Solaranlage

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Solaranlage, insbesondere Photovoltaikanlage, mit einer Mehrzahl in einem Abstand voneinander angeordneten Solarmodulen.

Stand der Technik

Für die Anordnung von konventionellen Photovoltaikmodulen in Solarkraftwerken werden typischerweise drei verschiedene Varianten eingesetzt. Gemäss einer ersten Variante werden fest montierte Solarmodule mit südlicher Ausrichtung eingesetzt (in der nördlichen Hemisphäre, sonst umgekehrt).

Entsprechend einer zweiten Variante werden Modulnachführsysteme eingesetzt, die mit einer einachsigen Drehung eine Nachführung des Normalenvektors der Modulpanels zur optimierten Ausrichtung gegenüber der Sonneneinstrahlrichtung zulassen.

Gemäss einer 3. Variante erlaubt ein Nachführsystem eine Nachführung des Normalenvektors des Solarmoduls in 2 unterschiedlichen Richtungen. Dies ermöglicht die Orientierung des Solarmoduls sowohl in Ost -West - Richtung als auch in Nord-Süd- Richtung zu ändern,' um so eine optimale Ausrichtung auf den jeweiligen Sonnenstand zu ermöglichen.

Bei der 1. Variante ist die Modulausnutzung am besten, wenn die einzelnen Module in mehrfachem Abstand der Modulanordnungshöhe angeordnet sind (Figur 1). Nur unter diesen Bedingungen kann verhindert werden, dass bei tiefem Sonnenstand am Morgen und am späten Nachmittag Module vom Schattenwurf eines weiter vorne angeordneten Moduls getroffen werden. Auch bei Solaranlagen mit nachgeführten Solarmodulen (vgl. Figur 2) ist ein Abstand einzelner Solarmodule voneinander in der Grössenordnung der 3-fachen Modulhöhe empfehlenswert. Wegen der grossen Abstände zwischen den Modulen ist ein grosser Flächenbedarf für Solaranlagen nötig. Ausserdem ist der Energieertrag pro benötigte Bodenfläche gering.

Die Anlagen mit einer 2 achsigen Nachführung (3. Variante) führen zu einem optimalen Energieertrag pro Modul, falls sie in genügendem Abstand zueinander angeordnet sind um Abschattung zu verhindern. Diese Anlagen sind aber mechanisch aufwändig und teuer und erreichen auch nur einen geringen Energieertrag pro benötigter Bodenfläche.

Die Abschattung bei flachen Sonneneinstrahlwinkeln lässt sich bei nachführbaren Modulen verringern, wenn diese in einem kleinen Winkel zur Horizontalen angeordnet werden (Figur 3). In einer solchen Anordnung ist allerdings die Modulausnutzung nicht optimal, da die flach einfallende Sonnenstrahlung nur unter sehr flachem Winkel auf die

Modulfläche eintrifft.- Das heisst, die eintreffende Sonnenstrahlung könnte auch mit einer wesentlich kleineren Modulfläche absorbiert werden, wenn diese optimal ausgerichtet wäre. Ein weiterer Nachteil ist, dass bei flachem Einfallswinkel die Strahlung weniger effizient in das Solarmodul eingekoppelt wird.

Selbst wenn die Solarmodule optimal zur Sonne ausgerichtet sind, beträgt die maximal eintreffende Sonnenstrahlung ca. 1000 W/m2, obwohl die heutzutage erhältlichen Solarmodule grundsätzlich auch grossere Einstrahlungsleistungen verarbeiten könnten.

Die US 4,282,394 offenbart eine Leichtgewicht-Solarzellenanordnung für Raumfahrzeuge, die eine Bündelung der eintreffenden Strahlung auf das Solarmodul erlaubt. Die Solarzellenanordnung besteht aus einer Mehrzahl von gelenkig miteinander verbundenen Solarzelleneinheiten, welche für den Transport zusammengefaltet und danach für den Einsatz in eine planare Konfiguration aufgefaltet werden können. Licht wird durch eine flexible Reflektoranordnung, welche unterhalb der Solarzellenanordnung vorgesehen ist, auf die Solarzellen reflektiert. Die Solarzelleneinheiten sind durch Scharniere gelenkig miteinander verbunden. Dies erlaubt es, die Solarzellen harmonikaartig zusammenzufalten und in einem Gehäuse zu verstauen. Ebenso sind die Reflektoren aus einzelnen Abschnitten zusammengesetzt, welche gelenkig miteinander verbunden sind. In der US 4,282,394 dienen die zusammenfaltbaren Solarzellenanordnungen und die Reflektoren ausschliesslich dazu, diese für den Transport auf ein möglichst geringes Volumen reduzieren zu können.

Die US 202/0075579 beschreibt eine Solaranlage mit einer Mehrzahl konkaver Reflektorelemente und einem Empfänger. Die Anlage konzentriert und wandelt Strahlungsenergie, wie Sonnenlicht, in andere Energieformen wie Elektrizität oder Wärme um. Die konkaven Reflektorelemente sind derart angeordnet, dass die von den individuellen Oberflächen der Reflektorelemente reflektierten Energieanteile fokussiert und überlagert werden, um einen gemeinsamen Fokusbereich auf dem Empfänger zu bilden. Die Reflektorelemente und der Empfänger sind an einem Rahmen derart angeordnet, so dass in einem Winkel auf die Reflektorelemente treffende Sonnenstrahlung auf den in Abstand von den Reflektorelementen angeordneten Empfänger reflektiert werden. Die US 202/0075579 schlägt vor, die Solaranlage auf einem 2-Achsen Support anzuordnen, um dem Stand der Sonne optimal folgen zu können. Nachteilig an der Solaranlage der US 202/0075579 ist allerdings, dass die gewölbten Reflektorelemente relativ kostspielig in der Herstellung sind. Ein weiterer Nachteil ist, dass die Nachführung der Solaranlage mit dem Sonnenstand einen relativ aufwendigen Mechanismus erfordert.

Ein grundsätzlich anderer Typ von Photovoltaikanlagen ist das so genannte Konzentratorsystem. Bei diesem System wird die eintreffende Strahlung mit einem Reflektor auf eine kleine Solarzellenfläche projiziert. Diese Anordnung erfordert allerdings bei hohen Lichtkonzentrationen spezielle Solarzellen mit entsprechender Kühlung und eine komplexe Nachführung der Reflektoren in Abhängigkeit des jeweiligen Sonnenstandes.

Aufgabe der Erfindung

Ausgehend von diesem Stand der Technik stellt sich die Erfindung zur Aufgabe, eine verbesserte Solaranlage mit verbessertem Energieertrag pro Solarmodul bereitzustellen. Noch ein Ziel ist es, eine Solaranlage vorzuschlagen, bei welcher der Energieertrag pro benötigte Bodenfläche im Vergleich zu konventionellen Anlagen erhöht ist.

Beschreibung:

Erfindungsgemäss wird die Aufgabe bei einer Solaranlage gemäss Anspruch 1 dadurch gelöst, dass jeweils in Abstand zu den Solarmodulen Reflektorelemente angeordnet sind, dass die Solarmodule mittels einer ersten Nachführeinrichtung um eine erste Drehachse und die Reflektorelemente mittels einer von der ersten Nachführeinrichtung unabhängigen zweiten Nachführeinrichtung um eine zweite Drehachse der Sonnenbahn im Tagesverlauf nachführbar sind, so dass auf die Reflektorelemente auftreffende Sonnenstrahlung mindestens teilweise auf die Empfängerfläche eines benachbarten Solarmoduls projizierbar ist. Diese Erfindung hat den Vorteil gegenüber den eingangs beschriebenen konventionellen Varianten, dass ein höherer jährlicher Energieertrag pro Photovoltaikmodulfläche als bei konventionellen fixen oder nachgeführten Modulanordnungen anfällt. Dies führt zu einer Verringerung der Stromgestehungskosten. Ein weiter Vorteil ist, dass ein höherer jährlicher Energieertrag pro m2 Anlagengesamtfläche anfällt, da speziell bei steileren Sonneneinstrahlwinkeln (hoher Sonnenstand) ein höherer Anteil der Sonnenenergie auf die Photovoltaikmodule projiziert wird und dort in elektrische Energie umgewandelt wird. Insgesamt ergibt sich auch eine bessere Kosteneffizienz der Anlage, weil durch geringe Zusatzkosten nachgeführte Reflektorelemente eingebaut werden können. Durch die Reflektorelemente ergibt sich auch eine geringere Belastung der Bodenfläche zwischen den Solarmodulen mit Sonneneinstrahlung (Beschattung). Die durch die Reflektorelemente verursachte Beschattung kann aber auch je nach Nutzung weitere Vorteile bieten, zum Beispiel für die Bepflanzung oder die Beschattung von Parkplätzen

oder Dächern. Bei hohem Windaufkommen hat die erfindungsgemässe Anordnung den Vorteil, dass sowohl die Solarmodule als auch die Reflektorelemente so ausgerichtet werden können, dass die Windangriffsfläche auf die Anlage minimal ist, was eine hohe Robustheit mit sich bringt, aber auch eine Optimierung der mechanischen Auslegung der Komponenten zulässt.

Vorzugsweise sind die Reflektoren um wenigstens eine Achse schwenkbar. Dies hat den Vorteil, dass diese je nach Sonnenstand ausgerichtet werden können. Vorteilhaft sind auch die Solarmodule um 1 Achse schwenkbar, so dass diese verschwenkt und der Sonnenbahn nachgeführt werden können. Dadurch kann die Energieausbeute maximiert werden. Die Nachführeinrichtungen können grundsätzlich eine Nachführung um eine oder zwei Achsen ermöglichen. Vorzugsweise ist mindestens noch eine dritte Nachführeinrichtung vorgesehen, um ein gemeinsames Verschwenken der Solarmodule und der Reflektorelemente um jeweils eine weitere Achse ermöglichen. Diese weitere Achse steht vorteilhaft senkrecht zu den Schwenkachsen der Solarmodule resp. Reflektorelemente. Eine dritte Nachführeinrichtung ist dann ausreichend, wenn Solarmodule und Reflektorelemente an einem gemeinsamen Tragwerk angeordnet sind. Grundsätzlich denkbar ist jedoch, zur Verschwenkung der Solarmodule und der Reflektorelemente um eine weitere Achse separate (dritte und vierte) Nachführeinrichtungen vorzusehen.

Vorteilhaft sind mehrere Reihen von Solarmodulen vorgesehen, die hinter- und/oder nebeneinader angeordnet sind und mehrere Reihen von Reflektorelementen. Eine Reihe von Reflektorelementen ist dann jeweils in einem Abstand zur Reihe der Solarmodule angeordnet. Symmetrisch angeordnete Reihen von Solarmodulen und Reflektorelementen haben den Vorteil, dass ein geringerer Platzbedarf vonnöten ist und dass die Nachführung der Solarmodule und Reflektorelemente mit geringem Aufwand möglich ist. Zweckmässigerweise erlaubt der Reflektor des Reflektorelements eine Bündelung der eintreffenden Sonnenstrahlung. Dies hat den Vorteil, dass die Effizienz der erfindungsgemässen Solaranlage erhöht ist.

Die eingesetzten Reflektoren können eine plane oder eine konkave Reflektorfläche haben. Bei grossflächigen Reflektoren kann die konkave Reflektorfläche aus einer Mehrzahl von Einzelreflektorflächen mit planer Oberfläche zusammengesetzt sein. Für die Einzelreflektorflächen können ein oder mehrere Verstelleinrichtungen vorgesehen sein, zur individuellen Ausrichtung der Einzelreflektorflächen und optimalen Projektion der Strahlung auf ein benachbartes Solarmodul. Vorzugsweise ist jede Einzelreflektorfläche um wenigstens eine Achse verschwenkbar. Dies erlaubt es, die

Energieausbeute zu maximieren. Der Einsatz von einer Mehrzahl von Einzelreflektorflächen mit planer Oberfläche hat den Vorteil geringerer Kosten.

Vorzugsweise sind die Empfängerfläche der Solarmodule auf die Sonne oder Sonnenbahn und die Reflektormodule auf wenigstens ein benachbartes Solarmodul ausgerichtet. Es ist denkbar, die Solar- und Reflektorelemente miteinander zu koppeln. In diesem Fall können sowohl für die Reflektorelemente als auch für die Solarmodule individuelle Antriebe vorgesehen sein. Diese können dann z.B. durch entsprechende Steuerungssoftware individuell ausgerichtet werden.

Zur Maximierung der eingekoppelten Strahlungsenergie des Reflektors auf das Solarmodul, ist eine möglichst grosse Ausdehnung der Reflektorelemente (Figur 4; LR; Figur 5; LR) vorteilhaft. Diese Massnahme erhöht die Dichte der auf das Solamodul eingestrahlten Energie und damit den Energieertrag des Solarmoduls. Bei grossen Reflektorbreiten ist vorzugsweise eine Bündelung der einfallenden Strahlung vorgesehen (beispielsweise durch eine konkave Spiegelfäche oder eine Fläche, die aus mehreren planen Spiegeln besteht, die in einem Winkel zueinander angeordnet sind, um die Strahlung zu projizieren, oder aus Fresnelelementen. Die Reflektorfläche kann aus mehreren Einzelreflektorflächen zusammengesetzt sein, welche Einzelreflektorflächen vorzugsweise durch separate Einstelleinrichtungen (ein- oder zweiachsige Lagerung) individuelle ausgerichtet werden können, damit die Energieausbeute auf dem Solarmodul maximiert ist. Der Reflektor kann auch aus mehreren unabhängigen Reflektorflächen bestehen. Es ist auch denkbar, dass ein flexibles Reflektorelement eingesetzt werden kann, das die entsprechende Strahlungsprojektion erlaubt.

Vorteilhaft ist auch die Möglichkeit, das Reftektorelement bei flachem Sonnenstand so auszurichten, dass die gesamte Sonneneinstrahlung von den Solarmodulen direkt absorbiert wird und keine Beschattung der Module durch die Reflektorelemente stattfindet.

Vorteilhafterweise sind die Drehachsen der Reflektorelemente und der Solarmodule parallel zueinander. Je nach Ausführung der Reflektorelemente kann die Projektion der Strahlung rechtwinklig zur Drehachse der Solarmodule, kann ein Intenstitätsprofile der auftreffenden Strahlung aufweisen. Daher ist es vorteilhaft, dass die Zellen in den Solarmodulen rechtwinklig zur Drehachse parallel geschaltet sind zur Optimierung der Gesamtleistung.

Vorteilhafterweise bestehen die Solarmodule aus einer Vielzahl von miteinander

verschalteten Solarzellen. Die Solarzellen sind vorzugsweise für eine möglichst hohe Stromabführung (>60 mA/cm2) ausgelegt, damit die elektrische Energie, die durch die hohe eintreffende Sonnenstrahlung erzeugt wurde, auch verlustarm abgeführt werden kann.

Im Gegensatz zu den klassischen Konzentratoranlagen kann mit der erfindungsgemässen Solaranlage die konventionelle Photovoltaikmodultechnik als Absorber eingesetzt werden, da die Strahlungsdichte nur ein Mehrfaches der Sonnenstrahlungsdichte ohne Konzentration beträgt, nicht aber ein Vielfaches (>50), wie dies bei Konzentratoranlagen üblich ist.

Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist auch ein Verfahren zur Stromgewinnung mittels einer Solaranlage gemäss Oberbegriff von Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, dass in Abstand zu den Solarmodulen jeweils Reflektorelemente angeordnet werden, welche um eine Drehachse verschwenkbar sind und im Tagesverlauf so nachgeführt werden, dass auftreffendes Sonnenlicht auf ein benachbartes Solarmodul projiziert wird. Dieses Verfahren hat den Vorteil, dass die Solarzellen der Solarmodule besser ausgenutzt werden und mehr Energie produziert werden kann. Vorteilhaft werden die Solarmodule und Reflektorelemente jeweils alternierend hintereinander vorzugsweise an einem gemeinsamen Tragwerk angeordnet. Eine solche Anordnung ist platzsparend und erlaubt eine maximale Energieausbeute pro benötigte Bodenfläche.

Zweckmässigerweise werden die Reflektorelemente bei niedrigem Sonnenstand so ausgerichtet werden, dass eine Beschattung des benachbarten Solarmoduls vermieden wird. Vorteilhaft werden die Solarmodule und Reflektorelemente jeweils um eine weitere Achse, welche im Wesentlichen senkrecht zu den Drehachsen der Reflektorelemente und Solarmodule steht, dem Sonnenstand nachgeführt. Vorzugsweise wird bei hohen Windgeschwindigkeiten die Ausrichtung der Reflektorelemente und/oder der Solarmodule so angepasst, dass die resultierende Windbelastung reduziert ist. Dies hat den Vorteil, dass die Tragkonstruktion der Solaranlage weniger massiv ausgebildet werden muss. Entsprechend kann die erfindungsgemässe Anlage günstiger in der Herstellung sein als konventionelle Anlagen.

Die Erfindung wird nachfolgend unter Bezugnahme auf die Figuren anhand eines Anwendungsbeispiels näher im Detail beschrieben. Dabei sind in den Figuren für gleiche Teile jeweils gleiche Bezugsziffem verwendet. Es zeigt:

Fig. 1 Schematisch eine bekannte Anordnung einer Solaranlage mit feststehenden

Solarmodulen;

Fig. 2 Schematisch eine bekannte Anordnung einer Solaranlage mit um eine Achse verschwenkbaren Solarmodulen;

Fig. 3 Schematisch eine bekannte Anordnung einer Solaranlage mit um eine Achse verschwenkbaren Solarmodulen bei flachen Sonneneinstrahlwinkeln. Dabei ist ein Ausrichtungswinkel ß so gewählt, dass bei dem jeweiligen Einstrahlwinkel α keine Verschattung auf der nächsten Modulreihe entsteht;

Fig. 4 Schematisch eine erfindungsgemässe Solaranlage mit um eine Achse verschwenkbaren Solarmodulen und zusätzlichen drehbaren Reflektorelementen für eine Projektion der Sonnenstrahlung unter steilem Einstrahlwinkel;

Fig. 5 Schematisch eine erfindungsgemässe Solaranlage mit um eine Achse verschwenkbaren Solarmodulen und zusätzlichen drehbaren Reflektorelementen für eine Projektion der Sonnenstrahlung unter flachem Einstrahlwinkel;

Fig. 6 Schematisch die Solaranlage von Figur 4 mit optimal ausgerichteten

Solarmodulen und Reflektorelementen bei niedrigem Sonnenstand;

Fig. 7a Schematisch eine Seitenansicht einer Anordnung einer Solaranlage mit um eine Achse verschwenkbaren Solarmodulen und einem zusätzlichen, drehbaren Reflektorelement, bei dem aufgezeigt wird, dass das Reflektorelement an einem oder beiden Enden der Modulreihen länger sein soll, um eine Projektion des Sonnenlichts auf das Solarmodul zu ermöglichen, falls der Sonneneinstrahlwinkel auf der horizontalen Ebene nicht rechtwinklig zur Reflektordrehachse ist;

Fig.7b Schematisch eine Frontansicht der Einrichtung aus Fig. 7a;

Fig. 7c Schematisch eine Draufsicht der Einrichtung aus Fig. 7a;

Fig. 8a Schematisch eine Teilansicht einer Solaranlage mit einem Solarmodul und einem Reflektorelement in Seitenansicht , mit einer Zellenserieverschaltung des

Solarmoduls nur in horizontaler Richtung;

Fig .8b Schematisch eine Frontansicht der Einrichtung aus Fig. 8a;

Fig . 9 Eine Seitenansicht eines erfindungsgemässen Solarkraftwerks mit alternierend angeordneten Solarmodulen und Reflektorelementen;

Fig . 10 Eine Draufsicht auf das Solarkraftwerk von Fig. 9;

Fig . 11 Eine Frontansicht des Solarkraftwerks von Fig. 9

Fig . 12 Eine perspektivische Ansicht des Solarkraftwerks von Fig. 9;

Fig . 13 Exemplarisch die Energieausbeute einer erfindungsgemässen Anordnung bestehend aus einem mehrteiligen Reflektorelement und eines in Abstand vom

Reflektorelement angeordneten Solarmodul; und

Fig. 14 Die mögliche Energieausbeute der erfindungsgemässen Solaranlage im Vergleich zu konventionellen Anlagen.

Figur 1 zeigt schematisch eine bekannte Anordnung einer Solaranlage mit einer Mehrzahl von fix in Abstand voneinander angeordneten Solarmodulen 11. Die Solarmodule 11 sind an Halterungen 13 angeordnet, die ihrerseits an Masten 16 montiert sind. Die Solarmodule 11 müssen in einem solchen Abstand voneinander aufgestellt sein, dass eine Beschattung eines benachbarten Solarmoduls bei niedrigem Sonnenstand möglichst vermieden ist. üblicherweise werden in der nördlichen Hemisphäre die Empfängerflächen der Solarmodule nach Süden ausgerichtet, um eine möglichst grosse Energieausbeute zu erzielen.

Die bekannte Solaranlage gemäss Figur 2 unterscheidet sich von derjenigen von Figur 1 dadurch, dass die auf Masten 16 angeordneten Solarmodule 11 um eine Achse 15 verschwenkbar sind. Dies erlaubt es, die Solarmodule entsprechend dem Verlauf der Sonnenbahn nachzuführen. Bei niedrigem Sonnenstand (flachem Einstrahlwinkel) können die Solarmodule relativ flach ausgerichtet werden, so dass ein Schattenwurf auf ein benachbartes Solarmodul vermieden werden kann (Figur 3).

Die erfindungsgemässe Solaranlage gemäss Figur 4 umfasst im Unterschied zur bekannten Anlage gemäss Figur 2 nicht nur Solarmodule 11 , sondern auch Reflektorelemente 19. Die Reflektorelemente 19 sind jeweils an einer Halterung 21 montiert, welche um eine Drehachse 23 verschwenkbar an einem Tragwerk 27 angeordnet sind. Durch Verschwenken kann die auf das Reflektorelement 19 eintreffende Sonnenstrahlung 25 auf ein benachbartes Solarmodul 11 projiziert werden. Die in Abstand von den Reflektorelementen 19 angeordneten Solarmodule 11 sind auf Tragwerken 17 angeordnet und um eine Drehachse 15 verschwenkbar. Die Drehachsen 15 und 23 sind parallel zueinander ausgerichtet. In der nördlichen Hemisphäre werden die Drehachsen 15,23 in Nord-Süd-Richtung ausgerichtet. Dies erlaubt es, die Solarmodule 11 und die Reflektorelemente 19 der im Osten aufgehenden und im Westen untergehenden Sonne nachzuführen.

Eine einachsige Nachführeinrichtung (in den Figuren nicht dargestellt) ermöglicht im Vergleich zu nicht-beweglichen Modulen eine wesentlich höhere Energiegewinnung. Beim Einsatz einer einachsigen Nachführeinrichtung werden die Solarmodule 11 und Reflektorelemente 19 in der nördlichen Hemisphäre vorzugsweise bereits in einer bestimmten Neigung in südlicher Richtung angeordnet, um den im Jahresverlauf sich

ändernden Sonnenbahnen Rechnung zu tragen.

Das Reflektorelement 19 kann einer planen Spiegelfläche entsprechen oder als konkave Spiegelfläche ausgebildet sein. Im letzteren Fall erfolgt nicht nur eine Projektion des Sonnenlichts auf das Solarmodul 11 , sondern gleichzeitig auch noch eine mindestens einachsige Bündelung des Sonnenlichts. Das Reflektorelement 19 ist wie das Solarmodul 11 auf einem Tragwerk 27 angeordnet. Der Neigungswinkel ß des Reflektorelements wird dem Sonneneinstrahlwinkel α so angepasst, dass eine Projektion der eintreffenden Strahlung auf das Solarmodul 11 stattfindet. Der Winkel γ des Solarmoduls wird so gewählt, dass der erzeugte Strom im Solarmodul maximiert wird, das heisst, dass die Summe der vom Reflektorelement 19 reflektierten und von der Sonne direkt aufgenommenen Energie maximal ist.

Bei einer Ausrichtung der Drehachsen der in Reihe angeordneten Solarmodule und Reflektorelemente in Nord-Südrichtung projiziert das Reflektorelement 19 (siehe Figur 4) die Sonnenstrahlung am Morgen auf das ihm zugewandte Solarmodul 11 in westlicher Richtung und am Nachmittag auf das Modul in östlicher Richtung (in Nördlicher Hemisphäre).

Die Solaranlage gemäss den Figuren 7a, 7b und 7c ist dadurch gekennzeichnet, dass die Projektionsfläche des Reflektorelements 19 maximiert wird, um möglichst viel Strahlungsenergie auf das Solarmodul 11 projizieren zu können und dadurch einen höheren Energieertrag im Solarmodul 11 zu erzeugen. Dies kann erreicht werden, indem die Reflektorhöhe L _R (siehe Figur 7a) möglichst gross gewählt wird. Die maximale Ausdehnung des Reflektorelementes ist allerdings durch den Abstand zu den benachbarten Solarmodulen begrenzt, denn ein Verschwenken der Solarmodule 11 soll weiterhin möglich sein.

Die Sonnenlaufbahn weist gegenüber der Drehachse des Reflektorelements 19 einen Winkel in horizontaler und vertikaler Richtung auf. Zur optimalen Projektion bei sich änderndem Sonnenstand in vertikaler Richtung wird die horizontale Drehachse 23 (siehe Figur 7) verwendet. Ein sich ändernder Einstrahlwinkel α in horizontaler Richtung (siehe Figur 7c) kann dadurch ausgeglichen werden, dass das Reflektorelement auf einer oder beiden Seiten in Richtung der Drehachse 23 um B _Z1 und Bz _∑ je nach geographischem Standort der Anlage und Richtung der Drehachse 23 (siehe Figur 7b) so verlängert wird, dass die Sonnenstrahlung 25, welche einen horizontalen Einstrahlwinkel δ abweichend von 90° aufweist (siehe Figur 7c), trotzdem das gesamte Solarmodul 11 mit der projizierten Strahlung vom Reflektor beaufschlagt wird.

Eine Verlängerung der Reflektorelemente ist nicht oder nur in einem beschränkten Ausmass notwendig, falls eine zusätzliche gemeinsam Nachführachse für Reflektoren und Solarmodule vorhanden ist, wie dies in den Figuren 9 - 13 dargestellt ist. In der Anordnung gemäss Figur 5 ist zwischen zwei hintereinander angeordneten Solarmodulreihen 11 ein Reflektorelement 13 vorgesehen. Im Gegensatz zur Anordnung gemäss Figur 4 wird aber die Strahlung mit relativ flachem Winkel ß (max. 45° gegenüber der Reflektorfläche) auf das Solarmodul 11 projiziert. In Figur 5 ist das Solarmodul 11 kippbar um die Achse 15 montiert. Falls das Solarmodul 11 kippbar ist, liefert eine Nord-Südausrichtung der Drehachse 15 einen optimalen Energieertrag. Bei fester Montage des Solarmoduls 11 ist eine Südneigung sinnvoll, was zu einer Ausrichtung der Drehachse 23 des Reflektorelements 19 in Ost-West Richtung führt. Es sind grundsätzlich auch Ausrichtungen in andere Himmelsrichtungen möglich. Auch in dieser Anordnung ist eine Maximierung der Reflektorfläche gemäss Figuren 7a bis 7c zur Erhöhung des Energieertrags sinnvoll.

In einer Anordnung der Solarmodule und Reflektorelemente gemäss den Figuren 4 bis 6 mit einer Ausrichtung der Drehachse 23 des Reflektorelementes 19 und der Drehachse 15 des Solarmoduls in Nord-Südrichtuπg projiziert das Reflektorelement 19 die Strahlung am Morgen auf das benachbarte Solarmodul 11 in östlicher Richtung (Figur 4) und am Nachmittag auf das Solarmodul 19 in westlicher Richtung (in nördlicher Hemisphäre).

Zur Projektion der Sonnenstrahlung 25 auf die Solarmodule 11 unter verschiedenen Einstrahlungswinkeln α kann ein Reflektorelement 19 eingesetzt werden, welches nicht nur eine planparallele Reflexion ermöglicht, sondern mittels einer z.B. gekrümmten (konkaven) Spiegelfläche die gesamte reflektierte Strahlung auf das Solarmodul 11 gemäss Figur 4 einachsig fokussiert. Dies kann zum Beispiel durch eine Reflektorelement 19 erreicht werden, der aus mehreren kleineren planen Reflektorflächen besteht, die mit unterschiedlicher Neigung an der Reflektorhalterung 21 derart angebracht sind, dass ein Hohlspiegel gebildet wird.

Zur Optimierung des Energieertrags bei flachen Einstrahlwinkeln α (siehe Figur 6) kann das Reflektorelement 19 in einem Winkel ß zur Horizontalen angeordnet sein, sodass dieses keinen Schattenwurf auf ein benachbartes Solarmodul 11 verursacht und auch in dieser Konstellation eine optimale Wandlung der eintreffenden Sonnenergie gewährleistet ist.

Im Betrieb sind die eingesetzten Solarmodule 11 in einer erfindungsgemässen Solaranlage einer höheren Einstrahlung ausgesetzt als bei einfacher Sonneneinstrahlung, da die Reflektorelemente 19 zusätzlich Licht liefern. Daher kann es notwendig sein, die Stromabführung auf der Zellfläche selbst und in der Zuführung zur Kontaktdose für höhere Ströme auszulegen. Insgesamt sind die Solarmodule 11 einer höheren Strahlungsbelastung, Temperaturbelastung und Strombelastung ausgesetzt als in konventionellen Solaranlagen. Daher ist die Photovoltaikmodultechnik entsprechend auszulegen, resp. den erhöhten Anforderungen anzupassen. Weiters ist bei den Solarmodulen 11 eine Zellenserieverschaltung in horizontaler Richtung gemäss Figur 8b sinnvoll, um sicherzustellen, dass bei einer nicht gleichförmigen Projektion der Sonnenstrahlungsdichte auf das Solarmodul in vertikaler Richtung eine optimale Umwandlung der Energie in Elektrizität stattfindet. Diese Massnahme reduziert die Anforderungen an die Genauigkeit der Strahlungprojektion.

Im Betrieb der erfindungsgemässen Solaranlage ist das Reflektorelement 19 zum Solarmodul 11 so angeordnet resp. wird so entsprechend der Sonnenbahn nachgeführt, dass die eintreffende Sonneneinstrahlung 25 weitgehend auf die Photovoltaikmodulfläche eines benachbarten Solarmoduls projiziert wird. Der Neigungswinkel ß des Reflektorelementes 19 und der Neigungswinkel γ des Solarmoduls 11 werden unabhängig voneinander dem jeweiligen Einstrahlungswinkel α so angepasst, dass der resultierende Strom im Solarmodul 11, welcher durch die direkte Sonneneinstrahlung und die durch das Reflektorelement 19 reflektierte Strahlung erzeugt wird, maximiert ist.

Zur Maximierung der eingekoppelten Energie eines Reflektorelements 19, soll dieses eine möglichst grosse Spannweite L _R mindestens quer zur Drehachse 23 aufweisen (Figuren 7a bis 7c). Bei grossen Spannweiten L _R ist vorzugsweise eine Bündelung der einfallenden Strahlung vorgesehen (beispielsweise durch eine konkave Spiegelfläche, die auch aus mehreren planen, in einem Winkel zueinander angeordneten Spiegeln bestehen kann, oder aus Fresnelelementen). Das Reflektorelement 19 kann auch aus mehreren unabhängigen Reflektorsegmenten bestehen. Es ist auch denkbar, dass ein flexibles Reflektorelement 19 eingesetzt wird, das die entsprechende Strahlungsprojektion erlaubt.

Das in den Figuren 9 bis 12 gezeigte Solarkraftwerk 32 besteht aus alternierend angeordneten Reflektorelementen 19 und Solarmodulen 11. Dabei kann jedem Solarmodul 11 ein benachbartes Reflektorelement 19 zugeordnet sein. Jedes Reflektorelement 19 kann aus einer Mehrzahl von kleineren Elementen

zusammengesetzt sein, und die Elemente können auf einer oder mehreren Drehachsen angeordnet sein. Die Solarmodule 11 und die Reflektorelemente 19 sind an Tragseilen 33 schwenkbar angeordnet. Zu diesem Zweck sind an gegenüberliegenden Seiten der Solarmodule 11 und Reflektorelemente 19 entsprechende Gelenke (in den Figuren nicht gezeigt) vorgesehen, die die Tragseile 33 mit den Solarmodulen 11 respektive den Reflektorelementen 19 gelenkig verbinden. Die Tragseile 33 sind an endständigen Querträgern 35 gehalten, welche um eine Drehachse 37 schwenkbar auf Mittelstützen 39 ruhen. Das als Endlosseil ausgebildete Tragseil 33 ist zwischen Masten 41 aufgespannt.

Zur Neigungsverstellung der Solarmodule 11 und Reflektorelemente 19 sind voneinander unabhängige Stellseile 51 ,53 vorgesehen. Die Stellseile 51 ,53 sind mittels Hebel 55,57 von den Querträgern 35 abgehängt. Das erste Stellseil 51 steht über Kopplungsglieder 59 mit den Solarmodulen 11 in Verbindung (erste Nachführeinrichtung; Figur 11). Das zweite Stellseil 53 steht über Kopplungsgtieder 61 mit den Reflektorelementen 19 in Verbindung (zweite Nachführeinrichtung; Figur 13). Durch Verschieben der Stellseile 51 ,53 in Längsrichtung mittels eines nicht näher gezeigten Antriebs lassen sich somit die Neigungen der Solarmodule 11 und der Reflektorelemente unabhängig voneinander verstellen.

Zwei Gelenkhebel 43,45 verbinden jeweils die Querträger 35 mit den Mittelstützen 39 und bestimmen die Neigung der Querträger 35 zur Horizontalen. Zur Betätigung der Gelenkhebel 43,45 ist ein Betätigungsseil 47 vorgesehen, welches vorzugsweise am Gelenkpunkt 49 festgemacht ist. Das Betätigungsseil 47 kann durch nicht näher gezeigte Antriebsmittel in Längsrichtung vor- und zurückbewegt werden. Dabei werden die Gelenkhebel 43,45 aufgerichtet oder zusammengefaltet und damit die Neigung der Querträger 35 verstellt (dritte Nachführeinrichtung; Figuren 11 und 12). Für den fachkundigen Leser ist klar, dass die Neigungsverstellung der Querträger 35 auch mit Hydraulikantrieben, Spindelhubantrieben, Schneckengetrieben und ähnlichem bewirkt werden kann.

Wie aus den Figuren 10 bis 13 ersichtlich ist, ist die Breite (Dimension quer zur Schwenkachse) der Reflektorelemente 19 sinnvollerweise grösser als diejenige der Solarmodule 11. Dies ermöglicht es, einen grosseren Anteil der eintreffenden Sonnenstrahlung auf das Solarmodul zu projizieren, die Solarmodule 11 auch bei ungünstigem Sonnenstand vollflächig mit reflektierter Strahlung zu beaufschlagen.

Um ein Durchhängen der Tragseile zu verhindern und Windkräfte oder Schnee- und

Eislasten aufnehmen zu können, können weitere Mittelstützen 39 und Querträger 35 vorgesehen sein.

Die beispielhaft beschriebene Solaranlage kann in der nördlichen Hemisphäre in Ost- Westrichtung angeordnet sein, d.h. der auf linker Seite der Figuren 10, 11 und 13 angeordnete Mast 41 ist nach Osten, und derjenige auf der rechten Seite nach Westen orientiert. Am Morgen, wenn die Sonne von Osten her scheint, sind die Solarmodule 11 gegen Osten, und am Nachmittag, wenn die Sonne von Westen her scheint, gegen Westen geneigt. Die Reflektorelemente 19 sind am Morgen bei flachem Sonnenstand so ausgerichtet, dass sie keine Verschattung der benachbarten Solarmodule 11 verursachen. Bei steilerem Sonnenstand gegen Mittag können die Reflektorelemente 19 so ausgerichtet werden, dass die eintreffende Sonnenstrahlung auf das jeweils benachbarte Solarmodul 11 projiziert wird.

Mittels Betätigung der Gelenkhebel 43,45 kann die Neigung dem Verlauf der Sonne im Jahresablauf nachgeführt werden, indem die Querträger um die Drehachse 37 verschwenkt werden (dritte Nachführeinrichtung). Die Solarmodule 11 und Reflektorelemente werden somit in einer Richtung jeweils gemeinsam auf die Sonne ausgerichtet. Die ersten und zweiten Nachführeinrichtungen erlauben, die Neigung der Solarmodule 11 und Reflektorelemente 19 jeweils unabhängig voneinander um eine zweite und dritte Drehachse 55, 57, welche rechtwinklig zur Drehachse 37 stehen, auszurichten. Dabei werden die Solarmodule 11 so eingestellt, dass die Summe der direkten Sonnenstrahlung auf das Solarmodul 11 und die projizierte Einstrahlung vom Reflektorelement 19 maximiert wird. Diese Anordnung kann allerdings auch in Nord- Südrichtung oder in geringer Abweichung von der idealen Ost-West- oder Nord-Süd- Ausrichtung angeordnet sein, falls die erforderlichen Neigungswinkel entsprechend einstellbar sind. Im Falle einer Nord-Süd Ausrichung der Anordnung wird die Anlage tageszeitlich um die Drehachse 37 nachgeführt und die Ausrichtung der Reflektorelemente 19 um die Drehachse 57 für die Projektion der Strahlung auf die Solarmodule 11 und die Ausrichtung der Solarmodule 11 um die Drehachse 55 jahreszeitlich jeweils so angepasst, dass der Energieertrag auf der Solarmodulfläche maximiert wird.

Figur 13 zeigt schematisch ein Solarmodul 11 und ein in Abstand von diesem angeordnetes Reflektorelement 19. Das Reflektorelemente 19 besteht aus den den Einzelreflektorflächen 59a, 59b, welche jeweils um Drehachsen 61a, 61b verschwenkbar sind. Durch die im Vergleich zum Solarmodul 11 grossere Reflektorfläche und durch die geknickte Anordnung der Einzelreflektorflächen 59a, 59b zueinander kann mehr Sonnenlicht auf das benachbarte Solarmodul 11 reflektiert

werden. Unter der Annahme, dass die Spiegelflächen des Reflektorelements einen Reflexionsfaktor von 90% haben, können von den Einzelreflektorflächen 59a und 59b 58% und 70% Licht auf das Solarmodul projiziert werden. Durch direkte Sonneneinstrahlung gelangen nochmals 71% Sonnenlicht auf das Solarmodul. 100% direkte Sonneneinstrahlung würde dann vom Solarmodul aufgenommen, wenn die Solarmodulfläche rechtwinklig zur einfallenden Sonnenstrahlung ausgerichtet wäre. Insgesamt gelangen durch Reflexion zusätzlich 128% Sonnenstrahlung auf das Solarmodul. Total beträgt die Lichtausbeute 199% anstelle von 100%, wenn nur ein Solarmodul eingesetzt würde.

Die Graphik gemäss Figur 14 zeigt in einer ersten Kurve die Lichtausbeute bei einer Solaranlage mit fest montierten Solarmodulen. Kurve 65 zeigt die Lichtausbeute bei einer Solaranlage, deren Empfängerflächen um eine Achse dem Sonnenstand nachgeführt werden können. Kurve 67 zeigt dann die Lichtausbeute bei einer erfindungsgemässen Solaranlage, die neben Solarmodulen auch noch zugeordnete Reflektorelemente besitzt. Es ist deutlich erkennbar, dass über einen grosseren Zeitbereich eine deutlich grossere Energiemenge gewonnen werden kann, als mit einer herkömmlichen Solaranlage. Im Schnittpunkt der Kurven 65, 67 werden die Reflektorelemente so eingestellt, dass kein Schattenwurf erfolgt, und die Solarelemente werden optimal auf die Sonneneinstrahlung ausgerichtet, sodass die Energieausbeute derjenigen der konventionellen Anlage entspricht. Die erfindungsgemässe Solaranlage hat somit über einen grossen Zeitraum während eines Tages mehr Energieausbeute und während der restlichen Zeit die Energieausbeute einer konventionellen, nur mit Solarmodulen operierenden Anlage.

Legende:

11 Solarmodul

13 Halterung

15 Drehachse

16 Mast

17 Tragwerk für Solarmodul

19 Reflektorelement, z.B. Spiegel

21 Halterung

23 Drehachse

25 Sonnenstrahlung

27 Tragwerk für Reflektorelement

29 Solarmodulreihe

31 Verbindungselement

32 Solaranlage

33 Drahtseile

35 Querträger

37 Drehachse der Querträger 35

39 Mittelstütze

41 Mäste

43,45 Gelenkhebel

47 Betätigungsseil

49 Gelenkpunkt

51 Stellseil für Solarmodule

53 Stellseil für Reflektorelemente

55 Drehachse der Solarmodule

57 Drehachse der Reflektorelemente

59a, 59b Einzelreflektorflächen

61a, 61 b Drehachsen der Einzelreflektorflächen

63 Kurve (starre Solarmodulanordnung)

65 Kurve bei um 1 Achse verschwenkbarer Solarmodulanordnung

67 Kurve Lichtausbeute mit erfindungsgemässer Solaranlage α Einstrahlungswinkel ß Drehwinkel des Reflektorelementes

7 Drehwinkel des Solarmoduls δ Einstrahlungswinkel in horizontaler Richtung

LR Reflektorelementhöhe

LM Solarmodulhöhe