DE102018001181B3 - Sun sensor - Google Patents

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Abstract

Sonnenstandssensor zur Bestimmung eines Einfallswinkels von Sonnenlicht aufweisend einen optischen Körper und einen Halbleitersubstrat mit einer planen Unterseite und einer Oberseite und mit an der Oberseite des Halbleitersubstrats ausgebildeten mindestens drei Solarzellen und jeder der Solarzellen eine plane Empfangsfläche und einen ersten elektrischen Anschluss an der Empfangsfläche aufweist und der zweite elektrische Anschluss der Solarzellen gemeinsam an der Unterseite des Halbleitersubstrats ausgebildet ist und der optische Körper einen konvex ausgebildeten transparenten Oberflächenbereich umfasst und mittels des optischen Körpers das durch den Oberflächenbereich einfallende direkte Sonnenlicht einen Brennfleck auf den planen Empfangsflächen der Solarzellen ausbildet und die planen Empfangsflächen der Solarzellen in einer gemeinsamen Ebene angeordnet sind und jede Empfangsfläche ganzflächig an den optischen Körper angrenzt.

Figure DE102018001181B3_0000
A sun-position sensor for determining an angle of incidence of sunlight comprising an optical body and a semiconductor substrate having a planar bottom and a top surface and having at least three solar cells formed on top of the semiconductor substrate and each of the solar cells having a planar receiving surface and a first electrical terminal at the receiving surface; second electrical connection of the solar cells is formed together on the underside of the semiconductor substrate and the optical body comprises a convex transparent surface area and by means of the optical body incident through the surface area direct sunlight forms a focal spot on the flat receiving surfaces of the solar cell and the plan receiving surfaces of the solar cells are arranged in a common plane and adjacent each receiving surface over the entire surface of the optical body.
Figure DE102018001181B3_0000

Description

Die Erfindung betrifft einen Sonnenstandssensor.The invention relates to a sun position sensor.

Aus „Design and Manufacturing of a High-Precision Sun Tracking System Based on Image Processing“ von Kianoosh Azizi and Ali Ghaffari, International Journal of Photoenergy, Volume 2013, ID 754549, ist eine Sonnennachführungsvorrichtung für eine Photovoltaikanlage bekannt, welche einer Anordnung von vier Fotowiderständen mit einer Kamera kombiniert, wobei in einem ersten Modus eine näherungsweise Ausrichtung der Photovoltaikanlage mittels der Fotowiderstände vorgenommen wird und anschließend eine Optimierung der Ausrichtung anhand von Kameradaten und Bildverarbeitungsmethoden durchgeführt wird.From "Design and Manufacturing of a High-Precision Sun Tracking System Based on Image Processing" by Kianoosh Azizi and Ali Ghaffari, International Journal of Photoenergy, Volume 2013, ID 754549, a sun tracking device for a photovoltaic system is known, which is an array of four photoresistors combined with a camera, wherein in a first mode, an approximation of the photovoltaic system is carried out by means of the photoresistors and then an optimization of the alignment based on camera data and image processing methods is performed.

Aus der US 8 592 738 B1 ist eine Detektoreinheit zur Ermittlung des Sonnenstands bekannt, welche an einem Ende eine konvexe Oberfläche und an einem gegenüberliegenden Ende einen Lichtdetektor aufweist.From the US Pat. No. 8,592,738 B1 a detector unit for ascertaining the position of the sun is known, which has a convex surface at one end and a light detector at an opposite end.

Aus der US 8 785 858 B2 ist ein Sonnenstandssensor mit mehreren in einem als Linse fungierenden optischen Gehäusekörper integrierten Sensoren bekannt, wobei die Sensorflächen zu einer Fokusebene des als Linse fungierenden Gehäusekörpers angeordnet sind.From the US 8,785,858 B2 a sun position sensor with a plurality of sensors integrated in an optical housing body acting as a lens is known, wherein the sensor surfaces are arranged to a focal plane of the housing body acting as a lens.

Ein weiterer Sonnenstandssensor mit Linse und darunter angeordneten Sensorelementen ist aus der JP 2002 - 296 107 A bekannt.Another sun position sensor with a lens and sensor elements arranged underneath is made of JP 2002 - 296 107 A known.

Aus der DE 691 21 853 T2 ist eine Detektoreinheit zur Bestimmung des Azimuts einer Lichtquelle bekannt, wobei das Licht durch eine Lichteintrittsöffnung und ein lichtbrechendes Medium auf ein Array von Photoelementen gelangt.From the DE 691 21 853 T2 a detector unit for determining the azimuth of a light source is known, wherein the light passes through an optical entrance opening and a refractive medium on an array of photoelements.

Aus der DE 10 2005 047 061 A1 ist ein Strahlungsdetektor mit einer an einem unteren Rand von einem opaken Gehäuse umschlossenen Linse und in der Brennebene angeordnetem Strahlungsdetektor bekannt.From the DE 10 2005 047 061 A1 For example, a radiation detector with a lens enclosed at a lower edge of an opaque housing and a radiation detector arranged in the focal plane is known.

Aus der US 6 521 882 B1 ist ein Lichtsensor bekannt, wobei die Sensoreinheit als IC auf Siliziumbasis ausgebildet ist.From the US Pat. No. 6,521,882 B1 a light sensor is known, wherein the sensor unit is designed as a silicon-based IC.

Aus der US 2016/ 0 118 524 A1 ist eine stapelförmige Mehrfachsolarzelle bekannt.From the US 2016/0 118 524 A1 a stacked multiple solar cell is known.

Insbesondere für sogenannte CPV-Photovoltaikanlagen ist ein Sonnenstandssensor zur exakten Nachführung zur Erhöhung des Wirkungsgrads besonders wichtig, damit die Sonneneinstrahlung auf den Fresnel-Spiegel der CPV-Module vorzugsweise exakt senkrecht erfolgt.In particular, for so-called CPV photovoltaic systems, a sun position sensor for exact tracking to increase the efficiency is particularly important so that the sunlight on the Fresnel mirror of the CPV modules is preferably carried out exactly vertical.

Vor diesem Hintergrund besteht die Aufgabe der Erfindung darin, eine Vorrichtung anzugeben, die den Stand der Technik weiterbildet.Against this background, the object of the invention is to provide a device which further develops the prior art.

Die Aufgabe wird durch einen Sonnenstandssensor mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand von Unteransprüchen.The object is achieved by a sun position sensor with the features of patent claim 1. Advantageous embodiments of the invention are the subject of dependent claims.

Gemäß dem Gegenstand der Erfindung wird ein Sonnenstandssensor zur Bestimmung eines Einfallswinkels von Sonnenlicht aufweisend einen optischen Körper und einen Halbleitersubstrat bereitgestellt.According to the subject invention, there is provided a sun position sensor for determining an angle of incidence of sunlight comprising an optical body and a semiconductor substrate.

Der Halbleitersubstrat weist eine plane Unterseite und eine Oberseite auf. An der Oberseite des Halbleitersubstrats sind mindestens drei Solarzellen bis maximal acht Solarzellen ausgebildet.The semiconductor substrate has a planar underside and a top side. At the top of the semiconductor substrate at least three solar cells to a maximum of eight solar cells are formed.

Jeder der Solarzellen weist eine plane Empfangsfläche und einen ersten elektrischen Anschluss an der Empfangsfläche auf.Each of the solar cells has a flat receiving surface and a first electrical connection to the receiving surface.

Der zweite elektrische Anschluss der Solarzellen ist gemeinsam an der Unterseite des Halbleitersubstrats ausgebildet.The second electrical connection of the solar cells is jointly formed on the underside of the semiconductor substrate.

Der optische Körper umfasst einen konvex ausgebildeten transparenten Oberflächenbereich und bildet mittels des optischen Körpers das durch den Oberflächenbereich einfallende direkte Sonnenlicht einen Brennfleck auf den planen Empfangsflächen der Solarzellen aus.The optical body comprises a convex transparent surface area and, by means of the optical body, forms the direct sunlight incident through the surface area a focal spot on the planar receiving surfaces of the solar cells.

Die planen Empfangsflächen der Solarzellen sind in einer gemeinsamen Ebene angeordnet.The plan receiving surfaces of the solar cells are arranged in a common plane.

Jede Empfangsfläche grenzt ganzflächig an den optischen Körper an und ist formschlüssig und kraftschlüssig mit dem optischen Körper verbunden.Each receiving surface is adjacent to the entire surface of the optical body and is positively and non-positively connected to the optical body.

Der optische Körper umfasst oder besteht aus transparenten Materialien mit einem Brechungsindex von mindestens 1,1The optical body comprises or consists of transparent materials having a refractive index of at least 1.1

Es sei angemerkt, dass bei konzentrierenden Systemen, sogenannten CPV-Systemen bereits geringe Abweichung von der Flächennormalen, d.h. von der senkrechten Einstrahlung, aufgrund der optischen Fehlabbildung zu drastischen Wirkungsgradeinbußen führen.It should be noted that in concentrating systems, so-called CPV systems, even slight deviation from the surface normal, i. from the vertical irradiation, due to the optical aberration lead to drastic efficiency losses.

Des Weiteren sei angemerkt, dass mit dem Begriff „angrenzt“ vorzugsweise unmittelbar angrenzt umfasst ist. Anders ausgedrückt zwischen dem optischen Körper und den Empfangsflächen ist kein Luftspalt ausgebildet.It should also be noted that the term "adjacent" is preferably encompassed immediately adjacent. In other words, between the optical body and the receiving surfaces no air gap is formed.

Es versteht sich, dass mit der Bezeichnung Brennfleck eine Fläche auf der Empfangsfläche der Solarzellen bezeichnet wird. Hierbei ist der Brennfleck bei einem senkrechten Einfall des Sonnenlichts auf den Oberflächenbereich des optischen Körpers eine Fläche von mehreren Solarzellen oder allen Solarzellen bedeckt.It is understood that the term focal spot refers to an area on the receiving surface of the solar cells. Here, the focal spot is covered with a vertical incidence of sunlight on the surface region of the optical body, an area of a plurality of solar cells or all solar cells.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung zeichnet sich durch einen besonders kompakten Aufbau sowie eine einfache und kostengünstige Herstellung aus.The inventive device is characterized by a particularly compact design and a simple and cost-effective production.

Unter geringen Abweichungen wird vorliegend ein Winkel von kleiner als 1,5°, vorzugsweise von kleiner als 1°, höchst vorzugsweise von kleiner als 0,5° höchst vorzugsweise von kleiner als 0,1° höchst vorzugsweise kleiner 0,05° verstanden. Anders ausgedrückt, um die optischen Verluste insbesondere von CPV-Systemen gering zu halten, muss eine höchst präzise Ausrichtung der Solarzellen zur Sonne und ein zuverlässiges Nachführung mittels eines Sonnenstandssensors sichergestellt werden.In the present case, small deviations mean an angle of less than 1.5 °, preferably less than 1 °, most preferably less than 0.5 °, most preferably less than 0.1 °, most preferably less than 0.05 °. In other words, in order to minimize the optical losses, in particular of CPV systems, a highly precise alignment of the solar cells with the sun and a reliable tracking by means of a sun position sensor must be ensured.

Aus der Verteilung der Intensität zwischen den Empfangsflächen lässt sich die Einfallsrichtung des Sonnenlichts bestimmen, und die Photovoltaikanlage mittels einer Steuereinheit nachführen, so dass das Sonnenlicht unabhängig vom Azimut der Sonne senkrecht auf die Oberfläche der Module der Photovoltaikanlage auftreffen.From the distribution of the intensity between the receiving surfaces, the direction of incidence of the sunlight can be determined, and track the photovoltaic system by means of a control unit, so that the sunlight impinge perpendicular to the surface of the modules of the photovoltaic system regardless of the azimuth of the sun.

In einer Weiterbildung bestimmt die Größe des konvexen Oberflächenbereichs die Aperturfläche. Vorzugsweise ist der Oberflächenbereich kreisförmig ausgebildet.In a further development, the size of the convex surface area determines the aperture area. Preferably, the surface area is circular.

Erfindungsgemäß umschließt ein an den Oberflächenbereich angrenzender Bereich den Oberflächenbereich vollständig, wobei der angrenzende Bereich opak ausgebildet ist. Anders ausgedrückt, der opake Bereich verhindert ein Eindringen des Sonnenlichtes in den angrenzenden Bereich.According to the invention, an area adjoining the surface area completely encloses the surface area, wherein the adjacent area is made opaque. In other words, the opaque area prevents the penetration of sunlight into the adjacent area.

Erfindungsgemäß umfasst das opake Material eine Vergussmasse, wobei ein Teil des konvexen Oberflächenbereichs oder der gesamte konvexe Oberflächenbereich aus der Vergussmasse hervorsteht und an die Umgebungsluft angrenzt.According to the invention, the opaque material comprises a potting compound, wherein a part of the convex surface area or the entire convex surface area protrudes from the potting compound and adjoins the ambient air.

Unter Hervorstehen wird hierbei verstanden, dass alle weiteren Teile des Sonnenstandssensors entlang der optischen Achse unterhalb des konvexen Oberflächenbereichs, also unterhalb eines untersten Punkts oder untersten Bereich des Oberflächenbereichs angeordnet sind bzw. dass keine Teile auch keine Teile eines Gehäuses des Sonnenstandssensors in einer Richtung senkrecht zu der optischen Achse neben dem konvexen Oberflächenbereich angeordnet sind.By "protruding" is meant that all other parts of the sun position sensor along the optical axis below the convex surface area, ie below a lowest point or lowest area of the surface area are arranged or that no parts and no parts of a housing of the sun position sensor in a direction perpendicular to the optical axis are arranged adjacent to the convex surface area.

Anders ausgedrückt, vorzugsweise sind keine Teile des Sonnenstandssensors entlang der optischen Achse oberhalb des Oberflächenbereichs angeordnet.In other words, preferably, no parts of the position sensor are arranged along the optical axis above the surface area.

In einer Ausführungsform sind die Solarzellen als Dünnschichtsolarzelle ausgebildet. Als Dünnschichtsolarzelle werden Photovoltaikmodule mit durch großflächige Dünnschichttechnik, z.B. mittels chemischer oder physikalischer Gasphasenabscheidung, abgeschiedenen, dünnen photoelektrischen Schichten bezeichnet. Die aktive Schicht, d.h. die Solarzelle besteht typischerweise aus nur wenigen Mikrometer dünnen Materialien.In one embodiment, the solar cells are formed as a thin-film solar cell. As a thin-film solar cell, photovoltaic modules with large-area thin-film technology, e.g. by chemical or physical vapor deposition, deposited, thin photoelectric layers. The active layer, i. the solar cell typically consists of materials only a few microns thick.

In einer bevorzugten Ausführungsform ist jede Solarzelle parallel mit einem Widerstand verbunden, welcher aus dem Stromsignal ein Spannungssignal generiert. Höchst vorzugsweise werden hierzu die weiter unten im Text erwähnten Stapel-Solarzellen verwendet, welche durch ihre hohe Spannung Signalpegel von 2V und mehr erlauben, welche ideal für den Anschluss an kostengünstige Digital-Analog-Wandler geeignet sind.In a preferred embodiment, each solar cell is connected in parallel with a resistor which generates a voltage signal from the current signal. Most preferably, the stacked solar cells mentioned below in the text are used for this purpose, which allow by their high voltage signal levels of 2V and more, which are ideally suited for connection to low-cost digital-to-analog converter.

In einer weiteren Ausführungsform sind die Solarzellen als Photodioden ausgebildet. Es sei angemerkt, dass sich Solarzellen durch Anlegen einer äußeren Spannung auch als Photodioden verwenden lassen. Fällt Licht auf die Photodiode wird die Photodiode leitend und es lässt sich ein Stromfluss detektieren.In a further embodiment, the solar cells are designed as photodiodes. It should be noted that solar cells can also be used as photodiodes by applying an external voltage. If light falls on the photodiode, the photodiode becomes conductive and a current flow can be detected.

In einer anderen Ausführungsform umfassen die Solarzellen mehr als 60% III-V Halbleitermaterialien und Germanium oder bestehen aus III-V Halbleitermaterialien und Germanium.In another embodiment, the solar cells comprise more than 60% III-V semiconductor materials and germanium or consist of III-V semiconductor materials and germanium.

In einer Weiterbildung besteht oder umfasst der optische Körper ein Polymer, Vorzugsweise umschließt das Polymer das Halbleitsubstrat mit den Solarzellen vollständig bis auf aus dem optischen Körper herausgeführte elektrische Anschlüsse.In one development, the optical body comprises or comprises a polymer. Preferably, the polymer completely surrounds the semiconductor substrate with the solar cells except for electrical connections led out of the optical body.

In einer Weiterbildung weisen die Solarzellen einen stapelförmigen Schichtaufbau aus mehreren Teilsolarzellen auf, wobei der stapelförmige Schichtaufbau wenigstens zwei Teilsolarzellen umfasst. Erfindungsgemäß weisen die Teilsolarzellen unterschiedliche Bandlücken auf. Derartige Solarzellen werden als Mehrfachsolarzelle bezeichnet.In one development, the solar cells have a stacked layer structure comprising a plurality of partial solar cells, the stacked layer structure comprising at least two partial solar cells. According to the invention, the partial solar cells have different band gaps. Such solar cells are referred to as a multiple solar cell.

In einer Weiterbildung umfasst die Mehrfachsolarzelle eine Ge-basierte Teilzelle. Vorzugsweise ist die Mehrfachsolarzelle monolithisch ausgebildet oder umfasst einen Waferbond oder eine metamorphe Pufferstruktur.In a development, the multiple solar cell comprises a Ge-based subcell. Preferably, the multiple solar cell is monolithic or comprises a wafer bond or a metamorphic buffer structure.

Auf dem Halbleitersubstrat bilden in einer Weiterbildung die Solarzellen mit dem Halbleitersubstrat einen epitaktischen monolithisch-integrierten Kristallverbund aus. Vorzugsweise ist zwischen den Solarzellen, d.h. zwischen zwei unmittelbar benachbarten Solarzellen ein Mesagraben ausgebildet. Hierbei ist der Mesagraben bis auf oder in das Substrat ausgebildet. In a further development, the solar cells with the semiconductor substrate form an epitaxial monolithically integrated crystal composite on the semiconductor substrate. Preferably, a mesa trench is formed between the solar cells, ie between two directly adjacent solar cells. Here, the mesa trench is formed on or in the substrate.

In einer Weiterbildung bildet die Empfangsfläche jedes Lichtsensors den ersten Anschlusskontakt jedes Lichtsensors und der Halbleitersubstrat einen gemeinsamen zweiten Anschlusskontakt für alle Solarzellen. Anders ausgedrückt, auf der Empfangsfläche eines jedes Lichtsensors ist jeweils ein erster Anschlusskontakt ausgebildet.In a development, the receiving surface of each light sensor forms the first connection contact of each light sensor, and the semiconductor substrate forms a common second connection contact for all solar cells. In other words, a first terminal contact is formed on the receiving surface of each light sensor.

In einer Weiterbildung weisen die Empfangsflächen mindestens drei Solarzellen zu einem auf der optischen Achse des optischen Körpers liegenden gemeinsamen Punkt einem Abstand von der optischen Achse von höchstens 1 mm insbesondere höchstens 0,5 mm insbesondere höchstens 0,2 mm insbesondere höchstens 0,1 mm oder höchstens 0,05 mm haben.In a development, the receiving surfaces have at least three solar cells to a lying on the optical axis of the optical body common point a distance from the optical axis of at most 1 mm, in particular at most 0.5 mm, in particular at most 0.2 mm, in particular at most 0.1 mm or at most 0.05 mm.

Es sei angemerkt, dass je geringer der Abstand der Empfangsflächen zu der optischen Achse ist, umso schneller kann eine Abweichung von einem senkrechten Lichteinfall festgestellt werden.It should be noted that the smaller the distance of the receiving surfaces to the optical axis, the faster a deviation from a vertical incidence of light can be detected.

In einer anderen Ausführungsform beträgt ein Abstand der Solarzellen paarweise zueinander, d.h. zwischen einer Seitenfläche eines Lichtsensors zu einer parallel verlaufenden Seitenfläche eines unmittelbar benachbarten Lichtsensors höchstens 1 mm oder höchstens 0,5 mm oder höchstens 0,2 mm oder höchstens 0,1 mm.In another embodiment, a distance of the solar cells is in pairs to each other, i. between a side surface of a light sensor and a parallel side surface of an immediately adjacent light sensor is at most 1 mm or at most 0.5 mm or at most 0.2 mm or at most 0.1 mm.

Durch möglichst kleine Abstände zwischen den Solarzellen wird sichergestellt, dass der Brennfleck in der justierten Ausrichtung des Sensors Teilflächen von benachbarten Solarzellen überdeckt. Anders ausgedrückt, trifft der Brennfleck in der justierten Ausrichtung des Sensors mindestens drei Solarzellen gleichzeitig und generiert somit ein Strom-Signal an den zugeordneten mindestens drei Anschlüssen. Aus dem Verhältnis der Strom-Signale werden die Richtung und die Höhe der Abweichung der Ausrichtung des Sensors zum direkten Sonnenlicht ermittelt.The smallest possible distances between the solar cells ensure that the focal spot in the aligned orientation of the sensor covers partial areas of neighboring solar cells. In other words, in the aligned orientation of the sensor, the focal spot hits at least three solar cells simultaneously, thus generating a current signal at the associated at least three terminals. From the ratio of the current signals, the direction and the amount of deviation of the orientation of the sensor to direct sunlight are determined.

In einer anderen Ausführungsform weist der Sonnenstandssensor eine Höhe von höchstens 50 mm oder höchstens 30 mm oder höchstens 20 mm oder höchstens 10 mm auf, um eine möglichst kompakte Bauweise zu erreichen. Hierdurch lassen sich Herstellungskosten und Ressourcen einsparen.In another embodiment, the sun position sensor has a height of at most 50 mm or at most 30 mm or at most 20 mm or at most 10 mm in order to achieve the most compact possible construction. This can save manufacturing costs and resources.

In einer Weiterbildung ist der Halbleitersubstrat auf einer mindestens vier Leiterbahnen aufweisenden Leiterplatine angeordnet und jeder elektrische Kontakt jedes Lichtsensors mit einer Leiterbahnen der Leiterplatine elektrisch verschaltet.In one development, the semiconductor substrate is arranged on a printed circuit board having at least four printed conductors and each electrical contact of each light sensor is electrically connected to a strip conductor of the printed circuit board.

In einer anderen Weiterbildung ist pro Lichtsensor eine Schutz-Diode vorgesehen.In another development, a protective diode is provided per light sensor.

Mit genau drei Solarzellen lässt sich ein zuverlässiges und präzises Nachführen um eine Drehachse realisieren.With exactly three solar cells, a reliable and precise tracking can be realized around an axis of rotation.

Die Anzahl der Solarzellen richtet sich im Wesentlichen nach der Anzahl der nachzuführenden Achsen. Für die Nachführung in einer Achse wären 2 Solarzellen ausreichend. Für ein zuverlässiges und präzises Nachführen um zwei Drehachsen wären 3 Solarzellen ausreichend. Es ergeben sich jedoch Herausforderungen bei der Steuerung, weil bei einer Detektion mit nur drei Solarzellen die zwei Stellmotoren der Nachführeinheit mehrfach abwechselnd oder simultan gesteuert laufen müssten, um einem schrägen Spalt zwischen zwei Solarzellen zu folgen. Für eine effektivere Ausrichtung in zwei Achsen werden typischerweise genau vier Solarzellen eingesetzt.The number of solar cells depends essentially on the number of axes to be tracked. For tracking in one axis, 2 solar cells would be sufficient. For a reliable and precise tracking around two axes of rotation, 3 solar cells would be sufficient. However, there are challenges in the control, because in a detection with only three solar cells, the two servomotors of the tracking would have to run several times alternately or simultaneously controlled to follow an oblique gap between two solar cells. For more effective alignment in two axes, exactly four solar cells are typically used.

In einer Ausführungsform vier Solarzellen vorgesehen sind und die Empfangsflächen der vier Solarzellen zusammen eine quadratische Fläche ausbilden.In one embodiment, four solar cells are provided and the receiving surfaces of the four solar cells together form a square surface.

In einer Ausführungsform sind die mindestens 4 Leiterbahnen der Leiterplatine jeweils mit mindestens einer Ader eines Signalkabels oder mit mindestens einem Stift einer Stiftleiste elektrisch leitend und kraftschlüssig verbunden.In one embodiment, the at least four printed conductors of the printed circuit board are each electrically conductively and non-positively connected to at least one core of a signal cable or to at least one pin of a pin header.

Ein Vorteil des erfindungsgemäßen Sonnenstandssensors ist der kompakte und robuste Aufbau bei gleichzeitiger Sicherstellung einer hohen Messgenauigkeit. Der Sonnenstandssensor ist besonders widerstandsfähig gegenüber äußeren Umwelteinflüsse. Ein weiterer Vorteil ist, dass sich der erfindungsgemäße Sonnenstandssensor besonders kostengünstig herstellen lässt.An advantage of the sun position sensor according to the invention is the compact and robust construction while ensuring a high measurement accuracy. The sun position sensor is particularly resistant to external environmental influences. Another advantage is that the sun position sensor according to the invention can be produced particularly inexpensively.

In einer Weiterbildung ist der optische Körper als ein Verbund aus einer Linse und einem optisch transparenten Klebstoff ausgebildet, wobei die Unterseite der Linse ausschließlich mittels des optisch transparenten Klebstoffes kraftschlüssig mit den Empfangsflächen der Solarzellen verbunden ist, wobei die Unterseite der Linse die Empfangsflächen vollständig überdeckt.In one development, the optical body is formed as a composite of a lens and an optically transparent adhesive, wherein the underside of the lens is connected by means of the optically transparent adhesive frictionally with the receiving surfaces of the solar cells, the bottom of the lens completely covers the receiving surfaces.

In einer Ausführungsform liegt das Flächenverhältnis der Unterseite der Linse zu der Summe aller Empfangsflächen der Solarzellen in einem Bereich zwischen 1,0 bis 10 liegt, wobei die Empfangsflächen der Solarzellen zusammen mindestens 90% der Unterseite des Trägers überdecken.In one embodiment, the area ratio of the underside of the lens to the sum of all the receiving areas of the solar cells is in a range between 1.0 to 10, wherein the Coverage surfaces of the solar cells together cover at least 90% of the underside of the carrier.

In einer Weiterbildung sind die Empfangsflächen so groß ausgebildet, dass mittels den Empfangsflächen nur das Sonnenlicht detektiert wird, dass vorzugsweise einen Einfallswinkel von ±5 ° oder einen Einfallswinkel von ±10 ° oder einen Einfallswinkel von ±15 ° oder einen Einfallswinkel von ±20 ° in Bezug zur optischen Achse aufweist.In a further development, the receiving surfaces are formed so large that only the sunlight is detected by the receiving surfaces, preferably an angle of incidence of ± 5 ° or an angle of incidence of ± 10 ° or an angle of incidence of ± 15 ° or an angle of incidence of ± 20 ° in Reference to the optical axis.

Es versteht sich, dass der hervorstehende erste Oberflächenbereich frei von Vergussmasse ist. Hierdurch wird der Lichteinfall auf einen Einfallswinkelbereich um die optische Achse beschränkt. Darüber hinaus und schützt die Vergussmasse die Bauteile zuverlässig vor Umwelteinflüssen, wie Feuchtigkeit, Staub, Fremdkörpern oder Wasser. Auch eine elektrische Isolation der Bauteile wird mittels der Vergussmasse sichergestellt.It is understood that the protruding first surface area is free of potting compound. As a result, the incidence of light is limited to an incident angle range about the optical axis. In addition, the potting compound reliably protects the components from environmental influences, such as moisture, dust, foreign bodies or water. An electrical insulation of the components is ensured by means of the potting compound.

Es wird angemerkt, dass mit Einbetten in eine Vergussmasse das Eingießen der Bauteile, insbesondere das luftfreie Vergießen bezeichnet wird, wodurch die Bauteile nahezu vollständig und insbesondere ohne Spalten oder Lücken zwischen der Vergussmasse und den Bauteilen von der Vergussmasse umhüllt sind.It is noted that embedding in a potting compound, the pouring of the components, in particular the air-free potting is referred to, whereby the components are almost completely and in particular without gaps or gaps between the potting compound and the components of the potting compound.

In einer alternativen Ausführungsform sind die Solarzellen, die Leiterplatine mit dem Halbleitersubstrat und der optischen Körper derart in die Vergussmasse eingebettet sind, dass nur der erste Oberflächenbereich des optischen Körpers aus der Vergussmasse hervorsteht, wobei mindestens ein Signalkabel und / oder Befestigungsmittel und / oder ein Kühlmittel (aus der Vergussmasse herausgeführt sind.In an alternative embodiment, the solar cells, the printed circuit board with the semiconductor substrate and the optical body are embedded in the potting compound such that only the first surface region of the optical body protrudes from the potting compound, wherein at least one signal cable and / or attachment means and / or a coolant (Are led out of the potting compound.

Durch das luftfreie Vergießen der Komponenten entsteht eine hermetisch dichte Einheit, die besonders witterungsbeständig ist. Ein weiterer Vorteil ist, dass der Sonnenstandssensor durch das Gießen bzw. Vergießen besonders klein und kostengünstig hergestellt werden kann.The air-free potting of the components creates a hermetically sealed unit that is particularly weather-resistant. Another advantage is that the sun position sensor can be made particularly small and inexpensive by casting or casting.

Da auch der optische Körper selbst luftfrei ausgebildet ist, also ausschließlich aus Materialien mit einem Brechungsindex von mindestens 1.1 besteht, werden Hohlräume vermieden, in denen kondensierte Feuchte das einfallende Licht streuen könnte. Es wird so eine zuverlässige Funktion auch bei wechselnder Witterung sichergestellt.Since the optical body itself is air-free, ie consists exclusively of materials with a refractive index of at least 1.1, cavities are avoided in which condensed moisture could scatter the incident light. It ensures a reliable function even in changing weather conditions.

Gemäß einer anderen alternativen Ausführungsform sind die Solarzellen, der Halbleitersubstrat und der optische Körper derart in einem Gehäuse angeordnet, dass der Oberflächenbereich des optischen Körpers aus dem Gehäuse hervorsteht und der weitere Bereich durch das Gehäuse gegen Licht abgeschirmt ist.According to another alternative embodiment, the solar cells, the semiconductor substrate and the optical body are arranged in a housing such that the surface area of the optical body protrudes from the housing and the further area is shielded by the housing against light.

Auch ein Gehäuse vermag den dritten Oberflächenbereich der optischen Körper vor Lichteinstrahlung abzuschirmen und die Bauteile vor Umwelteinflüssen zu schützen. Durch das Hervorstehen des Oberflächenbereichs der Linse, also eine entsprechende Öffnung des Gehäuses gelang Licht auf die Solarzellen und der Einfallswinkel wird bestimmt.Also, a housing is able to shield the third surface area of the optical body from light radiation and to protect the components from environmental influences. By the emergence of the surface area of the lens, so a corresponding opening of the housing succeeded in light on the solar cell and the angle of incidence is determined.

Gemäß einer weiteren Ausführungsform überdecken die Empfangsflächen der Solarzellen zusammen mindestens 90% der Oberfläche des Trägers. Für eine möglichst kompakte Bauform ist es vorteilhaft, wenn die Größe der Trägeroberfläche die Größe der Empfangsflächen der Solarzellen nicht mehr als den Faktor 2 überschreitet.According to a further embodiment, the receiving surfaces of the solar cells together cover at least 90% of the surface of the carrier. For a compact design as possible, it is advantageous if the size of the support surface, the size of the receiving surfaces of the solar cell no more than the factor 2 exceeds.

Die Erfindung betrifft weiterhin eine Verwendung eines Sonnenstandssensors der vorbeschriebenen Art zu der Ermittlung eines Einfallswinkels von auf den optischen Körper des Sonnenstandssensors treffendem Licht, und betrifft ferner eine Verwendung des Sonnenstandssensors der vorbeschriebenen Art zu der Nachführung von einer Solarzelle nach dem Sonnenstand.The invention further relates to a use of a sun position sensor of the type described above for determining an angle of incidence of incident on the optical body of the sun position sensor light, and further relates to a use of the sun position sensor of the type described above for the tracking of a solar cell on the sun.

Dabei ist ein Einfallswinkel messbar, so lange der Brennfleck mehrere Solarzellen gleichzeitig trifft. Trifft der Brennfleck hingegen nur eine Solarzelle, so ist zumindest die Richtung bekannt, in der die Ausrichtung geändert werden muss, damit wieder ein Winkel messbar wird. Dieses Ansprechverhalten ist optimal auf die Erfordernisse der Sonnennachführung abgestimmt, bei der in einem großen Raumwinkelbereich eine Richtungsinformation für eine schnelle Grobausrichtung und in einem engen Raumwinkelbereich eine Winkelinformation für eine feine Nachregelung benötigt wird.An angle of incidence is measurable as long as the focal spot hits several solar cells at the same time. On the other hand, if the focal spot hits only one solar cell, then at least the direction in which the alignment must be changed is known so that an angle can be measured again. This response is optimally tuned to the requirements of Sonnennachführung, in which in a large solid angle range direction information for a fast coarse alignment and in a narrow solid angle range angle information for a fine readjustment is needed.

In einer anderen Weiterbildung ist der optische Körper einstückig ausgebildet und eine Quarzglasverbindung umfasst und oder ein transparentes Polymer umfasst.In another development, the optical body is formed in one piece and comprises a quartz glass compound and or comprises a transparent polymer.

Die Erfindung wird nachfolgend unter Bezugnahme auf die Zeichnungen näher erläutert. Hierbei werden gleichartige Teile mit identischen Bezeichnungen beschriftet. Die dargestellten Ausführungsformen sind stark schematisiert, d.h. die Abstände, die lateralen und die vertikalen Erstreckungen sind nicht maßstäblich und weisen, sofern nicht anders angegeben, auch keine ableitbaren geometrischen Relationen zueinander auf. Darin zeigen, die:

  • 1 eine Ansicht einer ersten erfindungsgemäßen Ausführungsform eines Sonnenstandssensors,
  • 2 eine Ansicht einer zweiten erfindungsgemäßen Ausführungsform eines Sonnenstandssensors,
  • 3 eine Ansicht auf eine weitere erfindungsgemäße Ausführungsform eines Sonnenstandssensors
  • 4 eine Draufsicht auf eine weitere erfindungsgemäße Ausführungsform eines Sonnenstandssensors
  • 5 eine Draufsicht einer weiteren erfindungsgemäßen Ausführungsform eines Sonnenstandssensors.
The invention will be explained in more detail with reference to the drawings. Here similar parts are labeled with identical names. The illustrated embodiments are highly schematic, ie the distances, the lateral and the vertical extensions are not to scale and, unless otherwise stated, also have no derivable geometric relations to each other. Show in it that:
  • 1 a view of a first embodiment of a sun position sensor according to the invention,
  • 2 a view of a second embodiment of a sun position sensor according to the invention,
  • 3 a view of another embodiment of a sun position sensor according to the invention
  • 4 a plan view of another embodiment of a sun position sensor according to the invention
  • 5 a plan view of another embodiment of the invention, a sun position sensor.

Die 1 zeigt eine Ansicht einer ersten Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Sonnenstandssensors 10 zur Bestimmung eines Einfallswinkels des Sonnenlichts.The 1 shows a view of a first embodiment of a sun position sensor according to the invention 10 for determining an angle of incidence of the sunlight.

Der Sonnenstandssensor 10 weist einen optischen Körper 20 und einen Halbleitersubstrat 40 mit einer planen Unterseite und einer Oberseite und mit an der Oberseite des Halbleitersubstrats 40 ausgebildeten mindestens drei Solarzellen 30 (nur zwei dargestellt) auf.The sun position sensor 10 has an optical body 20 and a semiconductor substrate 40 with a flat bottom and a top and with at the top of the semiconductor substrate 40 trained at least three solar cells 30 (only two shown).

Die Solarzellen 30 sind monolithisch mit dem Halbleiterkörper 40 verbunden.The solar cells 30 are monolithic with the semiconductor body 40 connected.

Jede der Solarzellen 30 weist eine plane Empfangsfläche 31 und einen ersten elektrischen Anschluss 33 an der Empfangsfläche 31 auf. Der zweite elektrische Anschluss 35 der Solarzellen 30 ist gemeinsam an der Unterseite des Halbleitersubstrats 40 ausgebildet.Each of the solar cells 30 has a plane receiving surface 31 and a first electrical connection 33 at the reception area 31 on. The second electrical connection 35 the solar cells 30 is common to the bottom of the semiconductor substrate 40 educated.

Die Solarzellen 30 sind durch einen Mesa-Graben 37 voneinander getrennt, jedoch mittels des Halbleitersubstrats 40 verbunden.The solar cells 30 are through a mesa ditch 37 separated from each other, but by means of the semiconductor substrate 40 connected.

Der optische Körper 20 umfasst einen konvex ausgebildeten transparenten Oberflächenbereich 22.The optical body 20 comprises a convex transparent surface area 22 ,

Mittels des optischen Körpers 20 bildet das durch den Oberflächenbereich 22 einfallende direkte Sonnenlicht L einen Brennfleck auf den planen Empfangsflächen 31 der Solarzellen 30 aus.By means of the optical body 20 this forms through the surface area 22 incident direct sunlight L a focal spot on the plane receiving surfaces 31 the solar cells 30 out.

Die Größe des konvexen Oberflächenbereichs 22 bestimmt die Aperturfläche APF. Der Oberflächenbereich 22 ist konzentrisch ausgebildet.The size of the convex surface area 22 determines the aperture area APF. The surface area 22 is concentric.

An den Oberflächenbereich 22 angrenzender Bereich umschließt den Oberflächenbereich 22 vollständig, wobei der angrenzende Bereich opak ausgebildet ist.To the surface area 22 adjacent area encloses the surface area 22 completely, wherein the adjacent area is opaque.

Der angrenzende Bereich umfasst das opake Material, wobei das opake Material als eine Vergussmasse 60 ausgebildet ist. Der Teil des Oberflächenbereichs 22 steht aus der Vergussmasse 60 hervor und grenzt erfindungsgemäß an die Umgebungsluft an.The adjacent area comprises the opaque material, with the opaque material as a potting compound 60 is trained. The part of the surface area 22 stands out of the potting compound 60 and according to the invention adjoins the ambient air.

Die opake Vergussmasse 60 schirmt den optischen Körper 20 gegen Sonnenlicht ab. Darüber hinaus schützt die Vergussmasse 60 alle darin angeordneten Bauteile vor Umwelteinflüssen.The opaque potting compound 60 shields the optical body 20 against sunlight. In addition, the potting compound protects 60 all components arranged therein against environmental influences.

Der optische Körper 20 lässt sich als transparenter Voll-Verguss ausbilden.The optical body 20 can be trained as a transparent full potting.

Alternativ besteht der optische Körper 20 aus einer Glaslinse. Die Glaslinse wird mittels eines Silikons mit dem Halbleitersubstrat 40 und mit den Empfangsflächen kraftschlüssig verbunden.Alternatively, there is the optical body 20 from a glass lens. The glass lens is made by means of a silicone with the semiconductor substrate 40 and positively connected to the receiving surfaces.

In der Abbildung der 2 ist eine weitere Ausführungsform des Sonnenstandssensors 10 dargestellt. Im Folgenden werden nur die Unterschiede zu den Abbildungen der 1 erläutert.In the picture of the 2 is another embodiment of the sun position sensor 10 shown. The following are just the differences to the illustrations of 1 explained.

Im dargestellten Ausführungsbeispiel ist der Halbleitersubstrat 40 mittels des flächig ausgebildeten Anschlusses 35 auf einem Leiterbahnabschnitt 49 einer Leiterplatine 50 angeordnet und mit dem Leiterbahnabschnitt 49 elektrisch verbunden. Auf der Oberseite der Leiterplatine 50 sind mehrere Leiterbahnabschnitte 49 ausgebildet. Die Leiterplatine 50 fungiert als Träger für die Anordnung.In the illustrated embodiment, the semiconductor substrate 40 by means of the flat-shaped connection 35 on a track section 49 a printed circuit board 50 arranged and with the track section 49 electrically connected. On top of the printed circuit board 50 are several trace sections 49 educated. The printed circuit board 50 acts as a support for the arrangement.

Die ersten Anschlüsse 31 sind jeweils mittels eines Bonddrahtes mit einem der Leiterbahnabschnitte 49 verschaltet.The first connections 31 are each by means of a bonding wire with one of the conductor track sections 49 connected.

In der Abbildung der 3 ist eine weitere Ausführungsform eines Sonnenstandssensors 10 dargestellt, wobei im Folgenden jeweils nur die Unterschiede zu der Ausführungsform der Abbildungen der 1 und 2 erläutert werden.In the picture of the 3 is another embodiment of a sun position sensor 10 shown in the following, in each case only the differences from the embodiment of the figures of the 1 and 2 be explained.

Im dargestellten Ausführungsbeispiel ist der Halbleitersubstrat 40 mittels des flächig ausgebildeten zweiten Anschlusses 35 auf einem Metallstreifenabschnitt 51, auch als Leadframe bezeichnet, angeordnet und mit dem Metallstreifenabschnitt 51 elektrisch verbunden.In the illustrated embodiment, the semiconductor substrate 40 by means of the flat second connection 35 on a metal strip section 51 , also referred to as lead frame, arranged and with the metal strip section 51 electrically connected.

Die ersten Anschlüsse 31 sind jeweils mittels eines Bonddrahtes mit einem weiteren Metallstreifenabschnitte 51, auch als Pins bezeichnet, verschaltet.The first connections 31 are each by means of a bonding wire with another metal strip sections 51 , also referred to as pins, interconnected.

Der optische Körper 20 ist als transparenter Verguss ausgebildet und umschließt die Metallstreifenabschnitte 51 derart, dass nur noch Abschnitte der Pins aus dem Verguss hervorstehen.The optical body 20 is designed as a transparent potting and encloses the metal strip sections 51 such that only portions of the pins protrude from the potting.

In der Abbildung der 3 ist eine weitere Ausführungsform des Sonnenstandssensors 10 in einer Draufsicht dargestellt. Im Folgenden werden nur die Unterschiede zu den Abbildungen der 1 und 2 erläutert.In the picture of the 3 is another embodiment of the sun position sensor 10 shown in a plan view. The following are just the differences to the illustrations of 1 and 2 explained.

Die in 4 dargestellte Ausführungsform des Sonnenstandssensors weist genau drei Solarzellen 30.1, 30.2, 30.3 auf.In the 4 illustrated embodiment of the sun position sensor has exactly three solar cells 30.1 . 30.2 . 30.3 on.

Die Solarzellen 30.1, 30.2, 30.3 sind so auf einer quadratischen Oberfläche der Platine angeordnet, dass die Empfangsflächen der Solarzellen 30.1, 30.2, 30.3 die Oberfläche des Trägers 40 fast vollständig überdecken, einander zugewandte Seitenflächen der Solarzellen 30 zueinander parallel verlaufen und jede Empfangsfläche 31 zu einem auf der optischen Achse 24 liegenden Punkt P denselben Abstand haben, wobei auch jede Empfangsflächen 31 zu den anderen Empfangsflächen 31 einen geringen Abstand aufweist und zwischen den Empfangsflächen der Mesa-Graben 37 ausgebildet ist.The solar cells 30.1 . 30.2 . 30.3 are arranged on a square surface of the board that the receiving surfaces of the solar cells 30.1 . 30.2 . 30.3 the surface of the carrier 40 Cover almost completely, facing side surfaces of the solar cells 30 parallel to each other and each receiving surface 31 to one on the optical axis 24 lying point P have the same distance, with each receiving surfaces 31 to the other reception areas 31 has a small distance and between the receiving surfaces of the mesa trench 37 is trained.

Jeder Lichtsensor 30.1, 30.2, 30.3 weist einen der ersten elektrischen Anschlüsse 33 auf.Every light sensor 30.1 . 30.2 . 30.3 has one of the first electrical connections 33 on.

Der optische Körper 20 überdeckt in der Draufsicht die Empfangsflächen 31 aller drei Solarzellen 30.1, 30.2, 30.3 vollständig.The optical body 20 covers the receiving surfaces in the plan view 31 all three solar cells 30.1 . 30.2 . 30.3 Completed.

In der Abbildung der 5 ist eine weitere Ausführungsform des Sonnenstandssensors 10 in einer Draufsicht dargestellt. Im Folgenden werden nur die Unterschiede zu der Abbildung der 4 erläutert.In the picture of the 5 is another embodiment of the sun position sensor 10 shown in a plan view. The following are just the differences from the illustration of 4 explained.

Der Sonnenstandssensor 10 weist vier Solarzellen 30.1, 30.2, 30.3, 30.4 auf. Die Solarzellen 30.1, 30.2, 30.3, 30.4 sind jeweils quadratisch ausgebildet und in einer Matrix mit zwei Reihen und zwei Zeilen angeordnet.The sun position sensor 10 has four solar cells 30.1 . 30.2 . 30.3 . 30.4 on. The solar cells 30.1 . 30.2 . 30.3 . 30.4 are each square in shape and arranged in a matrix with two rows and two rows.

Claims (14)

Sonnenstandssensor (10) zur Bestimmung eines Einfallswinkels von Sonnenlicht aufweisend - einen optischen Körper (20) und ein Halbleitersubstrat (40) mit einer planen Unterseite und einer Oberseite und mit an der Oberseite des Halbleitersubstrats (40) ausgebildeten mindestens drei Solarzellen (30, 30.1, 30.2, 30.3, 30.4), wobei jede der Solarzellen (30) eine plane Empfangsfläche (31) und einen ersten elektrischen Anschluss (33) an der Empfangsfläche (31) aufweist und ein zweiter elektrischer Anschluss (35) der Solarzellen (30) gemeinsam an der Unterseite des Halbleitersubstrats (40) ausgebildet ist, - der optische Körper (20) einen konvex ausgebildeten transparenten Oberflächenbereich (22) umfasst, - mittels des optischen Körpers (20) das durch den Oberflächenbereich (22) einfallende direkte Sonnenlicht einen Brennfleck auf den planen Empfangsflächen der Solarzellen ausbildet, die planen Empfangsflächen (31) der Solarzellen (30, 30.1, 30.2, 30.3, 30.4) in einer gemeinsamen Ebene angeordnet sind, jede Empfangsfläche (31) ganzflächig an den optischen Körper (20) angrenzt und formschlüssig und kraftschlüssig mit dem optischen Körper (20) verbunden ist, der optische Körper (20) transparente Materialien mit einem Brechungsindex von mindestens 1,1 umfasst oder daraus besteht dadurch gekennzeichnet, dass - ein an den Oberflächenbereich (22) angrenzender Bereich den Oberflächenbereich (22) vollständig umschließt und der Bereich aus einem opaken Material ausgebildet ist, - das opake Material eine Vergussmasse (60) umfasst und wenigstens ein Teil des Oberflächenbereichs (22) aus der Vergussmasse (60) hervorsteht und an die Umgebungsluft angrenzt und - die Solarzellen (30, 30.1, 30.2, 30.3, 30.4) einen stapelförmigen Schichtaufbau aufweisen, wobei der stapelförmige Schichtaufbau wenigstens drei Teilsolarzellen umfasst und die Teilsolarzellen unterschiedliche Bandlücken aufweisen.A sun position sensor (10) for determining an angle of incidence of sunlight comprising - an optical body (20) and a semiconductor substrate (40) having a planar underside and a top side and having at least three solar cells (30, 30.1, 30) formed on top of the semiconductor substrate (40) 30.2, 30.3, 30.4), wherein each of the solar cells (30) has a plane receiving surface (31) and a first electrical connection (33) on the receiving surface (31) and a second electrical connection (35) of the solar cells (30) together the optical body (20) comprises a convex transparent surface area (22), - by means of the optical body (20), the direct sunlight incident through the surface area (22) plans a focal spot on the semiconductor body (40) Forms receiving surfaces of the solar cells, the plan receiving surfaces (31) of the solar cells (30, 30.1, 30.2, 30.3, 30.4) in a common Ebe ne, each receiving surface (31) over the entire surface adjacent to the optical body (20) and is positively and non-positively connected to the optical body (20), the optical body (20) comprises transparent materials having a refractive index of at least 1.1 or characterized in that - an area adjacent to the surface area (22) completely surrounds the surface area (22) and the area is formed of an opaque material, - the opaque material comprises a potting compound (60) and at least a portion of the surface area ( 22) protrudes from the potting compound (60) and adjoins the ambient air and - the solar cells (30, 30.1, 30.2, 30.3, 30.4) have a stacked layer structure, wherein the stacked layer structure comprises at least three partial solar cells and the partial solar cells have different band gaps. Sonnenstandssensor (10) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der optische Körper (20) aus einem Polymer besteht oder ein Polymer umfasst und das Polymer das Halbleitersubstrat (40) mit den Solarzellen bis auf aus dem optischen Körper (20) herausgeführte elektrische Anschlüsse vollständig umschließt.Sun position sensor (10) after Claim 1 , characterized in that the optical body (20) consists of a polymer or comprises a polymer and the polymer completely encloses the semiconductor substrate (40) with the solar cells except for out of the optical body (20) electrical connections. Sonnenstandssensor (10) nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Halbleitersubstrat (40) Silizium umfasst und die Solarzellen (30, 30.1, 30.2, 30.3, 30.4) an der Oberfläche des Siliziumsubstrates als voneinander getrennte Emitterbereiche ausgebildet sind.Sun position sensor (10) according to one of Claims 1 or 2 , characterized in that the semiconductor substrate (40) comprises silicon and the solar cells (30, 30.1, 30.2, 30.3, 30.4) are formed on the surface of the silicon substrate as separate emitter regions. Sonnenstandssensor (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Solarzellen (30) mit dem Halbleitersubstrat (40) einen monolithisch-integrierten Kristallverbund ausbilden.Sun position sensor (10) according to one of Claims 1 to 3 , characterized in that the solar cells (30) with the semiconductor substrate (40) form a monolithic-integrated crystal composite. Sonnenstandssensor (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen den Solarzellen (30, 30.1, 30.2, 30.3, 30.4) ein Mesa-Graben (37) ausgebildet ist.Sun position sensor (10) according to one of Claims 1 to 4 , characterized in that between the solar cells (30, 30.1, 30.2, 30.3, 30.4), a mesa trench (37) is formed. Sonnenstandssensor (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Empfangsflächen (31) der Solarzellen (30, 30.1, 30.2, 30.3, 30.4) paarweise zueinander einen Abstand von höchstens 1 mm oder höchstens 0,5 mm oder höchstens 0,2 mm oder höchstens 0,1 mm 0,05 mm aufweisen. Sun position sensor (10) according to one of Claims 1 to 5 , characterized in that the receiving surfaces (31) of the solar cells (30, 30.1, 30.2, 30.3, 30.4) in pairs to each other a distance of at most 1 mm or at most 0.5 mm or at most 0.2 mm or at most 0.1 mm 0 , 05 mm. Sonnenstandssensor (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Sonnenstandssensor (10) eine Höhe von höchstens 50 mm oder höchstens 30 mm oder höchstens 20 mm oder höchstens 10 mm aufweist.Sun position sensor (10) according to one of Claims 1 to 6 , characterized in that the sun position sensor (10) has a height of at most 50 mm or at most 30 mm or at most 20 mm or at most 10 mm. Sonnenstandssensor (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass genau vier Solarzellen (30.1, 30.2, 30.3, 30.4) vorhanden sind und die Empfangsflächen (31) der vier Solarzellen zusammen eine quadratische Fläche ausbilden.Sun position sensor (10) according to one of Claims 1 to 7 , characterized in that exactly four solar cells (30.1, 30.2, 30.3, 30.4) are present and the receiving surfaces (31) of the four solar cells together form a square surface. Sonnenstandssensor (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass das Halbleitersubstrat (40) auf einer mindestens vier Leiterbahnen aufweisenden Leiterplatine (50) angeordnet ist und jeder elektrische Kontakt (32, 42) jedes Lichtsensors (30) mit einer Leiterbahn der Leiterplatine (50) elektrisch verschaltet ist.Sun position sensor (10) according to one of Claims 1 to 8th , characterized in that the semiconductor substrate (40) is arranged on a printed circuit board (50) having at least four tracks, and each electrical contact (32, 42) of each light sensor (30) is electrically connected to a track of the printed circuit board (50). Sonnenstandssensor (10) nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die mindestens 4 Leiterbahnen der Leiterplatine (50) jeweils mit je einer Ader eines Signalkabels oder mit je einem Stift einer Stiftleiste elektrisch leitend und kraftschlüssig verbunden sind.Sun position sensor (10) after Claim 9 , characterized in that the at least 4 tracks of the printed circuit board (50) are each electrically conductively and non-positively connected to one wire of a signal cable or each with a pin of a pin header. Sonnenstandssensor (10) nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass der optische Körper (20) als ein Verbund aus einer Linse und einem optisch transparenten Klebstoff ausgebildet ist und die Unterseite der Linse ausschließlich mittels des optisch transparenten Klebstoffes kraftschlüssig mit den Empfangsflächen (31) der Solarzellen (30, 30.1, 30.2, 30.3, 30.4) verbunden ist, wobei die Unterseite der Linse die Empfangsflächen (31) vollständig überdeckt.Sun position sensor (10) after Claim 10 , characterized in that the optical body (20) is formed as a composite of a lens and an optically transparent adhesive and the underside of the lens exclusively by means of the optically transparent adhesive frictionally with the receiving surfaces (31) of the solar cells (30, 30.1, 30.2 , 30.3, 30.4), wherein the underside of the lens completely covers the receiving surfaces (31). Sonnenstandssensor (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass der optische Körper (20) eine Quarzglasverbindung umfasst und oder ein transparentes Polymer umfasst.Sun position sensor (10) according to one of Claims 1 to 11 , characterized in that the optical body (20) comprises a quartz glass compound and or comprises a transparent polymer. Sonnenstandssensor (10) nach Anspruch 3 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Solarzellen (30), die Leiterplatine (50) mit dem Halbleitersubstrat (40) und der optische Körper (20) derart in die Vergussmasse (60) eingebettet sind, dass nur der Oberflächenbereich (22) des optischen Körpers (20) aus der Vergussmasse (60) hervorsteht, wobei mindestens eines der Signalkabel und/ oder Befestigungsmittel und / oder ein Kühlmittel aus der Vergussmasse (60) herausgeführt sind.Sun position sensor (10) after Claim 3 to 12 , characterized in that the solar cells (30), the printed circuit board (50) with the semiconductor substrate (40) and the optical body (20) are embedded in the potting compound (60) such that only the surface region (22) of the optical body (50) 20) from the potting compound (60) protrudes, wherein at least one of the signal cable and / or fastening means and / or a coolant from the potting compound (60) are led out. Verwendung eines Sonnenstandssensors (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 13 zur Nachführung einer Solarzellenanordnung an den Stand der Sonne.Using a sun position sensor (10) according to one of Claims 1 to 13 for tracking a solar cell array to the position of the sun.
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