DE102007052338A1 - Photovoltaic installation has multiple level mirrors for concentration of sunlight on concentrator module with photovoltaic element, where mirrors are aligned together in form of Fresnel mirror field in parallel manner - Google Patents

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Abstract

The photovoltaic installation (1) has multiple level mirrors (30) for a concentration of sunlight on the concentrator module (70) with the photovoltaic element. The mirrors are aligned together in form of a Fresnel mirror field in parallel manner, and the concentrator module is arranged above the Fresnel mirror field. A pivot bearing (40) is integrally formed as extruded section made of aluminum. An independent claim is included for a cooling body with a ring-shaped cooling channel for discharging the cooling medium.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Photovoltaikanlage mit mehreren ebenen Spiegeln zur Konzentration des Sonnenlichtes auf mindestens ein Konzentratormodul mit mindestens einem Photovoltaikelement.The The invention relates to a photovoltaic system with several flat mirrors to concentrate the sunlight on at least a concentrator module with at least one photovoltaic element.

In der Praxis übliche Photovoltaikmodule weisen unmittelbar nebeneinander angeordnete Photovoltaikzellen auf, die hinter einer durchsichtigen Scheibe, z. B. hinter Glas oder transparentem Kunststoff, gegen Umwelteinflüsse geschützt sind. Gelegentlich sind solchen Photovoltaikmodulen Spiegel zur Erhöhung der Einstrahlung von Sonnenlicht zugeordnet.In Practice usual photovoltaic modules have direct arranged side by side photovoltaic cells, behind a transparent disc, z. Behind glass or transparent plastic, protected against environmental influences. Occasionally are such photovoltaic modules mirror to increase the Associated with sunlight.

Zur Vermeidung einer thermischen Überlastung von Solarzellen offenbart die DE 198 04 469 A1 ein flüssigkeitsgekühltes Konzentratormodul, bei dem vier planare Spiegel direkt einer vorzugsweise quadratischen Photovoltaikzelle zugeordnet sind, um die Direktstrahlung der Sonne auf die Photovoltaikzelle zu konzentrieren.To avoid a thermal overload of solar cells reveals the DE 198 04 469 A1 a liquid-cooled concentrator module in which four planar mirrors are directly associated with a preferably square photovoltaic cell to focus the direct radiation of the sun on the photovoltaic cell.

Im Weiteren zeigt die DE 203 14 372 U1 einen Sonnenkonzentrator für eine licht-bündelnde Photovoltaikanlage mit einem das Sonnenlicht auf eine Reihe von hintereinander angeordneten Photovoltaikmodulen oder Photovoltaikzellen bündelnden, lang gestreckten Spiegel. Der Spiegel besteht aus mehreren flachen Einzelspiegeln, die auf einem quer zur Längserstreckung des Spiegels eine Parabelform nachbildenden Träger befestigt sind. Dieser Sonnenkonzentrator ist insofern nachteilig, als seine gesamte Struktur der Sonne nachgeführt werden muss, was mit einem erheblichen Aufwand verbunden ist.In the following shows the DE 203 14 372 U1 a solar concentrator for a light-bundling photovoltaic system with an elongated mirror which focuses the sunlight onto a series of photovoltaic modules or photovoltaic cells arranged one behind the other. The mirror consists of several flat individual mirrors, which are mounted on a transversely to the longitudinal extent of the mirror a parabolic shape replicating carrier. This solar concentrator is disadvantageous in that its entire structure of the sun must be tracked, which is associated with considerable effort.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Photovoltaikanlage der eingangs genannten Art zu schaffen, die sowohl einen einfachen sowie preisgünstigen Aufbau als auch eine hohe Effizienz bei der Stromerzeugung aufweist.Of the Invention is based on the object, a photovoltaic system of to create the aforementioned type, both a simple and inexpensive construction as well as high efficiency in the Power generation has.

Erfindungsgemäß wird die Aufgabe dadurch gelöst, dass die Spiegel in Form eines Fresnel-Spiegelfeldes parallel zueinander ausgerichtet sind und das Konzentratormodul oberhalb des Fresnel-Spiegelfeldes angeordnet ist.According to the invention solved the problem by the fact that the mirror in the form of a Fresnel mirror field are aligned parallel to each other and the Concentrator module above the Fresnel mirror array arranged is.

Aufgrund dieser Maßnahmen ist die Photovoltaikanlage mit einem verhältnismäßig geringen konstruktiven Aufwand kostengünstig zu fertigen. Da die Spiegel in Bodennähe angeordnet sein können, ist der Inspektions- bzw. der Wartungsaufwand gering. Darüber hinaus stellt das Fresnel-Spiegelfeld eine hohe Effizienz bei der Stromerzeugung sicher, da die einfallende Sonnenstrahlung in Richtung des Konzentratormoduls reflektiert wird. Im Weiteren kann die Reflektion der Sonnenstrahlen in Richtung des Konzentratormoduls in mehren Linien erfolgen, womit die thermische Belastung des Konzentratormoduls gegenüber einem punktförmigen Auftreffen der reflektierten Sonnenstrahlung reduziert ist.by virtue of Of these measures is the photovoltaic system with a relative low cost of construction to manufacture cost. Since the mirrors can be located near the ground, is the inspection or maintenance costs low. About that In addition, the Fresnel mirror array provides high efficiency in the Power generation safe, as the incoming solar radiation towards of the concentrator module is reflected. In addition, the reflection the sun's rays in the direction of the concentrator module in several Lines are made, bringing the thermal load of the concentrator module against a punctiform impact of the reflected Solar radiation is reduced.

Vorzugsweise ist die Längsachse der rechteckförmigen Spiegel parallel zur Längsachse der rechteckförmigen Konzentratormodule orientiert. Zweckmäßigerweise sind mehrere nebeneinander in einer Achse angeordnete Konzentratormodule vorgesehen. Demnach ist die Photovoltaikanlage in einer nahezu beliebigen Größe herstellbar, da eine Vielzahl von Spiegeln neben- und hintereinander anzuordnen ist, wobei entsprechend den nebeneinander angeordneten Spiegeln Konzentratormodule vorgesehen sind.Preferably is the longitudinal axis of the rectangular mirror parallel to the longitudinal axis of the rectangular concentrator modules oriented. Conveniently, several are next to each other provided in an axis concentrator modules. Therefore is the photovoltaic system in almost any size can be produced, as a variety of mirrors next to and behind each other is to be arranged, where appropriate arranged side by side Mirror concentrator modules are provided.

Um eine relativ große Fläche durch die Konzentratormodule zu erzielen, sind die Konzentratormodule in mehreren parallelen sowie zueinander beabstandeten Reihen angeordnet. Die Anordnung der Reihen mit Konzentratormodulen zueinander sowie zu dem Fresnel-Spiegelfeld ist beispielsweise abhängig von der einfallenden und reflektierbaren Sonneneinstrahlung und kann von dem Fachmann bestimmt werden.Around a relatively large area through the concentrator modules To achieve the concentrator modules are in several parallel and spaced apart rows arranged. The order the rows of concentrator modules to each other and to the Fresnel mirror array is, for example, dependent on the incident and reflectable Solar radiation and can be determined by the expert.

In Ausgestaltung sind die Spiegel an einem bodenseitigen Gestell mit längsseitig parallel sowie beabstandet zueinander ausgerichteten Hauptträgern schwenkbar, insbesondere beidseitig zu den Konzentratormodulen, gelagert. Durch diesen Aufbau kann die Photovoltaikanlage der Geländetopologie angepasst werden. Des Weiteren sind die Spiegel einfach justierbar und der Sonne nachführbar, um eine hohe Leistung mit der Photovoltaikanlage zu erzielen.In Design are the mirrors on a base-side frame with longitudinally parallel and spaced apart aligned Pivoting main supports, in particular on both sides of the concentrator modules, stored. Through this structure, the photovoltaic system of the terrain topology be adjusted. Furthermore, the mirrors are easily adjustable and the sun traceable to a high performance with the To achieve photovoltaic system.

Nach einer Weiterbildung weisen die beispielsweise als Strangpressprofile aus Aluminium gefertigten Hauptträger auf gegenüberliegenden Seiten Längsnuten auf, in denen einerseits Befestigungsschrauben der Schwenklager und andererseits Nutensteine eingreifen, die an Profilen zur Verbindung der Hauptträger miteinander sowie mit Füßen befestigt sind. Da keine separaten Befestigungsbohrungen zu fertigen sind, ist die Montage schnell zu bewerkstelligen und ein Ausrichten der einzelnen Bauteile durch einfaches Verschieben entlang der Längsnuten möglich. Die die Hauptträger miteinander sowie mit Füßen des Gestells verbindenden Profile stellen gemeinsam mit den in die Längsnuten verschiebbar eingreifenden Nutensteinen eine schwimmende Lagerung sicher, die eine thermisch bedingte Längenänderung der Hauptträger zulässt.To a development have, for example, as extruded profiles made of aluminum main carrier on opposite Side longitudinal grooves on which on the one hand mounting screws Engage the pivot bearing and on the other hand nuts that on Profiles for connecting the main beams to each other as well are attached with feet. There are no separate mounting holes To manufacture, the assembly is quick to accomplish and an alignment of the individual components by simply moving along the longitudinal grooves possible. The main carriers connecting with each other and with the feet of the frame Profiles together with the displaceable in the longitudinal grooves engaging sliding blocks a floating storage safely, the a thermally induced change in length of the main carrier allows.

Um eine Vielzahl in einer Reihe angeordneter Spiegel gemeinsam verschwenkbar zu haltern, erstrecken sich vorzugsweise zwischen den Schwenklagern Spiegelträger, die jeweils einen zwischen den Hauptträgern verlaufenden Längsträger umfassen, von dem Befestigungslaschen für die Spiegel abgehen. Zur Vermeidung von Befestigungsbohrungen an den Spiegeln, die unter Umständen zu Korrosionsproblemen führen können, sind vorteilhafterweise die Unterseiten der Spiegel mit den Befestigungslaschen verklebt sind. Darüber hinaus können durch den Einsatz dauerelastischer Kleber mechanische Spannungen zwischen den Spiegeln und den Befestigungslaschen bzw. Längsträgern reduziert werden und die Montage der Spiegel ist mit einfachen Mitteln schnell zu realisieren.In order to support a plurality of mirrors arranged in a row together pivotable, extending preferably between the pivot bearings mirror support, each one between include the main beams extending side members, depart from the attachment tabs for the mirror. To avoid mounting holes on the mirrors, which can possibly lead to corrosion problems, advantageously the undersides of the mirror are glued to the mounting tabs. In addition, the use of permanently elastic adhesive mechanical stresses between the mirrors and the mounting straps or side rails can be reduced and the installation of the mirror can be realized quickly by simple means.

Zweckmäßigerweise sind die Spiegel unabhängig voneinander mittels einer elektromotorischen Verstelleinrichtung schwenkbar. Sonach kann jeder einzelne Spiegel optimal hinsichtlich der reflektierten Strahlung auf die Konzentratormodule ausgerichtet werden. In alternativer Ausgestaltung ist bevorzugt zur Verschwenkung der Spiegel eine Vorrichtung vorgesehen, die zum einen mit einem Linearmotor und zum anderen mit den Spiegelträgern gekoppelt ist. Nach einer Justierung der einzelnen Reihen mit Spiegeln zu den Konzentratormodulen in Abhängigkeit vom Stand der Sonne, der wiederum vom Standort der Photovoltaikanlage abhängig ist, werden die Spiegel des Fresnel-Spiegelfeldes in kompletten Reihen der Sonne nachgeführt.Conveniently, the mirrors are independent of each other by means of an electromotive adjusting device pivotable. So every single mirror can be optimal in terms of the reflected radiation are aligned with the concentrator modules. In an alternative embodiment is preferred for pivoting the Mirror provided a device, which on the one hand with a linear motor and coupled with the mirror carriers. To an adjustment of the individual rows with mirrors to the concentrator modules depending on the position of the sun, which in turn depends on the location of the Photovoltaic system is dependent, the mirrors of the Fresnel mirror field tracked in complete rows of the sun.

Zur zuverlässigen und robusten Lagerung weist jedes Schwenklager eine sich auf dem Hauptträger abstützende Grundplatte auf, von der ein Lagerauge abgeht. Die Grundplatte weist Bohrungen zum Einsetzen der in die Längsnuten der Hauptträger eingreifenden Befestigungsschrauben auf. Bis zu einer endgültigen Befestigung sind die Schwenklager durch die Befestigungsschrauben verschiebbar auf den Hauptträgern gehalten, wodurch eine Ausrichtung der einzelnen Reihen mit Spiegeln zueinander sowie zu den Konzentratormodulen mit einer geringen Anzahl von Monteuren schnell ausführbar ist.to Reliable and robust storage features every pivot bearing a base plate supporting itself on the main carrier on, from which a bearing eye goes off. The base plate has holes for Insertion of engaging in the longitudinal grooves of the main carrier Fixing screws. Until a final attachment the pivot bearings are displaceable by the fixing screws held on the main girders, creating an alignment the individual rows with mirrors to each other and to the concentrator modules quickly executable with a small number of fitters is.

Um zuverlässige Reibpartner zu bilden, ist in das Lagerauge des Schwenklagers eine Lagerbuchse zur Aufnahme eines Lagerzapfens des Längsträgers des Spiegelträgers eingesetzt. Die Lagerbuchse kann beispielsweise aus einem Kunststoff, wie Polytetrafluorethylen, oder einem Lagermetall gefertigt sein, während das Lagerauge und/oder der Lagerzapfen aus Aluminium bestehen. Vorteilhafterweise ist das Schwenklager einstückig als Strangpressprofil aus Aluminium ausgebildet.Around To form reliable friction partners is in the bearing eye of the pivot bearing a bearing bush for receiving a journal the longitudinal carrier of the mirror carrier used. The bushing may for example be made of a plastic, such as polytetrafluoroethylene, or a bearing metal, while the bearing eye and / or the bearing pin made of aluminum. advantageously, is the pivot bearing in one piece as an extruded profile Aluminum formed.

Die Konzentratormodule sind an bodenfesten, säulenförmigen Modulträgern montiert. Beidseitig zu den Modulträgern kann sich das Fresnel-Spiegelfeld erstrecken. Dabei können die Konzentratormodule einreihig oder zweireihig an den Modulträgern befestigt sein, wobei eine zweireihige Anordnung der Konzentratormodule Kostenvorteile durch einen geringen Installationsaufwand und Platzbedarf gegenüber der einreihigen Anordnung bietet.The Concentrator modules are ground-stable, columnar Module carriers mounted. On both sides of the module carriers the Fresnel mirror field may extend. It can the concentrator modules single-row or double-row on the module carriers be attached, with a double-row arrangement of the concentrator modules Cost advantages due to low installation costs and space requirements the single-row arrangement offers.

Die Verwendung eines Konzentratormoduls, das einen Kühlkörper mit mindestens einem ringförmigen Kühlkanal für den Durchfluss eines Kühlmediums, z. B. Wasser oder ein Öl, aufweist, dessen Haupterstreckung in Längsrichtung des Kühlkörpers verläuft, in der zuvor beschriebenen Photovoltaikanlage hat sich als besonders vorteilhaft erwiesen. Durch die aktive Kühlung wird die Substrattemperatur der Photovoltaikelemente derart gesenkt, dass noch eine hohe Quantenausbeute und damit ein hoher Wirkungsgrad erzielt ist. Darüber hinaus ist eine thermische Überlastung der Photovoltaikelemente vermieden.The Using a concentrator module containing a heat sink with at least one annular cooling channel for the flow of a cooling medium, z. As water or an oil, whose main extension in the longitudinal direction of the Heatsink runs in the previously described Photovoltaic system has proven to be particularly advantageous. By the active cooling becomes the substrate temperature of the photovoltaic elements lowered so that even a high quantum efficiency and thus a high efficiency is achieved. In addition, a thermal overload the photovoltaic elements avoided.

Weist der Kühlkörper mehrere parallel zueinander angeordnete Kühlkanäle auf, wobei jeweils zwei benachbarte Kühlkanäle mit dem Kühlmedium im Gegenstrom durchflossen sind, ist eine konstante Temperaturverteilung im Kühlkörper und damit an dem Photovoltaikelement erzielt, die sich vorteilhaft auf die Lebensdauer des Photovoltaikelements auswirkt. Thermisch induzierte Spannungen aufgrund von Temperaturunterschieden sind weitgehend vermieden. Vorzugsweise ist der Kühlkörper insbesondere einstückig aus einem Strangpressprofil, z. B. aus Aluminium, hergestellt. Es ist selbstverständlich auch möglich, den Kühlkörper aus mehreren Profilen zusammenzusetzen.has the heat sink a plurality of mutually parallel Cooling channels on, with two adjacent each Cooling channels with the cooling medium in countercurrent are flowed through, is a constant temperature distribution in the heat sink and thus achieved at the photovoltaic element, which is advantageous the life of the photovoltaic element affects. Thermally induced Voltages due to temperature differences are broad avoided. Preferably, the heat sink is in particular in one piece from an extruded profile, z. Aluminum, produced. It is of course also possible to assemble the heat sink from several profiles.

Eine effektive Wärmeabfuhr ist dadurch erzielt, dass das Photovoltaikelement thermisch mittels Wärmeleitpaste mit dem Kühlkörper gekoppelt ist. Darüber hinaus ist durch die Wärmeleitpaste die in der Regel unterschiedliche Wärmeausdehnung der Photovoltaikelemente gegenüber dem Material des Kühlkörpers ausgleichbar.A effective heat dissipation is achieved by the fact that the photovoltaic element thermally by means of thermal paste with the heat sink is coupled. In addition, through the thermal grease the usually different thermal expansion of the photovoltaic elements opposite the material of the heat sink compensated.

Insbesondere wenn das Photovoltaikelement auf einer Trägerplatte aus Glas aufgebracht ist, ist der Einsatz von Wärmleitpaste als thermisches Koppelmedium vorteilhaft. Wird das Photovoltaikmodul mittels einer Klemmvorrichtung an den Kühlkörper angedrückt, ist sichergestellt, dass aufgrund der relativen Längenausdehnungsunterschiede zwischen der Trägerplatte aus Glas bzw. den Silizium-Wafern und dem Kühlkörper keine mechanische Spannungen in die Trägerplatte bzw. die Wafer eingeleitet werden. Alternativ ist der Kühlkörper in das Photovoltaikmodul einlaminiert. Die Herstellung des Laminats erfolgt unter Verwendung unterschiedlicher Lagen Klebstoff und Gewebe, insbesondere Glasfasergewebe.Especially if the photovoltaic element on a support plate Glass is applied, is the use of thermal paste advantageous as a thermal coupling medium. Will the photovoltaic module by means of a clamping device to the heat sink pressed, it is ensured that due to the relative Length expansion differences between the carrier plate made of glass or the silicon wafers and the heat sink no mechanical stresses in the carrier plate or the Wafers are initiated. Alternatively, the heat sink laminated into the photovoltaic module. The production of the laminate is done using different layers of glue and tissue, in particular glass fiber fabric.

Sind dem Konzentratormodul seitliche Sekundärspiegel zugeordnet, die entlang der Photovoltaikelemente verlaufen und die von den Spiegeln reflektierte Strahlung als zusätzliche reflektierte Strahlung zu den Photovoltaikelementen leiten, dann kann eine homogene Strahlungsverteilung über die Oberfläche des Photovoltaikmoduls erzielt werden, was sich vorteilhaft hinsichtlich der Reduzierung von Temperaturspannungen und eine Steigerung des Wirkungsgrades auswirkt. Im Weiteren wird die reflektierte Strahlung der Spiegel vom Fresnel-Spiegelfeld besser ausgenutzt, als von einem Konzentratormodul ohne Streulicht auffangende Spiegel.Are associated with the concentrator module side secondary mirror, which extend along the photovoltaic elements and the reflected radiation from the mirrors as an additional reflected beam guide to the photovoltaic elements, then a homogeneous radiation distribution over the surface of the photovoltaic module can be achieved, which is advantageous in terms of reducing thermal stresses and an increase in efficiency. Furthermore, the reflected radiation of the mirrors is better utilized by the Fresnel mirror field than mirrors which catch on a concentrator module without scattered light.

Durch die Nutzung der Abwärme des in den Konzentratormodulen aufgeheizten Kühlmediums in einem Wärmespeichersystem, einer Niedertemperaturheizanwendung oder bei einer Absorptionskältemaschine ist der Gesamtwirkungsgrad der Photovoltaikanlage erhöht. Vorteilhaft ist dabei, dass die Temperatur des Kühlmediums beim Verlassen der Konzentratormodule bis zu 80°C betragen kann. Denkbar ist daher auch das Betreiben von so genannten ORC-Turbinen (Organic Rankine Cycle), bei denen statt Wasser ein organisches Arbeitsmittel, wie z. B. Silikonöl, verwendet wird, das bereits bei niedrigeren Temperaturen und Drücken verdampft, überhitzt und zur Stromerzeugung in einer Turbine genutzt werden kann.By the use of waste heat in the concentrator modules heated cooling medium in a heat storage system, a low temperature heating application or an absorption chiller the overall efficiency of the photovoltaic system is increased. It is advantageous that the temperature of the cooling medium when leaving the concentrator modules up to 80 ° C. can. It is therefore conceivable also the operation of so-called ORC turbines (Organic Rankine Cycle), in which instead of water an organic Working tools, such. As silicone oil, is used, the already evaporates at lower temperatures and pressures, overheated and can be used to generate electricity in a turbine.

In Ausgestaltung sind einzelne Leiterbahnen der Photovoltaikelemente unter Verwendung miteinander gekoppelter Dioden in Reihe geschaltet. Die auch Strings genannten Leiterbahnen sind mittel Z-Dioden miteinander verschaltet. Um den negativen Einfluss von einem so genannten Linienschatten auszuschließen, sind die Z-Dioden miteinander gekoppelt, wodurch einzelne Leiterbahnen übersprungen werden, also im Schatten liegende Anteile bei der Addition der Spannungen unberücksichtigt bleiben.In Design are individual tracks of the photovoltaic elements connected in series using coupled diodes. The conductors also called strings are medium Z diodes with each other connected. To exclude the negative influence of a so-called line shadow, the Z-diodes are coupled together, thereby skipping individual tracks become, thus in the shade lying portions with the addition of the tensions disregarded.

Die Erfindung ist im Zusammenhang mit einer Photovoltaikanlage beschrieben. Es ist jedoch selbstverständlich an Stelle von oder zusätzlich zu Konzentratormodulen thermische Kollektoren vorzusehen, die zur Erwärmung eines Wärmeträgermediums dienen, ohne den Schutzbereich der Erfindung zu verlassen. Die beschriebene Photovoltaikanlage kann als thermische Solaranlage oder auch als thermisches Solarkraftwerk, das elektrische Energie und eventuell Wärme oder "Kälte" über einen nachgeschalteten Prozess liefert, dienen.The The invention is described in connection with a photovoltaic system. It is, of course, in place of or in addition to provide concentrator modules thermal collectors, the Serve heating of a heat transfer medium, without departing from the scope of the invention. The described Photovoltaic system can be used as a solar thermal system or as well thermal solar power plant, the electrical energy and possibly Heat or "cold" over a downstream Process supplies, serve.

Es versteht sich, dass die vorstehend genannten und nachstehend noch zu erläuternden Merkmale nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen verwendbar sind.It It is understood that the above and below to be explained features not only in the specified Combination, but also usable in other combinations.

Die Erfindung wird im Folgenden anhand eines Ausführungsbeispiels unter Bezugnahme auf die zugehörigen Zeichnungen näher erläutert. Es zeigt:The Invention will be described below with reference to an embodiment with reference to the accompanying drawings in more detail explained. It shows:

1 eine schematische Seitenansicht einer erfindungsgemäßen Photovoltaikanlage, 1 a schematic side view of a photovoltaic system according to the invention,

2 eine vergrößerte schematische Detaildarstellung der Einzelheit II gemäß 1, 2 an enlarged schematic detail of the detail II according to 1 .

3 eine schematische Schnittdarstellung der Einzelheit III gemäß 1, 3 a schematic sectional view of the detail III according to 1 .

4 eine Darstellung der Einzelheit III gemäß 1 von unten und 4 a representation of the detail III according to 1 from below and

5 eine perspektivische Darstellung der Einzelheit V gemäß 1. 5 a perspective view of the detail V according to 1 ,

Die Photovoltaikanlage 1 umfasst mehrere ebene Spiegel 30, die gemäß den Pfeilen 80 auftreffende Sonnenstrahlung auf mehrere linear sowie doppelreihig an einem galgenförmigen Modulträger 60 oberhalb der Spiegel 30 angeordnete Konzentratormodule 70 entsprechend der Pfeile 81 reflektieren. Die Spiegel 30 sind in parallelen Reihen in Form eines Fresnel-Spiegelfeldes derart angeordnet, dass die Längsachsen der rechteckförmigen Spiegel 30 im Wesentlichen parallel zu den Längsachsen der rechteckförmigen Konzentratormodule 70 orientiert sind. Die Konzentratormodule 70 sind in etwa in der Mitte des Fresnel-Spiegelfeldes vorgesehen.The photovoltaic system 1 includes several level mirrors 30 that according to the arrows 80 incident solar radiation on several linear and double row on a galgenförmigen module carrier 60 above the mirror 30 arranged concentrator modules 70 according to the arrows 81 reflect. The mirror 30 are arranged in parallel rows in the form of a Fresnel mirror array such that the longitudinal axes of the rectangular mirror 30 substantially parallel to the longitudinal axes of the rectangular concentrator modules 70 are oriented. The concentrator modules 70 are provided approximately in the middle of the Fresnel mirror field.

Die Spiegel 30 sind über Spiegelträger 20 an einem bodenseitigen Gestell 2 mit längsseitig parallel sowie beabstandet zueinander ausgerichteten Hauptträgern 10 schwenkbar gelagert, wobei die Hauptträger 10 auf gegenüberliegenden Seiten Längsnuten aufweisen, in denen einerseits Befestigungsschrauben 50 der Schwenklager 40 und andererseits Nutensteine eingreifen, die an Profilen 12 zur längsseitigen Verbindung der Hauptträger 10 miteinander sowie mit auf Fundamenten stehenden Füßen 13 befestigt sind. Die Hauptträger 10 liegen in Halteschuhen 61, die an einem vertikalen Mast 62 des Modulträgers 60 befestigt sind.The mirror 30 are about mirror carrier 20 on a base-side frame 2 with longitudinally parallel and spaced apart aligned main carriers 10 pivotally mounted, with the main beams 10 have on opposite sides longitudinal grooves, in which on the one hand fastening screws 50 the pivot bearing 40 and on the other hand engage sliding blocks on profiles 12 for the longitudinal connection of the main beams 10 with each other and feet standing on foundations 13 are attached. The main carriers 10 lie in holding shoes 61 standing on a vertical mast 62 of the module carrier 60 are attached.

Durch das verschiebbare Einsetzen der fußseitigen Nutensteine in die entsprechende Längsnut 11 der Hauptträger 10 und der dem vertikalen Mast 62 zugeordneten Stirnseiten der Hauptträger 10 in den Halteschuhen 61, ist die schwimmende Lagerung der der Hauptträger 10, die einen thermisch bedingten Längen ausgleich ermöglicht, sichergestellt. Das Fresnel-Spiegelfeld ist dabei derart aufgebaut, dass mehrere Hauptträger 10 hintereinander sowie parallel und beabstandet zueinander vorgesehen sind, wobei zwischen den parallel zueinander verlaufenden Hauptträgern 10 die Spiegelträger 20 mit den Spiegeln 30 mittels der Schwenklager 40 gehalten sind und die Längsachsen der Spiegelträger 20 im rechten Winkel zur Achse der Haupt träger 10 und idealerweise parallel zur Längsachse der Konzentratormodule 70 orientiert sind. Jeder Spiegelträger 20 umfasst einen Längsträger 21, von dem rechtwinklig zueinander beabstandete Befestigungslaschen 22 abgehen, auf die die Spiegel 30 geklebt sind.By the sliding insertion of the foot-side sliding blocks in the corresponding longitudinal groove 11 the main carrier 10 and the vertical mast 62 associated end faces of the main carrier 10 in the shoes 61 , the floating bearing is the main vehicle 10 , which ensures a thermally induced length compensation ensured. The Fresnel mirror field is constructed in such a way that several main carriers 10 are provided one behind the other and parallel and spaced from each other, wherein between the mutually parallel main carriers 10 the mirror carriers 20 with the mirrors 30 by means of the pivot bearing 40 are held and the longitudinal axes of the mirror carrier 20 at right angles to the axis of the main carrier 10 and ideally parallel to the longitudinal axis of the concentrator modules 70 are oriented. Every mirror carrier 20 includes a side member 21 , from the perpendicular spaced mounting tabs 22 go out to the mirrors 30 are glued.

Die Längsträger 21 weisen stirnseitig Lagerzapfen 23 auf, die jeweils in ein mit einer Lagerbuchse 43 versehenes Lagerauge 44 des Schwenklagers 40 eingreifen. Das Lagerauge 44 ist über zwei Stege 45 mit einer Bohrungen für die Befestigungsschrauben 50 aufweisenden Grundplatte 41 verbunden. Bei der Montage der Schwenklager 40 werden zunächst die Befestigungsschrauben 50 in die entsprechenden Längsnuten 11 der Hauptträger 10 einführt und die Schwenklager 40 aufgesetzt. Die Schwenklager 40 mit den Spiegelträgern 20 sind bis zur Festlegung der Befestigungsschrauben 50 relativ zu den Konzentratormodulen 70 verschiebbar und damit leicht ausrichtbar.The side members 21 have frontal journals 23 on, each in one with a bearing bush 43 provided bearing eye 44 of the pivot bearing 40 intervention. The bearing eye 44 is over two jetties 45 with a hole for the fixing screws 50 having base plate 41 connected. When mounting the pivot bearing 40 First, the mounting screws 50 in the corresponding longitudinal grooves 11 the main carrier 10 introduces and the pivot bearings 40 placed. The pivot bearings 40 with the mirror carriers 20 are up to fixing the mounting screws 50 relative to the concentrator modules 70 movable and therefore easy to align.

Die Orientierung der Spiegel 30, von denen mehrere in einer Reihe optisch einer Reihe von Konzentratormodulen 70 zugeordnet sind, ist derart, dass die gemäß den Pfeilen 81 reflektierte Strahlung der Sonne auf eine korrespondierende Reihe von Konzentratormodulen 70 gerichtet ist. Zur Anpassung an den Sonnenstand ist den Spiegeln 30 eine Vorrichtung zugeordnet, die zum einen mit mindestens einem gestellfesten Linearmotor und zum anderen mit den Spiegelträgern 20 gekoppelt ist. Zur besseren Ausnutzung der reflektierten Strahlung 81 weisen die Konzentratormodule 70 Sekundärspiegel 77 auf, die die reflektierte Strahlung 81 von den Spiegeln 30 erneut reflektieren, so dass die reflektierte Strahlung 82 von den Sekundärspiegeln 77 die aktive Fläche der Konzentratormodule 70 homogen bestrahlt.The orientation of the mirror 30 , of which several in a row optically a number of concentrator modules 70 are assigned such that the according to the arrows 81 reflected radiation from the sun on a corresponding row of concentrator modules 70 is directed. To adapt to the position of the sun is the mirrors 30 associated with a device, on the one hand with at least one frame-fixed linear motor and the other with the mirror carriers 20 is coupled. For better utilization of the reflected radiation 81 have the concentrator modules 70 secondary mirror 77 on that the reflected radiation 81 from the mirrors 30 Reflect again so that the reflected radiation 82 from the secondary mirrors 77 the active area of the concentrator modules 70 homogeneously irradiated.

Das Konzentratormodul 70 weist einen als Strangpressprofil ausgebildeten Kühlkörper 73 mit mehreren parallel zueinander ausgerichteten, sich im Wesentlichen in Längsrichtung des Kühlkörpers 73 erstreckenden Kühlkanälen 74 für den Durchfluss eines Kühlmediums (Wasser oder ein Öl) auf. Jeweils zwei benachbarte Kühlkanäle 74 sind im Gegenstrom von dem Kühlmedium durchflossen. Kühlmitteleinlässe 75 und Kühlmittelauslässe 76 sind an den Stirnseiten der Kühlkörper 73 angeordnet.The concentrator module 70 has a trained as an extruded heat sink 73 with a plurality of mutually parallel, substantially in the longitudinal direction of the heat sink 73 extending cooling channels 74 for the flow of a cooling medium (water or an oil). Two adjacent cooling channels 74 are traversed by the cooling medium in countercurrent. coolant inlets 75 and coolant outlets 76 are on the front sides of the heatsink 73 arranged.

Photovoltaikelemente 71, die die reflektierte Strahlung 81, 82 von den Spiegeln 30 bzw. den seitlich am Konzentratormodul 70 angeordneten Sekundärspiegeln 77 in elektrische Energie umwandeln, sind mittels Wärmeleitpaste 72, die zwischen dem Kühlkörper 73 und den Photovoltaikelementen 71 aufgetragen ist, thermisch mit dem Kühlkörper 73 gekoppelt, wobei die Photovoltaikelemente 71 auf einer Trägerplatte aus Glas aufgebracht sind, die mittels einer nicht dargestellten Klemmvorrichtung an dem Kühlkörper 73 gehalten ist.photovoltaic elements 71 that the reflected radiation 81 . 82 from the mirrors 30 or the side of the concentrator module 70 arranged secondary mirrors 77 convert into electrical energy, are by means of thermal paste 72 between the heat sink 73 and the photovoltaic elements 71 is applied, thermally with the heat sink 73 coupled, the photovoltaic elements 71 are applied to a support plate made of glass, by means of a clamping device, not shown, on the heat sink 73 is held.

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Claims (24)

Photovoltaikanlage mit mehreren ebenen Spiegeln (30) zur Konzentration des Sonnenlichtes auf mindestens ein Konzentratormodul (70) mit mindestens einem Photovoltaikelement (71), dadurch gekennzeichnet, dass die Spiegel (30) in Form eines Fresnel-Spiegelfeldes parallel zueinander ausgerichtet sind und das Konzentratormodul (70) oberhalb des Fresnel-Spiegelfeldes angeordnet ist.Photovoltaic system with several level mirrors ( 30 ) for concentrating the sunlight on at least one concentrator module ( 70 ) with at least one photovoltaic element ( 71 ), characterized in that the mirrors ( 30 ) in the form of a Fresnel mirror field are aligned parallel to each other and the concentrator module ( 70 ) is arranged above the Fresnel mirror field. Photovoltaikanlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Längsachse der rechteckförmigen Spiegel (30) parallel zur Längsachse der rechteckförmigen Konzentratormodule (70) orientiert ist.Photovoltaic system according to claim 1, characterized in that the longitudinal axis of the rectangular mirror ( 30 ) parallel to the longitudinal axis of the rectangular concentrator modules ( 70 ) is oriented. Photovoltaikanlage nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass mehrere nebeneinander in einer Achse angeordnete Konzentratormodule (70) vorgesehen sind.Photovoltaic system according to claim 1 or 2, characterized in that a plurality of juxtaposed in an axis concentrator modules ( 70 ) are provided. Photovoltaikanlage nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Konzentratormodule (70) in mehreren parallelen sowie zueinander beabstandeten Reihen angeordnet sind.Photovoltaic system according to one of claims 1 to 3, characterized in that the concentrator modules ( 70 ) are arranged in a plurality of parallel and spaced-apart rows. Photovoltaikanlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Spiegel (30) an einem bodenseitigen Gestell mit längsseitig parallel sowie beabstandet zueinander ausgerichteten Hauptträgern (10) schwenkbar, insbesondere beidseitig zu den Konzentratormodulen (70), gelagert sind.Photovoltaic system according to claim 1, characterized in that the mirrors ( 30 ) on a base-side frame with longitudinally parallel and spaced apart aligned main carriers ( 10 ), in particular on both sides of the concentrator modules ( 70 ) are stored. Photovoltaikanlage nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Hauptträger (10) auf gegenüberliegenden Seiten Längsnuten (11) aufweisen, in denen einerseits Befestigungsschrauben (50) der Schwenklager (40) und andererseits Nutensteine eingreifen, die an Profilen (12) zur Verbindung der Hauptträger (10) miteinander sowie mit Füßen (3) befestigt sind.Photovoltaic system according to claim 5, characterized in that the main carriers ( 10 ) on opposite sides longitudinal grooves ( 11 ), in which on the one hand fastening screws ( 50 ) of the pivot bearing ( 40 ) and on the other hand engage sliding blocks which are connected to profiles ( 12 ) for connecting the main beams ( 10 ) with each other and with feet ( 3 ) are attached. Photovoltaikanlage nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass sich zwischen den Schwenklagern (40) Spiegelträger (20) erstrecken, die jeweils einen zwischen den Hauptträgern (10) verlaufenden Längsträger (21) umfassen, von dem Befestigungslaschen (22) für die Spiegel (30) abgehen.Photovoltaic system according to claim 5 or 6, characterized in that between the pivot bearings ( 40 ) Mirror carrier ( 20 ), each one between the main carriers ( 10 ) extending longitudinal members ( 21 ), from the attachment tabs ( 22 ) for the mirrors ( 30 ) go out. Photovoltaikanlage nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Unterseiten der Spiegel (30) mit den Befestigungslaschen (22) verklebt sind.Photovoltaic system according to claim 7, characterized in that the undersides of the mirrors ( 30 ) with the fastening straps ( 22 ) are glued. Photovoltaikanlage nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Spiegel (30) unabhängig voneinander mittels einer elektromotorischen Verstelleinrichtung schwenkbar sind.Photovoltaic system according to one of claims 1 to 5, characterized in that the mirrors ( 30 ) are independently pivotable by means of an electromotive adjusting device. Photovoltaikanlage nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass zur Verschwenkung der Spiegel (30) eine Vorrichtung vorgesehen ist, die zum einen mit einem Linearmotor und zum anderen mit den Spiegelträgern (20) gekoppelt ist.Photovoltaic system according to one of claims 1 to 8, characterized in that for pivoting the mirror ( 30 ) a device is provided, which on the one hand with a linear motor and on the other with the mirror carriers ( 20 ) is coupled. Photovoltaikanlage nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass jedes Schwenklager (40) eine sich auf dem Hauptträger (10) abstützende Grundplatte (41) aufweist, von der ein Lagerauge (44) abgeht.Photovoltaic system according to one of claims 1 to 10, characterized in that each pivot bearing ( 40 ) one on the main carrier ( 10 ) supporting base plate ( 41 ), from which a bearing eye ( 44 ) goes off. Photovoltaikanlage nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Grundplatte (41) Bohrungen zum Einsetzen der in die Längsnuten der Hauptträger (10) eingreifenden Befestigungsschrauben (50) aufweist.Photovoltaic system according to claim 11, characterized in that the base plate ( 41 ) Bores for inserting into the longitudinal grooves of the main girders ( 10 ) engaging fastening screws ( 50 ) having. Photovoltaikanlage nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass in das Lagerauge (44) des Schwenklagers (40) eine Lagerbuchse (44) zur Aufnahme eines Lagerzapfens (23) des Längsträgers (22) des Spiegelträgers (20) eingesetzt ist.Photovoltaic system according to claim 11, characterized in that in the bearing eye ( 44 ) of the pivot bearing ( 40 ) a bearing bush ( 44 ) for receiving a journal ( 23 ) of the longitudinal member ( 22 ) of the mirror carrier ( 20 ) is used. Photovoltaikanlage nach einem der Ansprüche 11 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass das Schwenklager (40) einstückig als Strangpressprofil aus Aluminium ausgebildet ist.Photovoltaic system according to one of claims 11 to 13, characterized in that the pivot bearing ( 40 ) is integrally formed as an extruded aluminum profile. Photovoltaikanlage nach einem der Ansprüche 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass die Konzentratormodule (70) an bodenfesten, säulenförmigen Modulträgern (60) montiert sind.Photovoltaic system according to one of claims 1 to 14, characterized in that the concentrator modules ( 70 ) on bottom-fixed, columnar module carriers ( 60 ) are mounted. Konzentratormodul mit mindestens einem Photovoltaikelement (71) zur Verwendung in einer Photovoltaikanlage (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 15, gekennzeichnet durch einen Kühlkörper (73) mit mindestens einem ringförmigen Kühlkanal (74) für den Durchfluss eines Kühlmediums, dessen Haupterstreckung in Längsrichtung des Kühlkörpers (73) verläuft.Concentrator module with at least one photovoltaic element ( 71 ) for use in a photovoltaic system ( 1 ) according to one of claims 1 to 15, characterized by a heat sink ( 73 ) with at least one annular cooling channel ( 74 ) for the flow of a cooling medium whose main extension in the longitudinal direction of the heat sink ( 73 ) runs. Konzentratormodul nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, dass der Kühlkörper (73) mehrere parallel zueinander angeordnete Kühlkanäle (74) aufweist, wobei jeweils zwei benachbarte Kühlkanäle (74) mit dem Kühlmedium im Gegenstrom durchflossen sind.Concentrator module according to claim 16, characterized in that the heat sink ( 73 ) a plurality of mutually parallel cooling channels ( 74 ), wherein in each case two adjacent cooling channels ( 74 ) are flowed through with the cooling medium in countercurrent. Konzentratormodul nach Anspruch 16 oder 17, dadurch gekennzeichnet, dass der Kühlkörper (73) insbesondere einstückig aus einem Strangpressprofil hergestellt ist.Concentrator module according to claim 16 or 17, characterized in that the heat sink ( 73 ) is in particular made in one piece from an extruded profile. Konzentratormodul nach einem der Ansprüche 16 bis 18, dadurch gekennzeichnet, dass das Photovoltaikelement (71) thermisch mittels Wärmeleitpaste (72) mit dem Kühlkörper (73) gekoppelt ist.Concentrator module according to one of claims 16 to 18, characterized in that the photovoltaic element ( 71 ) thermally by means of thermal paste ( 72 ) with the heat sink ( 73 ) is coupled. Konzentratormodul nach einem der Ansprüche 16 bis 19, dadurch gekennzeichnet, dass das Photovoltaikelement (71) auf einer mittels einer Klemmvorrichtung an dem Kühlkörper (73) befestigten Trägerplatte aus Glas aufgebracht ist.Concentrator module according to one of claims 16 to 19, characterized in that the photovoltaic element ( 71 ) on a means of a clamping device on the heat sink ( 73 ) attached glass support plate is applied. Konzentratormodul nach einem der Ansprüche 16 bis 18, dadurch gekennzeichnet, dass der Kühlkörper in das Photovoltaikmodul einlaminiert ist.Concentrator module according to one of the claims 16 to 18, characterized in that the heat sink is laminated in the photovoltaic module. Konzentratormodul nach einem der Ansprüche 16 bis 21, dadurch gekennzeichnet, dass dem Konzentratormodul (70) seitliche Sekundärspiegel (77) zugeordnet sind, die entlang der Photovoltaikelemente (71) verlaufen.Concentrator module according to one of claims 16 to 21, characterized in that the concentrator module ( 70 ) secondary side mirrors ( 77 ), along the photovoltaic elements ( 71 ). Konzentratormodul nach einem der Ansprüche 16 bis 22, dadurch gekennzeichnet, dass die Abwärme des in den Kühlkörpern (73) der Konzentratormodule (70) aufgeheizten Kühlmediums in einem Wärmespeichersystem, einer Niedertemperaturheizanwendung oder bei einer Absorptionskältemaschine nutzbar ist.Concentrator module according to one of claims 16 to 22, characterized in that the waste heat in the heat sinks ( 73 ) of the concentrator modules ( 70 ) is used in a heat storage system, a Niedertemperaturheizanwendung or in an absorption refrigeration machine heated. Konzentratormodul nach einem der Ansprüche 16 bis 23, dadurch gekennzeichnet, dass einzelne Leiterbahnen der Photovoltaikelemente (71) unter Verwendung miteinander gekoppelter Dioden in Reihe geschaltet sind.Concentrator module according to one of claims 16 to 23, characterized in that individual conductor tracks of the photovoltaic elements ( 71 ) are connected in series using coupled diodes.
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