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DE3005876C2 - Photovoltaic solar system - Google Patents

Photovoltaic solar system

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DE3005876C2
DE3005876C2 DE3005876A DE3005876A DE3005876C2 DE 3005876 C2 DE3005876 C2 DE 3005876C2 DE 3005876 A DE3005876 A DE 3005876A DE 3005876 A DE3005876 A DE 3005876A DE 3005876 C2 DE3005876 C2 DE 3005876C2
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DE
Germany
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modules
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solar
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DE3005876A
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Jörg Dipl.-Ing. 8044 Unterschleißheim Feustel
Heinz Dipl-Phys. Dr. 8000 München Pfeiffer
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MT Aerospace AG
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MAN Maschinenfabrik Augsburg Nuernberg AG
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Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine photovoltaische Solaranlage mit mehreren auf einer Tragstruktur angeordneten Solarzellen-Modulen, wobei die Module nebeneinander in mindestens einer Ebene von der Tragstruktur zusammengefaßt sind, und wobei die Tragstruktur durch einen in ihrer Mitte angeordneten Sockel um eine vertikale und eine horizontale Achse drehbar angeordnet und über eine Steueranlage dem jeweiligen Sonnenstand nachführbar ist.The invention relates to a photovoltaic solar system with several arranged on a support structure Solar cell modules, the modules side by side in at least one plane of the support structure are combined, and wherein the support structure by a base arranged in its center arranged rotatable about a vertical and a horizontal axis and via a control system to the respective The position of the sun can be tracked.

Es ist eine solarvoltaische Anlage aus der DE-OS 29 51 700 bekannt, bei der mehrere Solarzellen-Module untereinander angeordnet mit Seilen gehalten werden und an einem Ausleger an einem Fernsehturm befestigt sind. Die Module sind mit den Seilen über eine Fernbedienung oder einem Antrieb der Sonne nachführbar.A solar-voltaic system is known from DE-OS 29 51 700, in which several solar cell modules arranged one below the other are held with ropes and attached to a bracket on a television tower are. The modules can be tracked with the ropes via a remote control or a drive of the sun.

Aus der US-PS 41 72 739 ist eine Anlage gemäß der eingangs aufgezeigten Art bekannt geworden, die sich durch die Verwendung eines eigenen Sockels von der Abhängigkeit eines Fernsehturmes löst. Bei dieser Anlage sind außerdem alle Solarzellen auf einer Tragstruktur in einer einzigen Ebene angeordnet, so daß eine bessere Ausnutzung der Sonnenstrahlen möglich ist. Mit einem Antriebs- und Nachführmechanismus ist die Tragstruktur automatisch der Sonne nachführbar.From US-PS 41 72 739 a system according to the type indicated has become known, which relieves the dependency of a television tower by using its own base. With this system all solar cells are also arranged on a support structure in a single plane, so that one better utilization of the sun's rays is possible. With a drive and tracking mechanism is the Support structure can be automatically tracked to the sun.

Bei diesen bekannten Anlagen wird mit dem Nachführmechanismus eine kontinuierliche, regelmäßige Bewegung der Tragstruktur eingeleitet. Für außergewöhnliche Bewegungen, so wie eine saisonale Orientierungskorrektur, für die Sicherstellung der Tragstruktur bei ungünstigen Witterungsbedingungen ist jedoch eine Bedienungsperson erforderlich.In these known systems, a continuous, regular movement is achieved with the tracking mechanism initiated the supporting structure. For unusual movements, such as a seasonal orientation correction, however, an operator is responsible for securing the supporting structure in adverse weather conditions necessary.

Nachführungssysteme sind gemäß der US-PS 39 96 917 auch für Reflektoren für Solaranlagen bekannt. Bei der bekannten Anordnung sind die Reflektoren nebeneinander an einem horizontalen Rohr drehbar und um eine zweite Achse schwenkbar befestigt Bei dieser Vorrichtung können die Reflektoren zwar um 360° um die horizontale Achse gedreht werden und s können auch zum Boden zeigen, so daß Ablagerungen von Tau auf der reflektierenden Oberfläche verhindert werden, jedoch lassen sich dabei die Reflektoren nur nebeneinander und nicht übereinander anordnen, was eine große Stellfläche bei Großanlagen erfordert
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, den Wirkungsgrad einer Solaranlage der eingangs genannten Art zu verbessern, indem auch die diffuse Lichtstrahlung ausgenutzt wird und Ablagerungen auf der Oberfläche und Beschädigungen derselben verhindert werden.Tracking systems are also known from US Pat. No. 3,996,917 for reflectors for solar systems. In the known arrangement, the reflectors are rotatable next to each other on a horizontal tube and pivotably attached about a second axis the reflective surface can be prevented, but the reflectors can only be arranged next to one another and not one above the other, which requires a large floor space in large systems
The invention is based on the object of improving the efficiency of a solar system of the type mentioned at the outset by also utilizing the diffuse light radiation and preventing deposits on the surface and damage to the same.

Die Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die im Anspruch 1 gekennzeichneten Merkmale gelöstThe object is achieved according to the invention by the features characterized in claim 1

Damit wird eine optimale Nutzung der einstrahlenden Sonnenenergie erreicht, wobei alle notwendigen Schwenkbewegungen der Tragstruktur durchführbar sind und automatisch nach Sonnenstand und Witterungslage erfolgen. Mit entsprechender Programmierung der Steueranlage können die erforderlichen Steuerbefehle iii Abhängigkeit der Fühlersignale ausgegeben werden, so daß keine Bedienungsperson notwendig istFor optimum utilization of the incident solar energy is achieved, with all the necessary pivoting movements of the support structure are feasible and carried out automatically by the sun and weather conditions. With the appropriate programming of the control system, the necessary control commands can be issued as a function of the sensor signals, so that no operator is necessary

Durch die vollautomatische Steuerung nech Sonnenstand und Witterung kann nämlich die Anlage immer optimal arbeiten und außerdem unverzüglich bei plötzlich auftauchenden Witterungsumschlägen, sowie Windböen, in eine sichere Stellung gebracht werden.Due to the fully automatic control according to the position of the sun and weather, the system can always work optimally and also immediately in the event of a sudden emerging weather changes, as well as gusts of wind, are brought into a safe position.

Mit diesen Maßnahmen kann überraschenderweise gegenüber den herkömmlichen Anlagen ein Energiegewinn von über 20% erzielt werden. Durch die Nachführung bleibt die gesamte Solarzellenfläche während des ganzen Tagesablaufes als Wirkfläche erhalten. Reflexionsverlust und Absorptionsvcrluste bei Einstrahlung unter kleinen Winkeln werden vermieden. Es ist bekannt, daß die Leistungsfähigkeit von Solarzellen mit steigender Temperatur stark abfällt. Durch die weitere erfindungsgemäße Maßnahme, die Solarzellen auf einen Sockel anzubringen, werden die Zellen von der wärmeren Schich; auf der Erdbodenfläche in eine kühlere Zone gebracht, in der zusätzlich eine Kühlung der Zellen durch Wind erfolgtWith these measures, surprisingly, an energy gain can be achieved compared to conventional systems of over 20% can be achieved. Due to the tracking, the entire solar cell surface remains during the the entire daily routine as an effective area. Reflection loss and absorption loss with irradiation at small angles are avoided. It is known that the performance of solar cells with drops sharply with increasing temperature. The further measure according to the invention, the solar cells on one Attaching a pedestal will keep the cells from the warmer layer; on the surface of the ground in a cooler zone brought, in which the cells are additionally cooled by wind

Durch die Kombination dieser beiden Maßnahmen konnte die überraschende Leistungssteigerung erzielt werden, die den fertigungstechnischen Mehraufwand der Anlage voll kompensiert.The surprising increase in performance was achieved through the combination of these two measures that fully compensates for the additional manufacturing effort of the system.

Bei den sogenannten konzentrierenden Sonnenkollektoranlagen ist die Nachführung zumindest des Reflektorsystemes solcher Anlage zwar üblich, jedoch handelt es sich hierbei um ein völlig anderes System, bei dem die Aufnahme der Sonnenstrahlen nur unter einem ganz bestimmten Einfallwinkel erfolgen kann, so daß solche Anlagen nur bei kontinuierlich und exakter Nachstellung der Reflektoren verwendbar sind.In the so-called concentrating solar collector systems, the tracking is at least of the reflector system Such a system is common, but this is a completely different system which the reception of the sun's rays can only take place at a very specific angle of incidence, so that Such systems can only be used with continuous and exact readjustment of the reflectors.

Ein weiterer Anstieg der Energieausbeute bei einer Anlage gemäß der Erfindung läßt sich dadurch erreichen, daß die Solarzellen-Module eine horizontale Stellung einnehmen können, in der die Zellen nach oben gerichtet sind, um bei bewölkten Tagen die diffuse Strahlung in einem günstigsten Maße aufnehmen zu können, sowie eine waagerechte Ruhestellung, in der die Solarzellen nach unten gerichtet sind. Die Ruhestellung dient dazu, Ablagerungen, wie Staub und Tau, zu vermindern, indem die Anlage während der Nacht in diese Stellung gebracht wird. Außerdem dient sie zur Verhinderung von Schaden durch Witterungseinflüsse,A further increase in the energy yield in a system according to the invention can be achieved by that the solar cell modules can assume a horizontal position in which the cells face upwards are directed in order to absorb the diffuse radiation to a favorable extent on cloudy days can, as well as a horizontal rest position in which the solar cells are directed downwards. The rest position is used to reduce deposits such as dust and dew by keeping the system in during the night this position is brought. It also serves to prevent damage caused by the effects of the weather,

sowie Schnee oder Sturmbelastungen. Mit der erfindungsgemäßen Anlage wird außerdem die Reinigungsund Wartungshäufigkeit reduziert Die nur noch gelegentlich durchzuführenden Wartungen können dann in einer einfachen Weise durchgeführt werden, indem die Anlage in Ruhestellung gebracht wird.as well as snow or storm loads. With the system according to the invention, the cleaning and Maintenance frequency reduced The maintenance that only needs to be carried out occasionally can then be carried out in be carried out in a simple manner by bringing the system to rest.

Für Anlagen gemäß der Erfindung können konventionelle, standardisierte Strukturelemente mit verhältnismäßig geringer Steifigkeit für das Tragsystem verwendet werden, so daß die Anlagen kostengünstig und fertigungstechnisdi einfach herstellbar sind.For systems according to the invention, conventional, standardized structural elements with relatively low rigidity are used for the support system be, so that the systems are inexpensive and produktionsstechnisdi are easy to manufacture.

Gemäß einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung ist ein elektronisches Steuersystem mit lichtempfindlichen anderen Sensoren vorgesehen, die die Solarzellen-Module automatisch nach Sonnenstand und Witterung, richtet, so daß die Anlage immer optimal arbeiten kann und außerdem automatisch und unverzüglich bei plötzlich auftauchenden Witterungsumschlägen, sowie Windböen, in eine sichere Stellung gebracht werden kann.According to a further embodiment of the invention is an electronic control system with light-sensitive other sensors are provided that automatically control the solar cell modules according to the position of the sun and weather, aligned so that the system can always work optimally and also automatically and immediately when suddenly emerging weather changes, as well as gusts of wind, can be brought into a safe position.

Die Anlage kann ferner voll autonom betrieben werden, wenn für das elektrische Nachführsystem ein Teil der von der Anlage umgewandelte Energie unter Zwischenschaltung einer Pufferbatterie verwendet wird.The system can also be operated fully autonomously, if part of the energy converted by the system is interposed for the electrical tracking system a backup battery is used.

Das Steuersystem kann auf eine kontinuierliche Nachführung oder aber auch auf eine Stufen-Nachführung programmiert werden, derart, daß im Verlauf eines Tages die Tragstruktur drei oder mehrmals umgestellt wird, beispielsweise in eine Morgen-, eine Mittags-, eine Abend- und eine Nachtsteilung.The control system can be based on continuous tracking or also on step tracking be programmed in such a way that in the course of a day the support structure is rearranged three or more times is, for example, in a morning, a noon, an evening and a night division.

Es ist aber auch möglich, die Anlage mit einem mechanischen, insbesondere per Hand betätigbaren Nachführsystem auszurüsten.But it is also possible to equip the system with a mechanical, especially to equip manually operated tracking system.

In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel gemäß der Erfindung schematisch dargestellt Es zeigtIn the drawing, an embodiment according to the invention is shown schematically

F i g. 1 eine Frontansicht F i g. 2 eine Seitenansicht undF i g. 1 shows a front view F i g. 2 is a side view and

F i g. 3 eine Draufsicht des Ausführungsbeispieles.F i g. 3 is a plan view of the embodiment.

Die in F i g. 1 gezeigte photovoltaische Solaranlage besteht aus mehreren Modulen 10, die jeweils mit einer Vielzahl von Solarzellen ii besiückt sind und mittels einer Tragstruktur 12 in einer gemeinsamen Ebene zusammengehalten sind. Die Solarzellen-Module 10 können wie die bisherigen Module für die Bodenanlagen ausgebildet sein. Als Tragstruktur 12 läßt sich jede Struktur aus standardisierten, in Serie hergestellten Komponenten verwenden. Die Module können auch in mehreren parallelen Ebenen angeordnet sein, um eine bessere Kühlung der Solarzellen durch Konvektion zu gewährleisten.The in F i g. 1 shown photovoltaic solar system consists of several modules 10, each with a Large number of solar cells ii are filled and by means of a support structure 12 are held together in a common plane. The solar cell modules 10 can be designed like the previous modules for the ground systems. As a support structure 12 can be any Use a structure made up of standardized, mass-produced components. The modules can also be in several parallel planes can be arranged in order to better cool the solar cells by convection guarantee.

Die Tragstrukiur 12 ist auf einem als Turm ausgebildeten Sockel 14 angebracht und an ein elektromechanisches Nachführsystem 15 angekoppelt. Für den Sockel 14 kann jede beliebige Ausführung vorgesehen werden, wie z. B. ein Eisengerüst, eine Säule oder ein Turm, indem die Nachführeinrichtung 15 und anderweitige Funktions- sowie Wartungsgeräte wetterfest eingeschlossen werden können. Ebenso unproblematisch ist die Auswahl des Nachführsystems 15. Hierzu eignen sich sowohl rein mechanische, oder mechanisch hydraulische sowie elektromechanische Systeme. t>oThe support structure 12 is attached to a base 14 designed as a tower and to an electromechanical one Tracking system 15 coupled. Any design can be provided for the base 14, such as B. an iron frame, a column or a tower by the tracking device 15 and other Functional and maintenance devices can be enclosed in a weatherproof manner. It is also unproblematic the selection of the tracking system 15. Both purely mechanical or mechanically hydraulic ones are suitable for this as well as electromechanical systems. t> o

Das Nachführsystem 15 ist so ausgelegt, daß die Zellenmodule 10 über das Traggerüst 12 um eine vertikale Achse 17 um 360° drehbar sowie um eine horizontale Achse 18 um mindestens 180° von der einen horizontalen Stellung der Module 10 zur umgekehrten horizonta- μ lcn Stellung schwenkbar sind. Um die Schwenkbewegung mit der Verwendung nur nines Tragsockels 14 vereinbaren zu können, sind die Module 10 in zwei Grunpen aufgeteilt und an der Tragstruktur 12 so angeordnet, daß zwischen ihnen ein Spait von der Breite des Turmes 14 gebildet wird. Auf diese Weise können die Module 10, die in der Zeichnung in vertikaler Stellung gezeichnet sind, in beide horizontaien Lagen gebracht werden, nämlich in eine Ruhestellung, in der die Solarzellen 11 zum Erdboden gerichtet sind, und in die umgekehrte Lage, in der die Solarzellen zur Aufnahme von diffusen Strahlungen bei bewölkten Tagen waagrecht nach oben zeigend angeordnet sind. Die obere nicht vom Turm 14 tangierte Hälfte des Spaltes ist mit Zellenmodulen ausgefülltThe tracking system 15 is designed so that the cell modules 10 on the support frame 12 by a vertical Axis 17 rotatable through 360 ° and around a horizontal axis 18 through at least 180 ° from the one horizontal axis Position of the modules 10 to the inverted horizontal μ Can be pivoted into position. In order to allow the pivoting movement to be arranged with the use of only a support base 14 to be able to, the modules 10 are divided into two groups and arranged on the support structure 12 so that that between them a gap the width of the tower 14 is formed. In this way, the Modules 10, which are drawn in the drawing in a vertical position, brought into both horizontal positions are, namely in a rest position in which the solar cells 11 are directed to the ground, and in the reverse Position in which the solar cells are horizontal to absorb diffuse radiation on cloudy days are arranged pointing upwards. The upper half of the gap, which is not affected by the tower 14, has cell modules filled out

Bei automatischer Nachführung mittels eines elektronischen Programmsystems, das ebenfalls im Turm 14 eingerichtet wird, kann die Anlage völlig autonom betrieben werden, indem die Steueranlage 20 Signale von lichtempfindlichen Sensoren 21 sowie von auf Witterungsänderungen reagierenden Sensoren 22 empfängt und das Nachführungssystem entsprechend steuert.With automatic tracking by means of an electronic program system, which is also located in the tower 14 is set up, the system can be operated completely autonomously by the control system 20 signals from light-sensitive sensors 21 as well as sensors 22 which react to changes in the weather and controls the tracking system accordingly.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen1 sheet of drawings

Claims (3)

Patentansprüche:Patent claims: 1. Photovoltaische Solaranlage mit mehreren auf einer Tragstruktur angeordneten Solarzellen-Modulen, wobei die Module (10) nebeneinander in mindestens einer Ebene von der Tragstruktur (12) zusammengefaßt sind und wobei die Tragstruktur durch einen in ihrer Mitte angebrachten Sockel (14) um eine vertikale (17) und eine horizontale (18) Achse drehbar angeordnet und über eine Steueranlage dem jeweiligen Sonnenstand nachführbar ist, dadurch gekennzeichnet, daß durch eine Aussparung von der Breite des Sockels (14) in der Tragstruktur (12) und in der Ebene der Module (10) eine zum Boden gerichtete Einstellung der Solarzellen (11) möglich ist und daß Lichtsensoren (21) und Witterungssensoren (22) vorgesehen sind, die über die Steueranlage (20) zusätzlich zur Nachführbewegung nach der Sonne eine horizontal nach oben oder unten gerichtete Einstellung der Solarzellen (11) auslösen. 1. Photovoltaic solar system with several solar cell modules arranged on a support structure, the modules (10) being combined next to one another in at least one plane of the support structure (12) and the support structure being surrounded by a vertical base (14) attached to its center (17) and a horizontal (18) axis are rotatably arranged and can be tracked to the respective position of the sun via a control system, characterized in that a recess the width of the base (14) in the support structure (12) and in the plane of the modules ( 10) an adjustment of the solar cells (11) directed towards the ground is possible and that light sensors (21) and weather sensors (22) are provided which, via the control system (20) in addition to the tracking movement towards the sun, allow a horizontally upward or downward adjustment of the Trigger solar cells (11). 2. Anlage nach Anspruch I1 dadurch gekennzeichnet, daß die Steueranlage (20) auf ein mechanisches Nachführsystem einwirkt2. System according to claim I 1, characterized in that the control system (20) acts on a mechanical tracking system 3. Anlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Steueranlage (20) auf ein elektromechanisches Nachführsystem einwirkt, das von der photovoltaischen Anlage unter Zwischenschaltung einer Pufferbatterie gespeist wird.3. System according to claim 1, characterized in that the control system (20) to an electromechanical Tracking system acts by the photovoltaic system with the interposition of a Buffer battery is fed.
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