EP1932184A2 - Konzentrator-photovoltaik-vorrichtung, photovoltaik-einrichtung zur verwendung darin sowie herstellverfahren hierfür - Google Patents
Konzentrator-photovoltaik-vorrichtung, photovoltaik-einrichtung zur verwendung darin sowie herstellverfahren hierfürInfo
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- EP1932184A2 EP1932184A2 EP06805306A EP06805306A EP1932184A2 EP 1932184 A2 EP1932184 A2 EP 1932184A2 EP 06805306 A EP06805306 A EP 06805306A EP 06805306 A EP06805306 A EP 06805306A EP 1932184 A2 EP1932184 A2 EP 1932184A2
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Definitions
- the invention relates to a concentrator photovoltaic device according to the O-term concept of the appended claim 1, as it is known from the article AW bed et. AI: FLATCON AND FLASHCON CONCEPTS FOR HIGH CONCENTRATION PV, Proc. 19 th European Photovoltaic Solar Energy Conference and Exhibition, Paris, France, 2004, 2488 is known.
- the invention relates to a photovoltaic module (PV module) for direct conversion of light into electrical energy, in which the incident light is concentrated before impinging on a solar cell (PV concentrator module).
- PV concentrator module photovoltaic module
- the invention also relates to a photovoltaic device for such a PV concentrator module.
- the invention relates to a manufacturing method for such a concentrator photovoltaic device.
- the invention is in the field of concentrator solar modules.
- several units which concentrate direct solar radiation onto a high-power solar cell, are grouped in a closed module.
- the solar cell generates electricity that can be used directly.
- Monocrystalline or multicrystalline silicon is usually used in the solar cells customary today.
- the power of these cells is relatively low because they only convert a limited spectrum of the incident radiation into electrical current.
- Great successes in the direction of a significantly higher efficiency with over 36% conversion of the solar radiation have in recent years with high-performance PV cells from higher-value semiconductor compounds (eg W-IV semiconductor material) such.
- a concern of the invention is to make the use of such PV cells economically attractive.
- Such cells based on semiconductor material can be constructed in steps as tandem or triple cells and thus use a wider light frequency spectrum.
- the large-scale production of such cell is very expensive. It was therefore chosen approach, the incident sunlight on a very small area of z. B. under 1 mm 2 to concentrate. Only for this small area then a solar cell is necessary. Such a concentration allows the high light output of high-performance PV cells of z. Currently use more than 36%. Since the system costs for solar systems are calculated according to the electrical power produced, they are reduced due to the replacement of large-scale solar cells by the much cheaper concentration optics and small but highly efficient cells. The effort for the necessary tracking of the system in the direction of the migrating sun is relatively low in relation to the increase in efficiency.
- X 1 represents the distance from the center of the light spot within which about 90% of the light intensity impinge. If the positioning of the edges of the solar cell deviates substantially from the position xi, a considerable proportion of the light intensity is lost. It is therefore important to position the solar cell as accurately as possible so that the maximum light intensity hits the solar cell. This is much easier with larger solar cells, but the costs for the production of solar cells increase considerably.
- Solar cells are manufactured on semiconductor wafers. These wafers are usually circular discs on the order of 10 and more cm in diameter. All necessary for the production of a solar cell manufacturing Steps are to be performed from wafer to wafer, regardless of how many solar cells are produced from the wafer. Only the lithography masks would then be selected differently. In other words, increasing the number of solar cells made from one wafer reduces the cost per solar cell accordingly. In a 20 x 20 mm solar cell, only a few solar cells fit on the wafer surface; In addition, there are large sections on the circular edge, which are not suitable for solar cell production.
- the smaller the solar cell the more accurate the positioning must be.
- a concentrator photovoltaic device with the features of the preamble of the appended claim 1 form such that higher concentrations can be achieved, and solar cells can be used with smaller areas, without problems with the positioning occur. Overall, this should make it possible to achieve the use of much less expensive systems for mounting the modules, and systems for tracking the modules should be simpler and less expensive to build. This object is achieved by a concentrator photovoltaic device having the features of claim 1 appended hereto.
- a single photovoltaic device for such a photovoltaic device is the subject of the independent claim.
- An inexpensive manufacturing process is specified in the further independent claim.
- the invention therefore provides a concentrator photovoltaic device with a plurality of photovoltaic devices for the direct conversion of solar energy into electrical energy.
- the plurality of photovoltaic devices are each provided with a first optical unit, on which a light entry surface is formed, as well as with a solar cell, which has a smaller surface area than the light entry surface of the respective photovoltaic device.
- the first optical unit is used for concentrating or bundling the solar radiation entering through the light entry surface to a predetermined area, which has a small area with respect to the light entry area and is determined by the smaller area of the solar cell. Due to the focusing optics of the first optical unit, the predetermined region, onto which the first optical unit focuses the solar radiation that has arrived, is designed to be correspondingly spaced from the light entry surface.
- the previously known concentrator modules are constructed, as they are currently under the trade name "Flatcon” by the Fraunhofer Society, Institute solar energy systems, to be developed and brought to series maturity.
- the plurality Photovoltaic devices are each provided with its own holding device, with the associated solar cell is positioned in the predetermined area.
- the holding device is fastened with a first end to the first optical unit and at the opposite second end of the holding device, the solar cell is attached.
- the light incidence after concentration is in the form of a Gaussian distribution, as shown in Fig. 5 by the reference numeral 1.
- X 1 to Xi Within the distances from the center of the light intensity represented by X 1 to Xi, about 90% of the incident energy is found.
- X 1 to Xi Within the distances from the center of the light intensity represented by X 1 to Xi, about 90% of the incident energy is found.
- Xi the so-called “tracker alignment” result in a possible misalignment of the position of the solar cells to the center of the light intensity.
- “Tracker alignment” is the tracking of the solar modules towards the sun and the adjustment of the position of the solar modules against environmental influences such as wind summarized. Further errors may arise during assembly and thermal expansion of the support structure holding the individual concentrator solar modules.
- each individual optical unit is assigned its own holding device which positions the associated solar cell relative to the respective first optical unit. This holding device is also attached to the first optical unit.
- each individual solar cell is to be arranged can be predefined better from the outset by the individual holding devices so that errors in the placement of the individual solar cells in the focus of the primary optics are reduced.
- the selected holding training also has the advantage that the individual solar cells are easily accessible from the rear for the purpose of electrical connection. Also, since the solar cells are held forward to the holding means, it is necessary to arrange a lot of space, cooling fins or the like cooling structures.
- the holding device comprises a cavity within which the light rays of the sunlight concentrated by the first optical unit can propagate from the first optical unit to the solar cell.
- the holding device has no effect on the undisturbed propagation of light, although the holding device is located in the space between the plane of the light entry surfaces and the plane of the solar cells.
- the cavity may be empty or filled by some transparent medium.
- the holding device is preferably tapered from the first end toward the second end.
- the holding device on the one hand can be designed to be particularly material-saving.
- the second end which determines the location of the solar cell, can thus be specified exactly in its position, so that the assembly is unique in each case.
- the holding device is particularly preferably configured as a truncated cone or truncated pyramid.
- the truncated pyramidal shape is particularly preferred for the following reasons.
- the optical units are preferably designed as individual fields of a transparent plate.
- the single fields which are square or rectangular shaped for a dense sequence. Each field is formed on its inside so that light entering through the outside (the light entrance surface) is focused to a point.
- the holding devices can also be formed in the shape of a truncated pyramid, so that they lie close to each other on the inside of the transparent plate, without them interfering with each other.
- the pyramidal shape can be produced, for example, simply by injection-molded plastic, whereby the edges of the pyramidal shape also have a stabilizing effect when weaker materials are used. As a result, the tip of the pyramid can be easily positioned in the vicinity of the focus of the first optical unit.
- a second optical unit which further concentrates the incident light bundled by the first optical unit, is arranged at the second end of the holding device. Below this second optical unit, the solar cell is then preferably arranged.
- the combination of the first optical unit and the second optical unit can concentrate the light entering through the light entry surface to such an extent that only a small area of a smaller-area solar cell is irradiated. Experiments have shown that even then a high energy yield is achieved when only a portion of the small-area solar cell, but with a correspondingly higher concentration of light, is irradiated.
- the holding device can also achieve an exact positioning of the second optical unit relative to the first optical unit and further also an exact positioning of the solar cell to the two optical units.
- the effective solar cell surface of the environment is thus a major problem with all these concentrator modules.
- the effective solar cell surface can sit directly on the second optical unit and thus be sealed by this second optical unit.
- the holding device can also be formed, for example, by a plurality of bars which correspondingly position the second optical unit with the solar cell attached thereto. Or different openings may be provided in a jacket of the holding device.
- the first optical unit, the holding device and the solar cell include a closed volume, wherein the holding device is open at the first and the second end and is closed at these ends by the first optical unit or the solar cell.
- cooling medium can be easily supplied and efficiently cooled at the area enlarged by the holding means.
- the holding device is accordingly shaped like a funnel or a bag.
- This also offers great advantages for the production.
- the second optical unit it is possible, for example, to form the second optical unit as a lens, the side walls of which are designed corresponding to the inner wall of the truncated cone tip or truncated pyramid. Just use the lens on these side walls with some glue too provided and dropped from above into the funnel. As a result, the lens forming the second optical unit will position itself appropriately.
- a special positioning element can be arranged on the first optical unit. This is advantageously arranged on the inner surface opposite the light entry surface, directed towards the solar cell, where the attachment of the holding device takes place.
- the holding device as a truncated cone or truncated pyramid
- one of the edge shape of the holding device can be formed on the first end corresponding channel structure on this inner surface. To attach the first end you only need to provide the gutter or the edge with glue and insert the edge into the gutter. This results in a suitable orientation of the holding device to the first optical unit by centering positive fit.
- the illustrated grooves but also other positioning elements can be used, for example, in the first end engaging projections, which have the same effect.
- the holding device encloses a closed volume, it could happen in the case of a strong heating that the medium located in the volume expands and presses against the lateral surfaces of the holding device.
- the holding device is preferably provided with reinforcements for stiffening.
- the concentration of sunlight is effected by an optical unit which is applied to the underside of a transparent plate for sunlight.
- the light beams bundled by the first optical unit preferably impinge on a second optical unit spaced apart from the first optical unit-also called secondary optics-which serves for a further concentration and concentration of the light on a solar cell that is very small in relation to the size of the light entry surface.
- the exact positioning of the very small solar cell takes place by means of a mounting unit connected to the light entry surface.
- the construction according to the invention enables concentrations of more than 2,000 to 10,000 times the normal sunlight.
- the mentioned solar cells of less than 0.5 mm edge length only require an area of very costly semiconductors of only 0.25 mm 2 compared to the 6.5 mm 2 of the known solar cells (eg in the FLATCON system). Due to the smaller area, the edges of the wafer can also be better utilized on a wafer.
- the area mentioned corresponds to only 4% of the previously required area; Thus, only about 5% of the previous solar cell costs are spent. Nevertheless, due to the more precise positioning of the solar cells, a greater tolerance in the tracking of the solar cell modules can be provided. While in the previously known concentrator modules the tracking within ⁇ 0.5 degrees had to be accurate, the accuracy of the tracking in the inventive design must be only ⁇ 3 degrees.
- the invention allows the use of much cheaper systems for mounting the modules and much cheaper systems for tracking relative to the sun. Also for this reason, a very significant cost reduction is expected. Thus, can be through the invention important step towards the industrialization of this interesting environmentally friendly technology.
- the secondary optics can be designed and arranged in such a way that even with deviations of the angle of the vertically incident sunlight by several angular degrees, they nevertheless achieve an exact bundling and focusing on a given point.
- the solar cells can be positioned exactly in the respective focal point, wherein a switching and heat conducting plate can additionally be arranged on the solar cells.
- FIG. 1 shows a greatly simplified perspective view of a concentrator photovoltaic device in the form of a concentrator module with a plurality of individual photovoltaic devices;
- FIG. 2 shows an enlarged detail view of a single photovoltaic device of the concentrator device of FIG. 1 compared to FIG. 1;
- FIG. 2a shows a sectional view through the concentrator module in the boundary region between two photovoltaic devices and in the region of the light entry surface;
- FIG 3 is a perspective view of a holding device used in the photovoltaic device of Figure 2 with a secondary optics.
- FIG. 4 is a view, enlarged from FIG. 3, of the secondary optics used in FIG. 3; FIG. and
- Fig. 5 highly schematic representations of the light intensities according to the prior art in comparison to the light intensity distribution in the apparatus shown here.
- FIG. 1 shows a photovoltaic device in the form of a concentrator module 10.
- the concentrator module 10 has a transparent plate 12, which is held by an enclosure 14 and by means not shown devices of known type in each case as perpendicular to the sunlight irradiation positionable.
- the transparent plate 12 is subdivided into a plurality of square or rectangular fields 16 which each form on their outer sides facing the sun 18 light entry surfaces 20 of individual photovoltaic devices in the form of individual concentrator units 22.
- Each of the panels 16 thus represents a single concentrator unit 22, so that the concentrator module 10 is composed of a total of a plurality of concentrator units 22.
- Each concentrator unit 22 uses a part of the transparent one Plate 12, so that the concentrator units 22 are connected to each other via the transparent plate 12.
- a single concentrator unit 22 is shown in more detail as an example of the plurality of concentrator units 22.
- Each of the panels 16 has on the outside 18 opposite the inside a first optical unit in the form of a primary optics 24, with which the light entering through the light entrance surface 20 total light is concentrated to one focus per concentrator unit 22.
- a Fresnel lens is formed on each of the panels 16, in which the panel 16 on the inside 26 provided with corresponding structures.
- a retaining device 30 is additionally fastened in each case.
- the holding device 30 is, as best shown in FIG. 3, as the shell of a truncated pyramid formed.
- the base of the truncated pyramid corresponds to the shape of the fields 16.
- a first end 32 is formed open at the base of the truncated pyramid.
- the formed at the top of the truncated pyramid corresponding smaller area second end 34 is also open.
- the lateral surface 36 is completely closed around.
- the walls of the holding device 30 are preferably made of plastic, although other materials, such as metal sheets are conceivable.
- the edges of the retainer 30 formed at the first end 32 are fixed in corresponding grooves 40 complementary to the inner surface 26 of the transparent plate in the marginal area of each panel 16 towards the edges 38 in corresponding shape are formed.
- the edges 38 are glued, for example, in the grooves 40.
- a second optical unit in the form of a secondary optics 42 is attached, which is shown in more detail in Fig. 4.
- the secondary optics 42 is formed by a body 44 of an optical material, such as glass, whose side walls 46 of the Inside the holding device 30 in the region of the truncated pyramid fitted. Accordingly, the body 44 in the illustrated embodiment has a truncated pyramid shape.
- a curvature 50 is formed, which forms a lens for further concentrating the light irradiation.
- a planar surface 54 is formed at the corresponding smaller area tip of the pyramidal shape of the body 44.
- a solar cell 56 which is still shown away from this surface 54 in FIG. 4 for purposes of illustration, is connected to the surface 54 in such a way that this surface 54 covers the photosensitive surface of the solar cell 56 in a sealing manner.
- the body 44 of the secondary optics 42 is glued with its side walls 46 with the lateral surface 36 of the holding device 30. As a result, the solar cell 56 is also firmly connected to the holding device 30 and positioned exactly relative to the primary optics 24.
- the solar cell 56 is mounted on a heat conductor plate 58, which is provided with not shown, but sufficiently well known further switching and connection elements.
- the procedure is as follows.
- the transparent plate 12 is made to be flat on the outside and provided on the inside with the individual Fresnel structures 28 and the grooves 40 on each of the individual panels 16.
- the holding device 30 is produced by a suitable manufacturing method, such as plastic injection molding of a material with the lowest possible coefficient of expansion.
- the body 44 of the secondary optic 42 is made with an accurate curvature 50, then the side walls 46 of the body are provided with adhesive and introduced via the open first end 32 in the holding device 30. Due to the complementary matching inner wall of the holding device 30 and the side walls 46, the secondary optics 42 during insertion automatically positioned appropriately. This results in the optical unit 60 shown in FIG. 3, formed from holding device 30 and secondary optics 42. This optical unit 60 is then connected by introducing the edges 38 into the grooves 40 with the inside of the transparent plate and thus with the primary optics 24. This compound is fixed by suitable joining techniques, such as bonds. In one embodiment, the connection is made while the transparent plate is still softer, so that when the transparent plate is cured, a firm connection between the transparent plate 12 and the optical unit 60 takes place automatically.
- the thermal conductivity of the heat conductor plate which is preferably formed of metal, can be suitably selected by using particularly conductive metal materials and / or different thickness of the material. The thermal conductivity can also be changed later by additional attachment of conductive material plates. In embodiments not shown and cooling fins are attached to the heat conductor plate.
- the solar cell 56 is then connected together with the attached thereto heat conductor plate 58 with the lower surface 54 of the secondary optics 42 and optionally fixed with the support unit.
- FIG. 5 shows the exemplary light distribution at the area of a solar cell 56 without the use of the secondary optics 42 with the reference numeral 1 and with the use of the secondary optics 42 with the reference numeral 2.
- the accurately positioned secondary optics 42 can be a narrowing of the light intensity achieve such that 90% the light intensity is no longer, as before, in wider boundaries between Xi - Xi, but within narrower limits between X 2 - X 2 occurs.
- a larger proportion of the light intensity still remains in the region of the light-active surface of the solar cell.
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Abstract
Die Erfindung betrifft eine Konzentrator-Photovoltaikvorrichtung (10) mit einer Mehrzahl von Photovoltaik-Einrichtungen (22) zur direkten Umwandlung von Sonnenenergie in elektrische Energie, wobei mehrere der Photovoltaik-Einrichtungen (22) jeweils versehen sind mit: einer an einer ersten optischen Einheit (24) ausgebildeten Lichteintrittsfläche (20), einer Solarzelle (56), die eine geringere Flächenausdehnung als die Lichteintrittsfläche (20) der Photovoltaik-Einrichtung (22) hat, wobei die erste optische Einheit (24) zum Konzentrieren oder Bündeln der durch die Lichteintrittsfläche (20) eintretenden Sonnenstrahlung auf einen von der kleineren Fläche der Solarzelle (56) bestimmten, von der Lichteintrittsfläche (20) beabstandeten und gegenüber der Lichteintrittsfläche (20) kleinflächigeren vorgegebenen Bereich (34) ausgebildet ist. Um eine kostengünstigere Vorrichtung durch Verwendung kleinflächigerer Solarzellen ohne Probleme mit der Positionierung derselben erreichen zu können, wird erfindungsgemäß vorgeschlagen, dass die mehreren Photovoltaikeinrichtungen (22) jeweils mit einer Halteeinrichtung (30) versehen sind, mit der die zugeordnete Solarzelle (56) in dem vorgegebenen Bereich (34) positioniert ist, dass die Halteeinrichtung (30) mit einem ersten Ende (32) an der ersten optischen Einheit (24) befestigt ist und dass an einem gegenüberliegenden zweiten Ende (34) der Halteeinrichtung (30) die Solarzelle (56) befestigt ist. Außerdem wird eine Photovoltaik-Vorrichtung für eine solche Vorrichtung und ein vorteilhaftes Herstellverfahren beschrieben.
Description
SolarTec AG 1081 P 0002 PCT
Lenbachplatz 2a 80333 München
KONZENTRATOR-PHOTOVOLTAIK-VORRICHTUNG; PHOTOVOLTAIK-EIN- RICHTUNG ZUR VERWENDUNG DARIN SOWIE HERSTELLVERFAHREN
HIERFÜR
Die Erfindung betrifft eine Konzentrator-Photovoltaik-Vorrichtung nach dem O- berbegriff des hier beigefügten Anspruches 1 , wie sie aus dem Artikel A. W. Bett et. AI: FLATCON AND FLASHCON CONCEPTS FOR HIGH CONCENTRATION PV, Proc. 19th European Photovoltaic Solar Energy Conference and Exhibition, Paris, France, 2004, Seite 2488 bekannt ist. Insbesondere betrifft die Erfindung ein photovoltaisches Modul (PV-Modul) zum direkten Umwandeln von Licht in elektrische Energie, bei der das einfallende Licht vor dem Auftreffen auf eine Solarzelle konzentriert wird (PV-Konzentratormodul). Auch betrifft die Erfindung eine Photovoltaik-Einrichtung für ein solches PV-Konzentratormodul. Schließlich betrifft die Erfindung ein Herstellverfahren für eine solche Konzentrator- Photovoltaik- Vorrichtung.
Es wird für nähere Einzelheiten zu solchen Konzentrator-Photovoltaik- Vorrichtungen insbesondere auf die nicht vorveröffentlichte deutsche Patentanmeldung DE 10 2005 033 272.2 der Anmelderin verwiesen.
Die Erfindung liegt auf dem Gebiet von Konzentrator-Solarmodulen. In solchen Modulen werden mehrere Einheiten, welche direkte Sonnenstrahlung auf eine Hochleistungssolarzelle konzentrieren, in einem geschlossenen Modul zusam- mengefasst. Die Solarzelle erzeugt elektrischen Strom, der direkt genutzt werden kann.
Im Bereich der Nutzung der Solarenergie ist circa seit 50 Jahren bekannt, dass Sonnenenergie durch Silizium in elektrischen Strom umgewandelt werden kann. Bei den heute üblichen Solarzellen wird meist mono- oder multikristallines Silizium verwendet. Die Leistung dieser Zellen ist allerdings relativ gering, da sie nur ein begrenztes Spektrum der auftreffenden Strahlung in elektrischen Strom umwandeln. Große Erfolge in Richtung auf eine deutlich höhere Effizienz mit über 36 % Umwandlung der Solarstrahlung sind in den letzten Jahren mit Hoch- leistungs-PV-Zellen aus höherwertigen Halbleiterverbindungen (z. B. W-IV- Halbleitermaterial) wie z. B. GalliumArsenid (GaAs) erzielt worden. Ein Anliegen der Erfindung ist es, die Nutzung solcher PV-Zellen wirtschaftlich attraktiv zu machen.
Solche Zellen auf Halbleitermaterialbasis können stufenartig als Tandem- oder Tripelzellen aufgebaut werden und nutzen dadurch ein breiteres Licht- Frequenzspektrum. Die großflächige Produktion solcher Zelle ist jedoch sehr kostenintensiv. Es wurde daher der Ansatz gewählt, das einfallende Sonnenlicht auf eine sehr kleine Fläche von z. B. unter 1 mm2 zu konzentrieren. Nur für diese kleine Fläche ist dann eine Solarzelle notwendig. Durch eine solche Konzentration lässt sich die hohe Lichtausbeute von Hochleistungs-PV-Zellen von z. Zt. Ü- ber 36% nutzen. Da die Systemkosten für Solaranlagen nach der produzierten elektrischen Leistung berechnet werden, sinken diese aufgrund des Ersatzes von großflächigen Solarzellen durch die viel preisgünstigere Konzentrierungsoptik und kleine, aber hocheffiziente Zellen. Der Aufwand für die notwendige Nachführung des Systems in die Richtung der wandernden Sonne ist relativ gering im Verhältnis zur Steigerung der Effizienz.
Allerdings arbeiten die bisher eingesetzten Systeme überwiegend mit relativ großen Fresnellinsen mit einer relativ großen Brennweite, was zu einer erheblichen Stärke der Module führt. Deren Kombination zu leistungsfähigen Einheiten führt zu sehr großem Gewicht, so dass die Anforderungen an die Statik des Nachführsystems aufgrund z. B. der Windkräfte beträchtlich ist. Wegen des hohen Aufwands konnte daher solche Konzentratorsysteme trotz des hohen Wachstums der photovoltaischen Stromerzeugung keine Verbreitung finden.
Zwar wurden in den letzten Jahren auch Systeme mit kleinflächigen Fresnellin- sen vorgestellt, die ebenfalls zum Teil eine mehr als 500-fache Konzentration des Sonnenlichts ermöglichten. In diesem Fall sind jedoch sehr viele Einheiten notwendig (z. B. ca. 1.5 Millionen Zellen für 500 kW Leistung 30% „Leistung" der Solarzellen), um ein wirtschaftlich arbeitendes Solarkraftwerk zu erstellen. Nicht gelöst ist bisher die Abführung hoher Wärmekonzentrationen nach außen sowie der Schutz der empfindlichen Solarzellen vor Umwelteinflüssen, insbesondere eindringender Feuchtigkeit und Gase.
Die konstruktiven Probleme der exakten Positionierung und Fixierung jeder Zelle im Brennpunkt, verursachen in den bisher gewählten Ansätzen einen erheblichen Aufwand, der die beabsichtigte Kostenersparnis weitgehend aufzehrt. Die Probleme der exakten Positionierung limitieren die mögliche Konzentration und damit die Größe der Solarzellen. Vorgestellte Systeme (Literaturhinweis Bett et al.) verwenden daher von maximale Konzentrationen von ca. 500 Sonnen und Solarzellen von ca. 2,5 mm Kantenlänge.
Das Problem der exakten Positionierung wird im folgenden anhand der hier beigefügten Fig. 5 verdeutlicht. Das Licht hat auch nach seiner Konzentration keine gleichmäßige Verteilung, sondern eine Gauss-Verteilung, wie sie in etwa in Fig. 5 bei dem Bezugszeichen 1 skizziert ist. Mit X1 ist derjenige Abstand von der Mitte des Lichtflecks dargestellt, innerhalb der etwa 90% der Lichtintensität auftreffen. Weicht die Positionierung der Ränder der Solarzelle wesentlich von der Stelle xi ab, geht ein erheblicher Anteil der Lichtintensität verloren. Es ist daher wichtig, die Solarzelle so genau wie möglich so zu positionieren, dass die maximale Lichtintensität auf die Solarzelle trifft. Dies ist wesentlich einfacher bei größeren Solarzelle, jedoch steigen damit die Kosten für die Produktion der Solarzellen erheblich an.
Solarzellen werden auf Halbleiter-Wafem hergestellt. Diese Wafer sind üblicherweise kreisrunde Scheiben in einer Größenordnung von 10 und mehr cm Durchmesser. Sämtliche zum Herstellen einer Solarzelle notwendigen Herstell-
schritte sind von Wafer zu Wafer auszuführen, unabhängig davon, wie viele Solarzellen aus dem Wafer hergestellt werden. Lediglich die Lithographiemasken würden dann unterschiedlich ausgewählt. Mit anderen Worten: Erhöht man die Anzahl von Solarzellen, die aus einem Wafer hergestellt werden, verringern sich die Kosten pro Solarzelle entsprechend. Bei einer Solarzelle mit 20 x 20 mm Fläche passen nur wenige Solarzellen auf die Wafer-Fläche; zusätzlich gibt es große Abschnitte am kreisrunden Rand, die nicht zur Solarzellenherstellung verwendbar sind. Je kleiner der Querschnitt der Solarzelle gemacht wird, desto mehr Solarzellen passen auf eine Wafer-Fläche, so dass auch weitaus mehr Solarzellen, auch am Rand des Wafers, aus einem Wafer hergestellt werden können. Je kleiner die Solarzelle ist desto genauer muss jedoch die Positionierung sein.
Eine exakte Positionierung der Solarzellen zur Konzentratoroptik funktioniert in Laborversuchen bereits leidlich. Es gilt jedoch, auch Konstruktionen und Herstellverfahren bereit zu stellen, mit denen auch in der Praxis möglichst kleinflächige Solarzellen so verwendet werden können, dass eine möglichst hohe Lichtintensität mit möglichst geringem Aufwand möglichst lange ausgenutzt werden kann.
Die genaue Positionierung der Solarzellen im Stand der Technik ist durch viele Faktoren beeinflusst, auch solche die sich im Betrieb ändern, und daher für die Praxis nur schwer in Griff zu bekommen.
Es ist Aufgabe der Erfindung, eine Konzentrator-Photovoltaik-Vorrichtung mit den Merkmalen des Oberbegriffs des beigefügten Anspruches 1 derart auszubilden, dass höhere Konzentrationen erreichbar sind, und Solarzellen mit geringeren Flächen einsetzbar sind, ohne dass Probleme mit der Positionierung auftreten. Insgesamt soll hierdurch die Verwendung wesentlich kostengünstigerer Systeme zur Montage der Module erreichbar sein, wobei auch Systeme zur Nachführung der Module einfacher und kostengünstiger aufbaubar sein sollen.
Diese Aufgabe wird durch eine Konzentrator-Photovoltaik-Vorrichtung mit den Merkmalen des hier beigefügten Anspruches 1 gelöst.
Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche. Eine einzelne Photovoltaik-Einrichtung für eine solche Photovoltaik- Vorrichtung ist Gegenstand des Nebenanspruches. Ein kostengünstiges Herstellverfahren ist in dem weiteren Nebenanspruch angegeben.
Die Erfindung sieht demnach eine Konzentrator-Photovoltaik-Vorrichtung mit einer Mehrzahl von Photovoltaik-Einrichtungen zur direkten Umwandlung von Sonnenenergie in elektrische Energie vor. Die mehreren Photovoltaik- Einrichtungen sind jeweils mit einer ersten optischen Einheit versehen, an der eine Lichteintrittsfläche ausgebildet ist, sowie mit einer Solarzelle, die eine geringere Flächenausdehnung als die Lichteintrittsfläche der jeweiligen Photovoltaik-Einrichtung hat. Die erste optische Einheit dient zum Konzentrieren oder Bündeln der durch die Lichteintrittsfläche eintretenden Sonnenstrahlung auf einen vorgegeben Bereich, der gegenüber der Lichteintrittsfläche eine kleine Fläche aufweist und von der kleineren Fläche der Solarzelle bestimmt wird. Aufgrund der fokussierenden Optik der ersten optischen Einheit ist der vorgegebene Bereich, auf den die erste optische Einheit die eingetroffenen Sonnenstrahlungen bündelt, von der Lichteintrittsfläche entsprechend beabstandet ausgebildet.
Entsprechend sind auch die bisher bekannten Konzentrator-Module aufgebaut, wie sie zur Zeit unter dem Handelsnamen „Flatcon" von der Fraunhofer- Gesellschaft, Institut Solarenergiesysteme, entwickelt werden und zur Serienreife gebracht werden sollen.
Während aber bei den bekannten Konzentratormodulen eine transparente Fläche mit mehreren Felder, welche die einzelnen ersten optischen Einheiten bilden, als eine Seite eines kastenförmigen Aufbaus ausgebildet ist, und eine Endplatte die gegenüberliegende zweite Seite des Kastens bildet, ist bei der Erfindung vorgesehen, dass die mehreren Photovoltaik-Einrichtungen jeweils mit einer eigenen Halteeinrichtung versehen sind, mit der die zugeordnete Solarzelle
in dem vorgegebenen Bereich positioniert ist. Dabei ist die Halteeinrichtung mit einem ersten Ende an der ersten optischen Einheit befestigt und an dem gegenüberliegenden zweiten Ende der Halteeinrichtung ist die Solarzelle befestigt.
Warum ein solcher Aufbau wesentliche Vorteile in Bezug auf eine mögliche Verkleinerung der Solarzelle ermöglicht, ohne dass es Probleme mit der Positionierung gibt, wird im folgenden näher erläutert:
Nach den derzeitigen Vorstellungen sollen mit solchen Konzentratormodulen Kraftwerke zur Energieversorgung ausgebaut werden. Die ehrgeizigen Pläne gehen dahin, entsprechende Kraftwerke in Wüstengebieten, wo eine hohe Sonneneinstrahlung erfolgt, aufzustellen. Entsprechend ist davon auszugehen, dass in der Praxis die Konzentratormodule hohen Temperaturschwankungen unterworfen sind. Zu den in solchen Gebieten auftretenden natürlichen Temperaturschwankungen tritt noch die durch die Konzentration des eintreffenden Lichtes auftretende erhebliche Erhitzung hinzu. Dementsprechend sind an den Konzentratormodulen Temperaturschwankungen von mehrer als 100°C zu erwarten. Dies stellt bei dem bisher bekannten Aufbau in Form eines Kastens, bei dem eine Seite als Fresnellinse und die andere Seite als Trägerplatte für die Solarzellen ausgebildet ist, wobei die Stirnwände des Kastens die beiden Platten zueinander positionieren und zum Abschirmen der empfindlichen Solarzellenflächen hermetisch abgedichtet sein müssen, erhebliche Probleme dar, da die Materialien unterschiedliche Temperaturausdehnungskoeffizienten besitzen. Dadurch verändert sich bei Temperaturschwankungen die relative Lage der Solarzellen zu den passenden ersten optischen Einheiten entsprechend. Dieses Problem wird durch den großen umschlossenen Raum, in den Licht konzentriert wird und der deswegen entsprechend aufgeheizt wird, noch verschärft.
Nun muss weiter noch bedacht werden, dass der Lichteinfall nach der Konzentration in Form einer Gauss-Verteilung vorliegt, wie sie in Fig. 5 mit dem Bezugszeichen 1 dargestellt ist. Innerhalb der durch X1 bis Xi dargestellten Abständen vom Zentrum der Lichtintensität findet sich etwa 90% der eingestrahlten Energie.
Zu den Problemen mit unterschiedlichen Temperaturausdehnungen der verwendeten Materialien kommen noch mögliche Fehler bei der Platzierung der einzelnen Solarzellen im Fokus der Primäroptik hinzu. Weiter haben Fehler bei der sogenannten „Tracker-Ausrichtung" eine mögliche Fehlausrichtung der Lage der Solarzellen zu der Mitte der Lichtintensität zur Folge. Unter „Trackerausrichtung" wird die Nachführung der Solarmodule zur Sonne hin sowie die Ausregelung der Lage der Solarmodule gegenüber Umwelteinflüsen wie insbesondere Wind zu- sammengefasst. Weitere Fehler können bei der Montage und einer Wärmeausdehnung der Stützstruktur, mit der die einzelnen Konzentratorsolarmodule gehalten werden, entstehen.
Da alle diese möglichen Fehler Auswirkungen auf mögliche Fehlausrichtungen der Solarzellen bezüglich der optischen Einheiten hatten, mussten bei bisherigen Systemen, sofern tatsächlich eine hohe Lichtausbeute erfolgen sollte, relativ großflächige Solarzellen gewählt werden.
Bei der erfindungsgemäßen Konstruktion haben die erwähnten Fehler weitaus weniger Einfluss auf die relative Lage der Solarzellen zur ersten optischen Einheit. Erfindungsgemäß ist jeder einzelnen optischen Einheit eine eigene Halteeinrichtung zugeordnet, die die zugeordnete Solarzelle relativ zu der jeweiligen ersten optischen Einheit positioniert. Diese Halteeinrichtung ist auch an der ersten optischen Einheit befestigt.
Fehler durch unterschiedliche Wärmeausdehnungen der Materialien haben so nur noch innerhalb des kleinen Systems jeder Photovoltaik-Einrichtung Auswirkung. Jede einzelne Photovoltaik-Einrichtung bildet ihr eigenes Haltesystem, so dass sich die Wärmeausdehnungsfehler nicht, wie im Stand der Technik, über die gesamte Fläche addieren. Wärmeausdehnungen der Wände des Konzentra- tormoduls haben somit keinen Einfluss mehr auf die Lage der einzelnen Solarzellen.
Durch die einzelnen Halteeinrichtungen kann zudem der genaue Ort, an dem jede einzelnen Solarzelle anzuordnen ist, von vornherein besser vorgegeben
werden, so dass Fehler bei der Platzierung der einzelnen Solarzellen im Fokus der Primäroptik verringert sind. Bei der Erfindung braucht man nur auf besondere Sorgfalt bei der Platzierung der jeweiligen Halteeinrichtung zu achten. Kommt es hierbei zu Fehler, hat dies nur Auswirkung auf die betroffene Photovoltaik- Einrichtung und nicht auf das gesamte Konzentratormodul, also die gesamte Photovoltaik- Vorrichtung.
Die gewählte Halteausbildung hat weiter noch den Vorteil, dass die einzelnen Solarzellen von hinten her gut zwecks elektrischen Anschluss erreichbar sind. Auch hat man, da die Solarzellen nach vorne hin an den Halteeinrichtungen gehalten sind, viel Platz, Kühlrippen oder dergleichen Kühlstrukturen anzuordnen.
Vorteilhafterweise umfasst die Halteeinrichtung einen Hohlraum, innerhalb dem sich die Lichtstrahlen des durch die ersten optische Einheit gebündelten Sonnenlichtes von der ersten optischen Einheit bis zur Solarzelle ausbreiten können. Dadurch hat die Halteeinrichtung keinerlei Auswirkungen auf die ungestörte Lichtausbreitung, obwohl sich die Halteeinrichtung in dem Raum zwischen der Ebene der Lichteintrittsflächen und der Ebene der Solarzellen befindet. Der Hohlraum kann leer sein oder durch irgendein transparentes Medium befüllt sein.
Entsprechend der Ausbreitung des konzentrierten Lichtes von der Lichteintrittsfläche hin zu dem vorgegebenen Bereich ist die Halteeinrichtung vorzugsweise sich von dem ersten Ende zu dem zweiten Ende hin konisch verjüngend ausgebildet. Dadurch kann die Halteeinrichtung einerseits besonders materialsparend ausgebildet werden. Andererseits lässt sich so das zweite Ende, welches den Ort der Solarzelle bestimmt, exakt in seiner Lage vorgeben, so dass die Montage jeweils eindeutig ist. Besonders bevorzugt ist die Halteeinrichtung hierzu kegel- stumpfartig oder pyramidenstumpfartig ausgebildet. Die Pyramidenstumpfform ist aus folgenden Gründen besonders bevorzugt. Um möglichst viel auf das Konzentratormodul einfallendes Licht auf die einzelnen Solarzellen zu bündeln, sind die optischen Einheiten, wie grundsätzlich im Stand der Technik bekannt, vorzugsweise als Einzelfelder einer transparenten Platte ausgebildet. Die Einzelfel-
der sind für eine dichte Aufeinanderfolge hierzu quadratisch oder rechteckig geformt. Jedes Feld ist auf seiner Innenseite so ausgebildet, dass durch die Außenseite (die Lichteintrittsfläche) eintretendes Licht auf einen Punkt hin fokusiert wird. Entsprechend der Form dieser Einzelfelder lassen sich auch die Halteeinrichtungen pyramidenstumpfartig ausbilden, und so auf der Innenseite der transparenten Platte dicht an dicht nebeneinander legen, ohne dass sie sich gegenseitig stören. Die Pyramidenform ist zum Beispiel einfach aus Kunststoff im Spritzgussverfahren herstellbar, wobei auch bei der Verwendung von schwächeren Materialien die Kanten der Pyramidenform stabilisierend wirken. Dadurch lässt sich die Spitze der Pyramide leicht im Nahbereich des Fokus des ersten optischen Einheit positionieren.
In einer besonders bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung ist an dem zweiten Ende der Halteeinrichtung noch eine zweite optische Einheit angeordnet, die das durch die erste optische Einheit gebündelte einfallende Licht weiter konzentriert. Unterhalb dieser zweiten optischen Einheit ist dann bevorzugt die Solarzelle angeordnet. Die Kombination aus erster optischen Einheit und zweiter optischen Einheit kann das durch die Lichteintrittsfläche eintretende Licht soweit konzentrieren, dass nur ein kleiner Bereich auch einer kleinflächigeren Solarzelle bestrahlt wird. Versuche haben gezeigt, dass auch dann eine hohe Energieausbeute erreicht wird, wenn nur ein Anteil der kleinflächigen Solarzelle, jedoch mit entsprechend höher konzentriertem Licht, bestrahlt wird. Dadurch, dass nur ein kleiner Anteil der Solarzelle bestrahlt wird, ist die Wahrscheinlichkeit größer, dass dieser kleinere Lichtfleck auch bei Fehlausrichtungen noch innerhalb der wirksamen Fläche der Solarzelle verbleibt. Aufgrund der Halteeinrichtung lässt sich außerdem eine exakte Positionierung der zweiten optischen Einheit relativ zu der ersten optischen Einheit und weiter auch eine exakte Positionierung der Solarzelle zu den beiden optischen Einheiten erreichen.
Ein weiteres großes Problem bei den Konzentrator-Module stellt die mögliche Verschmutzungsgefahr der Solarzellen dar. Da nur geringe Flächen ausgenutzt werden, können auch kleine Verschmutzungen, wie Staubteilchen oder Feuchtigkeit, große Auswirkungen auf die Leistungsfähigkeit haben. Die Abschirmung
der wirksamen Solarzellenfläche von der Umwelt stellt somit ein großes Problem bei all diesen Konzentratormodulen dar. Bei der erwähnten vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung mit der zweiten optischen Einheit kann die wirksame Solarzellenfläche unmittelbar an der zweiten optischen Einheit aufsitzen und somit durch diese zweite optische Einheit versiegelt werden. In diesem Falle kann die Halteeinrichtung auch beispielsweise durch mehrere Stäbe gebildet sein, die die zweite optische Einheit mit der daran befestigten Solarzelle entsprechend positionieren. Öder es können verschiedene Öffnungen in einem Mantel der Halteeinrichtung vorgesehen sein. Diese Konstruktion hätte den Vorteil, dass Wärmeausdehnungen eines Mediums, welches sich in einem durch die Halteeinrichtung umschlossenen Hohlraum befindet, keinen Einfluss auf die Stabilität und Lage der Halteeinrichtung hat, da das Medium (z. B. Luft) durch die Öffnungen ausweichen kann. Von besonderem Vorteil für die geforderte Sauberkeit der wirksamen Solarzellenfläche ist jedoch, wenn die Halteeinrichtung eine geschlossene Mantelfläche aufweist. Dadurch wird vermieden, dass Schmutz oder Feuchtigkeit zu der wirksamen Solarzellenfläche gelangt. Vorteilhafterweise schließen hierbei die erste optische Einheit, die Halteeinrichtung und die Solarzelle ein geschlossenes Volumen ein, wobei die Halteeinrichtung an dem ersten und dem zweiten Ende offen ist und an diesen Enden durch die erste optische Einheit bzw. die Solarzelle verschlossen wird.
Dadurch kann das Modul hinten offen ausgebildet werden, um den Zugang zu erleichtern. Auch Kühlmedium kann so leicht zugeführt werden und an der durch die Halteeinrichtungen vergrößerten Fläche effizient kühlen.
Bei einer kegelstumpfartigen oder pyramidenstumpfartigen Ausbildung der Halteeinrichtung ist die Halteeinrichtung demgemäss wie ein Trichter oder ein Tütchen geformt. Dies bietet auch große Vorteile für die Herstellung. Zur Anordnung und Positionierung der zweiten optischen Einheit kann man beispielsweise die zweite optische Einheit als Linse ausbilden, deren Seitenwänden entsprechend der Innenwand der Kegelstumpfspitze bzw. Pyramidenstumpfspitze ausgebildet ist. Man braucht nur die Linse an diesen Seitenwänden mit etwas Klebstoff zu
versehen und von oben herein in den Trichter fallen zu lassen. Dadurch wird sich die zweite optische Einheit bildende Linse gleich passend positionieren.
Um die Halteeinrichtung selbst passend zu der ersten optischen Einheit zu positionieren, kann an der ersten optischen Einheit ein besonderes Positionierelement angeordnet sein. Dieses ist vorteilhafterweise an der der Lichteintrittsfläche gegenüberliegenden, zu der Solarzelle hin gerichteten Innenfläche angeordnet, da wo die Befestigung der Halteeinrichtung erfolgt. Bei einer Ausbildung der Halteeinrichtung als Kegelstumpf oder Pyramidenstumpf kann beispielsweise auf dieser Innenfläche eine der Kantenform der Halteeinrichtung an dem ersten Ende entsprechende Rinnenstruktur ausgebildet sein. Zur Befestigung des ersten Endes braucht man nur die Rinne oder die Kante mit Klebstoff versehen und die Kante in die Rinne einzuführen. Hierdurch ergibt sich durch zentrierenden Form- schluss eine passende Ausrichtung der Halteeinrichtung zu der ersten optischen Einheit. Anstelle der erläuterten Rinnen können aber auch andere Positionierelemente zum Einsatz kommen, beispielsweise in das erste Ende eingreifende Vorsprünge, welche den gleichen Effekt haben.
Wenn die Halteeinrichtung ein geschlossenes Volumen umschließt, könnte es bei einer starken Erwärmung vorkommen, dass sich das in dem Volumen befindliche Medium ausdehnt und auf die Mantelflächen der Halteeinrichtung drückt. Um zu vermeiden, dass dadurch eine Fehlausrichtung von Solarzelle und erster optischer Einheit entsteht, ist die Halteeinrichtung vorzugsweise mit Verstärkungen zum Versteifen versehen. Es ist aber auch denkbar, das innere Volumen zu evakuieren oder durch ein sich nur wenig ausdehnendes Gas zu befüllen.
Mit der erfindungsgemäßen Konstruktion lässt sich somit Solarenergie auf Hochleistungssolarzellen konzentrieren, um in diesen die Solarenergie in elektrischen Strom oder Wärmeenergie umzuwandeln. Die Erfindung ermöglicht dadurch die wirtschaftliche Nutzung der hohen Effizienz mehrstufiger Solarzellen aus Halbleitermaterial bei der Lichtumwandlung. Vorzugsweise erfolgt die Konzentration des Sonnenlichtes durch eine optische Einheit, die auf die Unterseite einer für Sonnenlicht transparenten Platte aufgebracht ist.
Die durch die erste optische Einheit gebündelten Lichtstrahlen treffen vorzugsweise auf eine von der ersten optischen Einheit beabstandete zweite optische Einheit - auch Sekundäroptik genannt - die für eine weitere Konzentration und Bündelung des Lichts auf eine im Verhältnis zur Größe der Lichteintrittsfläche sehr kleine Solarzelle dient. Die exakte Positionierung der sehr kleinen Solarzelle erfolgt durch eine mit der Lichteintrittsfläche verbundene Halterungseinheit. Mit der hier beschriebenen Konstruktion sind sehr kleine Solarzellen verwendbar, auch Solarzellen mit einer Kantengröße von unter 0,5 mm Länge sind möglich. Dadurch fallen die hohen Kosten mehrstufiger Solarzellen wenig ins Gewicht. Mit der Erfindung versehene Solarsysteme zur Erzeugung von Strom benötigen daher wesentlich geringere Investitionskosten und geringere Flächen.
Gegenüber den eingangs beschriebenen bekannten Konzentratoreinheiten von bis zu einer 500-fachen Konstruktion werden mit der erfindungsgemäßen Konstruktion Konzentrationen von über 2000 bis 10000-fach gegenüber dem normalen Sonnenlicht ermöglicht. Die erwähnten Solarzellen von unter 0,5 mm Kantenlänge benötigen nur eine Fläche der sehr kostenintensiven Halbleiter von nur 0,25 mm2 gegenüber den 6,5 mm2 der bekannten Solarzellen (z.B. im FLATCON System). Durch die kleinere Fläche können zudem an einem Wafer auch die Ränder des Wafers besser ausgenutzt werden. Die genannte Fläche entspricht nur 4 % der bisher benötigten Fläche; somit sind nur ca. 5% der bisherigen Solarzellenkosten aufzuwenden. Dennoch kann aufgrund der genaueren Positionierbarkeit der Solarzellen eine größere Toleranz bei der Nachführung der Solarzellenmodule vorgesehen werden. Während bei den bisher bekannten Konzentratormodulen die Nachführung innerhalb von ± 0,5 Winkelgraden genau sein musste, muss die Genauigkeit der Nachführung bei der erfindungsgemäßen Konstruktion nur ±3 Winkelgrade betragen.
Dadurch ermöglicht die Erfindung die Verwendung wesentlich kostengünstigerer Systeme zur Montage der Module und wesentlich kostengünstigere Systeme für die Nachführung relativ zur Sonne. Auch aus diesem Grunde ist eine ganz wesentliche Kostensenkung zu erwarten. Somit lässt sich durch die Erfindung ein
wesentlicher Schritt zur Industrialisierung dieser interessanten umweltschonenden Technik erreichen.
Vorteile der Erfindung oder deren bevorzugten Ausgestaltungen sind:
• Durch die Verwendung einer Sekundäroptik mit speziellen optischen Eigenschaften lässt sich eine starke Bündelung des einfallenden Sonnenlichts auf eine extrem kleine Fläche erreichen.
• Die Sekundäroptik lässt sich so konstruieren und anordnen, dass sie selbst bei Abweichungen des Winkels des senkrecht einfallenden Sonnenlichts um mehrere Winkelgrade trotzdem eine exakte Bündelung und Fo- kussierung auf einen vorgegebenen Punkte erreicht.
• Durch die Konstruktion einer am Rand der jeweiligen Lichteintrittsfläche befestigen Haltevorrichtung lassen sich die Solarzellen exakt in dem jeweiligen Brennpunkt positionieren, wobei zusätzlich an den Solarzellen eine Schalt- und Wärmeleitplatte angeordnet werden kann.
• Durch die Konstruktion und Positionierung der Sekundäroptik lässt sich eine gasdichte Versiegelung direkt mit der Solarzelle ermöglichen, um dadurch einen Schutz der sehr empfindlichen Oberfläche der Solarzelle zu erreichen.
• Durch die Konstruktion und Aufbringung einer Wärmeleiterplatte jeweils nur für eine starr fixierte Photovoltaik-Einrichtung (Konzentratoreinheit) wird erreicht, dass die aufgrund hoher Temperaturunterschiede auftretende Expansion der unterschiedlichen Materialien nur zu vernachlässigenden Spannungen führt - im Gegensatz zu Konzentratomnodulen, bei denen mehrere Solarzellen fest auf einer Wärmeleiterplatte oder Bodenplatte montiert sind.
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird nachfolgend anhand der beigefügten Zeichnung näher erläutert. Darin zeigt:
Fig. 1 eine stark vereinfachte perspektivische Ansicht einer Konzentrator- Photovoltaik-Vorrichtung in Form eines Konzentratormoduls mit mehreren einzelnen Photovoltaik-Einrichtungen;
Fig. 2 eine gegenüber Fig. 1 vergrößerte Detaildarstellung einer einzelnen Photovoltaik-Einrichtung der Konzentrator-Vorrichtung von Fig. 1 ;
Fig. 2a eine Schnittdarstellung durch das Konzentratormodul im Grenzbereich zwischen zwei Photovoltaik-Einrichtungen und im Bereich der Lichteintrittsfläche;
Fig. 3 eine perspektivische Darstellung einer bei der Photovoltaik-Einrichtung von Fig. 2 eingesetzten Halteeinrichtung mit einer Sekundäroptik;
Fig. 4 eine gegenüber Fig. 3 vergrößerte Darstellung der in Fig. 3 eingesetzten Sekundäroptik; und
Fig. 5 stark schematisierte Darstellungen der Lichtintensitäten gemäß dem Stand der Technik im Vergleich zu der Lichtintensitätsverteilung bei der hier dargestellten Vorrichtung.
In Fig. 1 ist eine Photovoltaik-Vorrichtung in Form eines Konzentratormoduls 10 dargestellt. Das Konzentratormodul 10 hat eine transparente Platte 12, welche über eine Einfassung 14 gehalten wird und mittels nicht näher dargestellter Vorrichtungen bekannter Art jeweils möglichst senkrecht zur Sonnenlichteinstrahlung positionierbar ist. Die transparente Platte 12 ist in einer Vielzahl von quadratischen oder rechteckigen Feldern 16 eingeteilt, welche jeweils an ihren der Sonne zugewandten Außenseiten 18 Lichteintrittsflächen 20 von einzelnen Photovoltaik- Einrichtungen in Form von einzelnen Konzentratoreinheiten 22 bilden. Jedes der Felder 16 repräsentiert somit eine einzelne Konzentratoreinheit 22, so dass das Konzentratormodul 10 insgesamt aus einer Vielzahl von Konzentratoreinheiten 22 aufgebaut ist. Jede Konzentratoreinheit 22 nutzt einen Teil der transparenten
Platte 12, so dass die Konzentratoreinheiten 22 über die transparente Platte 12 miteinander verbunden sind.
In Fig. 2 ist eine einzelne Konzentratoreinheit 22 als Beispiel für die mehreren Konzentratoreinheiten 22 näher dargestellt. Jedes der Felder 16 hat auf der der Außenseite 18 entgegengesetzten Innenseite eine erste optische Einheit in Form einer Primäroptik 24, mit der das durch die Lichteintrittsfläche 20 eintretende gesamte Licht auf einen Fokus pro Konzentratoreinheit 22 konzentriert wird. Zum Bilden der Primäroptik ist an jedem der Felder 16 eine Fresnellinse ausgebildet, in dem das Feld 16 auf der Innenseite 26 mit entsprechenden Strukturen versehen.
An der Innenseite 26 ist neben den zum Bündeln des Lichtes dienenden Fre- nelstrukturen 28 außerdem noch jeweils eine Halteeinrichtung 30 befestigt. Die Halteeinrichtung 30 ist, wie sich am besten aus Fig. 3 ergibt, wie der Mantel eines Pyramidenstumpfes gebildet. Die Grundfläche des Pyramidenstumpfes entspricht der Form der Felder 16. Ein erstes Ende 32 ist an der Basis des Pyramidenstumpfes offen ausgebildet. Das an der Spitze des Pyramidenstumpfes ausgebildete entsprechend kleinflächigere zweite Ende 34 ist ebenfalls offen. Die Mantelfläche 36 ist rings um vollständig geschlossen. Die Wandungen der Halteeinrichtung 30 sind vorzugsweise aus Kunststoff gebildet, wenngleich auch andere Materialien, wie zum Beispiel Metallbleche denkbar sind.
Wie am besten aus Fig. 2a ersichtlich, sind die an dem ersten Ende 32 ausgebildeten Kanten der Halteeinrichtung 30 in entsprechende Nuten 40 fixiert, die an der Innenseite 26 der transparenten Platte im Randbereich eines jeden Feldes 16 hin zu den Kanten 38 komplementär in entsprechender Form ausgebildet sind. Die Kanten 38 sind beispielsweise in den Nuten 40 verklebt.
In der Spitze der Pyramidenstumpfform der Halteeinrichtung 30 ist eine zweite optische Einheit in Form einer Sekundäroptik 42 befestigt, die näher in Fig. 4 dargestellt ist. Die Sekundäroptik 42 ist durch einen Körper 44 aus einem optischen Material, wie insbesondere Glas, gebildet, dessen Seitenwände 46 der
Innenseite der Halteeinrichtung 30 im Bereich der Pyramidenstumpfspitze ange- passt sind. Dementsprechend hat auch der Körper 44 in dem dargestellten Ausführungsbeispiel eine Pyramidenstumpfform. An der Basisfläche 48 dieser Pyra- midenstumpfform ist eine Wölbung 50 ausgebildet, weiche eine Linse zum weiteren Konzentrieren der Lichteinstrahlung bildet. An der entsprechend kleinflächigeren Spitze der Pyramidenform des Körpers 44 ist eine Planfläche 54 ausgebildet. Ein in Fig. 4 rein zu Darstellungszwecken noch von dieser Fläche 54 entfernt dargestellte Solarzelle 56 ist derart mit der Fläche 54 verbunden, dass diese Fläche 54 die lichtempfindliche Oberfläche der Solarzelle 56 versiegelnd abdeckt. Der Körper 44 der Sekundäroptik 42 ist mit seinen Seitenwänden 46 mit der Mantelfläche 36 der Halteeinrichtung 30 verklebt. Dadurch ist auch die Solarzelle 56 fest mit der Halteeinrichtung 30 verbunden und exakt relativ zu der Primäroptik 24 positioniert.
Wie aus den Fig. 2 und 4 ersichtlich ist, ist die Solarzelle 56 auf einer Wärmeleiterplatte 58 befestigt, die mit nicht näher dargestellten, aber hinlänglich bekannten weiteren Schalt- und Anschlusselementen versehen ist.
Bei der Herstellung des Konzentratormoduls 10 wird wie folgt vorgegangen.
Zunächst wird die transparente Platte 12 derart hergestellt, dass sie auf der Außenseite eben ist und auf der Innenseite mit den einzelnen Fresnelstrukturen 28 und den Nuten 40 an jedem der einzelnen Felder 16 versehen ist.
Die Halteeinrichtung 30 wird durch ein geeignetes Herstellverfahren, wie beispielsweise Kunststoffspitzguss aus einem Material mit einem möglichst geringen Ausdehnungskoeffizient hergestellt.
Außerdem wird der Körper 44 der Sekundäroptik 42 mit exakter Wölbung 50 hergestellt, anschließend werden die Seitenwände 46 des Körpers mit Kleber versehen und über das offene erste Ende 32 in die Halteeinrichtung 30 eingeführt. Aufgrund der komplementär passenden Innenwand der Halteeinrichtung 30 und der Seitenwände 46 wird die Sekundäroptik 42 beim Einführen automatisch
passend positioniert. Dadurch erhält man die in Fig. 3 dargestellte Optikeinheit 60, gebildet aus Halteeinrichtung 30 und Sekundäroptik 42. Diese Optikeinheit 60 wird anschließend durch Einführung der Kanten 38 in die Nuten 40 mit der Innenseite der transparenten Platte und damit mit der Primäroptik 24 verbunden. Diese Verbindung wird durch geeignete Fügetechniken, wie zum Beispiel Klebungen, fixiert. In einer Ausgestaltung erfolgt die Verbindung bei noch weicher Ausbildung der transparenten Platte, so dass bei Aushärtung der transparenten Platte automatisch eine feste Verbindung von transparenter Platte 12 und Optikeinheit 60 erfolgt.
Auf der Wärmeleiterplatte 58 werden die Solarzelle 56 sowie die weiteren Schalt- und Anschlusselemente montiert, angeschlossen und getestet. Die Wärmeleitfähigkeit der vorzugsweise aus Metall gebildeten Wärmeleiterplatte kann gezielt durch Verwendung von besonders leitfähigen Metallmaterialien und/oder unterschiedliche Stärke des Materials passend ausgewählt werden. Die Wärmeleitfähigkeit kann auch noch später durch zusätzliche Anbringung von leitenden Materialplatten verändert werden. In nicht dargestellten Ausführungsformen werden auch Kühlrippen an der Wärmeleiterplatte angebracht.
Die Solarzelle 56 wird sodann zusammen mit der an dieser befestigten Wärmeleiterplatte 58 mit der unterseitigen Fläche 54 der Sekundäroptik 42 verbunden sowie gegebenenfalls mit der Halterungseinheit fixiert.
Fig. 5 zeigt die beispielhafte Lichtverteilung am Bereich einer Solarzelle 56 ohne Verwendung der Sekundäroptik 42 mit dem Bezugszeichen 1 und mit Verwendung der Sekundäroptik 42 mit dem Bezugszeichen 2. Durch die exakt positionierte Sekundäroptik 42 lässt sich eine Verschmälerung der Lichtintensität derart erreichen, dass 90 % der Lichtintensität nicht mehr, wie zuvor, in breiteren Grenzen zwischen Xi - Xi, sondern in engeren Grenzen zwischen X2 - X2 auftritt. Bei gleicher Solarzellenfläche bleibt so auch bei einer geringen Fehlausrichtung der Solarzelle zu der ersten optischen Einheit ein größerer Anteil der Lichtintensität immer noch im Bereich der lichtaktiven Fläche der Solarzelle.
Durch die exakte Positionierung über die Halteeinrichtung 30 insbesondere in Kombination mit der Sekundäroptik 42 kann man so insgesamt kleinflächigere Solarzellen 56 verwenden und kann dennoch größere Toleranzen bei der Ausrichtung der transparenten Platte 12 zur Lichteinstrahlung zulassen.
Bezugszeichenliste
10 Konzentratormodul (Photovoltaik-Vorrichtung)
12 transparente Platte
14 Einfassung
16 Felder
18 Außenseite
20 Lichteintrittsflächen
22 Konzentratoreinheit (Photovoltaik-Einrichtung)
24 Primäroptik (erste optische Einheit)
26 Innenseite
28 Fresnellstruktur
30 Halteeinrichtung
32 erstes Ende
34 zweites Ende 6 Mantelfläche 8 Kanten 0 Nuten 2 Sekundäroptik 4 Körper 6 Seitenwände 8 Basisfläche 0 Wölbung 2 Spitze 4 Fläche 6 Solarzelle 8 Wärmeleiterplatte 0 Optikeinheit
Claims
1. Konzentrator-Photovoltaikvorrichtung (10) mit einer Mehrzahl von Photo- voltaik-Einrichtungen (22) zur direkten Umwandlung von Sonnenenergie in elektrische Energie, wobei mehrere der Photovoltaik-Einrichtungen (22) jeweils versehen sind mit: einer an einer ersten optischen Einheit (24) ausgebildeten Lichteintrittsfläche (20), einer Solarzelle (56), die eine geringere Flächenausdehnung als die Lichteintrittsfläche (20) der Photovoltaik-Einrichtung (22) hat, wobei die erste optische Einheit (24) zum Konzentrieren oder Bündeln der durch die Lichteintrittsfläche (20) eintretenden Sonnenstrahlung auf einen von der kleineren Fläche der Solarzelle (56) bestimmten, von der Lichteintrittsfläche (20) beabstandeten und gegenüber der Lichteintrittsfläche (20) kleinflächigeren vorgegebenen Bereich (34) ausgebildet ist, dadurch gekennzeichnet, dass die mehreren Photovoltaikeinrichtungen (22) jeweils mit einer Halteeinrichtung (30) versehen sind, mit der die zugeordnete Solarzelle (56) in dem vorgegebenen Bereich (34) positioniert ist, dass die Halteeinrichtung (30) mit einem ersten Ende (32) an der ersten optischen Einheit (24) befestigt ist und dass an einem gegenüberliegenden zweiten Ende (34) der Halteeinrichtung (30) die Solarzelle (56) befestigt ist.
2. Photovoltaikvorrichtung nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die Halteeinrichtung (30) einen Hohlraum umfasst.
3. Photovoltaikvorrichtung nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Halteinrichtung (30) zumindest innenseitig sich von dem ersten Ende (32) zu dem zweiten Ende (34) hin verjüngend ausgebildet ist.
4. Photovoltaikvorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Halteeinrichtung (30) kegelstumpfartig oder pyramidenstumpfförmig ausgebildet ist.
5. Photovoltaikvorrichtung nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass an dem zweiten Ende (34) eine zweite optische Einheit (42) zum weiteren Konzentrieren des durch die erste optische Einheit (24) gebündelten einfallenden Lichts befestigt ist.
6. Photovoltaikvorrichtung nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Halteeinrichtung (30) eine geschlossene Mantelfläche (36) aufweist.
7. Photovoltaikvorrichtung nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Halteeinrichtung (30) an dem ersten (32) und dem zweiten Ende (34) offen ist.
8. Photovoltaikvorrichtung nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die erste optische Einheit (24) an ihrer der Lichteintrittsfläche (20) gegenüberliegenden, zu der Solarzelle (56) hin gerichteten Seite (26) ein Positionierelement (40) zum Positionieren des ersten Endes (32) der Halteeinrichtung (30) aufweist.
9. Photovoltaikvorrichtung nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die erste optische Einheit (24), die Halteeinrichtung (30) und die Solarzelle (56) oder ein mit der Solarzelle (56) verbundenes Element (58, 44) ein geschlossenes Volumen einschließen.
10. Photovoltaikvorrichtung nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Halteeinrichtung (30) mit Verstärkungen zum Versteifen gegen Deformationen durch Umwelt- oder Temperatureinflüsse versehen ist.
11. Photovoltaik-Einrichtung (22) für eine Konzentrator- Photovoltaikvorrichtung (10) nach einem der voranstehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch eine erste optische Einheit (24) mit einer Lichteintrittsfläche (20), einer Solarzelle (56), die eine geringere Flächenausdehnung als die Lichteintrittsfläche (20) hat, wobei die erste optische Einheit (24) zum Konzentrieren oder Bündeln der durch die Lichteintrittsfläche (20) eintretenden Sonnenstrahlung auf einen von der kleineren Fläche der Solarzelle (56) bestimmten, von der Lichteintrittsfläche (20) beabstandeten und gegenüber der Lichteintrittsfläche (20) kleinflächigeren vorgegebenen Bereich (34) ausgebildet ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Solarzelle (56) mittels einer Halteeinrichtung (30) in dem vorgegebenen Bereich (34) positioniert ist, die mit einem ersten Ende (32) an der ersten optischen Einheit (24) befestigt ist, wobei an einem gegenüberliegenden zweiten Ende (32) der Halteeinrichtung (30) die Solarzelle (56) befestigt ist.
12. Verfahren zum Herstellen einer Konzentrator-Photovoltaikvorrichtung (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 10, gekennzeichnet durch a) Vorsehen einer transparenten Platte (12), die mehrere Felder (16) aufweist, in denen erste optische Einheiten (24) gebildet sind zum Bündeln des durch die einzelnen Felder (16) der transparenten Platte (12) eintretenden Lichts auf kleinere vorgegebene Bereiche (34), b) Vorsehen von je einer Halteeinrichtung (30) pro auszunutzendem Feld (16) zur exakten Positionierung von gegenüber den Feldern (16) kleinflächigeren Solarzellen (56) in den vorgegebenen Bereichen (34), d) Befestigen der Halteeinrichtungen (30) an der einer Lichteintrittsseite (18) entgegengerichteten Seite (26) der transparenten Platte (12) und e) Befestigen einer Solarzelle (56) an jeder Halteeinrichtung.
13. Verfahren nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass Schritt a) umfasst:
Vorsehen von Positionierhilfen (40) zur exakten Positionierung der Halteeinrichtungen (30) an der transparenten Platte (12).
14. Verfahren nach einem der Ansprüche 12 oder 13, dadurch gekennzeichnet, dass Schritt b) umfasst:
Herstellen der Halteeinrichtung (36) in Kegelstumpfform oder Pyramidenstumpf- form mit einem Mantel (36) und einem offenen ersten Ende (32) und einem gegenüber dem ersten Ende kleinflächigeren zweiten Ende (34).
15. Verfahren nach Anspruch 14, gekennzeichnet durch den zwischen Schritt b) und d) auszuführenden Schritt c) Einfügen einer an die Innenseite des Mantels im Bereich des zweiten Endes (34) zur Anlage an dem Mantel angepassten zweiten optischen Einheit (42), die zur weiteren Konzentration des durch die erste optische Einheit (24) gebündelten Lichtes auf einen kleineren Bereich der Solarzelle (56) ausgebildet ist, durch das erste Ende hindurch und innenseitiges Befestigen derselben an dem zweiten Ende (34).
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US7910822B1 (en) | 2005-10-17 | 2011-03-22 | Solaria Corporation | Fabrication process for photovoltaic cell |
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US7910392B2 (en) | 2007-04-02 | 2011-03-22 | Solaria Corporation | Method and system for assembling a solar cell package |
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US7419377B1 (en) | 2007-08-20 | 2008-09-02 | Solaria Corporation | Electrical coupling device and method for solar cells |
US8049098B2 (en) | 2007-09-05 | 2011-11-01 | Solaria Corporation | Notch structure for concentrating module and method of manufacture using photovoltaic strips |
US7910035B2 (en) | 2007-12-12 | 2011-03-22 | Solaria Corporation | Method and system for manufacturing integrated molded concentrator photovoltaic device |
JP4986875B2 (ja) * | 2008-02-01 | 2012-07-25 | シャープ株式会社 | 太陽電池、および集光型太陽光発電モジュール |
AU2009208410B2 (en) * | 2008-02-01 | 2012-05-31 | Sharp Kabushiki Kaisha | Solar cell, concentrating solar power generation module, and solar cell manufacturing method |
US9331228B2 (en) | 2008-02-11 | 2016-05-03 | Suncore Photovoltaics, Inc. | Concentrated photovoltaic system modules using III-V semiconductor solar cells |
US8759138B2 (en) | 2008-02-11 | 2014-06-24 | Suncore Photovoltaics, Inc. | Concentrated photovoltaic system modules using III-V semiconductor solar cells |
US8093492B2 (en) | 2008-02-11 | 2012-01-10 | Emcore Solar Power, Inc. | Solar cell receiver for concentrated photovoltaic system for III-V semiconductor solar cell |
DE102008017370A1 (de) * | 2008-02-13 | 2009-08-27 | Solartec Ag | Photovoltaik-Vorrichtung, Herstellverfahren für Photovoltaik-Vorrichtung sowie Solaranlage |
DE102008013523B4 (de) * | 2008-03-07 | 2012-04-05 | Q-Cells Ag | Solarmodul mit optischer Konzentratoreinrichtung |
WO2010027083A1 (ja) * | 2008-09-08 | 2010-03-11 | シャープ株式会社 | 太陽電池、集光型太陽光発電モジュール、および、太陽電池製造方法 |
DE102008055475A1 (de) | 2008-12-04 | 2010-06-10 | Azur Space Solar Power Gmbh | Anordnung von untereinander verschalteten Solarzellen |
US9995507B2 (en) | 2009-04-15 | 2018-06-12 | Richard Norman | Systems for cost-effective concentration and utilization of solar energy |
DE202009007771U1 (de) | 2009-06-03 | 2009-08-20 | Danz, Rudi, Dr. habil. | Photovoltaik-Module zur Strahlungskonzentration |
US20110006163A1 (en) * | 2009-07-13 | 2011-01-13 | David Wait | Segmented parabolic concentrator for space electric power |
US9012771B1 (en) | 2009-09-03 | 2015-04-21 | Suncore Photovoltaics, Inc. | Solar cell receiver subassembly with a heat shield for use in a concentrating solar system |
US9806215B2 (en) | 2009-09-03 | 2017-10-31 | Suncore Photovoltaics, Inc. | Encapsulated concentrated photovoltaic system subassembly for III-V semiconductor solar cells |
CN102893415A (zh) * | 2010-02-10 | 2013-01-23 | 夸卓太阳能公司 | 集中光伏和热*** |
JP2012023099A (ja) * | 2010-07-12 | 2012-02-02 | Mitaka Koki Co Ltd | 太陽光発電モジュールおよび集光型太陽光発電システム |
US20120037206A1 (en) * | 2010-08-16 | 2012-02-16 | Richard Norman | Systems for cost effective concentration and utilization of solar energy |
CN103403469B (zh) | 2011-02-11 | 2015-11-25 | 海梅·卡塞列斯福尔内斯 | 直接太阳辐射收集与集中元件及面板 |
TWI552368B (zh) * | 2015-12-24 | 2016-10-01 | hong-ying Chen | High power condenser for solar cells |
PT3370264T (pt) * | 2017-03-01 | 2019-11-12 | Asvb Nt Solar Energy B V | Módulo de células solares |
Family Cites Families (9)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US4187123A (en) * | 1975-10-21 | 1980-02-05 | Diggs Richard E | Directionally controlled array of solar power units |
GB2046016B (en) * | 1979-03-30 | 1983-04-20 | Fiat Ricerche | Solar energy conversion unit |
JPS61292970A (ja) * | 1985-06-21 | 1986-12-23 | Hitachi Ltd | 太陽電池の放熱板 |
DE3741477A1 (de) * | 1987-12-08 | 1989-06-22 | Fraunhofer Ges Forschung | Konzentratoranordnung |
DK170125B1 (da) * | 1991-01-22 | 1995-05-29 | Yakov Safir | Solcellemodul |
JP3216549B2 (ja) * | 1996-10-11 | 2001-10-09 | トヨタ自動車株式会社 | 集光型太陽電池装置 |
US6057505A (en) * | 1997-11-21 | 2000-05-02 | Ortabasi; Ugur | Space concentrator for advanced solar cells |
DE19956878A1 (de) * | 1999-11-26 | 2001-06-07 | Hne Elektronik Gmbh & Co Satel | Photovoltaische Wandlereinrichtung |
EP1261039A1 (de) * | 2001-05-23 | 2002-11-27 | Université de Liège | Solar-Konzentrator |
-
2005
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WO2007036199A3 (de) | 2007-06-21 |
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