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Die Erfindung betrifft eine Solarstromerzeugungsvorrichtung und ein Kraftfahrzeug, das eine solche Solarstromerzeugungsvorrichtung aufweist.
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Um elektrische Energie aus Sonneneinstrahlung zu erzeugen, weisen Solarmodule große Solarzellenoberflächen zum Einsammeln der Sonnenstrahlung auf. Bei vielen Vorrichtungen ist der Platz an dem die Solarmodule angebracht werden können aber limitiert, insbesondere bei Kraftfahrzeugen, an denen nur bestimmte Oberflächen mit Solarmodulen ausgestattet werden können. Des Weiteren sind die Solarzellenoberflächen der Witterung ausgesetzt und müssen dadurch oft gereinigt oder repariert werden, um die Energie optimal umzusetzen. Das Aufbereiten der Solarzellenoberflächen ist aufwendig und teuer.
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Aus der
EP 3 627 038 A1 ist eine Solarstromerzeugungseinheit bekannt, umfassend einen Transporter, der so konfiguriert ist, dass er Lichtwellen von der Sonne durch eine Vielzahl von Lichtleitfasern transportiert, und einen Stromgenerator, der so konfiguriert ist, dass er unter Verwendung der Lichtwellen, die von dem Transporter auf die Vielzahl von Lichtleitfasern einfallen, Elektrizität erzeugt, wobei der Stromgenerator einen Lichtwellenleiter umfasst, der so konfiguriert ist, dass er die Vielzahl von Lichtleitfasern auf einer Ebene oder einem Blatt anordnet und einer Lichteinfallsfläche eines Solarpanels zugewandt ist, wobei eine Vielzahl von Fenster in einer äußeren Umfangsfläche der mehreren optischen Fasern ausgebildet sind, wobei die mehreren Fenster so konfiguriert sind, dass sie die Lichtwellen brechen, die durch sie hindurchgehen, sodass die Lichtwellen an das Solarpanel weitergeleitet werden.
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Aus der
WO 2017/208478 A1 ist eine photovoltaische Stromerzeugungs-/Speichervorrichtung bekannt, umfassend einen Abschnitt zur Umwandlung von Solarwellenlängen, einen Abschnitt zur automatischen Nachführung/Sammlung von Sonnenlicht, einen Abschnitt zur Führung des Sonnenlichts, einen Abschnitt zur Polarisation/Reflexion und Abschnitte zur Erzeugung von Strom mit Lichtleitern.
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Aus der
DE 10 2020 115 378 A1 ist eine Anordnung zum Umwandeln von Licht in elektrische Energie bekannt. Die Anordnung umfasst mehrere flache Elemente und mindestens eine Photovoltaikzelle, wobei die flachen Elemente übereinander geschichtet sind und einen Schichtkörper bilden, der von einer Eintrittsfläche und einer Austrittsfläche und mindestens einer Außenfläche als Grenzfläche begrenzt ist, wobei eine Hauptrichtung definiert ist, die von der Eintrittsfläche hin zu der Austrittsfläche orientiert ist, wobei der Schichtkörper mindestens ein Lichtleitelement und mindestens ein erstes Lichtschaltelement als Elemente aufweist, wobei das mindestens eine Lichtleitelement in der Hauptrichtung vor dem mindestens einen ersten Lichtschaltelement angeordnet ist, wobei die mindestens eine Photovoltaikzelle an mindestens einer Grenzfläche des Schichtkörpers angeordnet ist, wobei das mindestens eine erste Lichtschaltelement entweder lichtdurchlässig oder lichthemmend einstellbar ist, wobei für den Fall, dass das mindestens eine erste Lichtschaltelement lichtdurchlässig eingestellt ist, das mindestens eine erste Lichtschaltelement dazu ausgebildet ist, Licht zu transportieren, und wobei für den Fall, dass das mindestens eine erste Lichtschaltelement lichthemmend eingestellt ist, das mindestens eine erste Lichtschaltelement dazu ausgebildet ist, Licht in das mindestens eine Lichtelement einzukoppeln.
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Die Aufgabe der Erfindung ist es, eine Solarstromerzeugungsvorrichtung zu verbessern, insbesondere hinsichtlich einer Wartungsintensität und eines Platzbedarfs.
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Diese Aufgabe wird durch die unabhängigen Patentansprüche gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den abhängigen Patentansprüchen, der folgenden Beschreibung sowie den Figuren offenbart.
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Die Erfindung basiert auf der Idee, dass mithilfe von Lichtleitern ein mehrschichtiges Solarpanel aufgebaut wird, wobei die Lichtleiter das Sonnenlicht auf die Solarzellenoberflächen leiten. Als Lichtleiter werden hierbei Folien und/oder ein Klebstoff, der Lichtwellen leiten kann, verwendet, um durch die kompakte Bauweise eine Stabilität zu verbessern und mehr Solarzellenoberflächen auf einen kleineren Raum unterzubringen. Somit kann ein Verschleiß der Solarzellenoberflächen verringert werden, wobei eine Wartung an den schmalen Lichtleiterkanten viel geringer und somit kostensparender ist als an freiliegenden Solarzellenoberflächen.
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Die Erfindung betrifft eine Solarstromerzeugungsvorrichtung, umfassend mehrere flächige Solarmodule mit zumindest einer jeweiligen Solarzellenoberfläche, wobei die Solarmodule hintereinander angeordnet sind, sodass die jeweiligen Solarzellenoberflächen der Solarmodule schichtweise gestapelt sind, wobei zwischen den jeweiligen hintereinander angeordneten Solarmodulen zumindest eine lichtleitende Folie und/oder ein optisch leitender Klebstoff bereitgestellt ist, die dazu ausgebildet sind, Licht, das auf zumindest eine Schmalseite der lichtleitenden Folie und/oder des optisch leitenden Klebstoffs fällt, flächig auf die Solarzellenoberflächen zu verteilen, wobei die Solarmodule in einem Gehäuse angeordnet sind, das eine Lichteintrittsöffnung aufweist, wobei die Lichteintrittsöffnung einen Lichtzugang auf die Schmalseite der lichtleitenden Folie und/oder des optisch leitenden Klebstoffs bereitstellt.
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Mit anderen Worten sind in einem Gehäuse der Solarstromerzeugungsvorrichtung mehrere Solarmodule angeordnet, deren Solarzellenoberflächen parallel zueinander und hintereinander beziehungsweise übereinander angeordnet sind, sodass sich ein Stapel von Solarmodulen ergibt. Zwischen den jeweiligen Solarmodulen beziehungsweise Solarzellenoberflächen sind als Lichtleiter eine lichtleitende Folie und/oder ein optisch leitender Klebstoff eingefügt. Somit ergibt sich ein Schichtaufbau, der zunächst ein Solarmodul vorsieht, gefolgt von einer Schicht mit lichtleitender Folie und/oder einem optisch leitenden Klebstoff, gefolgt von einem weiteren Solarmodul, wobei diese Reihenfolge weiter fortgeführt werden kann. Vorzugsweise sind somit die Solarmodule über die lichtleitende Folie miteinander verbunden, wobei die lichtleitende Folie mittels eines optisch leitenden Klebstoffs mit den jeweiligen Solarzellenoberflächen verklebt sein kann. Alternativ können die Solarmodule auch nur mit dem optisch leitenden Klebstoff miteinander verbunden sein oder es kann nur die zumindest eine lichtleitende Folie ohne Klebstoff zwischen den Solarmodulen bereitgestellt sein. Durch diesen Aufbau sind die Solarzellenoberflächen durch das Gehäuse geschützt und/oder schirmen sich gegenseitig von äußeren Umwelteinflüssen ab, wobei der Lichtzugang zu den Solarzellenoberflächen an einer Schmalseite beziehungsweise Seitenfläche dieses Schichtaufbaus erfolgt, wobei Licht seitlich auf die lichtleitende Folie und/oder den optisch leitenden Klebstoff fällt und dann von der Folie und/oder den Klebstoff zwischen die Solarmodule weitergeleitet wird und sich somit flächig auf den Solarzellenoberflächen verteilt. Das heißt, dass Licht seitlich in die als Lichtleiter dienende Folie und/oder den Klebstoff eintreten kann und auf die Oberfläche der Solarmodule verteilt wird.
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Mit einer lichtleitenden Folie ist eine transparente Folie gemeint, wobei eingekoppeltes Licht an Außenflächen der Folie, an denen ein Brechzahlsprung auftritt, aufgrund des Reflexionsgesetzes zurückreflektiert wird und somit innerhalb der Folie weitertransportiert wird. Aufgrund der Struktur der Folie tritt dabei vorzugsweise keine Totalreflexion auf, sondern bei jeder Reflexion wird ein Anteil des Lichts aus der Folie ausgekoppelt und somit auf die Solarzellenoberfläche gelenkt. Hierbei kann die lichtleitende Folie beispielsweise aus Polycarbonat (PC), Polymethylmethacrylat (PMMA) oder Acrylnitril-Butadien-Styrol-Copolymer (ABS) ausgebildet sein. Mit einem optisch leitenden Klebstoff ist ein transparenter Klebstoff gemeint, insbesondere ein optisch klarer Klebstoff (optically clear adhesive), der insbesondere aus Touchscreenanwendungen für eine Kontaktverklebung bekannt ist. Dieser kann beispielsweise auch alleine zwischen den jeweiligen Solarmodulen eingefügt sein oder die Folie mit den Solarmodulen verkleben.
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Durch die Erfindung ergibt sich der Vorteil, dass die Solarzellenoberflächen nicht mehr direkt den Umwelteinflüssen ausgeliefert sind und somit weniger Wartungsintensiv sind. Die Schmalseite, auf die das Licht eintritt, ist dabei viel kostengünstiger zu warten, da diese keine Solarzellen aufweist, die beschädigt werden könnten. Der Schichtaufbau mittels der Verwendung von Folien und/oder einem optisch leitenden Klebstoff als Lichtleiter ermöglicht einerseits einen effizienten Platzbedarf und erhöht durch die kompakte Bauweise eine Stabilität, was insbesondere für die Anwendung in einem Fahrzeug vorteilhaft ist. Außerdem ergibt sich durch die Folie und/oder den Klebstoff im Vergleich zu Lichtleitern aus Glas der Vorteil, dass diese sich besser an dreidimensionale Konturen anpassen können und somit auch gebogene Formen von Solarzellenoberflächen leichter erreicht werden. Außerdem muss eine solche Solarstromerzeugungsvorrichtung nicht mehr an einer Außenfläche angeordnet werden, sondern kann in einem Gehäuse, vorzugsweise in einer Fahrzeugkarosserie, angeordnet sein.
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Die Erfindung umfasst auch Ausführungsformen, durch die sich zusätzliche Vorteile ergeben.
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Eine Ausführungsform sieht vor, dass an oder in der Lichteintrittsöffnung eine Lichtbündelungseinrichtung bereitgestellt ist, die zum Bündeln des Lichts auf die Schmalseiten der lichtleitenden Folie und/oder des optisch leitenden Klebstoffs ausgebildet ist. So können eine oder mehrere Sammellinsen in der Lichteintrittsöffnung als Lichtbündelungseinrichtung bereitgestellt sein, die das Licht auf die Schmalseiten der lichtleitenden Folie und/oder des optisch leitenden Klebstoffs bündeln. Vorzugsweise ist die Lichtbündelungseinrichtung ein Einwegspiegel beziehungsweise halbdurchlässiger Spiegel in dem eine Linsenoptik integriert ist. Alternativ oder zusätzlich können ein oder mehrere Hohlspiegel vorgesehen sein, der Lichtstrahlen auf die jeweiligen Schmalseiten bündelt. Des Weiteren kann an oder in der Lichteintrittsöffnung ein Umlenkelement vorgesehen sein, das Licht, das in die Lichteintrittsöffnung eintritt, auf die Schmalseite der lichtleitenden Folie und/oder des optisch leitenden Klebstoffs umlenkt, wie beispielsweise Spiegel oder Lichtleiter. Alternativ kann die Folie selber gebogen sein, um Licht an der Lichteintrittsöffnung aufzunehmen und dann zwischen die Solarzellenoberflächen einzuleiten. Durch diese Ausführungsform ergibt sich der Vorteil, dass mehr Licht in die Folien und/oder den optisch leitenden Klebstoff eingekoppelt werden kann und somit mehr Strom erzeugt wird.
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Eine weitere Ausführungsform sieht vor, dass die Lichteintrittsöffnung ein Fenster mit einer Beschichtung aus einem nichtlinearen optischen Medium aufweist, das dazu ausgebildet ist, infrarotes Licht in einen sichtbaren Spektralbereich umzuwandeln. Mit anderen Worten wird durch das nichtlineare optische Medium infrarotes Licht, insbesondere durch Frequenzverdopplung, in einen sichtbaren Spektralbereich umgewandelt, der durch die Solarzellen verbessert zu elektrischer Energiegewinnung genutzt werden kann. Der sichtbare Spektralbereich kann insbesondere Wellenlängen zwischen 400 Nanometern und 750 Nanometern umfassen. Als nichtlineares optisches Medium kann beispielsweise ein Molekülcluster auf Halbleiterbasis, insbesondere Zinn und Sulfid, verwendet werden, auf deren Oberfläche organische Moleküle aufgebracht sind. Ein solches nichtlineares optisches Medium wurde beispielsweise von Rosemann et al. („A highly efficient directional molecular white-light emitter driven by a continuouswave laser diode; Science, Vol. 352, issue 6291, Seiten 1301 bis 1304) beschrieben. Durch diese Ausführungsform ergibt sich der Vorteil, dass auch infrarotes Licht, aufgrund der Umwandlung in den sichtbaren Spektralbereich zur Energiegewinn genutzt werden kann.
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Eine weitere Ausführungsform sieht vor, dass die Solarmodule auf einer Frontseite und einer Rückseite Solarzellenoberflächen aufweisen. Mit anderen Worten sind die Solarmodule doppelseitig ausgebildet, sodass die Vorderseite und Rückseite jeweils eine Solarzellenoberfläche umfasst. Somit sind Solarzellenoberflächen jeweils gegenüberliegend, wobei dazwischen die lichtleitende Folie und/oder der optisch leitende Klebstoff bereitgestellt ist, der die jeweiligen Solarzellenoberflächen vorzugsweise miteinander verbindet. Durch diese Ausführungsform ergibt sich der Vorteil, dass eine höhere Effizienz erzielt werden kann.
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Eine weitere Ausführungsform sieht vor, dass die lichtleitende Folie eine Streulichtfolie ist oder dass mehrere lichtleitende Folien zu einem Folienstapel verbunden sind, insbesondere mittels des optisch leitenden Klebstoffs. Das bedeutet, dass die lichtleitende Folie eine Mikrostruktur aufweisen kann, durch die eine Lichtstreuung und somit eine Auskopplung des Lichts aus der Folie erfolgt. Somit kann vermieden werden, dass ein größerer Anteil des eingekoppelten Lichts durch Totalreflexion durch die Folie hindurchtritt, ohne auf die Solarzellenoberfläche zu treffen. Alternativ können mehrere Folien zu einem Folienstapel verbunden werden, beispielsweise indem die Folien mittels des optisch leitenden Klebstoffs zusammengeklebt werden. Durch das Verbinden mehrerer Folien verändert sich der Brechungsindex in dem Folienstapel und erzeugt Streuzentren, durch die das Licht ausgekoppelt werden kann. Somit erfolgt eine Lichtleitung innerhalb des Folienstapels mit einer zusätzlichen Struktur zur Auskopplung des Lichts auf die Solarzellenoberflächen, wodurch eine besonders geeignete flächige Verteilung erreicht werden kann.
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Eine weitere Ausführungsform sieht vor, dass der optisch leitende Klebstoff Mikrosphären, insbesondere aus Glas oder Kunststoff, aufweist. Durch diese Mikrosphären, die beispielsweise Glaskugeln im Mikrometerbereich oder Kunststoffkugeln im Mikrometerbereich sein können, werden Streuzentren im Klebstoff bereitgestellt, die zur Auskopplung des Lichts aus dem optisch leitenden Klebstoff auf die Solarzellenoberflächen dienen. Somit kann eine bessere Lichtumlenkung erreicht werden.
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Eine weitere Ausführungsform sieht vor, dass das Gehäuse auf der gegenüberliegenden Seite der Lichteintrittsöffnung einen Spiegel aufweist. Mit anderen Worten kann auf einer ersten Seite des Gehäuses die Lichteintrittsöffnung angeordnet sein, die vorzugsweise einen Einwegspiegel aufweist, sodass Licht auf die Schmalseiten der lichtleitenden Folie und/oder des optisch leitenden Klebstoffs fällt, wobei am anderen Ende des Gehäuses, nach Durchtritt durch die lichtleitende Folie und/oder den optisch leitenden Klebstoff, ein Spiegel angeordnet ist, der Licht, der durch die Lichtleiter hindurchtritt, wieder zurück reflektiert und somit erneut in die Lichtleiter einkoppelt. Durch diese Ausführungsform ergibt sich der Vorteil, dass eine Effizienz weiter gesteigert werden kann.
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Ein weiterer Aspekt der Erfindung betrifft ein Kraftfahrzeug mit einer Solarstromerzeugungsvorrichtung nach einer der vorhergehenden Ausführungsformen. Das erfindungsgemäße Kraftfahrzeug ist bevorzugt als Kraftwagen, insbesondere als Personenkraftwagen oder Lastkraftwagen, oder als Personenbus ausgestaltet. Das Kraftfahrzeug kann insbesondere als elektrisch betreibbares Kraftfahrzeug mit einer Traktionsbatterie ausgebildet sein, wobei die Solarstromerzeugungsvorrichtung dazu ausgebildet ist, die Traktionsbatterie des Kraftfahrzeugs zu laden. Des Weiteren kann die Solarstromerzeugungsvorrichtung für einen Anhänger eines Kraftfahrzeugs, insbesondere eines LKWs, bereitgestellt werden, wobei das Gehäuse der Solarstromerzeugungsvorrichtung vorzugsweise gleichzeitig ein Karosseriegehäuse des Kraftfahrzeugs sein kann.
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Vorzugsweise ist vorgesehen, dass die Solarstromerzeugungsvorrichtung in einem Fahrzeugdach angeordnet ist. Durch den Schichtaufbau der Solarmodule kann die Solarstromerzeugungsvorrichtung platzsparend im Fahrzeugdach angeordnet werden, wobei das Fahrzeugdach eine Lichteintrittsöffnung aufweisen kann, durch die Licht auf die Schmalseite der lichtleitenden Folie und/oder des optisch leitenden Klebstoffs fallen kann.
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Eine weitere Ausführungsform des Kraftfahrzeugs sieht vor, dass die Lichteintrittsöffnung am Ende einer Fahrzeugscheibe angeordnet ist, wobei die Fahrzeugscheibe dazu ausgebildet ist, auf die Fahrzeugscheibe einfallendes Licht zu sammeln und zum Ende der Fahrzeugscheibe in die Lichteintrittsöffnung zu leiten. So kann beispielsweise Licht, das auf eine Scheibe trifft, in die Scheibe eingekoppelt und zu den Enden der Scheibe weitergeleitet werden, wo sich vorzugsweise die Lichteintrittsöffnung der Solarstromerzeugungsvorrichtung befindet. Dieser Effekt kann weiter verstärkt werden, indem beispielsweise auf einer Innenseite der Scheibe eine Spiegelschicht bereitgestellt ist, die Licht in Richtung der Lichteintrittsöffnung ablenkt. Auch weitere optische Strukturen, wie beispielsweise Gitter, insbesondere holografisch-optische Elemente, können zur Lichtlenkung des auf die Scheibe eintreffenden Lichts bereitgestellt werden. Zusätzlich oder alternativ kann eine ähnliche Vorgehensweise auch bei einem Sonnendach des Kraftfahrzeugs angewendet werden und/oder weiteren Anbaukomponenten des Fahrzeugs. So kann als weitere Anbaukomponente beispielsweise eine Dachreling, Gepäckträger, insbesondere eine Skibox, oder Fahrradträgermit Lichtleitern ausgebildet sein, die Licht zu der Lichteintrittsöffnung der Solarstromerzeugungsvorrichtung leiten. Durch diese Ausführungsform ergibt sich der Vorteil, dass Licht von einem größeren Bereich zur Stromerzeugung genutzt werden kann und somit die Effizienz gesteigert werden kann.
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Zu der Erfindung gehören auch Weiterbildungen des erfindungsgemäßen Kraftfahrzeugs, die Merkmale aufweisen, wie sie bereits im Zusammenhang mit den Weiterbildungen der erfindungsgemäßen Solarstromerzeugungsvorrichtung beschrieben worden sind. Aus diesem Grund sind die entsprechenden Weiterbildungen des erfindungsgemäßen Kraftfahrzeugs hier nicht noch einmal beschrieben.
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Die Erfindung umfasst auch die Kombinationen der Merkmale der beschriebenen Ausführungsformen. Die Erfindung umfasst also auch Realisierungen, die jeweils eine Kombination der Merkmale mehrerer der beschriebenen Ausführungsformen aufweisen, sofern die Ausführungsformen nicht als sich gegenseitig ausschließend beschrieben wurden.
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Im Folgenden sind Ausführungsbeispiele der Erfindung beschrieben. Hierzu zeigt:
- 1 eine schematisch dargestellte Solarstromerzeugungsvorrichtung gemäß einer beispielhaften Ausführungsform;
- 2 eine schematisch dargestellte Solarstromerzeugungsvorrichtung gemäß einer weiteren beispielhaften Ausführungsform;
- 3 ein Kraftfahrzeug mit einer Solarstromerzeugungsvorrichtung gemäß einer beispielhaften Ausführungsform.
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Bei den im Folgenden erläuterten Ausführungsbeispielen handelt es sich um bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung. Bei den Ausführungsbeispielen stellen die beschriebenen Komponenten der Ausführungsformen jeweils einzelne, unabhängig voneinander zu betrachtende Merkmale der Erfindung dar, welche die Erfindung jeweils auch unabhängig voneinander weiterbilden. Daher soll die Offenbarung auch andere als die dargestellten Kombinationen der Merkmale der Ausführungsformen umfassen. Des Weiteren sind die beschriebenen Ausführungsformen auch durch weitere der bereits beschriebenen Merkmale der Erfindung ergänzbar.
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In den Figuren bezeichnen gleiche Bezugszeichen jeweils funktionsgleiche Elemente.
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In 1 ist eine Solarstromerzeugungsvorrichtung 10 gemäß einer beispielhaften Ausführungsform dargestellt. Die Solarstromerzeugungsvorrichtung 10 weist mehrere flächige Solarmodule 12 auf, die jeweils mindestens eine Solarzellenoberfläche 14 aufweisen, wobei die Solarmodule 12 vorzugsweise doppelseitig mit Solarzellenoberflächen 14 ausgebildet sind, sodass diese auf einer Frontseite und einer Rückseite Solarzellen aufweisen, die dazu ausgebildet sind, elektrischen Strom mittels Licht zu erzeugen.
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Die Solarmodule 12 sind in der Solarstromerzeugungsvorrichtung 10 derart hintereinander angeordnet, dass die Solarzellenoberflächen 14 parallel zueinander ausgerichtet sind und somit gestapelt sind. In den Zwischenräumen, zwischen den jeweiligen Solarzellenoberflächen 14, sind Lichtleiter 16 angeordnet, wobei als Lichtleiter 16 eine lichtleitende Folie und/oder ein optisch leitender Klebstoff bereitgestellt sind. Die lichtleitende Folie und/oder der optisch leitende Klebstoff sind dazu ausgebildet, Licht, das auf eine Schmalseite 18 beziehungsweise Seitenfläche dieser Lichtleiter 16 fällt, flächig auf die Solarzellenoberflächen 14 zu verteilen. So können beispielsweise Lichtstrahlen 20, die von der Sonne 22 abgestrahlt werden, auf die Schmalseite 18 der lichtleitenden Folie und/oder des optisch leitenden Klebstoffs fallen und dort in diese eingekoppelt werden. Die in den Lichtleiter 16 eingekoppelten Lichtstrahlen 20 werden dann in die Zwischenräume weitergeleitet und vorzugsweise auf die gesamte Fläche der Solarzellenoberfläche verteilt.
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Die lichtleitende Folie kann beispielsweise aus einem transparenten Kunststoff ausgebildet sein, der einen Lichttransport ermöglicht. Damit eine geeignete Auskopplung auf die Solarzellenoberflächen 14 stattfindet, kann die Folie Mikrostrukturen aufweisen, die die Folie als Streulichtfolie ausbilden. Alternativ können auch mehrere Folien zu einem Folienstapel verbunden werden, der ebenfalls Streuzentren aufweist, um das Licht auf die Solarzellenoberflächen 14 auszukoppeln. Der optisch leitende Klebstoff (optically clear resin/adhesive) kann ein transparenter Klebstoff sein, der in die Zwischenräume eingebracht eine lichtleidende Fläche bildet, in der Lichtstrahlen mittels Reflexion transportiert werden können. Der optisch leitende Klebstoff weist vorzugsweise Mikrosphären, beispielsweise Glaskugeln, auf, die Lichtstreuzentren bilden, um das eingekoppelte Licht auf die Solarzellenoberflächen 14 auszukoppeln. Der optisch leitende Klebstoff kann beispielsweise alleine, d.h. ohne Folie, verwendet werden, um die Solarmodule 12 miteinander zu verbinden oder der optisch leitende Klebstoff kann die in den Zwischenräumen liegenden lichtleitenden Folien mit den Solarmodulen 12 verbinden.
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Des Weiteren kann die Solarstromerzeugungsvorrichtung 10 ein Gehäuse 24 aufweisen, das zumindest die Solarzellenoberflächen 14 vor äußeren Umwelteinflüssen schützt. Des Weiteren kann das Gehäuse 24 eine Lichteintrittsöffnung 26 aufweisen, die vorzugsweise an der Schmalseite der lichtleitenden Folie und/oder des optisch leitenden Klebstoffs bereitgestellt ist. Vorzugsweise kann eine Lichtbündelungseinrichtung 28, beispielsweise eine oder mehrere Sammellinsen, an oder in der Lichteintrittsöffnung 26 bereitgestellt sein, die die Lichtstrahlen 20 der Sonne 22 auf die Schmalseiten 18 der Lichtleiter 16 bündelt. Besonders bevorzugt ist die Lichtbündelungseinrichtung 28 als Einwegspiegel, insbesondere mit Linsenstruktur, ausgebildet, der Lichtstrahlen 20, die von außerhalb kommen, in das Gehäuse passieren lässt und Lichtstrahlen, die von innerhalb des Gehäuses auf den Einwegspiegel treffen, zurückreflektiert. Des Weiteren kann die Solarstromerzeugungsvorrichtung 10 auf der gegenüberliegenden Seite der Lichteintrittsöffnung 26 einen Spiegel 30 aufweisen, der das Licht, das durch die Lichtleiter 16 vollständig hindurch getreten ist, wieder zurück auf die Lichtleiter 16 reflektiert und somit eine Effizienz gesteigert wird.
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In der 2 ist eine weitere Ausführungsform der Solarstromerzeugungsvorrichtung 10 dargestellt. In dieser Ausführungsform kann die Solarstromerzeugungsvorrichtung 10 einen ähnlichen Schichtaufbau der Solarmodule 12 mit dazwischenliegenden Lichtleitern 16, die als lichtleitende Folie und/oder optisch leitender Klebstoff ausgebildet sind, aufweisen, wobei die Solarzellenoberflächen 14 in dieser Ausführungsform übereinander gestapelt sind, sodass diese parallel zu einer Gehäuseseite 24 sein können, die beispielsweise ein Fahrzeugdach eines Fahrzeugs 32 ist. Die Lichteintrittsöffnung 26 des Gehäuses 24 kann dabei ebenfalls im Fahrzeugdach angeordnet sein, wobei ein Umlenkelement 34 bereitgestellt ist, das das Licht von der Lichteintrittsöffnung 26 zwischen die Solarzellenoberflächen 14 auf die Lichtleiter 16 umlenkt. Das Umlenkelement 34 kann beispielsweise durch Spiegel, Lichtleiter, insbesondere Glasfasern, oder durch die lichtleitende Folie realisiert sein, die entsprechend gebogen ist, um das Licht umzulenken.
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In 3 ist ein stark schematisiertes Kraftfahrzeug 32 mit einer weiteren beispielhaften Ausführungsform der Solarstromerzeugungsvorrichtung 10 dargestellt, wobei in dieser Ausführungsform die Solarstromerzeugungsvorrichtung 10 in einem Fahrzeugdach 24 des Kraftfahrzeug 32 integriert sein kann. In dieser Ausführungsform sind die Solarmodule 12 und die Lichtleiter 16, die als lichtleitende Folie und/oder optisch leitender Klebstoff ausgebildet sind, parallel zu dem Fahrzeugdach 24 angeordnet, das gleichzeitig das Gehäuse 24 der Solarstromerzeugungsvorrichtung 10 ist.
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Die Lichteintrittsöffnung 26 ist in dieser Ausführungsform vorzugsweise am Ende einer Fahrzeugscheibe 36 angeordnet, wobei die Fahrzeugscheibe 36 dazu ausgebildet sein kann, Licht, das auf die Fahrzeugscheibe 36 fällt, zum Ende der Fahrzeugscheibe 36 auf die Lichteintrittsöffnung zu leiten. Hierzu kann die Fahrzeugscheibe 36 beispielsweise Ablenkstrukturen (nicht gezeigt) in oder an der Fahrzeugscheibe 36 aufweisen, die das Licht in Richtung der Lichteintrittsöffnung 26 ablenken. Beispielsweise können als Ablenkstruktur Spiegel, Prismen oder Gitterstrukturen in oder an der Fahrzeugscheibe 36 vorgesehen sein. Des Weiteren kann an der Lichteintrittsöffnung 26 und/oder in der Fahrzeugscheibe 36, vorzugsweise am Ende der Fahrzeugscheibe 36, eine integrierte Linse 38 bereitgestellt sein, die als Lichtbündelungseinrichtung 28 dient, wobei zusätzlich zu der integrierten Linse 38 die Lichtbündelungseinrichtung 28 weitere Sammellinsen aufweisen kann, die das Licht auf einzelne Lichtleiter 16 bündeln können.
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In einer weiteren beispielhaften Ausführungsform besteht ein Aspekt darin, dass mithilfe von Lichtleitern 16 ein mehrschichtiges Solarpanel 10 aufgebaut wird, bei dem auch die rückwärtigen Flächen zur Energiegewinnung verwendet werden. Das Solarpanel 10 kann sich unter einem Blechkleid (Gehäuse 24) eines Autodaches oder Anhängers befinden und muss nicht der direkten Sonneneinstrahlung und Umwelteinflüssen ausgesetzt werden. Hierbei ist ein mehrschichtiger Aufbau der Solarpanele möglich. Zudem können Fahrzeugscheiben 36 zum Sammeln von Lichtstrahlen genutzt werden. Ein Linsen- oder Hohlspiegelsystem kann zusätzlich Lichtstrahlen bündeln und das Licht auf die Kanten der Folie reflektieren und die Effizienz weiter verbessern. Somit können ein Verschleiß und eine Wartung der Solarpanele verringert werden, da eine Wartung der schmalen Lichtleiterkanten viel geringer und somit kostensparender ist.
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Insgesamt zeigen die Beispiele, wie durch die Erfindung eine smarte Energiegewinnung erreicht werden kann.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
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Zitierte Patentliteratur
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- EP 3627038 A1 [0003]
- WO 2017208478 A1 [0004]
- DE 102020115378 A1 [0005]
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Zitierte Nicht-Patentliteratur
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- Rosemann et al. („A highly efficient directional molecular white-light emitter driven by a continuouswave laser diode; Science, Vol. 352, issue 6291, Seiten 1301 bis 1304 [0015]
