DE102011108087A1

DE102011108087A1 - Vorrichtung zur vorder- bzw. rückseitigen Kühlung von PV-Solarmodulen

Info

Publication number: DE102011108087A1
Application number: DE102011108087A
Authority: DE
Inventors: Anmelder Gleich
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2011-07-18
Filing date: 2011-07-18
Publication date: 2013-01-24

Abstract

Vorderseitige Kühlvorrichtung für PV-Solarmodule: Die Erfindung beschreibt eine neuartige Wasserschwall-Kühlvorrichtung, welche die Nachteile bereits bekannter Kühlvorrichtungen nicht aufweist. Es handelt sich dabei um eine Kühlvorrichtung, welche in unterschiedlichen Zeitintervallen (abhängig von der Scheibentemperatur des Moduls), einen Wasserschwall über die Module ergießt. Dazu wird die Wasserschwall-Kühlvorrichtung über der obersten Modulreihe montiert, damit sich der Wasserschwall über alle darunterliegenden Module ergießen kann. Für diese Vorrichtung ist keine Pumpe notwendig, die einen hohen Druck aufbaut. Der für diese Vorrichtung erforderliche Stromaufwand ist wesentlich geringer als bei einer Sprinkleranlage und der zusätzliche Mehrertrag bei der Kühlung ist somit größer. Auch wird kein Wasser über den Rand der Module vergossen, wie beim Sprinklersystem, was den zusätzlichen Nachschub an Kühlmitteln (meist Wasser) wesentlich verringert. Düsen können ebenfalls nicht verstopfen, da es bei der Wasserschwall-Kühlvorrichtung keine gibt. Rückseitige Kühlvorrichtung für PV-Solarmodule: Die Kühlplatte ist auch an schon montierten Solaranlagen nachträglich montierbar und wird mittels eines Spezialklebers mit der Rückseite des PV-Solarmodules verklebt, damit das durchfließende Wasser durch den direkten Kontakt mit der Modulfolie optimalen Kühlerfolg erzielt. Das Rohr-Verbindungssystem, welches die Kühlplatten der einzelnen Module mit Kühlflüssigkeit versorgt, ist in bewährter Schnapp-Anschlusstechnik ausgelegt, damit bei Reparatur eines Modules nicht erst das ganze Wasser aus der Anlage entfern werden muss, bzw. andere Module demontiert werden müssen, wie es bei sonst üblichen auf dem Markt befindlichen Hybridsystemen der Fall ist.

Description

Kurzfassung:
Kühlvorrichtungen für PV-Solarmodule erhöhen den Ertrag der Solaranlage. Die gekühlten PV-Solarmodule erzeugen einen höheren Energieertrag, weil die thermischen Verluste durch die Kühlung geringer werden. Die hier beschriebenen Kühlvorrichtungen können die Vorderseite und/oder die Rückseite des PV-Solarmoduls kühlen. Bei der Vorderseitenkühlung wird gleichzeitig mit der Kühlung noch eine Reinigung der PV-Solarmodule erreicht.
Die vorderseitigen Kühlvorrichtungen können erst installiert werden, wenn die PV-Solaranlage bereits aufgebaut ist, können also nur nachträglich installiert werden.
Die rückseitigen Kühlvorrichtungen können bereits während der Produktion der PV-Solarmodule auf die Rückseite der Module montiert werden aber auch nachträglich, wenn die PV-Solaranlage schon besteht.
Anwendungsgebiet:
Kühlung und Reinigung von bereits montierten PV-Solarmodulen.
Beschreibung:
Vorderseiten Kühlvorrichtung:
Wasserschwall-Kühl- und Reinigungsvorrichtung für PV-Solarmodule
Leider erzeugt die Sonneneinstrahlung in den Photovoltaik Solarmodulen nicht nur Strom, sondern auch Wärme. Diese Wärme wirkt sich schädlich auf den Ertrag der PV-Module aus. An warmen Sommertagen kann die Scheiben- und somit auch die Zellen-Temperatur in einem Solarmodul leicht 80–90°C und mehr erreichen, besonders in südeuropäischen Gegenden (Mittelmeerraum).
Es ist bekannt, dass z. B. kristalline Solarmodule einen Minderertrag von ca. 0,5%/°C liefern. Ein Modul, das z. B. auf der Scheibe an warmen Tagen eine Temperatur von 65°C erreicht, was sogar in Deutschland oft vorkommt, verliert dadurch ca. 20% an Leistung. Gemessen wird die Leistung eines Moduls bei der Herstellung bei 25°C unter sogenannten STC (Standard-Test-Conditions). Eine Temperatur von 65°C stellt somit eine Erhöhung gegenüber der STC-Temperatur um 40°C dar. Multipliziert mit dem Verlustfaktor von 0,5%/°C erhält man dann den für 65°C üblichen Verlust von 20%.
Ein 200 Wp Modul hat dann nur noch eine Leistung von 160 Wp, denn 20% von 200 Wp ist ein Verlust von 40 Wp. Noch schlimmer werden die Verluste durch die hohen Temperaturen in Südeuropa.
Bei Scheibentemperaturen von z. B. 85°C steigen die Verluste dann sogar auf 30% und das 200 Wp Modul liefert nur noch 140 Wp.
Wp bedeutet, das die angegebene Leistung des Moduls nur unter STC Bedingungen gilt:
(Sonneneinstrahlung: 1000 W/m², Messtemperatur: 25°C, Sonnenspektrum: AM 1.5).
Eine optimale Kühlung der Module würde also den Ertrag signifikant steigern.
Stand der Technik:
Es gibt bereits Hybridmodule, bei denen ein in die Rückwand integriertes Kühlsystem durch die Kühlung mittels eines Kühlmediums (meist Wasser oder Wasser mit Glykol) den Stromertrag verbessert. Diese Vorrichtungen sind recht kompliziert in der Montage und auch die Auswechselung eines Moduls im Störungsfall ist so kompliziert, dass bei manchen Vorrichtungen erst andere Module abgebaut werden müssen, bevor das defekte Modul zwecks Auswechselung demontiert werden kann.
Nachteile anderer Vorrichtungen:
Es gibt bereits Solarmodul-Vorderseiten-Kühlsysteme ( DE 10 2007 059 202 A1 ), die zur Kühlung der Module eine Sprinkleranlage benutzen. Sprinklersysteme haben aber den großen Nachteil, dass die Sprinklerdüsen schnell verstopfen (Schmutz, Kalk, etc.) und die Module dann nicht mehr optimal gekühlt und gereinigt werden und dass eine Menge Wasser beim Kühlen über den Rand der Module spritzt und somit dem Kühlkreislauf verloren geht. Zusätzlich steht das Sprühsystem unter einem hohen Druck, damit auch alle Module beim Sprühen vom Wasser erreicht werden. Hoher Druck bedeutet aber eine hohe Pumpleistung und das wiederum bedeutet hohe zusätzliche Pumpen-Energie, also Strom, der für dieses System aufgebracht werden muss und der die zusätzliche Ertragsgewinnung schmälert.
Neu an der Erfindung:
Neu an der Erfindung gegenüber anderen bereits bekannten, wasserverbreitenden Vorrichtungen ist der ständige Wasserschwall, der nicht nur kühlt, sondern auch stärkere Verschmutzungen wie z. B. Vogelkot wirkungsvoll beseitigt und der gegenüber einer Sprinkleranlage weitere Verbesserungen bietet.
Eine Wasserschwall-Vorrichtung, welche das Modul von außen kühlt und dabei noch eine reinigende Wirkung hat, hat da Vorteile, da eine solche Vorrichtung auch noch nachträglich an einer bereits bestehenden PV-Solaranlage montiert werden kann.
Steuerelektronik:
Die Wasserschwall-Kühlvorrichtung verfügt über eine Steuerelektronik, die in Abhängigkeit von der Scheibentemperatur des Solarmoduls den Kühlprozess steuert. So setzt bei hoher Scheibentemperatur öfter eine Schwallkühlung ein als bei niedriger Scheibentemperatur. Dadurch wird der zusätzliche Mehrertrag optimiert.
übrige Komponenten
Das Wasser wird entsprechend dem Stand der heutigen bekannten Technik über eine Auffangrinne wieder in den Vorratsbehälter zurückgeführt, von dem es wieder zur Wasserschwall-Kühlvorrichtung hochgepumpt wird.
Bei Bedarf kann auch ein zusätzlicher Wärmetauscher oder ein Wasserkühler eingesetzt werden, damit die Wassertemperatur ihre Kühlfunktion nicht verliert.
Die Wasserschwall-Kühlvorrichtung ist so konstruiert, das es sich um eine für diese Branche neuartige Kühlvorrichtung handelt, die mit ihrer Schwallkühlung gegenüber den bereits bekannten Kühlsystemen deutliche Vorteile aufweist.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

DE 102007059202 A1 [0012]

Claims

Patentansprüche für die vorderseitige Vorrichtung zur Kühlung und Reinigung von PV-Solarmodulen: 1. Wasserschwall erzeugende Vorrichtung (z. B. nach 1), so konstruiert, dass sich ein Wasserschwall 3 in bestimmbaren Zeitabständen über die darunter befindlichen Module 4 ergießen kann, wobei die Solarmodule nicht nur gekühlt, sondern auch jedes mal dabei erneut gereinigt werden. 2. Wasserschwall-Kühlvorrichtung nach 1 so konstruiert, dass der Wasserschwall automatisch bei einer einstellbaren Wasserstandshöhe im Kippbehälter 2 ausgelöst wird. 3. Wasserschwall-Kühlvorrichtung nach 1 so konstruiert, dass eine Montage der Vorrichtung mit einer Befestigung 6 am Dach oder Untergestell 5 sowohl bei aufgeständerten Solaranlagen, wie auch bei Hausdachanlagen oder anderen Gebäudearten möglich ist. 4. Elektronische Steuerung der Wasserschwall-Kühlvorrichtung nach 1 zur Ertragsoptimierung
Patentansprüche für die nachträglich montierbare rückseitige Vorrichtung zur Kühlung von PV-Solarmodulen: 1. Kühlplatte 4 nach 2 nachträglich montierbar, aus Kunststoff oder einem anderen Material mit Vertiefungen für den Wasserdurchlauf, wobei die vertiefte Seite der Platte mit der Rückwandfolie des PV-Solarmodules verklebt wird, damit das Wasser oder das Kühlmittel in direktem Kontakt mit der Rückwandfolie steht und ein hoher Wirkungsgrad bei der Kühlung der Solarzellen erreicht wird. 2. Kühlplatte nach 2 mit Anschlüssen in Schnapp-Anschlusstechnik 2 zur einfachen Auswechselung der Module im Schadensfall (Modulwechsel ohne umständliche Wasserentleerung der Anlage). 3. Elektronische Steuerung des Wasserdurchflusses nach 2 zur Ertragsoptimierung.