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DE19650956C2 - Biaxially trackable, coolable photovoltaic solar cell flat module - Google Patents

Biaxially trackable, coolable photovoltaic solar cell flat module

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DE19650956C2
DE19650956C2 DE19650956A DE19650956A DE19650956C2 DE 19650956 C2 DE19650956 C2 DE 19650956C2 DE 19650956 A DE19650956 A DE 19650956A DE 19650956 A DE19650956 A DE 19650956A DE 19650956 C2 DE19650956 C2 DE 19650956C2
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Description

Die Erfindung betrifft ein zweiachsig nachführbares, kühlbares Photo­ voltaik-Solarzellenflachmodul, welches für Dach- und Fas­ sadengestaltungen sowie für eine Einzelaufstellung einsetz­ bar ist.The invention relates to a biaxially trackable, coolable photo voltaic solar cell flat module, which for roof and fasc store designs as well as for a single installation is cash.

Der gegenwärtige Stand der Technik beinhaltet die Aneinan­ derreihung von Solarzellen auf einer Trägerplatte. Die ein­ gesetzten Solarkonstruktionen sind flächenintensiv, unfle­ xibel und vom Installationsort abhängig. Die Orientierung bzw. Ausrichtung des Neigungswinkels erfolgt meist am ge­ samten Modul, wie beispielsweise in der DE 34 19 299 A1. Eine nichtpraktizierte Winkelnachführung sowie fehlende Möglich­ keiten der Parameterbeeinflussungen wirken sich leistungs­ mindernd aus.The current state of the art includes aneinan Alignment of solar cells on a carrier plate. The one set solar constructions are area-intensive, inconvenient xibel and depending on the installation location. The orientation or alignment of the angle of inclination is usually on ge Entire module, such as in DE 34 19 299 A1. A non-practiced angle tracking and missing possibility Parameter influencing affects performance diminishing.

Ein nachführbares Solarzellenmodul wird in der US 4425904 beschrieben. Dabei sind auf einer Grundplatte mehrere Tragarme befestigt, an denen einzelne Solarmodule drehbar gelagert sind. Eine Einstellung bestimmter Neigun­ gen von mehreren hintereinander angeordneten Solarzellen erfolgt über Seilzüge. Diese Lösung ist sehr störanfällig sowie wartungs- und materialaufwendig. Es erfolgt eine teilweise Abschattung der Solarzellen durch die Seilzüge. Außerdem gestattet dessen konstruktive Gestaltung nur Solarmodule mit größerer Einbautiefe. A trackable solar cell module is in the US 4425904. They are on a base plate several support arms attached to which individual solar modules are rotatably mounted. A setting of certain inclinations of several solar cells arranged one behind the other takes place via cable pulls. This solution is very prone to failure as well as maintenance and material. There is one partial shading of the solar cells by the cables. In addition, its constructive design only allows Solar modules with greater installation depth.  

Die in US 4 297 521 beschriebenen Solarenergiekollektoren bestehen aus das Sonnenlicht konzentrierenden Einsätzen, wobei entweder für eine horizontale oder eine vertikale Verdrehung jeweils der komplette Rahmen zu bewegen ist und sehr hohe Systemtemperaturen vorliegen, die zu einer gerin­ gen Energieausbeute für Photovoltaik-Solarzellen führen. Eine horizontale und vertikale Verstellung der einzelnen Solarzellen ist nicht möglich, wodurch keine sehr flachen Anordnungen möglich sind. Ähnlich nachteilige Lösungen sind in WO 90/13147 A1 und US 4 345 582 beschrieben.The solar energy collectors described in US 4,297,521 consist of inserts concentrating the sunlight, being either for a horizontal or a vertical Twist the complete frame is to be moved and very high system temperatures are present which lead to a low lead to energy yield for photovoltaic solar cells. A horizontal and vertical adjustment of the individual Solar cells are not possible, which makes them not very flat Arrangements are possible. Solutions are similarly disadvantageous in WO 90/13147 A1 and US 4,345,582.

Aufgabe der Erfindung ist es, ein dem Lichteinfall zweiach­ sig nachstellbares Photovoltaik-Solarzellenflachmodul mit Temperaturregelung zu entwickeln, mit dem eine hohe Be­ triebssicherheit mit geringen Aufwendungen erreicht werden kann. Das Modul soll eine geringe Einbauhöhe und eine hohe energetische Effizienz besitzen sowie gut automatisierbar sein.The object of the invention is a two times the incidence of light sig adjustable photovoltaic solar cell flat module with To develop temperature control with which a high loading drive safety can be achieved with little effort can. The module should have a low installation height and a high one Have energetic efficiency and easy to automate his.

Die Aufgabe wird erfindungsgemäß durch den Anspruch 1 ge­ löst. Weitere ausgestaltende Merkmale sind in den Ansprü­ chen 2 und 3 beschrieben.The object is achieved by claim 1 ge solves. Further design features are in the claims Chen 2 and 3 described.

Durch die vorliegende Erfindung ist eine zweiachsige Win­ kelnachführung bei Flachmodulen in horizontaler bzw. verti­ kaler Ebene mit einfachen Mitteln durchführbar und eine ef­ fektive Leistungsanpassung möglich. Weiterhin ist durch den unkomplizierten Einbau von Kühlkörpern eine thermische Pa­ rametereinstellung realisierbar, die bei hohem Wirkungsgrad eine hohe Automatisierung ermöglicht. Durch die automatisch einstellbaren Trägereinsätze der Solarzellen kann eine unkomplizierte horizontale und vertikale Winkeleinstellung bzw. Winkelnachführung prakti­ ziert werden.The present invention is a two-axis win Core tracking for flat modules in horizontal or vertical kaler level feasible with simple means and an ef fective performance adjustment possible. Furthermore, the uncomplicated installation of heat sinks a thermal Pa parameter setting can be implemented with high efficiency high automation enables. By automatically adjustable carrier inserts of the solar cells can be an uncomplicated horizontal and vertical angle adjustment or angle adjustment practi be decorated.

Der Vorteil der Erfindung besteht darin, daß mit den äußerst flach herstellbaren Solarzellenmodulen eine Steige­ rung des Energieertrages, eine effektive Leistungsan­ passung, ein geringer Wartungsaufwand mit hoher Betriebs­ sicherheit sowie eine gute Automatisierbarkeit mit einer möglichen thermischen Parameterregelung ermöglicht werden. Die Solarzellenmodule sind universell einsetzbar und erfül­ len die individuellen Anforderungen nach dem Einsatzort und der Leistung.The advantage of the invention is that with the extremely flat manufacturable solar cell modules energy yield, an effective power output  fit, low maintenance with high operation security and good automation with one possible thermal parameter control are made possible. The solar cell modules can be used universally and fulfill len the individual requirements according to the place of use and performance.

Nachfolgend wird die Erfindung an Ausführungsbeispielen nä­ her erläutert. Es zeigen:The invention is based on exemplary embodiments ago explained. Show it:

Fig. 1 Draufsicht auf ein Solarzellenflachmodul Fig. 1 plan view of a flat solar cell module

Fig. 2 Seitenansicht eines Solarzellenflachmoduls mit starren bzw. einstellbaren Solarzellen Fig. 2 side view of a flat solar cell module with rigid or adjustable solar cells

Fig. 3 Draufsicht auf ein gekühltes Solarzellenflachmodul mit Schrittmotoren Fig. 3 top view of a cooled solar cell flat module with stepper motors

Fig. 4 Seitenansicht eines gekühlten Solarzellenflach­ moduls mit Schrittmotoren Fig. 4 side view of a cooled solar cell flat module with stepper motors

Fig. 5 Solarzellenbaum Fig. 5 solar cell tree

Zur Erläuterung eines Ausführungsbeispiels der Erfindung wird zunächst auf die Fig. 1 und 2 Bezug genommen.To explain an embodiment of the invention, reference is first made to FIGS. 1 and 2.

Es wird der konstruktive Aufbaus eines Mikro­ solarzellen-Flachmoduls mit kontinuierlich und variabel einstellbaren Mikrosolarzellen beschrieben. Unter Mikroso­ larzellen werden Photovoltaik-Solarzellen bis zu einer Grö­ ße von 4 cm2 verstanden.The design of a micro solar cell flat module with continuously and variably adjustable microsolar cells is described. Microsolar cells are understood to mean photovoltaic solar cells up to a size of 4 cm 2 .

Auf einem Montageblech 11 werden jeweils mehrere Trägerein­ sätze 12 mit Mikrosolarzellen 2 in mehreren Reihen mon­ tiert. Bei der rechts dargestellten Variante befinden sich oberhalb des Montageblechs 11 Zahnkränze 4 sowie die Trägerein­ sätze 12 für die Aufnahme der Solarzellen 2. Die Trägerein­ sätze sind auf den Zahnkränzen 4 eingestellt und fest arre­ tiert. Die Zahnkränze 4 sind wiederum auf dem Montage­ blech 11 drehbar gelagert. Eine Spindel 3 wird zu den Zahn­ kränzen 4 so installiert, daß deren Zahnflanken ineinander eingreifen können. Das nun in horizontaler und vertikaler Ebene einstellbare Solarsystem wird in eine untere Verscha­ lung 5 eingesetzt, justiert und mit einer oberen Verschalung 6 zu einem Modul 1 verschraubt.On a mounting plate 11 , several carrier sets 12 with microsolar cells 2 are installed in several rows. In the variant shown on the right, there are 11 sprockets 4 above the mounting plate 11 and the mounting blocks 12 for receiving the solar cells 2 . The Trägerein sets are set on the sprockets 4 and fixedly arrested. The ring gears 4 are in turn rotatably mounted on the mounting plate 11 . A spindle 3 is wreathed to the tooth 4 installed so that their tooth flanks can interlock. The now adjustable in horizontal and vertical plane solar system is used in a lower casing 5 , adjusted and screwed to an upper casing 6 to a module 1 .

Bei der links dargestellten Variante mit starr einstellba­ ren Solarzellen 2 sind die Trägereinsätze 12 vertikal dreh­ bar gelagert. Diese Variante ist lediglich für manuell ein­ stellbare Solarzellen vorgesehen.In the variant shown on the left with rigidly adjustable solar cells 2 , the carrier inserts 12 are mounted vertically rotatable bar. This variant is only intended for manually adjustable solar cells.

Ein Ausführungsbeispiel zeigen die Fig. 3 und 4. Es wird der konstruktive Aufbaus eines Solarmoduls mit vollautomatisch programmierbarer Winkelnachführung und ein­ gebauten Kühlkörpern beschrieben.An embodiment shown in FIGS. 3 and 4. It is a solar module with fully automatic angle tracking programmable and a built heat sinks described the constructive structure.

Auf einem Montageblech 11 werden mehrere Trägereinsätze 12 mit Solarzellen 2 in Reihe montiert. Die Trägereinsätze 12 sind ebenfalls wieder auf den Zahnkränzen 4 arretiert, die wiederum auf dem Montageblech 11 drehbar gelagert sind. Ei­ ne Spindel 3 wird zu den Zahnkränzen 4 installiert, und zwar so, daß die Zahnflanken ineinander eingreifen. Auf der rechten Seite ist das Ende eines Halterungsbleches 13 um 90° nach oben gekantet worden und dient über eine Führungs­ welle 15 zur drehbaren Befestigung eines ersten Schrittmotors 9, der die Spindel 3 antreibt, sowie der Justierung. Dabei dreht der erste Schrittmotor 9 das Solarsystem in horizontaler Richtung um eine Achse B-B. Das Montageblech 11 auf der linken Seite ist über eine weitere Führungswelle 15' mit einem zweiten Schrittmo­ tor 10 verbunden. Dieser Schrittmotor 10 ist auf dem Halte­ rungsblech 13 fest montiert. Dabei dreht der zweite Schritt­ motor 10 das Solarsystem in vertikaler Richtung um eine Ach­ se A-A.A plurality of carrier inserts 12 with solar cells 2 are mounted in series on a mounting plate 11 . The carrier inserts 12 are also locked again on the toothed rings 4 , which in turn are rotatably mounted on the mounting plate 11 . Egg ne spindle 3 is installed to the ring gears 4 , in such a way that the tooth flanks engage in one another. On the right side, the end of a mounting plate 13 has been folded upwards by 90 ° and is used via a guide shaft 15 for rotatably mounting a first stepping motor 9 , which drives the spindle 3 , and the adjustment. The first stepper motor 9 rotates the solar system in the horizontal direction about an axis BB. The mounting plate 11 on the left side is connected via a further guide shaft 15 'to a second stepper motor 10 . This stepper motor 10 is mounted on the holding plate 13 approximately. The second step motor 10 rotates the solar system in the vertical direction by one axis AA.

Das nun in horizontaler und vertikaler Ebene einstellbare Solarsystem wird in die untere Verschalung 5 eingesetzt, justiert und mit der oberen Verschalung 6 zu einem Modul 1 verschraubt. Die untere Verschalung 5 und die obere Ver­ schalung 6 sind doppelwandig ausgeführt. Innerhalb der Ver­ schalungen 5 und 6 befindet sich ein Kühlbehälter 14 mit Kühlflüssigkeit, der an einen Kühlkreislauf angeschlossen ist. Die untere Verschalung 5 und die obere Verschalung 6 können auch abgedichtet ausgebildet sein, so daß sich die Kühlflüssigkeit direkt darin befindet. Die elektrischen An­ schlüsse der Verschaltungen werden zu einem Wechselrichter geführt und mit dem Netzanschluß verbunden. Durch die Ver­ netzung mit einem Modem können die Meßwerte am PC erfaßt und visuell dargestellt werden. Eine weitere Verschaltung erfolgt zum Ansteuern der zwei Schrittmotoren 9 und 10. Hier werden parallele Leitungen benötigt, die durch eine serielle Schnittstelle mit dem PC verbunden sind und eine Programmierung ermöglichen. Ebenfalls mit dem PC verbunden ist eine Temperaturregelung, wodurch eine Meßwerterfassung und visuelle Kommunikation ermöglicht wird.The solar system, which can now be adjusted in the horizontal and vertical planes, is inserted into the lower casing 5 , adjusted and screwed to a module 1 with the upper casing 6 . The lower formwork 5 and the upper Ver formwork 6 are double-walled. Within the United formwork 5 and 6 is a cooling container 14 with coolant, which is connected to a cooling circuit. The lower casing 5 and the upper casing 6 can also be sealed so that the cooling liquid is located directly therein. The electrical connections to the interconnections are routed to an inverter and connected to the mains connection. By networking with a modem, the measured values can be recorded on the PC and displayed visually. Another connection is made to control the two stepper motors 9 and 10 . Parallel lines are required here, which are connected to the PC via a serial interface and enable programming. A temperature control is also connected to the PC, which enables measured value acquisition and visual communication.

Eine weitere mögliche Anwendung ist in Fig. 5 dargestellt. Der hier dargestellte Solarzellenbaum besteht aus einem auf einem Ständer 8 befestigten Stamm 7, auf dem mehreren Eta­ gen mit Solarzellenmodulen 1 angeordnet sind. In den Modu­ len 1 sind wiederum eine Vielzahl einstellbarer Solarzel­ len 2 angeordnet. Auf geringster Grundfläche können damit höchstmögliche Leistungen erreicht werden. Another possible application is shown in FIG. 5. The solar cell tree shown here consists of a trunk 7 attached to a stand 8 , on which several stages with solar cell modules 1 are arranged. In the Modu len 1 in turn a variety of adjustable solar cells len 2 are arranged. The highest possible performance can be achieved on the smallest footprint.

BezugszeichenaufstellungList of reference symbols

11

Solarzellenmodul
Solar cell module

22nd

Solarzelle
Solar cell

33rd

Spindel
spindle

44

Zahnkranz
Sprocket

55

untere Verschalung
lower formwork

66

obere Verschalung
upper formwork

77

Stamm
tribe

88th

Ständer
Stand

99

1. Schrittmotor für horizontale Verstellung
1. Stepper motor for horizontal adjustment

1010th

2. Schrittmotor für vertikale Verstellung
2. Stepper motor for vertical adjustment

1111

Montageblech
Mounting plate

1212th

Trägereinsatz
Carrier insert

1313

Halterung
bracket

1414

Kühlbehälter
Cooling tank

1515

, ,

1515

' Führungswelle
'' Guide shaft

Claims (3)

1. Zweiachsig nachführbares, kühlbares Photovoltaik-Solar­ zellenflachmodul mit folgenden Merkmalen:
  • - auf einem Montageblech (11) sind in je einem Trägerein­ satz (12) befindliche Solarzellen (2) in mindestens einer Reihe derart montiert, daß diese horizontal um eine Achse B- B und vertikal um eine Achse A-A drehbar gelagert sind;
  • - in jeder Reihe oberhalb des Montageblechs (11) ist eine drehbare, mittels einem ersten Schrittmotor (9) direkt angetriebene Spindel (3) derart installiert, daß deren Zahnflanken mit den Zahnflanken von Zahnkränzen (4) ineinander eingreifen, wobei der erste Schrittmotor (9) auf einer Halterung (13) drehbar gelagert ist;
  • - die Zahnkränze (4) sind auf dem Montageblech (11) drehbar gelagert;
  • - die Trägereinsätze (12) sind auf den Zahnkränzen (4) ein­ stellbar und arretierbar;
  • - an der gegenüberliegenden Seite der Spindel (3) befindet sich ein zweiter Schrittmotor (10), der das Montageblech (11) in vertikaler Richtung antreibt, wobei der Schrittmotor (10) auf der Halterung (13) fest montiert ist; und
  • - das in horizontaler und vertikaler Ebene einstellbare Sy­ stem aus Spindel (3), Zahnkränzen (4), Montageblech (11) und Trägereinsätzen (12) mit den Solarzellen (2) und die Halterung (13) mit allen Teilen ist in eine untere Verscha­ lung (5) eingesetzt, justiert, mit einer oberen Verscha­ lung (6) zu einem Modul (1) verschraubt und an ein Kühlsy­ stem angeschlossen ist.
1. Biaxially trackable, coolable photovoltaic solar cell flat module with the following features:
  • - On a mounting plate ( 11 ) in a carrier insert ( 12 ) located solar cells ( 2 ) are mounted in at least one row in such a way that they are mounted horizontally about an axis BB and vertically about an axis AA;
  • - In each row above the mounting plate ( 11 ) a rotatable, by means of a first stepper motor ( 9 ) directly driven spindle ( 3 ) is installed in such a way that its tooth flanks mesh with the tooth flanks of toothed rings ( 4 ), the first stepper motor ( 9 ) is rotatably mounted on a holder ( 13 );
  • - The sprockets ( 4 ) are rotatably mounted on the mounting plate ( 11 );
  • - The carrier inserts ( 12 ) on the sprockets ( 4 ) are adjustable and lockable;
  • - On the opposite side of the spindle ( 3 ) there is a second stepper motor ( 10 ) which drives the mounting plate ( 11 ) in the vertical direction, the stepper motor ( 10 ) being fixedly mounted on the holder ( 13 ); and
  • - The adjustable in horizontal and vertical plane Sy stem from spindle ( 3 ), sprockets ( 4 ), mounting plate ( 11 ) and support inserts ( 12 ) with the solar cells ( 2 ) and the bracket ( 13 ) with all parts is in a lower Verscha lung ( 5 ) used, adjusted, screwed with an upper casing ( 6 ) to a module ( 1 ) and connected to a cooling system.
2. Solarzellenflachmodul nach Anspruch 1, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die untere Verschalung (5) und die obere Ver­ schalung (6) doppelwandig ausgebildet sind, wobei sich in deren Zwischenräumen ein Kühlbehälter (14) mit Kühlflüssig­ keit befindet, der an einen Kühlkreislauf angeschlossen ist.2. Flat solar cell module according to claim 1, characterized in that the lower formwork ( 5 ) and the upper Ver formwork ( 6 ) are double-walled, in the spaces between which a cooling container ( 14 ) with cooling liquid is located, which is connected to a cooling circuit is. 3. Solarzellenflachmodul nach den Ansprüchen 1 und 2, da­ durch gekennzeichnet, daß auf einem Ständer (8) ein Stamm (7) befestigt ist, auf dem mehrere Etagen mit Solar­ zellenmodulen (1) angeordnet sind, in denen sich wiederum eine Vielzahl einstellbarer Solarzellen (2) befinden.3. Flat solar cell module according to claims 1 and 2, characterized in that on a stand ( 8 ) a trunk ( 7 ) is attached, on which several floors with solar cell modules ( 1 ) are arranged, in which in turn a variety of adjustable solar cells ( 2 ).
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