DE2501907A1 - Solar energy utilising assembly - has solar cell(s) with associated lens and lumines cent layer emitting light of specified wavelength - Google Patents

Solar energy utilising assembly - has solar cell(s) with associated lens and lumines cent layer emitting light of specified wavelength

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DE2501907A1 DE19752501907 DE2501907A DE2501907A1 DE 2501907 A1 DE2501907 A1 DE 2501907A1 DE 19752501907 DE19752501907 DE 19752501907 DE 2501907 A DE2501907 A DE 2501907A DE 2501907 A1 DE2501907 A1 DE 2501907A1
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Abstract

The system for utilisation of solar energy has at least one solar cell (5) with an associated lens collecting the impinging light. The solar cells are arranged on a layer of luminescent material (3) which emits light in the region of wavelengths with optimum matching to the quantum yield of the solar cell. Preferably the luminescent material is a liquid circulating in a close circuit with at least one heat exchanger. The liquid may be contained in a channel (1) with inclined side walls corresponding to the refractive index of a cylindrical lens, extending in the longitudinal direction of the channel. The side walls are coated with the solar cells. Between the solar cells and the channel walls may be provided an insulating film.

Description

Vorrichtung zum Nutzen von Sonnenenergie mit wenigstens einer Solarzelle Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Nutzen von- Sonnenenergie mit wenigstens einer Solarzelle, der eine das einfallende Licht bündelnde Linse zugeordnet ist.Device for using solar energy with at least one solar cell The invention relates to a device for using solar energy with at least a solar cell, which is assigned a lens that focuses the incident light.

Versuche haben gezeigt, daß die beste Ausbeute der Solarzellen bei relativ langweiligen Strahlen erhalten wird. Das Maximum der Intensitätsverteilung des Sonnenspektrums liegt dagegen bei kürzeren Wellen, die sich deutlich außerhalb des Bereiches der optimalen Ausbeute für Solarzellen befinden. Dies führt dazu, daß ein großer Teil der Energie des Sonnenspektrums von der Solarzelle nicht zu elektrischer Energie verarbeitet werden kann, sondern eine Erwärmung der Solarzelle herbeiführt. Dadurch wird die Temperatur der Solarzelle erhöht, was mit Wirkungsgradverlusten verbunden ist, da die Ausbeute der Solarzelle bei niedriemen Temperaturen günstiger ist.Tests have shown that the solar cells at the best yield relatively boring rays is obtained. The maximum of the intensity distribution of the solar spectrum, on the other hand, lies with shorter waves that are clearly outside the range of the optimal yield for solar cells. This leads to, that a large part of the energy of the solar spectrum from the solar cell is not too electrical energy can be processed, but a heating of the solar cell brings about. This increases the temperature of the solar cell, which leads to a loss of efficiency tied together is because the yield of the solar cell is more favorable at low temperatures.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung der eingangs genannten Art so auszubilden, daß die Quantenausbeute verbessert wird. Die Erfindung besteht darin, daß die Solarzelle oder -zellen nach einer Schicht aus lumineszierendem Material angeordnet sind, das das Licht mit an den Bereich der optimalen Quantenausbeute der Solarzelle angepassten Wellenlängen emittiert Durch diese Ausbildung läßt sich eine deutliche Verbesserung erzielen, da einerseits die Ausbeute hoch ist, während andererseits die Temperatur der Solarzellen nicht durch nichtverwertbares oder zu kurzwelliges Licht gesteigert wird.The invention is based on the object of providing a device of the initially described to train said type so that the quantum yield is improved. The invention is that the solar cell or cells after a layer of luminescent Material are arranged, which the light with at the range of the optimal quantum yield emitted wavelengths adapted to the solar cell achieve a significant improvement, since on the one hand the yield is high while on the other hand, the temperature of the solar cells is not by useless or too short-wave light is increased.

In zweckmäßiger Ausgestaltung der Erfindung wird vorgesehen, daß das lumineszierende Material eine Flüssigkeit ist, die in einem Kreislauf mit wenigstens einem Wärmetauscher geführt ist. Dadurch ist es möglich, auch noch den übrigen Anteil der Energie des Sonnenspektrums weitgehend auszunutzen und als Wärmeenergie zu verwerten.In an advantageous embodiment of the invention it is provided that the Luminescent material is a liquid that is in a circuit with at least a heat exchanger is performed. This makes it possible to also use the remaining portion to use the energy of the solar spectrum to a large extent and utilize it as thermal energy.

Bei einer vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung ist die Flüssigkeit in einem Kanal mit entsprechend der Brechung einer in Längsrichtung des Kanals verlaufenden Zylinderlinse geneigten Seitenwänden untergebracht, an denen die Solarzellen angeordnet sind. Da die Emission des zu einer anderen Wellenlänge transformierten Lichtes allseitig erfolgt, ist es zweckmäßig, wenn die Flüssigkeit möglichst groß flächig von den Solarzellen umgeben wird. Die Neigung der Seitenwände ist zweckmäßig, da das einfallende Licht gebündelt ist.In an advantageous embodiment of the invention, the liquid in a channel with a length corresponding to the refraction of the channel Cylindrical lens housed inclined side walls, on which the solar cells are arranged are. Since the emission of the light transformed to a different wavelength is on all sides occurs, it is useful if the liquid is as large as possible from the Solar cells is surrounded. The inclination of the side walls is appropriate as the incident Light is focused.

Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung und den Unteransprüchen.Further features and advantages of the invention emerge from the following Description and the subclaims.

Fig. 1 zeigt eine Ansicht einer schematisch dargestellten Vorrichtung, Fig. 2 das Absorptions- und Lumineszenzspektrum eines Farbstoffes, Fig. 3 Querschnittsformen für einen Teil der Vorrichtung bis 5 der Fig. 1 und Fig. 6 eine schematische Darstellung einer Laserschaltung.Fig. 1 shows a view of a device shown schematically, FIG. 2 the absorption and luminescence spectrum of a dye, FIG. 3 cross-sectional shapes for part of the device up to 5 of FIGS. 1 and 6, a schematic representation a laser circuit.

Die in Fig. 1 dargestellte Vorrichtung weist einen Kanal 1 auf, dessen Höhe zwischen 5 und 50 cm und dessen Länge mehrere Meter betragen kann. Oberhalb dieses Kanals 1 ist eine Zylinderlinse 2 angeordnet, deren Achse parallel zu dem Kanal verläuft. Von der Zylinderlinse 2 wird das einfallende Licht nur in einer Ebene gebrochen. Zine derartige Anordnung hat den Vorteil, daß eine Nachstellung der Norrichtung nach den Sonnenstand nur in relativ großen Zeitabständen notwendig wird, z.B. jahreszeitlich.The device shown in Fig. 1 has a channel 1, the Height between 5 and 50 cm and the length of which can be several meters. Above this channel 1 is a cylindrical lens 2 is arranged, the axis of which is parallel to the Canal runs. From the cylinder lens 2, the incident light is only in one Broken plane. Such an arrangement has the advantage that an adjustment the north direction according to the position of the sun is only necessary at relatively long time intervals becomes, e.g. seasonal.

Wie insbesondere aus Fig. 3 bis 5 zu ersehen ist, ist der beispielsweise aus Glas bestehende Kanal 1 mit einer Flüssigkeit, z.B. mit dem unter dem Handelsnamen "Sensibilisator KF 516 pina" der Pa. Riedel-de Haën AG, Seelze, vertriebenen Farbstoff, gefüllt, die einen geschlossenen Kreislauf bildet, in welchem ein Wärmetauscher 4 angeordnet ist. Zweckmäßigerweise enthält dieser Kreislauf eine nicht näher dargestellte Umwälzpumpe.As can be seen in particular from FIGS. 3 to 5, this is for example Channel 1 made of glass with a liquid, e.g. with the one under the trade name "Sensitiser KF 516 pina" from Pa. Riedel-de Haën AG, Seelze, sold dye, filled, which forms a closed circuit in which a heat exchanger 4 is arranged. Appropriately, this circuit contains one not shown in detail Circulation pump.

Die Seitenwände des Kanals 1 sind mit Solarzellen 5 bedeckt, die bevorzugt aus einem Halbleiterteil mit p-n-Dünnschicht-Heteroübergang bestehen, insbesondere aus Cadmimsulfid und Kupfersulfid. Bei einem typischen Beispiel ist auf eine Molybdänunterlage eine 20 bis 50starke Schicht Cadmilzmsulfid aufgebracht, auf der sich eine etwa 0,3X~starke Kupfersulfidschicht befindet. Diese Solarzellen 5 sind mit einen Flächen- oder Giterkontakt herstellenden Elektroden 6 versehen, die in Fig. 1 schematisch angedeutet sind.The side walls of the channel 1 are covered with solar cells 5, which are preferred consist of a semiconductor part with p-n thin-film heterojunction, in particular made of cadmim sulfide and copper sulfide. A typical example is on a molybdenum pad a 20 to 50 thick layer of cadmium sulfide is applied, on which an approx 0.3X ~ thick copper sulfide layer is located. These solar cells 5 are with a surface or electrodes 6 producing grid contact, which are shown schematically in FIG. 1 are indicated.

Um die Quantenausbeute der Solarzellen 5 zu verbessern, wird vorgesehen, daß die Flüssigkeit 3 ein Luminophor ist, der das von ihm absorbierte Sonnenspektrum zu einem Teil mit einer höheren Wellenlänge wieder emittiert. Das Absorptions- und Emissionsschema ist in Fig. 2 dargestellt. Die Kurve 7 zeigt das Absorptionsspektrum einer 10-#4-molaren Lösung eines Cyaninfarbstoffes bei beispielsweise 1 cm Schichtdicke. Ein derartiger Farbstoff ist beispielsweise bei F.P. Schäfer, W. Schmidt, J. Volze, Appl. Phys. Bett. 9,306, (1966) beschrieben. Die Lösung emittiert das Lumineszenzspektrum der Kurve 8, das deutlich zu langwelligerem Licht verschoben ist. In diesem langwelligeren Bereich von etwa 700 bis 900 nm ist die Quantenausbeute der erwähnten Solarzellen besonders günstig. Die durch Absorption in der lumineszierenden Flüssigkeit aufgenommene Energie wird über einen lSHårmetauscher 4 abgeführt und ebenfalls verwertet, so daß insgesamt eine sehr gute Nutzung der Sonnenenergie mit einem günstigen Wirkungsgrad erhalten wird. Die lumineszierende Flüssigkeit kann dabei relativ hohe Temperaturen annehmen, so daß es unter Umständen zweckmäßig ist, wenn zwischen-dem Kanal und den Solarzellen 5 noch eine Isolationsschicht oder ein Luftspalt vorgesehen werden, damit die Temperatur der Solarzellen nicht erhöht wird.In order to improve the quantum yield of the solar cells 5, it is provided that that the liquid 3 is a luminophore, the solar spectrum absorbed by it partly re-emitted with a higher wavelength. The absorption and Emission scheme is shown in FIG. Curve 7 shows the absorption spectrum a 10- # 4-molar solution of a cyanine dye with a layer thickness of, for example, 1 cm. Such a dye is available, for example, from F.P. Schäfer, W. Schmidt, J. Volze, Appl. Phys. Bed. 9,306, (1966). The solution emits the luminescence spectrum of curve 8, which is clearly shifted to longer-wave light. In this longer one The quantum yield of the solar cells mentioned is in the range from about 700 to 900 nm very cheap. The one absorbed by absorption in the luminescent liquid Energy is dissipated via a heat exchanger 4 and also used, see above that overall a very good use of solar energy with a favorable degree of efficiency is obtained. The luminescent liquid can be relatively high temperatures assume, so that it may be useful if between-the channel and the solar cells 5 are provided with an insulation layer or an air gap, so that the temperature of the solar cells is not increased.

Die in Fig. 3 bis 5 dargestellte Querschnittsform für den anal 1 wird in Abhängigkeit von dem zur Verfügung stehenden lumineszierenden Material gewählt. Wenn die Absorption der Flüssigkeit relativ gering ist, so ist die Form nach Fig. 3 sinnvoll, bei der das unten aus dem Kanal austretende Licht auf einen zusätzlichen Absorber 9 fällt, dem noch eine zu einem Wårmetauscher führende Kühleinrichtung 10 zugeordnet sein kann. Da in dem unteren Bereich wegen der bereits erfolgten Absorption die Lichtintensität wesentlich geringer sein wird, ist es auch möglich, entsprechend Fig. 4 einen Spiegel unterhalb des Kanals 1 vorzusehen, der das noch ausfallende Licht zurück in die Flüssigkeit 3 Schickt. In den meisten Fällen wird jedoch die Ausführungsform -nach Fig. 5 am zweckmäßigsten sein, die ohne weitere Zusatzeinrichtungen auskommt.The cross-sectional shape shown in Fig. 3 to 5 for the anal 1 is chosen depending on the available luminescent material. If the absorption of the liquid is relatively low, the shape according to Fig. 3 makes sense, in which the light emerging from the channel below is directed to an additional Absorber 9 falls, which still has a cooling device leading to a heat exchanger 10 can be assigned. Because in the lower area because of the absorption that has already taken place the light intensity will be much lower, it is also possible accordingly Fig. 4 to provide a mirror below the channel 1, the still failing Sends light back into the liquid 3. In most cases, however, the Embodiment - according to FIG. 5, the most expedient, the one without further additional devices gets by.

Es ist auch möglich, dem Kanal nocn einen zusätzliche#n Wärnefilter vorzuschalten, beispielsweise einen 5 cm starken t,Wasserfilter, der im infraroten Bereich etwa 25 ~;#1 der Gesamtenergie der einfallenden Sonnenstrahlung absorbieren kann. Dieser Wärmefilter wird dann zweckmäßigerweise ebenfalls zu Heizzwecken an einem Kreislauf angeschlossen.It is also possible to add an additional heat filter to the duct upstream, for example a 5 cm thick water filter that works in the infrared Absorb area about 25 ~; # 1 of the total energy of the incident solar radiation can. This heat filter is then expediently also used for heating purposes connected to a circuit.

Da das emittierte Licht in einem günstigen Wellenbereich liegt, wird es sich auch lohnen, eine Bündelung mit Hilfe einer Laserschaltung vorzunehmen. Hierbei wird über wenigstens einseitig an dem Kanal 1 angebrachte Solarzellen die Energie pulsförmig abgenommen. Fig. 5 zeigt eine derartige Anordnung im. Prinzip.Since the emitted light is in a favorable wave range, will it is also worthwhile to make a bundling with the help of a laser circuit. In this case, the solar cells attached to the channel 1 at least on one side are the Energy decreased in pulses. Fig. 5 shows such an arrangement in. Principle.

Wenigstens eine Stirnseite des Kanals 1 ist mit einer Solarzelle 13 versehen, der ein halbdurchlässiger Spiegel 14 vorgeschaltet ist. Die andere Stirnseite 15 ist vollständig verspiegelt oder ggf. ebenfalls mit einem halbdurchlässigen Spiegel und einer Solarzelle versehen. Zwischen den Spiegeln ist ein Resonator 16 angeordnet, dessen Güte mit elektro-optischen Naterialien gesteurt ist. Die Seitenwände 17 des Kanals 1, der natürlich nach oben lichtdurchlässig sein muß, sind vorteilhaft verspiegelt.At least one end face of the channel 1 is provided with a solar cell 13 provided, which is preceded by a semi-transparent mirror 14. The other face 15 is completely mirrored or possibly also with a semi-transparent mirror and a solar cell. A resonator 16 is arranged between the mirrors, whose quality is controlled with electro-optical materials. The side walls 17 of the Channel 1, which of course must be translucent towards the top, are advantageously mirrored.

Claims (7)

Patent- und SchutzansprüchePatent and protection claims 1. Vorrichtung zum Nutzen von Sonnenenergie mit wenigstens einer Solarzelle, der eine das einfallende Licht bündelnde Linse zugeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Solarzelle oder -zellen (5) nach einer Schicht aus lumineszierendem Material (3) angeordnet sind, das Licht mit dem Bereich der optimalen #antenausbeute der Solarzelle angepaßten Wellenlängen emittiert.1. Device for using solar energy with at least one solar cell, which is associated with a lens that focuses the incident light, characterized in that that the solar cell or cells (5) after a layer of luminescent material (3) are arranged, the light with the range of optimal #antenausbgabe the Solar cell emits adapted wavelengths. 2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das lumineszierende Naterial eine Flüssigkeit (3) ist, die in einem Kreislauf mit wenigstens einen Wärmetauscher (4) geführt ist.2. Apparatus according to claim 1, characterized in that the luminescent Naterial is a liquid (3) which is in a circuit with at least one heat exchanger (4) is performed. 3 Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Flüssigkeit (3) in einem Kanal (1) mit etwa entsprechend der Brechung einer in Längsrichtung des Kanals verlaufenden Zylinderlinse (2) geneigten Seitenwänden untergebracht ist, die mit Solarzellen (5) bedeckt sind.3 Device according to claim 1 or 2, characterized in that the liquid (3) in a channel (1) with approximately corresponding to the refraction of a in the longitudinal direction of the channel extending cylindrical lens (2) inclined side walls is housed, which are covered with solar cells (5). 4. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen den Solarzellen (5) und den Kanalwänden eine Isolationsschicht angebracht ist.4. Apparatus according to claim 3, characterized in that between an insulation layer is attached to the solar cells (5) and the channel walls. 5. Vorrichtung nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Solarzellen (4) Ralbleiterteile mit p-n-Dünnschicht-Heteroübergang sind.5. Device according to at least one of claims 1 to 4, characterized characterized in that the solar cells (4) conductor parts with p-n thin-film heterojunction are. 6. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß als lumineszierendes Material eine 10 4-molare10-4-molare Lösung eines Cyanin-Farbstofl#es dient.6. Apparatus according to claim 5, characterized in that as a luminescent Material is a 10 4-molar10-4-molar solution of a cyanine dye # it is used. 7. Vorrichtung nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß das emittierte Licht durch eine Laserschaltung gebündelt wird.7. Device according to at least one of claims 1 to 6, characterized characterized in that the emitted light is focused by a laser circuit. L e e r s e i t eL e r s e i t e
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