und somit der Gesamtwirkungsgrad der Photovoltaikanlage.This mirror property of the holding element 4 makes it possible for the energy converter arrangement 2 to direct a third additional radiation onto the energy converter 6 in addition to the indirect radiation through the optical device 8 and the direct radiation directly onto the energy converter 6. In this case, radiation incident on the mirror surface 34 of the holding element 4 is conducted from a radiation source or a radiation transmitter via the reflection of the mirror surface 34 onto the energy converter 6. By this third radiation to the energy converter 6, the total loading of the energy converter 6 and thus the overall efficiency of the photovoltaic system increases.
Fig. 5 zeigt ein viertes Ausführungsbeispiel der Energiewandleranordnungen 2, die im Querschnitt gesehen nebeneinander auf einer Unterkonstruktion 10 montiert sind. Die Energiewandleranordnungen 2, bestehend aus dem Halteelement 4, dem Energiewandler 6 und der optischen Einrichtung 8, werden dabei von einem Basisabschnitt 32 getragen, der die optische Einrichtung 8 sowie den Energiewandler 6 rückseitig aufnimmt. Diese Konstruktion verzichtet durch die rückseitige Aufnahme im Wesentlichen auf die Optikaufnahme 22 und die Energiewandleraufnahme 28, wodurch eine größere Optikfläche bzw. Energiewandierfläche entsteht, da die Randbereiche zur Befestigung wegfallen und der Energieerzeugung dienen können. Der Basisabschnitt 32 dieses Ausführungsbeispiels ist so stabil gebaut, dass er alle daran befestigten Bauteile tragen und zusätzlich über eine periodisch eingesetzte Verstärkung 36 verfügt, die in regelmäßigen Abständen die optische Einrichtung 8 abstützt und ein Durchhängen dieser vermeidet. Ein zwischen Basisabschnitt und Unterkonstruktion befindliches elastisches Element 38 kann Schwingungen, Vibrationen sowie Torsion der Photovoltaikanlage 1 aufnehmen, so dass diese Beeinträchtigungen weder einen Schaden an den Funktionsteilen, wie z. B. optischer Einrichtung 8 oder Energiewandler 6, nehmen können als auch zu keiner Verringerung der Effizienz der Anlage aufgrund Nachführungenauigkeit der sich aufgrund Torsion ergebenden Ungenauigkeit der optischen Einrichtung 8 ergebenden Strahlablenkung,FIG. 5 shows a fourth exemplary embodiment of the energy converter arrangements 2, which, viewed in cross section, are mounted side by side on a substructure 10. The energy converter arrangements 2, consisting of the holding element 4, the energy converter 6 and the optical device 8, are thereby supported by a base section 32, which receives the optical device 8 and the energy converter 6 at the back. Due to the rear receptacle, this construction essentially dispenses with the optical receptacle 22 and the energy converter receptacle 28, resulting in a larger optical surface or energy-transforming surface, since the edge regions can be omitted for attachment and can be used to generate energy. The base portion 32 of this embodiment is so sturdily built that it carries all the components attached thereto and additionally has a periodically inserted reinforcement 36 which supports the optical device 8 at regular intervals and avoids sagging thereof. A located between the base portion and substructure elastic member 38 can absorb vibrations, vibrations and torsion of the photovoltaic system 1, so that these impairments neither damage to the functional parts, such. As optical device 8 or energy converter 6, and can not reduce the efficiency of the system due to tracking inaccuracy resulting from torsion inaccuracy of the optical device 8 resulting beam deflection,
Eine Nachführbewegung der Energiewandieranordnungen 2 entsprechend dem Sonnenstand kann sowohl über einen Antrieb 20 geschehen, der mittels einer Schubstange, einem Zahnradantrieb oder ähnlichem die Nachführbewegung auf die Unterkonstruktion 10 überträgt, so dass die Gesamtheit der Energiewandieranordnungen, die auf Querträgern 12 montiert sind, um einen gemeinsamen Drehpunkt D dem Sonnenstand nachgeführt werden.A Nachführbewegung the energy conversion arrangements 2 according to the position of the sun can be done both by a drive 20, which transmits the tracking movement to the substructure 10 by means of a push rod, a gear drive or the like, so that the entirety of the Energiewandieranordnungen mounted on cross members 12 to a common Fulcrum D track the position of the sun.
Alternativ zu dieser Art der Nachführung kann ein besonders verwindungssteif ausgeführter Querträger 12 mittels einer Seilanordnung 40 die Nachführbewegung an die Energiewandieranordnungen 2 weitergeben. Dazu befinden sich im Querträger 12 Aufnahmen für die Seilanordnung 40. Diese Seilanordnung 40 besteht aus im Wesentlichen parallel zueinander gespannten Seilen, die mehrere Photovoltaikanlagen miteinander verbinden können, wobei die aufgebrachte Seilspannkraft von Querträger 12 zu Querträger 12 weitergeben wird. Werden die Spannseile polygonzugartig nach dem Jawerth-Seilbinderprinzip gespannt, so wird eine besonders geringe Durchbiegung der seilverspannten Unterkonstruktion 10 ermöglicht. Die Nachführbewegung einer solch seilverspannten Photovoltaikanlage 1 wird ebenfalls mittels eines Antriebs 20 um einen Drehpunkt D ermöglicht.As an alternative to this type of tracking, a cross member 12, which is designed to be particularly torsionally rigid, can transmit the tracking movement to the energy-transforming arrangements 2 by means of a cable arrangement 40. For this purpose, 12 shots for the cable assembly 40 are in the cross member. This cable assembly 40 consists of substantially parallel to each other stretched cables that can connect several photovoltaic systems together, the applied cable tension of cross member 12 will pass to cross member 12. If the tension cables are stretched in a polygonal manner according to the Jawerth cable-tie principle, a particularly small deflection of the rope-braced substructure 10 is made possible. The tracking movement of such a cable-tensioned photovoltaic system 1 is also made possible by means of a drive 20 about a pivot point D.
Fig. 6 zeigt ein fünftes Ausführungsbeispiel der Energiewandieranordnungen 2, die im Querschnitt gesehen nebeneinander an einer Konstruktion bestehend aus Haltewangen 42 montiert sind. Diese Haltewangen 42 nehmen die optischen Einrichtungen 8 sowie die Energiewandler 6 mittels Stützelementen 44 an ihren Stirnseiten auf, so dass sich diese in besonders einfacher Art rotatorisch um den Drehpunkt D dem Son- nenstand nachführen lassen. Um eine etwaige Durchbiegung der optischen Einrichtung 8 oder des Energiewandlers 6 zu verhindern, können zwischen den Elementen Halteelemente 4 angebracht werden. Alternativ zur starren Befestigung der Stützelemente an den Haltewangen ist es möglich, einen Bolzen 46 an den Haltewangen 42 anzubringen, der die Stützelemente 44 und die dazwischen fixierten optischen Einrichtungen 8 und Energiewandler 6 drehbar lagert. Diese Konstruktion ermöglicht eine relativ flache Ausführung der Haltewangen 42, die somit bei schräg auftreffenden Sonnenstrahlen, beispielweise im Frühjahr oder Herbst, einen geringeren Teil der Energiewandler 6 abschatten.FIG. 6 shows a fifth exemplary embodiment of the energy-transforming arrangements 2, which, seen in cross-section, are mounted side by side on a construction consisting of holding cheeks 42. These holding cheeks 42 receive the optical devices 8 and the energy converters 6 by means of supporting elements 44 on their end faces, so that they rotate in a particularly simple manner about the pivot point D of the probe. let track. In order to prevent any deflection of the optical device 8 or the energy converter 6, holding elements 4 can be mounted between the elements. As an alternative to the rigid attachment of the support elements to the retaining cheeks, it is possible to attach a bolt 46 to the retaining cheeks 42, which rotatably supports the supporting elements 44 and the optical devices 8 and energy converters 6 fixed therebetween. This construction allows a relatively flat design of the retaining walls 42, which thus shade a smaller portion of the energy converter 6 in obliquely impinging sun rays, for example in the spring or fall.
In Figur 7 ist eine Variante der Solaranlage gezeigt. Sie hat im Wesentlichen denselben Aufbau wie die zuvor beschriebenen Varianten, mit der Besonderheit, dass sie eine Symmetrieebene ES aufweist. Die auf der einen Seite der Symmetrieebene liegenden Energiewandleranordnungen 2 sind spiegelbildlich zu den auf der anderen Seite der Symmetrieebene liegenden Energiewandleranordnungen 2 angeordnet und ausgebildet. Dadurch kann der Drehpunkt D der Anlage höher und damit näher an den Systemschwerpunkt heran gelegt werden als bei der Ausführungsform gemäß Figur 3 bis 6, wodurch es gelingt, die erforderlichen Verstellkräfte zu verringern.FIG. 7 shows a variant of the solar system. It has substantially the same structure as the variants described above, with the special feature that it has a plane of symmetry ES. The lying on one side of the plane of symmetry energy converter assemblies 2 are arranged and formed in mirror image to the lying on the other side of the plane of symmetry energy converter assemblies 2. As a result, the pivot point D of the system can be placed higher and thus closer to the system center of gravity than in the embodiment according to FIGS. 3 to 6, whereby it is possible to reduce the required adjustment forces.
Eine weitere Variante der Anlage ist in den Figuren 8 und 9 gezeigt. Hier wird die optische Einrichtung 8 durch eine Einrichtung 108, 109 ersetzt, bei der zwei in Reihe geschaltete Beugungselemente vorgesehen sind. Bezüglich der Einzelheiten und Vorteile dieser optischen Einrichtung wird auf den Inhalt der mit gleichem Zeitrang im Namen der Anmelder hinterlegten Deutschen Patentanmeldung DE 10 2009 002 508.1 verwiesen, deren Offenbarung ausdrücklich in diese Anmeldung einbezogen wird.Another variant of the system is shown in FIGS. 8 and 9. Here, the optical device 8 is replaced by a device 108, 109, in which two series-connected diffraction elements are provided. With regard to the details and advantages of this optical device, reference is made to the content of the German patent application DE 10 2009 002 508.1 filed with equal priority in the name of the Applicant, the disclosure of which is expressly incorporated into this application.
Fig. 8 zeigt den Querschnitt einer bevorzugten Variante der optischen Einrichtung, bestehend aus dem ersten Beugungselement 108, dem zweiten Beugungselement 109 und Verbindungselementen 110. Dabei ist das erste Beugungselement 108 im Strahlenverlauf näher an der Strahlungsquelle angeordnet, so dass durch das erste Beugungselement 108 hindurch der Strahlenverlauf auf das zweite Beugungselement 109 gerichtet ist. Die Verbindungselemente 110 sind dabei in der Art zwischen den Beugungselementen 108, 109 angeordnet, dass diese eine einstückige optische Einrichtung 100 bilden. Dazu werden die Abstände zwischen den Beugungselementen 108, 109 durch die Verbindungselemente 110 geschlossen. Diese Abstände variieren, wenn die beiden Beugungsflächen 108, 109 zueinander in einem Winkel [A] zueinander beabstandet sind.8 shows the cross section of a preferred variant of the optical device, comprising the first diffraction element 108, the second diffraction element 109 and connecting elements 110. In this case, the first diffraction element 108 is arranged closer to the radiation source in the beam path, so that through the first diffraction element 108 passes the beam path is directed to the second diffraction element 109. The connecting elements 110 are arranged in such a way between the diffraction elements 108, 109, that this one-piece optical device 100 form. For this purpose, the distances between the diffraction elements 108, 109 are closed by the connecting elements 110. These distances vary when the two diffraction surfaces 108, 109 are mutually spaced at an angle [A].
Das in Fig. 8 gezeigte Ausführungsbeispiel einer optischen Einrichtung 100 offenbart Beugungselemente 108, 109, deren Oberflächen unterschiedlich ausgeprägt sind. Dabei weist die eine Oberfläche eine im Wesentlichen glatte Oberflächenstruktur auf, wohingegen die zweite Oberfläche eine Strahlablenkungseinrichtung in Form von Prismen trägt. Die so entstehende Fresnel-Linse ermöglicht Beugungen, die den Strahlengang 120 parallel umlenken, fokussieren oder streuen können.The embodiment of an optical device 100 shown in FIG. 8 discloses diffractive elements 108, 109 whose surfaces are differently pronounced. In this case, the one surface has a substantially smooth surface structure, whereas the second surface carries a beam deflection device in the form of prisms. The resulting Fresnel lens allows diffractions that can deflect the beam path 120 in parallel, focus or scatter.
Alternativ zu der hier gezeigten Ausführungsform der Beugungselemente 108, 109 können diese auch an beiden Oberflächen Strahlablenkungseinrichtungen tragen oder auch mit sich voneinander unterscheidenden Strahlablenkungseinrichtungen beugen. Darüber hinaus ist eine unterschiedliche Ausgestaltung des ersten Beugungselements 108 zum zweiten Beugungselement 109 möglich, so dass beispielsweise das erste Beugungselement 108 im Gegensatz zum zweiten Beugungselement 109 keine Strahlablenkeinrichtung trägt. Zum Schutz der Oberflächen der optischen Einrichtung können die Beugungselemente 108, 109 nicht gezeichnete Schutzelemente, welche die Oberflächenstruktur der Beugungselemente 108, 109 vor Verunreinigungen oder Umwelteinflüssen schützen, aufweisen. Es ist auch möglich, zumindest eine Außenfläche der optischen Einrichtung mit einer selbstreinigenden Oberflächenstruktur mit sogenanntem „Lotus-Effekt" auszustatten, so dass separate Schutzelemente entfallen können.As an alternative to the embodiment of the diffraction elements 108, 109 shown here, they can also carry beam deflection devices on both surfaces or even bend with beam deflection devices differing from one another. In addition, a different configuration of the first diffraction element 108 to the second diffraction element 109 is possible, so that, for example, the first diffraction element 108 in contrast to the second diffraction element 109 carries no beam deflecting device. To protect the surfaces of the optical device, the diffraction elements 108, 109 may not have protective elements which protect the surface structure of the diffraction elements 108, 109 from contamination or environmental influences. It is also possible to equip at least one outer surface of the optical device with a self-cleaning surface structure with a so-called "lotus effect", so that separate protective elements can be dispensed with.
Ein auf die optische Einrichtung 100 im Wesentlich parallel treffendes Strahlbündel 120 ist in der Fig. 8 dargestellt. Die Energiewandleranordnung 2, welche mit dem Ziel ein Maximum an Strahlenenergie auf die Energiewandler 6 zu richten wird dem Sonnenstand nachgeführt ist und neigt dabei die optische Einrichtung 1 in der Art, dass der Strahlengang 120 präzise in einer vorbestimmten Art auf den Energiewandler 6 trifft. Die dazu notwendige Gesamtbeugung wird in der hier gezeigten Ausführungsform von der optischen Einrichtung 1 auf zumindest zwei Beugungen verteilt. Der von der optischen Einrichtung 100 auf den Energiewandler 6 gebeugte Strahlenverlauf ist abhängig von der Beschaffenheit der Beugungselemente 108, 109. Eine besonders bevorzugte Ausführungsform der Beugungszusammensetzung ist in Fig. 8 dargestellt. Der zur Energiemaximierung der Solaranlage notwendige Gesamtbeu- gungswinkel ergibt sich aus mehreren hintereinander erfolgenden Beugungen. Diese können aus unterschiedlichen Beugungsarten und/oder unterschiedlichen Optiken entstehen. Dabei besteht die erste optische Einrichtung aus einer Fresnel-Linse 108 deren Prismen im Strahlenverlauf nach Unten angeordnet sind und einen zweiten Beugungselement 109 aus einer Fresnel-Linse deren Prismen im Strahlenverlauf nach Oben zeigen. Die den Prismen abgewandte Oberfläche der optischen Einrichtungen 108, 109 können eine im Wesentlichen glatte Oberflächenstruktur aufweisen, die auch eine selbstreinigene Mikrostruktur haben können.A ray bundle 120 that essentially meets the optical device 100 substantially parallel is shown in FIG. 8. The energy converter arrangement 2, which is aimed with the aim to direct a maximum of radiation energy to the energy converter 6 is tracked to the sun and thereby tends the optical device 1 in such a way that the beam path 120 hits the energy converter 6 precisely in a predetermined manner. The necessary for this total diffraction is distributed in the embodiment shown here of the optical device 1 to at least two diffractions. The beam path diffracted by the optical device 100 onto the energy converter 6 is dependent on the nature of the diffraction elements 108, 109. A particularly preferred embodiment of the diffraction composition is shown in FIG. The total deflection angle necessary for maximizing the energy of the solar system results from a plurality of successive diffractions. These can arise from different diffraction types and / or different optics. In this case, the first optical device consists of a Fresnel lens 108 whose prisms are arranged in the beam path down and a second diffraction element 109 from a Fresnel lens whose prisms in the beam path to the top. The prism-facing surface of the optical devices 108, 109 may have a substantially smooth surface structure, which may also have a self-cleaning microstructure.
Daraus ergibt sich folgender Strahlengang, wobei der Strahlengang im Allgemeinen den snelliusschen Brechungsgesetzen folgt. Steht die Oberfläche des ersten Beugungselements 108 rechtwinklig zum einfallenden Strahlengang, so erzeugt der einfallende Strahl nur minimale Reflexion aufgrund der Oberflächeneigenschaften. Ist die Oberfläche des ersten Beugungselements 108 leicht zum Strahlengang angewinkelt, so wird der Strahlengang zum Lot hin gebrochen, was die Verlustreflexion zum einen leicht erhöht, jedoch die Gefahr einer Totalreflexion beim Auftreffen auf eine weitere Beugungsfläche verringert. Der abgelenkte Strahlengang 120 trifft dabei auf die Fresnel- Linse und wird dabei vom Lot weg und in Richtung Energiewandleranordnung durch den Hohlkammerbereich der optischen Einrichtung geleitet. Von diesem besonders geschützten Bereich aus trifft der Strahlengang 120 erneut auf eine Fresnel-Linse, welche den Strahl zum Lot hin durch das zweite Beugungselement 109 hin leitet. Beim Austritt aus dem zweiten Beugungselement 109 wird der Strahlengang 120 auf den endgültigen Gesamtbeugungswinkel in Richtung Energiewandler 6 hin umgelenkt.This results in the following beam path, the beam path generally following the Snellius laws of refraction. If the surface of the first diffraction element 108 is at right angles to the incident beam path, the incident beam generates only minimal reflection due to the surface properties. If the surface of the first diffraction element 108 is slightly angled toward the beam path, the beam path is refracted toward the solder, which slightly increases the loss reflection on the one hand, but reduces the risk of total reflection when encountering another diffraction surface. The deflected beam path 120 strikes the Fresnel lens and is thereby guided away from the solder and in the direction of the energy converter arrangement through the hollow chamber region of the optical device. From this particularly protected area, the beam path 120 again encounters a Fresnel lens, which guides the beam toward the solder through the second diffraction element 109. Upon exiting the second diffraction element 109, the beam path 120 is deflected to the final overall diffraction angle in the direction of the energy converter 6.
Zur Befestigung der optischen Einrichtung 100 an eine Energiewandleranordnung 2 ist ein Haltebereich 122 vorgesehen, in dem die optische Einrichtung 1 besonders stabil ausgeführt ist, so dass angreifende, nicht dargestellte, Befestigungselemente die optische Einrichtung 100 aufnehmen und fixieren können. Die in Fig. 9 dargestellte perspektivische Ansicht einer optischen Einrichtung 100 zeigt die wesentlichen Bauteile bestehend aus dem ersten Beugeelement 108, dem zweiten Beugeelement 109, sowie den Verbindungselementen 110. Aus der perspektivischen Ansicht ist zudem die lineare Erstreckung der zuvor im Querschnitt gezeigten Bauteile ersichtlich. Diese sich in Längsrichtung einer Solaranlage erstreckenden Bauteile bilden in ihrer Gesamtheit eine optische Einrichtung 100 die ähnlich einem Holkörperprofil geschaffen ist, und dadurch sehr stabil und torsionssteif wird.For fixing the optical device 100 to an energy converter arrangement 2, a holding region 122 is provided, in which the optical device 1 is designed to be particularly stable, so that engaging, not shown, fastening elements can receive and fix the optical device 100. The perspective view of an optical device 100 shown in FIG. 9 shows the essential components consisting of the first bending element 108, the second bending element 109 and the connecting elements 110. The perspective view also shows the linear extension of the components shown previously in cross section. This in the longitudinal direction of a solar system extending components form in their entirety an optical device 100 which is similar to a Holkörperprofil created, and thus very stable and torsionally rigid.
Selbstverständlich sind Abweichungen von den beschriebenen Varianten möglich, ohne den Grundgedanken der Erfindung zu verlassen. Für die Bauelemente 32 und/oder 28 und oder 34 und/oder 22 können extrudierte oder spritzgegossenene oder gewalzte Komponenten verwendet werden, die aus Kunststoff oder Metall, wie z.B. Leichtmetall bestehen können.Of course, deviations from the variants described are possible without departing from the spirit of the invention. For the components 32 and / or 28 and or 34 and / or 22, extruded or injection molded or rolled components made of plastic or metal, e.g. Alloy can exist.
Zusätzlich zu einer einachsigen Azimut-Nachführung kann auch eine Elevations- Nachstellung oder -Nachführung vorgesehen sein.In addition to uniaxial azimuth tracking, elevation adjustment or tracking may also be provided.
Die Fresnel-Struktur oder eine Schutzschicht für die Fresnel-Struktur kann so fein ausgeführt sein, dass sich eine mikrostrukturierte Oberfläche mit Selbstreinigungseffekt (Lotus-Effekt) ergibt.The Fresnel structure or a protective layer for the Fresnel structure can be made so fine that results in a microstructured surface with a self-cleaning effect (lotus effect).
Die vorgestellte Erfindung ist nicht auf die Verwendung von Photovoltaikzellen als Energiewandler 6 beschränkt. Vielmehr zeigt die Erfindung Möglichkeiten, um verschiedenste Arten von Energiewandlern mit mehr Sonnenstrahlen zu beaufschlagen, um effizientere Wirkungsgrade zu schaffen.The presented invention is not limited to the use of photovoltaic cells as energy converter 6. Rather, the invention shows ways to impose more solar radiation on various types of energy converters to create more efficient efficiencies.
Die Erfindung zeigt eine Solaranlage in der besonderen Ausgestaltung einer Pho- tovoltaikanlage 1 mit einer Mehrzahl nebeneinander liegender Energiewandleranordnungen 2 mit jeweils einem Halteelement 4, einem Energiewandler 6 und einer optischen Einrichtung 8 offenbart, mit der ein Strahlengang auf den Energiewandler 6 richtbar ist, wobei die optische Einrichtung 8 näher an einer Strahlungsquelle angeordnet ist. Die Photovoltaikanlage 1 zeigt eine asymmetrische Anordnung der optischen Einrichtung 8 zum Energiewandler 6, wobei die optische Einrichtung 8 der Energiewandleran- Ordnung 2 auf den Energiewandler 6 einer benachbarten Energiewandleranordnung 2 gerichtet ist. The invention shows a solar system in the particular embodiment of a photovoltaic system 1 with a plurality of juxtaposed energy converter assemblies 2, each with a holding element 4, an energy converter 6 and an optical device 8 disclosed, with a beam path to the energy converter 6 can be directed, the optical device 8 is arranged closer to a radiation source. The photovoltaic system 1 shows an asymmetric arrangement of the optical device 8 to the energy converter 6, wherein the optical device 8 of the energy converter Order 2 is directed to the energy converter 6 an adjacent energy converter assembly 2.
Bezuqszeichenliste:LIST OF REFERENCES:
1 Photovoltaikanlage1 photovoltaic system
2 Energiewandleranordnung2 energy converter arrangement
4 Halteelement4 retaining element
6 Energiewandler6 energy converters
8 optische Einrichtung8 optical device
10 Unterkonstruktion10 substructure
12 Querträger12 cross members
14 Gestell14 frame
16 Nachführeinrichtung16 tracking device
18 Fundament18 foundation
20 Antrieb20 drive
22 Optikaufnahme22 optical recording
24 Klemmelement24 clamping element
26 Stegabschnitt26 bridge section
28 Energiewandleraufnahme28 energy converter recording
30 Windleitelement30 wind deflector
32 Basisabschnitt32 basic section
34 Spiegeloberfläche34 mirror surface
36 Verstärkung36 reinforcement
38 elastisches Element38 elastic element
40 Seilanordnung40 rope arrangement
42 Haltewangen42 retaining cheeks
44 Stützelemente44 support elements
46 Bolzen46 bolts
D DrehpunktD pivot point
B Beugungswinkel B diffraction angle

Claims

Ansprüche claims
1. Solaranlage, insbesondere eine Photovoltaikanlage (1), mit einer Mehrzahl nebeneinander liegender Energiewandleranordnungen (2) mit jeweils einem Halteelement (4), einem Energiewandler (6) und einer optischen Einrichtung (8) mit der ein Strahlengang auf die Energiewandler (6) richtbar ist, wobei die optische Einrichtung (8) näher an einer Strahlungsquelle angeordnet ist, gekennzeichnet durch eine asymmetrische Anordnung der optischen Einrichtung (8) zum Energiewandler, wobei die optische Einrichtung der Energiewandleranordnung auf den Energiewandler einer benachbarten Energiewandleranordnung gerichtet ist.1. solar system, in particular a photovoltaic system (1), with a plurality of juxtaposed energy converter assemblies (2) each having a holding element (4), an energy converter (6) and an optical device (8) with a beam path to the energy converter (6) can be directed, wherein the optical device (8) is arranged closer to a radiation source, characterized by an asymmetrical arrangement of the optical device (8) to the energy converter, wherein the optical device of the energy converter arrangement is directed to the energy converter of an adjacent energy converter arrangement.
2. Photovoltaikanlage nach Anspruch 1 , wobei das Halteelement (4) außerhalb des Strahlengangs zwischen optischer Einrichtung (8) der Energiewandleranordnung (2) und dem beaufschlagten Energiewandler (6) einer benachbarten Energiewandleranordnung (2) angeordnet ist.2. Photovoltaic system according to claim 1, wherein the holding element (4) outside the beam path between the optical device (8) of the energy converter assembly (2) and the applied energy converter (6) of an adjacent energy converter arrangement (2) is arranged.
3. Photovoltaikanlage nach Anspruch 2, wobei das Halteelement (4) jeweils eine Optikaufnahme (22), eine Energiewandleraufnahme (28) und einen Stegabschnitt (26) aufweist, wobei die Optikaufnahme (22) und die Energiewandleraufnahme (28) auf verschiedenen Seiten des Stegabschnitts (26) liegen.3. Photovoltaic system according to claim 2, wherein the holding element (4) each having an optical receptacle (22), an energy converter receptacle (28) and a web portion (26), wherein the optical receptacle (22) and the energy converter receptacle (28) on different sides of the web portion (26) lie.
4. Photovoltaikanlage nach Anspruch 3, wobei die Optikaufnahme (22) und/oder die Energiewandleraufnahme (28) so ausgebildet sind, dass der betreffende Rand der optischen Einrichtung (8) und/oder des Energiewandlers (6) lösbar und formschlüssig eingefasst ist.4. Photovoltaic system according to claim 3, wherein the optical receptacle (22) and / or the energy converter receptacle (28) are formed so that the respective edge of the optical device (8) and / or the energy converter (6) is enclosed detachably and positively.
5. Photovoltaikanlage nach Anspruch 4, wobei das Halteelement (4) im Wesentlichen einen S-förmigen Querschnitt aufweist.5. Photovoltaic system according to claim 4, wherein the holding element (4) has an essentially S-shaped cross-section.
6. Photovoltaikanlage nach Anspruch 5, wobei sich das Halteelement (4) senkrecht und linear zu seiner Querschnittsfläche erstreckt. 6. Photovoltaic system according to claim 5, wherein the holding element (4) extends perpendicularly and linearly to its cross-sectional area.
7. Photovoltaikanlage nach Anspruch 6, wobei das Halteelement (4) einen Basisabschnitt (32) zur Befestigung an einer Unterkonstruktion aufweist.7. Photovoltaic system according to claim 6, wherein the holding element (4) has a base portion (32) for attachment to a substructure.
8. Photovoltaikanlage nach Anspruch 7, wobei der Basisabschnitt (32) des Halteelements ein elastisches Element (38) aufweist.8. Photovoltaic system according to claim 7, wherein the base portion (32) of the holding element comprises an elastic element (38).
9. Photovoltaikanlage nach Anspruch 8, wobei das Halteelement (4) die optische Einrichtung (8) und den Energiewandler (6) rückseitig aufnimmt.9. Photovoltaic system according to claim 8, wherein the holding element (4) receives the optical device (8) and the energy converter (6) at the back.
10. Photovoltaikanlage nach Anspruch 1 , wobei sich die10. Photovoltaic system according to claim 1, wherein the
Energiewandleranordnungen (2) zwischen zwei sich im Parallelabstand zueinander verlaufende, Halteelemente bildende Haltewangen (42) erstreckt und dort stirnseitig über ein Stützelement (44) vorzugsweise lösbar fixiert sind.Energy converter assemblies (2) between two mutually parallel spaced, holding elements forming retaining cheeks (42) and there are frontally preferably fixed releasably via a support member (44).
11. Photovoltaikanlage nach Anspruch 10, wobei ein zusätzliches Halteelement (4) zwischen optischer Einrichtung (8) und Energiewandler (6) angeordnet ist.11. Photovoltaic system according to claim 10, wherein an additional holding element (4) between the optical device (8) and energy converter (6) is arranged.
12. Photovoltaikanlage nach Anspruch 11 , wobei das Stützelement (44) jeweils mit der Haltewange (42) fest verbunden ist.12. Photovoltaic system according to claim 11, wherein the support element (44) in each case with the retaining cheek (42) is firmly connected.
13. Photovoltaikanlage nach Anspruch 11 , wobei die beiden den Energiewandleranordnungen (2) zugeordneten stirnseitigen Stützelemente (44) an einem Bolzen (46) lagern, der drehbar um eine gemeinsame Achse in die Haltewangen (42) eingreift.13. Photovoltaic system according to claim 11, wherein the two the energy converter assemblies (2) associated end support elements (44) on a bolt (46) which rotatably engages around a common axis in the retaining cheeks (42).
14. Photovoltaikanlage nach einem der Ansprüche 1 bis 13, wobei ein dem Energiewandler (6) zugewandter Abschnitt des Halteelements (4) eine spiegelnde Oberfläche (34) oder ein spiegelndes Element aufweist.14. Photovoltaic system according to one of claims 1 to 13, wherein a said energy converter (6) facing portion of the holding element (4) has a reflective surface (34) or a reflective element.
15. Photovoltaikanlage nach Anspruch 14, wobei der Anstellwinkel des Halteelements (4) zur Senkrechten zwischen 15 und 45 Grad beträgt, insbesondere zwischen 25 und 30 Grad. 15. Photovoltaic system according to claim 14, wherein the angle of attack of the holding element (4) to the vertical between 15 and 45 degrees, in particular between 25 and 30 degrees.
16. Photovoltaikanlage nach einem der Ansprüche 1 bis 15, wobei das Halteelement (4) zusätzliche Abstützungen aufweist.16. Photovoltaic system according to one of claims 1 to 15, wherein the holding element (4) has additional supports.
17. Photovoltaikanlage nach einem der Ansprüche 1 bis 16, wobei das Halteelement (4) wärmeabführende Eigenschaften und/oder wärmeabführende Elemente aufweist.17. Photovoltaic system according to one of claims 1 to 16, wherein the holding element (4) has heat dissipating properties and / or heat dissipating elements.
18. Photovoltaikanlage nach einem der Ansprüche 1 bis 17, wobei die optische Einrichtung (8) eine optische Strahlablenkungseinrichtung ist.18. Photovoltaic system according to one of claims 1 to 17, wherein the optical device (8) is an optical beam deflection device.
19. Photovoltaikanlage nach Anspruch 18, wobei die Strahlablenkungseinrichtung (8) eine - eventuell mit Glas geschützte - Fresnel-Linsenstruktur aufweist.19. Photovoltaic system according to claim 18, wherein the beam deflection device (8) has a - possibly protected with glass - Fresnel lens structure.
20. Photovoltaikanlage nach Anspruch 19, wobei der Beugungswinkel (B) der Strahlablenkungseinrichtung (8) auf den Energiewandler (6) zwischen 15 und 60 Grad, vorzugsweise zwischen 18 und 60° beträgt.20. Photovoltaic system according to claim 19, wherein the diffraction angle (B) of the beam deflecting device (8) on the energy converter (6) is between 15 and 60 degrees, preferably between 18 and 60 °.
21. Photovoltaikanlage nach Anspruch 19 oder 20, wobei die21. Photovoltaic system according to claim 19 or 20, wherein the
Strahlablenkungseinrichtung (8) Abschnitte mit unterschiedlichen Beugungswinkeln (B) aufweist.Beam deflection device (8) sections with different diffraction angles (B).
22. Photovoltaikanlage nach einem der Ansprüche 19 bis 21 , wobei die optische Einrichtung (8) und/oder der Energiewandler (6) einen bogenförmigen Querschnitt aufweisen.22. Photovoltaic system according to one of claims 19 to 21, wherein the optical device (8) and / or the energy converter (6) have an arcuate cross-section.
23. Photovoltaikanlage nach einem der Ansprüche 18 bis 22, wobei die optische Einrichtung (8) regelmäßige Verstärkungen (36) aufweist.23. Photovoltaic system according to one of claims 18 to 22, wherein the optical device (8) has regular reinforcements (36).
24. Photovoltaikanlage nach einem der Ansprüche 1 bis 23, wobei der Energiewandler (6) aus einer für 2 bis 20-fache Konzentration optimierten Solarzelle gebildet ist. 24. Photovoltaic system according to one of claims 1 to 23, wherein the energy converter (6) is formed from a 2 to 20-fold concentration optimized solar cell.
25. Photovoltaikanlage nach Anspruch 24, wobei die Solarzelle eine hohe Wandlereffizienz mit geringen Verschattungsverlusten aufweist.25. Photovoltaic system according to claim 24, wherein the solar cell has a high conversion efficiency with low shading losses.
26. Photovoltaikanlage nach einem der Ansprüche 1 bis 25, wobei die Energiewandleranordnungen (2) auf einer Unterkonstruktion (10) angebracht sind.26. Photovoltaic system according to one of claims 1 to 25, wherein the energy converter assemblies (2) are mounted on a substructure (10).
27. Photovoltaikanlage nach Anspruch 26, wobei die Unterkonstruktion (10) ein Gitter aus Querträgern (12) aufweist.27. Photovoltaic system according to claim 26, wherein the substructure (10) has a grid of cross members (12).
28. Photovoltaikanlage nach Anspruch 27, wobei die Unterkonstruktion (10) mittels einer Nachführeinrichtung (16) die Energiewandleranordnungen (2) dem Sonnenstand nachführt.28. Photovoltaic system according to claim 27, wherein the substructure (10) by means of a tracking device (16) tracks the energy converter arrangements (2) to the position of the sun.
29. Photovoltaikanlage nach Anspruch 28, wobei ein Antrieb (20) eine Nachführbewegung der Nachführeinrichtung (16) auf die Querträger (12) überträgt.29. Photovoltaic system according to claim 28, wherein a drive (20) transmits a tracking movement of the tracking device (16) to the cross member (12).
30. Photovoltaikanlage nach einem der Ansprüche 26 bis 29, wobei die Unterkonstruktion (10) aus einer Seilanordnung (40) gebildet ist.30. Photovoltaic system according to one of claims 26 to 29, wherein the substructure (10) consists of a cable arrangement (40) is formed.
31. Photovoltaikanlage nach einem der Ansprüche 1 bis 30, wobei das Halteelement (4) ein Windleitelement (30) aufweist.31. Photovoltaic system according to one of claims 1 to 30, wherein the holding element (4) has a wind deflector (30).
32. Photovoltaikanlage nach einem der Ansprüche 1 bis 31 , wobei die Energiewandleranordnungen (2) oberhalb der Unterkonstruktion (10) angeordnet sind.32. Photovoltaic system according to one of claims 1 to 31, wherein the energy converter assemblies (2) above the substructure (10) are arranged.
33. Photovoltaikanlage nach einem der Ansprüche 1 bis 32, wobei die Energiewandleranordnungen (2) in einer 0°-Position der Solaranlage (1) in der Art angeordnet sind, dass eine Kante der optischen Einrichtung (8) der Energiewandleranordnung (2) und eine Kante des Energiewandlers (6) einer längs benachbarten Energiewandleranordnung (2) im Wesentlichen deckungsgleich sind. 33. Photovoltaic system according to one of claims 1 to 32, wherein the energy converter arrangements (2) are arranged in a 0 ° position of the solar system (1) in such a way that one edge of the optical device (8) of the energy converter arrangement (2) and a Edge of the energy converter (6) of a longitudinally adjacent energy converter arrangement (2) are substantially congruent.
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