DE102007055462A1 - Photovoltic system regulating system, involves thermally coupling Peltier-element with solar cell, cooling and/or heating cell by Peltier-element, and determining temperature of cell or region of cell by temperature sensor - Google Patents

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    • Y02E10/50—Photovoltaic [PV] energy

Abstract

The method involves thermally coupling a Peltier-element (4) with a solar cell (2). The solar cell is cooled and/or heated by the Peltier-element. Temperature of the solar cell or a region of the solar cell is determined by a temperature sensor, where the solar cell is attached with a good heat conducting holding element (3). A ventilator is operated when an optimal operating temperature of the solar cell increases an upper marginal temperature. The holding element is formed from an aluminum plate. An independent claim is also included for a photovoltaic system with a Peltier-element and a solar cell.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Regelung einer Photovoltaik-Anlage mit den Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruchs 1.The The invention relates to a method for controlling a photovoltaic system with the features of the preamble of claim 1.

Ein bekanntes Problem bei Photovoltaik-Anlagen ist, dass Solarzellen unterhalb einer bestimmten Temperatur einen guten Wirkungsgrad haben. Sobald die Temperatur der Solarzellen über diese obere Grenztemperatur steigt, sinkt der Wirkungsgrad.One known problem with photovoltaic systems is that solar cells have a good efficiency below a certain temperature. As soon as the temperature of the solar cells above this upper limit temperature increases, the efficiency decreases.

Um dem Wärmeproblem im Falle eines Sonnenkollektors zu begegnen, ist es aus der DE 20 2005 005 631 U1 bekannt, eine Abschatteinrichtung vorzusehen, welche den Kollektor bei Bedarf abdeckt. Die Abschatteinrichtung wird hierbei durch Folien gebildet, welche vor dem Kollektor positionierbar sind.To address the heat problem in the case of a solar collector, it is from the DE 20 2005 005 631 U1 known to provide a Abschatteinrichtung which covers the collector when needed. The Abschatteinrichtung is formed here by films that can be positioned in front of the collector.

Die DE 299 17 149 U1 ist ein Solarkollektor mit einer Abtauvorrichtung bekannt, welche durch einen elektrischen, an eine Stromquelle anschließbaren Widerstand gebildet ist, der in Form eines auf eine Scheibe aufgedampften Heizbandes ausgebildet ist. Die Scheibe deckt hierbei den Absorber ab. Zur Regelung des Sonnenkollektors wird eine Sonde vorgeschlagen, welche in Abhängigkeit der Temperatur ermittelt, ob ein nutzbares Potential an Solarenergie vorhanden ist. Ist bei ausreichend vorhandener Solarenergie die Scheibe nicht belagfrei, so wird der Abtauvorgang gestartet und wieder beendet, wenn der Eis- oder Schneebelag ganz oder zumindest weitgehend abgetaut ist. In Folge der allmählich beginnenden Wärmeaufnahme durch den Kollektor schmelzen Restbestände des Belags von selbst ab.The DE 299 17 149 U1 a solar collector with a defrosting device is known, which is formed by an electrical, connectable to a power source resistor which is formed in the form of a vapor-deposited on a wafer heating tape. The disc covers the absorber. To control the solar collector, a probe is proposed which determines depending on the temperature, whether a usable potential of solar energy is present. If the pane is not free of coating when there is sufficient solar energy, the defrosting process is started and stopped again when the ice or snow cover has completely or at least largely defrosted. As a result of the gradual absorption of heat by the collector, the remainder of the deposit melts automatically.

Bekannt sind ferner Peltier-Elemente, also elektrothermische Wandler, welche bei Stromdurchfluss eine Temperaturdifferenz oder bei einer Temperaturdifferenz einen Stromfluss erzeugen. Derartige Peltier-Elemente werden unter anderem zum Kühlen von CPUs verwendet. Ein Beispiel eines derartigen Peltier-Elements ist aus der DE 10 2007 014 433 A1 bekannt. Hierbei ist ein Trägerkörper für elektrische oder elektronische Bauelemente oder Schaltungen vorgesehen, wobei der Trägerkörper elektrisch nicht oder nahezu nicht leitend ist. Zur Vereinfachung des Trägerkörpers bei gleichzeitiger verbesserter Wärmeableitung ist der Trägerkörper einstückig mit Wärme ab- oder zuführenden Kühlelementen, wie bspw. Kühlrippen, versehen.Also known are Peltier elements, that is to say electrothermal transducers which generate a temperature difference when there is a flow of current or a current flow at a temperature difference. Such Peltier elements are used among other things for cooling CPUs. An example of such a Peltier element is from the DE 10 2007 014 433 A1 known. Here, a support body is provided for electrical or electronic components or circuits, wherein the support body is not electrically or almost non-conductive. To simplify the carrier body with simultaneous improved heat dissipation, the carrier body is integral with heat dissipating or feeding cooling elements, such as. Cooling fins, provided.

Ferner ist aus der JP 2007 166 721 A eine Anlage zur Stromerzeugung bekannt, welche sowohl Solarzellen als auch eine Peltier-Vorrichtung, die auf der Rückseite der Solarzellen angeordnet ist, für die Stromerzeugung vorsieht. Hierbei erzeugen die Solarzellen auf bekannte Weise Strom. Die durch die Sonneneinstrahlung auf die Solarzellen in denselben erzeugte Wärme wird nach hinten weitergeleitet und durch die Peltier-Vorrichtung, eine Kühlplatte und hieran ausgebildete Kühlrippen abgeführt. Dabei nutzt die Peltier-Vorrichtung die Temperaturdifferenz zwischen der Rückseite der Solarzellen und der Kühlplatte zur weiteren Energieerzeugung (thermoelektrischer Generator). Die Temperaturdifferenz wird bei der Anlage dadurch erhöht, dass die Kühlrippen von einem Luftstrom, gefördert durch einen Lüfter, welcher Teil der Anlage ist, umströmt werden. Somit wird bei der Anlage Strom durch Solarzellen und durch die Peltier-Vorrichtung erzeugt.Furthermore, from the JP 2007 166 721 A a plant for power generation is known, which provides both solar cells and a Peltier device, which is arranged on the back of the solar cells, for power generation. Here, the solar cells generate electricity in a known manner. The heat generated by the solar radiation in the solar cells in the same heat is forwarded to the rear and discharged through the Peltier device, a cooling plate and cooling fins formed thereon. The Peltier device uses the temperature difference between the back of the solar cells and the cooling plate for further energy generation (thermoelectric generator). The temperature difference is increased in the system in that the cooling fins of an air flow, promoted by a fan, which is part of the system, are flowed around. Thus, in the system power is generated by solar cells and by the Peltier device.

Derartige Photovoltaik-Anlagen lassen noch Wünsche offen. Insbesondere lässt der Wirkungsgrad der Solarzellen zu wünschen.such Photovoltaic systems leave nothing to be desired. Especially lets the efficiency of solar cells to wish.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zu Grunde, ein Photovoltaik-Anlage zu verbessern.Of the The invention is therefore based on the object, a photovoltaic system to improve.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind Gegenstand der Unteransprüche.These The object is achieved by a method solved with the features of claim 1. advantageous Embodiments are the subject of the dependent claims.

Erfindungsgemäß ist ein Verfahren zur Regelung einer Photovoltaik-Anlage, aufweisend mindestens eine Solarzelle und mindestens ein Peltier-Element, welches thermisch mit der Solarzelle gekoppelt ist, vorgesehen, wobei das Peltier-Element für eine Kühlung und/oder Beheizung der Solarzelle verwendet wird. Durch ein Kühlen oder Heizen der Solarzelle kann die Solarzelle in einem optimalen Betriebsbereich betrieben werden, so dass der Wirkungsgrad steigt. Der Energieaufwand zum Erreichen dieser optimalen Betriebstemperatur ist in der Regel geringer als die mehr gewonnene Energie.According to the invention a method for controlling a photovoltaic system, comprising at least one solar cell and at least one Peltier element, which is thermally coupled to the solar cell, provided, wherein the Peltier element for cooling and / or heating the solar cell is used. By cooling or heating The solar cell allows the solar cell in an optimal operating range be operated so that the efficiency increases. The energy expenditure To achieve this optimum operating temperature is usually less than the more recovered energy.

Bevorzugt ist für die Regelung der Photovoltaik-Anlage ein Temperatursensor vorgesehen, welcher die Temperatur der Solarzelle oder im Bereich der Solarzelle ermittelt, und bei Überschreiten einer oberen Grenztemperatur durch die vom Temperatursensor ermittelte Temperatur eine Betätigung der Kühlung der Solarzelle durch das Peltier-Element durch das Anlegen einer Spannung aktiviert wird.Prefers is a temperature sensor for the regulation of the photovoltaic system provided, which the temperature of the solar cell or in the field of Solar cell determined, and when exceeding an upper Limit temperature by the temperature determined by the temperature sensor an actuation of the cooling of the solar cell by the Peltier element is activated by the application of a voltage.

Die obere Grenztemperatur liegt vorzugsweise im Bereich von der optimalen Betriebstemperatur der Solarzelle zuzüglich 2 K bis 10 K, insbesondere zuzüglich 5 K +/– 2 K. Somit ergibt sich beispielsweise bei einer optimalen Betriebstemperatur von 35°C ein Bereich von 37°C bis 45°C, und besonders bevorzugt ein Bereich von 37°C bis 42°C. Der Wirkungsgrad ist hierbei besser, je näher die obere Grenztemperatur bei der optimalen Betriebstemperatur der Solarzelle liegt.The upper limit temperature is preferably in the range of the optimum Operating temperature of the solar cell plus 2 K to 10 K, in particular plus 5 K +/- 2 K. Thus results For example, at an optimum operating temperature of 35 ° C on Range from 37 ° C to 45 ° C, and more preferred a range of 37 ° C to 42 ° C. The efficiency This is better, the closer the upper limit temperature at the optimum operating temperature of the solar cell.

Besagter Temperatursensor oder ein zweiter Temperatursensor kann auch für eine Temperaturüberwachung in Bezug auf eine untere Grenztemperatur vorgesehen sein. Hierbei erfolgt bei Unterschreiten der unteren Grenztemperatur eine Betätigung der Beheizung der Solarzelle durch das Peltier-Element durch das Anlegen einer entsprechenden Spannung.Said temperature sensor or a second Temperature sensor may also be provided for temperature monitoring with respect to a lower limit temperature. In this case, when the lower limit temperature is exceeded, an actuation of the heating of the solar cell by the Peltier element by applying a corresponding voltage.

Die untere Grenztemperatur liegt vorzugsweise im Bereich von der optimalen Betriebstemperatur der Solarzelle abzüglich 2 K bis 10 K, insbesondere abzüglich 5 K +/– 2 K. Somit ergibt sich beispielsweise bei einer optimalen Betriebstemperatur von 35°C ein Bereich von 25°C bis 33°C, und besonders bevorzugt ein Bereich von 28°C bis 32°C. Der Wirkungsgrad ist hierbei besser, je näher die untere Grenztemperatur bei der optimalen Betriebstemperatur der Solarzelle liegt.The lower limit temperature is preferably in the range of the optimum Operating temperature of the solar cell minus 2 K to 10 K, in particular minus 5 K +/- 2 K. Thus yields For example, at an optimum operating temperature of 35 ° C. a range of 25 ° C to 33 ° C, and particularly preferred a range of 28 ° C to 32 ° C. The efficiency This is better, the closer the lower limit temperature at the optimum operating temperature of the solar cell.

Besonders bevorzugt erfolgt keine ständige Überwachung der Temperatur, sondern vielmehr eine stichprobenartige, bevorzugt in regelmäßigen Abständen erfolgende Überwachung. Diese kann beispielsweise alle 60 Sekunden oder alle 5 Minuten erfolgen. Bei einer derartigen, getakteten Überwachung erfolgt bevorzugt eine Kühlung oder Beheizung der Solarzelle erst nach einem mehrfachen Über- bzw. Unterschreiten einer Grenztemperatur in ununterbrochener Folge. Die schließt eine unnötige Kühlung oder Beheizung bei einzelnen wolkenfreien Bereichen bzw. kleineren Wolken, d. h. bei kurzfristigen Abweichungen, aus.Especially Preferably, there is no continuous monitoring of Temperature, but rather a random, preferably in regular monitoring. This can for example be done every 60 seconds or every 5 minutes. In such a clocked monitoring is preferred cooling or heating of the solar cell after one multiple exceeding or falling below a limit temperature in an uninterrupted sequence. That excludes unnecessary cooling or heating in individual cloud-free areas or smaller Clouds, d. H. for short-term deviations, off.

Besonders bevorzugt ist neben dem Temperatursensor ein Lichtsensor vorgesehen, mit dem zu Zeiten mit theoretisch vorhandener, ausreichender Sonneneinstrahlung unter Berücksichtigung einer vom Temperatursensor ermittelten Temperatur von 0°C oder weniger eine die Sonneneinstrahlung abschirmende Schnee- oder Eisdecke ermittelt wird, und bei ermittelter Schnee- oder Eisdecke die Beheizung der Solarzelle durch das Peltier-Element aktiviert wird. Das Entfernen von Schnee und Eis hat noch den Nebeneffekt, dass die mechanische Belastung der Photovoltaik-Anlage verringert wird.Especially Preferably, a light sensor is provided in addition to the temperature sensor, with the at times with theoretically existing, sufficient solar radiation taking into account a temperature determined by the temperature sensor Temperature of 0 ° C or less the sunlight shielding snow or ice cover is detected, and when determined Snow or ice cover the heating of the solar cell by the Peltier element is activated. The removal of snow and ice still has the side effect that reduces the mechanical load on the photovoltaic system becomes.

Die Photovoltaik-Anlage weist vorzugsweise einen Akkumulator auf, welcher für Zeiten ohne oder mit nur geringer Sonneneinstrahlung Energie speichert, um eine ggf. vorhandene Schnee- oder Eisdecke oder einen Reifbelag zu entfernen, und die Solarzelle auf eine vernünftige Betriebstemperatur zu bringen, bei welcher auch im Winter bei geringen Außentemperaturen eine Stromerzeugung möglich ist.The Photovoltaic system preferably has an accumulator, which for times without or with little sunlight Stores energy to any existing snow or ice cover or to remove a frosting, and the solar cell to a reasonable Operating temperature to bring in which even in winter at low Outdoor temperatures a power generation possible is.

Besonders bevorzugt weist die Photovoltaik-Anlage mindestens einen Ventilator auf, welcher von der den Solarzellen entgegengesetzten Seite aus der Umgebung angesaugte Luft auf die kühlende Unterseite der Photovoltaik-Anlage bläst, so dass die Wärmeableitung beschleunigt wird. Die Drehachse des Ventilator verläuft bevorzugt senkrecht zu der Ebene, in welcher sich die Solarzelle erstreckt.Especially Preferably, the photovoltaic system has at least one fan on, which from the solar cell opposite side the air sucked in on the cooling bottom the photovoltaic system blows, causing heat dissipation is accelerated. The axis of rotation of the fan runs preferably perpendicular to the plane in which the solar cell extends.

Der Ventilator, welcher nur einen sehr geringen Energiebedarf hat, wird bevorzugt automatisch bei einem Kühlbetrieb des Peltier-Elements mit eingeschaltet. Alternativ kann jedoch eine spezielle Regelung für den Ventilator vorgesehen sein, so dass dieser ab Erreichen der optimalen Betriebstemperatur der Solarzelle eingeschaltet wird, also bereits vor einem Kühlbetrieb des Peltier-Elements. Das Abschalten erfolgt, sobald die optimale Betriebstemperatur der Solarzelle wieder erreicht oder unterschritten wird.Of the Fan, which has only a very low energy requirement is preferably automatically in a cooling operation of the Peltier element with on. Alternatively, however, a special scheme be provided for the fan, so this from reaching the optimum operating temperature of the solar cell is switched on, So even before a cooling operation of the Peltier element. The shutdown occurs as soon as the optimum operating temperature of the Solar cell is reached or fallen below again.

Insbesondere bevorzugt sind die oberflächenvergrößernden Strukturen derart ausgebildet, dass die vom Ventilator kommende Luft möglichst gleichmäßig an der gesamten Oberfläche entlang strömt und möglichst viel Wärme abführt. Dies kann beispielsweise durch eine sternförmige oder spiralförmige Anordnung von Kühlrippen erfolgen.Especially preferred are the surface enlarging Structures formed such that coming from the fan Air as evenly as possible on the whole Surface flows along and as possible dissipates a lot of heat. This can be done, for example a star-shaped or spiral arrangement done by cooling fins.

Im Folgenden ist die Erfindung anhand mehrerer Ausführungsbeispiele, teilweise unter Bezugnahme auf die beiliegende Zeichnung, näher erläutert. In der Zeichnung zeigen:in the The invention is based on several exemplary embodiments, partly with reference to the accompanying drawings, in more detail explained. In the drawing show:

1 einen schematisch dargestellten Schnitt durch eine Photovoltaik-Anlage, 1 a schematic section through a photovoltaic system,

2 einen Schnitt senkrecht zur Schnittrichtung von 1 verlaufend, und 2 a section perpendicular to the cutting direction of 1 running, and

3 ein Teil eines Ablaufdiagramms zur Verdeutlichung der Regelung gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel. 3 a part of a flowchart for clarification of the control according to the second embodiment.

Eine Photovoltaik-Anlage 1 weist eine Mehrzahl von Solarzellen 2 zur Stromerzeugung auf. Die Sonneneinstrahlung ist in den 1 und 2 durch Pfeile schematisch angedeutet. Die Solarzellen 2 sind an einem plattenförmig ausgebildeten Halterungselement 3 fixiert, welches vorliegend durch eine dünne, aber ausreichend stabile Aluminiumtafel gebildet ist. Auf der Rückseite des Halterungselements 3 ist eine Mehrzahl von Peltier-Elementen 4 angeordnet. Die Peltier-Elemente 4 sind hierbei vorliegend in eine entsprechende Platte integriert. Auf der vom Halterungselement 3 beabstandeten Seite der Platte mit Peltier-Elementen 4 ist ein Boden 5 angeordnet. Der Boden 5 besteht vorliegend aus Aluminium und weist einstückig hiermit ausgebildete, vorstehende Kühlrippen 6 auf, welche oberflächenvergrößernde Strukturen bilden. Die gesamte Anordnung ist in einem Rahmen (nicht dargestellt) gerahmt, welcher für eine Dachmontage geeignet ist und zudem die elektrischen Anschlüsse zur Verfügung stellt.A photovoltaic system 1 has a plurality of solar cells 2 for power generation. The sunlight is in the 1 and 2 indicated schematically by arrows. The solar cells 2 are on a plate-shaped support member 3 fixed, which in the present case is formed by a thin but sufficiently stable aluminum panel. On the back of the support element 3 is a plurality of Peltier elements 4 arranged. The Peltier elements 4 are in this case integrated into a corresponding plate. On the from the support element 3 spaced side of the plate with Peltier elements 4 is a floor 5 arranged. The floor 5 in the present case consists of aluminum and has integrally formed, projecting cooling fins 6 which form surface-enlarging structures. The entire assembly is framed in a frame (not shown) which is suitable for roof mounting and also provides the electrical connections.

Zudem ist – beabstandet vom Boden 5 – eine Abdeckung vorgesehen, welche eine Mehrzahl von Öffnungen für einen guten Luftaustausch aufweist. Ferner sind mehrere Ventilatoren (nicht dargestellt) vorgesehen, welche bei Bedarf von der Umgebung angesaugte Luft in Richtung Kühlrippen 6 und Boden 5 blasen. Die Drehachsen der Ventilatoren verlaufen senkrecht zur Ebene der Aluminiumtafel. Die Photovoltaik-Anlage 1 weist ferner einen Akkumulator (nicht dargestellt) zur Speicherung zumindest eines Teils der umgewandelten Energie auf.In addition - is spaced from the ground 5 - Provided a cover which has a plurality of openings for a good exchange of air. Further, a plurality of fans (not shown) are provided, which, if necessary, sucked from the environment air in the direction of cooling fins 6 and soil 5 blow. The axes of rotation of the fans are perpendicular to the plane of the aluminum panel. The photovoltaic system 1 further comprises an accumulator (not shown) for storing at least part of the converted energy.

Im Folgenden werden verschiedene Ausführungsbeispiele für eine Regelung der Photovoltaik-Anlage 1 beschrieben.In the following, various embodiments for a regulation of the photovoltaic system 1 described.

Gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel ist eine relativ einfache Regelung vorgesehen. Hierbei wird lediglich die Temperatur der Solarzellen 2 mit Hilfe eines an der Rückseite der Aluminiumtafel angeordneten Temperatursensors überwacht, wobei die Überwachung uhrzeitabhängig ausschließlich zu Zeiten erfolgt, zu denen eine ausreichende Sonneneinstrahlung möglich ist. Zur Tageszeit wird dann in regelmäßigen Abständen die Temperatur gemessen und mit einer maximalen Grenztemperatur Tmax verglichen, welche vorliegend 40°C beträgt. Wird im Rahmen der Überwachung eine Temperatur T ermittelt, welche über der maximalen Grenztemperatur Tmax liegt, so wird eine Spannung derart an die Peltier-Elemente 4 angelegt, dass die Solarzellen 2 gekühlt werden, bis im Rahmen der weitergeführten Temperaturüberwachung eine Temperatur T ermittelt wird, welche die untere Abschaltgrenztemperatur Tabmin unterschreitet. Die untere Abschaltgrenztemperatur Tabmin beträgt vorliegend 30°C. Somit werden die Solarzellen 2 etwa im Mittel bei ihrer optimalen Betriebstemperatur von 35°C betrieben. Die Temperaturmessungen erfolgen vorliegend alle 60 Sekunden, jedoch sind auch andere Intervalle möglich. Die Ventilatoren werden gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel automatisch betätigt, wenn die Peltier-Elemente 4 zur Kühlung der Solarzellen 2 dienen, d. h. wenn die maximalen Grenztemperatur Tmax überschritten wurde, und ausgeschaltet, wenn die die untere Abschaltgrenztemperatur Tabmin unterschritten wird, so dass keine weitere Kühlung durch die Peltier-Elemente 4 mehr benötigt wird.According to the first embodiment, a relatively simple control is provided. Here, only the temperature of the solar cells 2 monitored by means of a arranged on the back of the aluminum panel temperature sensor, the monitoring is time dependent only at times for which sufficient solar radiation is possible. At the time of day, the temperature is then measured at regular intervals and compared with a maximum limit temperature T max , which in the present case is 40 ° C. If, as part of the monitoring, a temperature T is determined which is above the maximum limit temperature T max , then a voltage is applied to the Peltier elements 4 created that the solar cells 2 be cooled until a temperature T is determined in the context of the continued temperature monitoring , which falls below the lower cut-off temperature T abmin . The lower shutdown limit temperature T abmin is presently 30 ° C. Thus, the solar cells 2 operated on average at its optimum operating temperature of 35 ° C. The temperature measurements are made here every 60 seconds, but other intervals are possible. The fans are automatically operated according to the first embodiment when the Peltier elements 4 for cooling the solar cells 2 serve, ie when the maximum limit temperature T max has been exceeded, and off when the lower Abschaltgrenztemperatur T abmin is exceeded , so that no further cooling by the Peltier elements 4 more is needed.

Gemäß einer ersten Variante erfolgt eine Überwachung, wie vorstehend beschrieben, jedoch sind fünf aufeinanderfolgende Überschreitungen der maximalen Grenztemperatur erforderlich, um die Kühlung zu aktivieren. Die Abschaltung erfolgt, sobald die untere Abschaltgrenztemperatur unterschritten wird.According to one first variant is a monitoring, as above however, there are five consecutive transgressions the maximum temperature limit required for cooling to activate. The shutdown occurs as soon as the lower shutdown limit temperature is fallen short of.

Gemäß einer weiteren Variante ist die Regelung der Ventilatoren unabhängig von der Regelung der Peltier-Elemente 4. Hierfür werden die Ventilatoren eingeschaltet, sobald ermittelt wird, dass die Temperatur T die optimale Betriebstemperatur überschreitet, und ausgeschaltet, sobald die optimale Betriebstemperatur unterschritten wird.According to another variant, the regulation of the fans is independent of the regulation of the Peltier elements 4 , For this purpose, the fans are turned on as soon as it is determined that the temperature T exceeds the optimum operating temperature, and off as soon as the optimum operating temperature is reached.

Alternativ zu einer uhrzeitabhängigen Überwachung kann auch eine lichtgesteuerte Überwachung der Temperaturüberwachung vorgesehen sein, d. h. bei Nacht oder bei einem derart bedeckten Himmel, bei dem nicht mit einer Überschreitung der oberen Grenztemperatur zu rechnen ist, erfolgt keine Überwachung der Temperatur. Ansonsten erfolgt die Temperaturüberwachung entsprechend dem zuvor beschriebenen ersten Ausführungsbeispiel.alternative can also be to a time-dependent monitoring a light-controlled monitoring of temperature monitoring be provided, d. H. at night or in such a cloudy sky, when not exceeding the upper limit temperature is expected, there is no monitoring of the temperature. Otherwise, the temperature monitoring takes place accordingly the first embodiment described above.

Gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel ist eine verbesserte Regelung für eine Photovoltaik-Anlage 1 vorgesehen, welche sowohl eine Begrenzung der Betriebstemperatur der Solarzellen 2 nach oben als auch nach unten vorsieht. Die Anlage weist wiederum Ventilatoren zur verbesserten Wärmeabführung auf. Ferner ist eine Abtauautomatik für Schnee- und/oder Eisbelag vorgesehen.According to the second embodiment is an improved control for a photovoltaic system 1 provided which both limit the operating temperature of the solar cells 2 provides upward as well as downward. The system in turn has fans for improved heat dissipation. Furthermore, an automatic defrost for snow and / or ice is provided.

Gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel wird die Temperatur der Solarzellen 2 mit Hilfe eines an der Rückseite der Aluminiumtafel angeordneten Temperatursensors überwacht, wobei die Überwachung uhrzeitabhängig ausschließlich zu Zeiten erfolgt, zu denen eine ausreichende Sonneneinstrahlung möglich ist. Ferner ist ein Lichtsensor im Bereich der Solarzellen 2 angeordnet, welcher ermittelt, ob eine ausreichende Sonneneinstrahlung theoretisch möglich ist.According to the second embodiment, the temperature of the solar cells 2 monitored by means of a arranged on the back of the aluminum panel temperature sensor, the monitoring is time dependent only at times for which sufficient solar radiation is possible. Furthermore, a light sensor is in the area of the solar cells 2 arranged, which determines whether sufficient solar radiation is theoretically possible.

Zur Tageszeit wird dann in regelmäßigen Abständen die Temperatur gemessen und sowohl mit einer maximalen Grenztemperatur Tmax, welche vorliegend 40°C beträgt, als auch mit einer minimalen Grenztemperatur Tmin verglichen, welche vorliegend 15°C beträgt. Wird im Rahmen der Überwachung eine Temperatur T ermittelt, welche über der maximalen Grenztemperatur Tmax liegt, so wird eine Spannung derart an die Peltier-Elemente 4 angelegt, dass die Solarzellen 2 gekühlt werden, bis im Rahmen der Temperaturüberwachung eine Temperatur T ermittelt wird, welche die untere Abschaltgrenztemperatur Tabmin unterschreitet. Die untere Abschaltgrenztemperatur Tabmin beträgt vorliegend 30°C.At the time of day, the temperature is then measured at regular intervals and compared both with a maximum limit temperature T max , which in the present case is 40 ° C, and with a minimum limit temperature T min , which in the present case is 15 ° C. If, as part of the monitoring, a temperature T is determined which is above the maximum limit temperature T max , then a voltage is applied to the Peltier elements 4 created that the solar cells 2 be cooled until a temperature T is determined within the temperature monitoring , which falls below the lower cut-off temperature T abmin . The lower shutdown limit temperature T abmin is presently 30 ° C.

Die Regelung der Ventilatoren erfolgt vorliegend unabhängig von der Regelung der Peltier-Elemente 4. Hierfür werden die Ventilatoren eingeschaltet, sobald ermittelt wird, dass die Temperatur T die optimale Betriebstemperatur, vorliegend 35°C, überschreitet, und ausgeschaltet, sobald die optimale Betriebstemperatur unterschritten wird. Alternativ ist auch eine an die Kühlfuntktion der Peltier-Elemente gekoppelte Betätigung möglich.The regulation of the fans takes place here independently of the regulation of the Peltier elements 4 , For this purpose, the fans are turned on when it is determined that the temperature T exceeds the optimum operating temperature, in this case 35 ° C, and off when the optimum operating temperature is exceeded. Alternatively, a coupled to the cooling function of the Peltier elements actuation is possible.

Wird im Rahmen der Überwachung eine Temperatur T ermittelt, welche unter der minimalen Grenztemperatur Tmin liegt, so wird eine Spannung derart an die Peltier-Elemente 4 angelegt, dass die Solarzellen 2 beheizt werden, bis im Rahmen der Temperaturüberwachung eine Temperatur T ermittelt wird, welche die oberhalb der oberen Abschaltgrenztemperatur Tabmax liegt. Die obere Abschaltgrenztemperatur Tabmax beträgt vorliegend 30°C. Somit werden die Solarzellen 2 etwa im Mittel bei ca. 30°C, also nahe ihrer optimalen Betriebstemperatur von 35°C betrieben.If, as part of the monitoring, a temperature T is determined which is below the minimum limit temperature T min , then a voltage is applied to the Peltier elements 4 created that the solar cells 2 be heated until a temperature T is determined in the context of temperature monitoring , which is above the upper cut-off temperature T abmax . The upper shutdown limit temperature T abmax is presently 30 ° C. Thus, the solar cells 2 about on average at about 30 ° C, so operated near its optimum operating temperature of 35 ° C.

Wird jedoch eine Temperatur T von 0°C oder weniger ermittelt und ermittelt der Lichtsensor zudem eine für die Tageszeit zu niedrige Lichteinstrahlung, welche nicht von einer Bewölkung stammen kann, so ist auf eine Schnee- oder Eisdecke zu schließen, und die Peltier-Elemente 4 werden als Heizung für die Solarzellen 2 verwendet, wobei sie in erster Linie dazu dienen, den auf den Solarzellen 2 liegenden Schnee und Eis zu entfernen. Hierbei reicht auf Grund der schrägen Anordnung der Solarzellen in aller Regel ein Antauen auf der Unterseite der abdeckenden Schicht, so dass die gesamte Schnee- oder Eisdecke nach unten wegrutscht und die Solarzellen freigelegt sind. Als Stromquelle für den Abtauvorgang wird die im Akkumulator gespeicherte Energie verwendet, jedoch kann alternativ, bspw. bei einer leeren Batterie, auch das vorhandene Wechselstromnetz verwendet werden, in welchen ansonsten der erzeugte Strom eingespeicht wird. Durch die auf diese Weise von den Peltier-Elementen 4 erzeugte und an die Solarzellen 2 weitergegebene Wärme wird der Schnee oder das Eis entfernt. Nach erfolgtem Entfernen der Schnee- oder Eisdecke werden – bei ausreichender Lichteinstrahlung – die Solarzellen 2 erwärmt, bis im Rahmen der Temperaturüberwachung eine Temperatur T ermittelt wird, welche die oberhalb der Abschaltgrenztemperatur Tabmax liegt, wie vorstehend beschrieben.However, if a temperature T of 0 ° C or less is determined and the light sensor also determines a daylight for the too low light irradiation, which can not originate from a cloudy, it is to close on a snow or ice cover, and the Peltier elements 4 be used as heating for the solar cells 2 They are used primarily on the solar cells 2 to remove lying snow and ice. In this case, due to the oblique arrangement of the solar cells in the rule a fading on the underside of the covering layer, so that the entire snow or ice cover slips down and the solar cells are exposed. As a power source for the defrosting the energy stored in the accumulator is used, but alternatively, for example, in an empty battery, the existing AC mains are used, in which otherwise the generated power is fed. By that way from the Peltier elements 4 generated and to the solar cells 2 passed heat, the snow or ice is removed. When the snow or ice cover has been removed, the solar cells will become light if the light is enough 2 is heated until, in the context of temperature monitoring , a temperature T is determined which is above the shutdown limit temperature T abmax , as described above.

Gemäß einem alternativen Aufbau der Photovoltaik-Anlage können die Solarzellen direkt an einem plattenförmigen Element angebracht sein, welches eine Mehrzahl von Peltier-Elementen enthält. Am plattenförmigen Element können zudem einzelne Rippen zur Wärmeableitung vorgesehen sein, d. h. der durchgehende Boden kann entfallen.According to one alternative structure of the photovoltaic system can the Solar cells attached directly to a plate-shaped element which contains a plurality of Peltier elements. At the plate-shaped element can also single ribs be provided for heat dissipation, d. H. the continuous one Floor can be omitted.

Zwischen dem Halterungselement und dem Boden mit oberflächenvergrößernden Strukturen zur Wärmeableitung kann auch eine Mehrzahl von getrennt ausgebildeten Peltier-Elementen angeordnet sein.Between the support member and the floor with surface enlarging Structures for heat dissipation can also be a plurality of be arranged separately formed Peltier elements.

Da bei Photovoltaik-Anlagen üblicherweise in Rahmen angeordnete Solarzellen vorgesehen sind, welche auf einem gut temperaturleitenden und hinterlüfteten Halterungselement befestigt sind, ist auch bei bereits vorhandenen Anlagen eine Nachrüstung mit Peltier-Elementen samt Kühlrippen o. ä. auf der Rückseite des Halterungselements sowie einer entsprechenden Regelung möglich.There in photovoltaic systems usually arranged in frame Solar cells are provided, which are on a good temperature-conductive and ventilated retaining element are also attached For existing systems retrofit with Peltier elements with cooling fins or similar on the back the support member and a corresponding control possible.

11
Photovoltaik-AnlagePhotovoltaic system
22
Solarzellesolar cell
33
Halterungselementsupporting member
44
Peltier-ElementPeltier element
55
Bodenground
66
Kühlrippecooling fin
TT
Temperaturtemperature
Tabmax T abmax
oberen Abschaltgrenztemperaturtop Abschaltgrenztemperatur
Tabmin T abmin
untere Abschaltgrenztemperaturlower Abschaltgrenztemperatur
Tmax T max
maximalen Grenztemperaturmaximum limit temperature
Tmin T min
minimalen Grenztemperaturminimum limit temperature

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Claims (19)

Verfahren zur Regelung einer Photovoltaik-Anlage (1), aufweisend mindestens eine Solarzelle (2) und mindestens ein Peltier-Element (4), welches thermisch mit der Solarzelle (2) gekoppelt ist, dadurch gekennzeichnet, dass das Peltier-Element (4) für eine Kühlung und/oder Beheizung der Solarzelle (2) verwendet wird.Method for controlling a photovoltaic system ( 1 ), comprising at least one solar cell ( 2 ) and at least one Peltier element ( 4 ), which thermally with the solar cell ( 2 ), characterized in that the Peltier element ( 4 ) for cooling and / or heating the solar cell ( 2 ) is used. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass ein Temperatursensor vorgesehen, welcher die Temperatur (T) der Solarzelle (2) oder im Bereich der Solarzelle (2) ermittelt, und bei Überschreiten einer oberen Grenztemperatur (Tmax) durch die vom Temperatursensor ermittelte Temperatur (T) eine Betätigung der Kühlung der Solarzelle (2) durch das Peltier-Element (4) durch das Anlegen einer Spannung aktiviert wird.A method according to claim 1, characterized in that a temperature sensor is provided which determines the temperature (T) of the solar cell ( 2 ) or in the area of the solar cell ( 2 ), and when an upper limit temperature (T max ) is exceeded by the temperature (T) determined by the temperature sensor, an actuation of the cooling of the solar cell ( 2 ) by the Peltier element ( 4 ) is activated by the application of a voltage. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die obere Grenztemperatur (Tmax) im Bereich von der optimalen Betriebstemperatur der Solarzelle (2) zuzüglich 2 K bis 10 K, insbesondere zuzüglich 5 K +/– 2 K, liegt.A method according to claim 2, characterized in that the upper limit temperature (T max ) in the range of the optimum operating temperature of the solar cell ( 2 ) plus 2 K to 10 K, in particular plus 5 K +/- 2 K. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein Temperatursensor vorgesehen, welcher die Temperatur (T) der Solarzelle (2) oder im Bereich der Solarzelle (2) ermittelt, und bei Unterschreiten einer unteren Grenztemperatur (Tmin) durch die vom Temperatursensor ermittelte Temperatur (T) eine Betätigung der Beheizung der Solarzelle (2) durch das Peltier-Element (4) durch das Anlegen einer Spannung aktiviert wird.Method according to one of the preceding claims, characterized in that a temperature sensor is provided which determines the temperature (T) of the solar cell ( 2 ) or in the area of the solar cell ( 2 ), and falls below a lower limit temperature (T min ) by the temperature detected by the temperature sensor (T) actuation of the heating of the solar cell ( 2 ) by the Peltier element ( 4 ) is activated by the application of a voltage. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die untere Grenztemperatur (Tmin) im Bereich von der optimalen Betriebstemperatur der Solarzelle (2) abzüglich 2 K bis 10 K, insbesondere abzüglich 5 K +/– 2 K, liegt.A method according to claim 4, characterized in that the lower limit temperature (T min ) in the range of the optimum operating temperature of the solar cell ( 2 ) minus 2 K to 10 K, in particular less 5 K +/- 2 K. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine Kühlung oder Beheizung der Solarzelle (2) nach einem mehrfachen Über- bzw. Unterschreiten einer Grenztemperatur (Tmax bzw. Tmin) in Folge aktiviert wird.Method according to one of the preceding claims, characterized in that a cooling or heating of the solar cell ( 2 ) is activated after a multiple exceeding or falling below a limit temperature (T max or T min ) in succession. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens ein Ventilator vorgesehen ist, welcher betätigbar ist, um Luft aus der Umgebung anzusaugen und in Richtung einer wärmeabgebenden, zu killenden Oberfläche fördert.Method according to one of the preceding claims, characterized in that at least one fan provided which is operable to suck in air from the environment and towards a heat-emitting, surface to be killed promotes. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Ventilator bei einem Kühlbetrieb des Peltier-Elements (4) zur Kühlung der Solarzelle (2) angetrieben wird.A method according to claim 7, characterized in that the fan in a cooling operation of the Peltier element ( 4 ) for cooling the solar cell ( 2 ) is driven. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Ventilator bei einem Überschreiten der optimalen Betriebstemperatur der Solarzelle (2) angetrieben wird.A method according to claim 7, characterized in that the fan when exceeding the optimum operating temperature of the solar cell ( 2 ) is driven. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein Lichtsensor vorgesehen ist, mit dem zu Zeiten mit theoretisch vorhandener, ausreichender Sonneneinstrahlung unter Berücksichtigung einer vom Temperatursensor ermittelten Temperatur (T) von 0°C oder weniger eine die Sonneneinstrahlung abschirmende Schnee- oder Eisdecke ermittelt wird, und bei ermittelter Schnee- oder Eisdecke die Beheizung der Solarzelle (2) durch das Peltier-Element (4) aktiviert wird.Method according to one of the preceding claims, characterized in that a light sensor is provided with the solar radiation shielding snow or ice cover at times with theoretically existing, sufficient solar radiation taking into account a temperature (T) of 0 ° C or less determined by the temperature sensor determined in the case of snow or ice cover, the heating of the solar cell ( 2 ) by the Peltier element ( 4 ) is activated. Photovoltaik-Anlage, aufweisend mindestens eine Solarzelle (2) und mindestens ein Peltier-Element (4), welches thermisch mit der Solarzelle (2) gekoppelt ist, gekennzeichnet durch eine Regelung nach einem der vorhergehenden Ansprüche.Photovoltaic system, comprising at least one solar cell ( 2 ) and at least one Peltier element ( 4 ), which thermally with the solar cell ( 2 ), characterized by a control according to one of the preceding claims. Photovoltaik-Anlage nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass ein Temperatursensor vorgesehen ist, mit welchem die Temperatur (T) der Solarzelle (2) oder im Bereich der Solarzelle (2) ermittelbar ist.Photovoltaic system according to claim 11, characterized in that a temperature sensor is provided, with which the temperature (T) of the solar cell ( 2 ) or in the area of the solar cell ( 2 ) can be determined. Photovoltaik-Anlage nach Anspruch 11 oder 12, dadurch gekennzeichnet, dass ein Lichts vorgesehen ist, mit welchem ermittelbar ist, ob eine Schnee- oder Eisdecke auf der Solarzelle (2) vorhanden ist.Photovoltaic system according to claim 11 or 12, characterized in that a light is provided, with which it can be determined whether a snow or ice cover on the solar cell ( 2 ) is available. Photovoltaik-Anlage nach einem der Ansprüche 11 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Photovoltaik-Anlage (1) mindestens eine Solarzelle (2) aufweist, welche an einem gut wärmeleitenden Halterungselement (3) angebracht ist.Photovoltaic system according to one of claims 11 to 13, characterized in that the photovoltaic system ( 1 ) at least one solar cell ( 2 ), which on a good heat-conducting support member ( 3 ) is attached. Photovoltaik-Anlage nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass das Halterungselement (3) durch eine Aluminiumtafel gebildet ist.Photovoltaic system according to claim 14, characterized in that the support element ( 3 ) is formed by an aluminum plate. Photovoltaik-Anlage nach einem der Ansprüche 11 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass die Photovoltaik-Anlage (1) mindestens ein Peltier-Element (4) aufweist, welches an einem gut wärmeleitenden Halterungselement (3) angebracht ist.Photovoltaic system according to one of claims 11 to 15, characterized in that the photovoltaic system ( 1 ) at least one Peltier element ( 4 ), which on a good heat-conducting support member ( 3 ) is attached. Photovoltaik-Anlage nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, dass das Peltier- Element (4) mit einem wärmeableitenden Element (5) verbunden ist, welches obeflächenvergrößernde Strukturen aufweist.Photovoltaic system according to claim 16, characterized in that the Peltier element ( 4 ) with a heat-dissipating element ( 5 ), which has surface enlarging structures. Photovoltaik-Anlage nach einem der Ansprüche 11 bis 17, dadurch gekennzeichnet, dass die Photovoltaik-Anlage (1) mindestens einen Ventilator aufweist.Photovoltaic system according to one of claims 11 to 17, characterized in that the photovoltaic system ( 1 ) at least one fan having. Photovoltaik-Anlage nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, dass der Ventilator eine Drehachse aufweist, welche senkrecht zur Ebene angeordnet ist, in welcher sich die Solarzelle (2) erstreckt.Photovoltaic system according to claim 18, characterized in that the fan has an axis of rotation which is perpendicular to the plane in which the solar cell ( 2 ).
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