DE2557296C2

DE2557296C2 - Sonnenenergiesammler

Info

Publication number: DE2557296C2
Application number: DE2557296A
Authority: DE
Inventors: Dietrich Prof. Dr.-Ing. 3300 Braunschweig Rex
Original assignee: Erno Raumfahrttechnik 2800 Bremen De GmbH
Current assignee: Erno Raumfahrttechnik 2800 Bremen De GmbH
Priority date: 1975-12-19
Filing date: 1975-12-19
Publication date: 1983-12-15
Also published as: DE2557296A1; US4153474A

Description

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liegt, wobei S die Breite des Solarzellenstreifens bedeutet, und daß die äußere Kante des Solarzellenstreifens mit der zweiten Kante des Spiegelstreifens zusammenfallt.

4. Sonnenenergiesammler nach Anspruch 2, -to dadurch gekennzeichnet, daß die erste Kante der Spiegel etwa bei dem Wert

ten Endprodukten durch Zwischenstege (50) abgestützt sind.

Die Erfindung betrifft Sonnenenergiesammler zur Gewinnung elektrischer Energie durch Umwandlung der Sonnenstrahlung mittels an sich bekannter Solarzellen unter Verwendung von Spiegeln.

Aus der US-PS 34 19 434 ist bereits eine Anordnung nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 bekannt- Die bei dieser bekannten Solarzellenanordnung vorgesehenen Spiegel konzentrieren die Sonnenstrahlung um den Faktor 2. Die Spiegel dienen gleichzeitig der Wärmeabführung.

Weiterhin ist es auch die DE-AS II 53468 bereits bekannt, die Sonneneinstrahlung mit Hilfe geeigneter Spiegejanordnungen brennlinienförmig auf Solarzellen zu konzentrieren. Dieser bekannte Sammler zieht jedoch keine zusätzlichen Maßnahmen für Wärmeabführung vor, so daß die Höhe der Konzentration durch dis Temperaturerhöhung begrenzt wird.

Ferner sind auch der DE-OS 17 64 427 Maßnahmen bekannt. Solarzellen gegen Wärmeeinstrahlung durch die Sonne zu schützen. Eine Wärmeableitung von den Solarzellen ist nich; vorgesehen.
• Aufgabe der Erfindung ist es daher, den eingangs genannten Sonnenenergiesammler so auszubilden, daß sowohl die Leistungsmasse als auch die Leistungskosten weiter vermindert sind.

Diese Aufgabe wird durch die im kennzeichnenden Teil des Anspruches 1 angegebenen Merkmal gelöst.

Vorzugsweise, besteht die Empfangsfläche des Sonnenenergiesammlers aus streifenförmigen Spiegeln, deren Querschnitt einen Teil einer Parabel (nach der Parabelgleichung x²=2px) entspricht und das Verhältnis der Empfangsbreite eines Spiegelstreifens zur Breite des zugehörigen Solarzellenstreifens größer als zwei ist. Der parabelförmige Querschnitt d^r Spiegelstreifen kann entweder so gewählt werden, daß die erste Kante des Spiegelstreifens mit dem Scheitel der Parabel zusammenfällt und die zweite Kante etwa bei dem Wert

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die zweite Kante der Spiegel etwa bei dem Wert x=p liegt und daß die Solarzellen etwa in der Mitte der Rückseite der Spiegelstreifen befestigt sind.

5. Sonnenenergiesammler nach mindestens einem der Ansprüche 2—4, dadurch gekennzeichnet, daß die Dicke der Spiegel mit zunehmendem Abstand von den Solarzellen verringert ist

6. Sonnenenergiesammler nach mindestens einem der Ansprüche !—5, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorderseite der Spiegel mit einer an sich bekannten für die Sonnenstrahlung transparenten Schicht mit hohem thermischen Emissionsvermögen belegt ist.

7. Sonnenenergiesammler nach mindestens einem der Ansprüche I -6, dadurch gekennzeichnet, daß in einer Rahmenkonstruktion (48) derart gehaltert sind, daß die Verbindungen zwischen Spiegel und Rahmen die Differenzen in der thermischen Ausdehnung ausgleichen.

8. Sonnenenergiesammler nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Spiegelstreifen zwischen den an der Rahmenkonstruktion befestig _x = -L(p+SV2)

liegt, wobei 5 die Breite des Solarzellenstreifens bedeutet, oder man legt die erste Kante des Spiegels etwa auf den Wert

und die zweite Kante etwa auf den Wert x=p. Im ersten Fall sind die Solarzellen an der zweiten Kante, im zweiten Fall etwa in der Mitte der Rückseite der Spiegelstreifen angeordnet Aus fertigungstechnischen Gründen oder zur Beeinflussung der Strahlenverteilung auf den Solarzellen ist es auch möglich, von der exakten Parabelform abzuweichen, wenn nur dafür gesorgt wird, daß das gewünschte Strahlerikonzentrationsverhältnis erhalten bleibt. Es kann zweckmäßig sein, die Dicke der Spiegelstreifen vom Solarzellenstreifen nach außen hin d. h. mit zunehmendem Abstand von Solarzellenstreifen zu verringern. Zur Erhöhung der Wärmeabstrahlung kann auch die Vorderseite der Spiegel in an sich

bekannter Weise mit einer für die Sonnenstrahlung transparenten Schicht mit hohem thermischem Emissionsvermögen versehen sein. Bei einer bevorzugten Ausführungsform sind Spiegel in einer Rahmenkonstruktion so gehaltert, daß die Verbindungen zwischen Spiegeln und Rahmen die Differenzen in der thermischen Ausdehnung ausgleichen. Es kann zweckmäßig sein, die Spiegelstreifen zwischen den an der Rahmenkonstruktion befestigten Endpunkten durch Zwischenstege abzustützen.

Durch die Verwendung der Spiegel als Radiatoren sind die Solarzellen trotz-der konzentrierten Einstrahlung so kühl zu halten, daß der Wirkungsgrad fast erhalten bleibt. Damit ist es möglich, mit einem Bruchteil der bisher erforderlichen Anzahl an Solarzel- ₍5 len die gleiche elektrische Ausgangsleistung zu erzielen, wie bei den bisher bekannten Solarpar.els. Damit ist eine erhebliche Verminderung der Leistungskosten erreichbar. Da die Masse der Solarzellen auch einen erheblichen Anteil der Gesamtmasse eines Solarpanels ausmacht, ist darüber hinaus auch, eine Verminderung der Leistungsmasse zu erzielen.

Bei einem durchgerechneten Ausführungsbeispiel, wie es in der Figur 1 dargestellt ist, läßt sich bei einem Verhältnis von der Empfangsbreite eines Spiegelstreifens zur Breite des zugehörigen Solarzeilenstreifens von 53 die Solarzellentemperatur bei 370° K halten, wobei die Leistungsmasse nur noch 6,1 kg/kW, die Leistungskosten 035 Millonen DM/kW betragen, wenn die gleichen Voraussetzungen wie oben erwähnt zugrunde gelegt werden.

In den Zeichnungen sind Ausführunbsbeispiele für einen Sonnenenergiesammler nach der Erfindung dargestellt. Und zwar zeigt

F i g. 1 schematisch einen Querschnitt durch einen y, Sonnenenergiesammler,

Fig.2 eine Draufsicht auf einen Sammler nach

F i g. 3 ein weiteres Beispiel für die Ausbildung eines Spiegelstreifenr und

F i g. 4 schematisch eine Ansicht eines Solarpanels.

In einer (hier nicht dargestellten) Rahmenkonstruktion sind parallel zueinander eine Vielzahl von Spiegelstreifen 1 angeordnet, die einen parabelförmigen Querschnitt haben und deren eine Kante mit dem Scheitel der Parabel f-=2px zusammenfällt und deren andere Kante etwa bei dem Wert

4-, liegt. An dieser zweiten Kante sind auf der Rückseite 4 der Spiegel Solarzellenstreifen 2, deren Breite mit S bezeichnet ist, thermisch gut leitend befestigt. Die Vorderseite 3 der Spiegelstreifen, auf die die Sonnenstrahlung 5 auftrifft, ist hochreflektierend ausgebildet Die Sonnenstrahlung wird entsprechend der Strahlenführung 6 in der Brennlinie 7 konzentriert und trifft dann auf die unmittelbar benachbarten Solarzellenstreifen 2. Die Spiegelstreifen 1 sind auf ihrer Rückseite 4 thermisch gut emittierend ausgebildet und strahlen als Radiatoren den nicht in elektrische Energie umgewandelten Anteil 'der Sonnenstrahlung ab, wodurch eine hervorragende Kühlung der Solarzellenstreifen 2 erreichbar ist

Die Fig.2 zeigt das Konzentrationsverhältnis der Sonnenstrahlung, das als das Verhältnis der Empfangsbreite D zur Breite Sder Solarzellenstreifen definiert ist.

In der F i g. 3 ist ein Spiegelstreifen 31 mit einem etwa in der Mitte seiner Rückseite befestigten Solarzellenstreifen 32 dargestellt Der Querschnitt des Spiegelstreifens 31 entspricht einem Ausschnitt atm einer Parabel _-y²=2px, wobei die eine Kante des Spiegelst* eifens etwa bei dem Wert

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die andere Kante etwa bei dem Wert x=p liegt. Bei diesem Beispiel wird zwar die Bautiefe etwas größer als bei dem Beispiel nach Fig. I, aber andererseits die Wärmbebestrahlung dadurch verbessert, daß die Wärme beiderseits des Soiarzelienstreifens 32 abgeführt wird.

Bei dem Beispiel nach Fig.4 ist eine Vielzahl von Spiegelstreifen 41 in einer Rahmenkonstruktion 48 mit Querleisten 49 gehaltert. Zwischen den Befestigungspunkten an den Enden der Spiegelstreifen sind Zwischenstege 50 zur zusätzlichen Abstützung der Spiegelstreifen vorgesehen. Die Rahmenkonstruktion 48 ist üDer eine Haltevorrichtung 51 mit einer Achse 52 verbunden, die ihrerseits drehbar in dem schematisch dargestellten Satellitenkörper gelagert ist.

Ein Sonnenenergiesammler nach der Erfindung ist selbstverständlich nicht nur zur Versorgung von Satelliten, Raumsonden und Raumstationen im Weltraum geeignet, sondern er kann auch auf dem Erdboden zur Energiegewinnung eingesetzt werden. ν

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:,

1. Sonnenenergiesammler zur Gewinnung elektrischer Energie durch Umwandlung der Sonnenstrahlung unter Verwendung von mehreren nebeneinander angeordneten, streifenförmigen, gut wärmeleitenden Spiegeln die eine Konzentration der Sonnenstrahlung auf die Solarzellen bewirken, bei welchem die Solarzellen mit den Spiegeln gut wärmeleitend verbunden sind und die Rückseiten der Spiegel derart ausgebildet sind, daß sie den nicht in elektrische Energie ungesetzten Anteil der Sonnenstrahlung thermisch abstrahlen, dadurch gekennzeichnet, daß die Spiegel derart gekrümmt sind, daß sie eine nahezu bremslinienförmige Konzentration der Strahlung bewirken und daß die Solarzellen auf der Rückseite des jeweils benachbaren Spiegels befestigt sind.

2. Sonnenenergiesammler nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Querschnitt der Spiegel £i«er Parabel nach der Parabelgleichung F=IpX entspricht und daß das Verhältnis der Empfangsbreite (D) eines Spiegelsteifens zur Breite (S) des zugehörigen Solarzellenstreifens größer als zwei ist, wobei χ und y die Koordinaten und p/₂ der Abstand zwischen Scheitelpunkt und Brennlinie sind.

3. Sonnenenergiesammler nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die erste Kante der Spiegel mit dem Scheitel der Parabel ^=2ρχ zusammenfällt und die zweite Kante etwa bei dem Wert