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Technisches Gebiet
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Die
vorliegende Erfindung betrifft eine zum Konzentrieren von einfallendem
Licht, insbesondere von Sonnenlicht, vorgesehene Vorrichtung, aufweisend
mindestens einen statisch montierten rinnen- oder wannenförmigen
Spiegelkörper, mittels dessen das einfallende Licht auf
mindestens ein photovoltaisches Absorbermittel, insbesondere auf
mindestens eine Solarzelle, zum Beispiel auf mindestens eine Solarzellenplatte
oder auf mindestens einen Solarzellenriegel, umlenkbar ist. (vgl.
Druckschrift
DE 202 20
390 U1 aus dem Stand der Technik).
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Stand der Technik
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Konventionelle,
sich heutzutage im Einsatz befindliche planare Photovoltaiksysteme
weisen großflächige Siliziummodule auf und sind
in der Herstellung sehr kostspielig, wobei die Produktionskosten
zur Zeit zu mehr als fünfzig Prozent durch die Kosten des
Siliziums bestimmt sind.
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Aus
diesem Grunde kommen in letzter Zeit vermehrt Photovoltaikkonzentratoren
zum Einsatz; hierbei werden als Konzentratoren der Lichtbündelung
dienende Vorrichtungen der geometrischen Optik bezeichnet, mittels
derer eine Vervielfachung der Strahlungsdichte und mithin eine Minimierung
von Absorberverlusten erzielbar ist.
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Aufgrund
des erhöhten Wirkungsgrads der photovoltaischen Systeme
kann durch eine verringerte Fläche an Solarzellen der Siliziumkostenanteil reduziert
und damit das Verhältnis der Solarzellenkosten zu den Gesamtkosten
gesenkt werden.
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Derartige
mit Linsen und/oder mit Spiegeln unterschiedlichster Art aufge baute
Konzentratorsysteme reduzieren zwar das Problem der hohen Siliziumkosten
um den Konzentrationsfaktor des Konzentrators (Faktor 10 bis zu
Faktor 1.000); jedoch sind derartige Konzentratorsysteme mit einem
wesentlich höheren mechanischen Aufwand verbunden, denn diese
Art der Lichtkonzentration erfordert eine relativ komplexe mechanische
Nachführung.
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Zumindest
in Mittel- und Nordeuropa haben sich derartige Konzentratoren aufgrund
des dortigen wolkigen Klimas bislang noch nicht durchgesetzt, denn
Konzentratoren nutzen hauptsächlich die direkte Strahlung.
Obwohl der Anteil der diffusen Strahlung an der Gesamtstrahlung
bis zu fünfzig Prozent betragen kann, bleibt die diffuse
Strahlung zumindest in nachgeführten Konzentratoren zumeist
ungenutzt.
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Hierbei
wird hinsichtlich der Bauform von Photovoltaikkonzentratoren primär
zwischen statischen Systemen und nachgeführten Systemen
unterschieden. Statische Konzentratoren werden wie übliche
Flach- oder Planarkollektoren fest montiert, weisen aber bauartbedingt
ein Konzentrationsverhältnis auf, das mit zunehmendem Akzeptanzwinkel der
Strahlung abnimmt.
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Durch
den großen Akzeptanzwinkel ist bei statischen Photovoltaiksystemen
jedoch eine begrenzte Nutzung des diffusen Lichts möglich.
Typischerweise liegt das Konzentrationsverhältnis bei eindimensionalen
statischen Konzentratoren im Bereich bis etwa 2. Aus diesem Grunde
sind der Platzbedarf und der Herstellungsaufwand bezogen auf den
Konzentrationsfaktor relativ hoch.
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Nachgeführte
Photovoltaiksysteme erreichen Konzentrationsfaktoren von über
100, allerdings ist hierfür eine sehr aufwändige
Mechanik und Steuerung erforderlich; dies gilt insbesondere für zweiachsig
nachgeführte Sys teme, so dass sich die Entwicklung derartiger
nachgeführter Photovoltaiksysteme hauptsächlich
auf große Anlagen beschränkt.
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Durch
die hohe Windlast ist bei nachgeführten Photovoltaiksystemen
eine stabile Abstützung erforderlich, so dass nachgeführte
Konzentratoren typischerweise einen hohen Flächenbedarf
aufweisen und eine Integration in Gebäuden kaum möglich
ist.
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Obwohl
auch diffuses Licht eine gewisse Helligkeit im Konzentrator erzeugt,
können des Weiteren hochkonzentrierende nachgeführte
Photovoltaiksysteme diese diffuse Strahlung kaum nutzen und eignen
sich somit hauptsächlich für sonnige Klimazonen,
zum Beispiel in Südeuropa.
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Prinzipiell
können nachgeführte Systeme mit höherem
Akzeptanzwinkel konzipiert werden, um diffuses Licht oder Streulicht
zu nutzen. Allerdings verringert sich dann das Konzentrationsverhältnis
und somit die Ausnutzung der direkten Strahlung. Hierdurch steigt
der relative Mehraufwand für die Nachführung und
für die Fixierung.
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Ausgehend
davon, dass für kleine bis mittlere Photovoltaiksysteme
vor allem in wolkigeren Klimazonen das Problem zugrunde liegt, dass
statische Konzentratoren zu niedrige Konzentrationsverhältnisse
erreichen, nachgeführte Konzentratoren jedoch einen sehr
hohen Aufwand für Nachführung und für Fixierung
benötigen, wird in der Druckschrift
DE 202 20 390 U1 ein semistatischer
Photovoltaik-Konzentrator vorgeschlagen, bei dem das Grundelement
ein statischer, fest montierter Spiegel ist, wohingegen der Absorber
mit den Solarzellen parallel zur Brennebene verschiebbar ist, wodurch
die Fokussierung auf die Absorberfläche erreicht wird.
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Aus
der Druckschrift
WO
89/05520 A1 ist eine Anordnung bekannt, bei der bei einem
Solarzellenmodul mehrere beidseitig wirksame Solarzellen vorgesehen
sind, die über einer Anordnung aus mehreren parallel zueinander
verlaufenden rinnenförmigen und im Querschnitt halbkreisförmigen
Spiegeln angeordnet sind; diese Spiegel lenken den neben den Solarzellen
einfallenden Teil der Solarstrahlung auf die Unterseite der Solarzellen
um.
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In
der Druckschrift
EP
0 059 464 A1 ist ein Solarkonzentrator mit einem Hohlspiegel
offenbart, der die Sonnenstrahlung auf eine zwischen dem Spiegel
und der Sonne befindliche Absorberfläche konzentriert.
Der Spiegel wird von einem massiven Block durchsichtigen Materials
gebildet, dessen Unterseite konvex gebogen und verspiegelt ist.
In oder auf der Oberseite des Blocks ist die Absorberfläche angeordnet.
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Aus
der Druckschrift
DE
195 08 071 A1 ist eine Anordnung bekannt, bei der bei einer
Solarzelle nach dem Prinzip der Thermovoltaik durch die Konzentration
der Sonnenstrahlen im Brennpunkt oder in der Brennlinie einer spiegelnden
Hohlrinne eine höhere Energieausbeute als bei flacher Anordnung
der Zellen erreicht wird.
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Den
vorstehend diskutierten Konzentratorsystemen ist ihr Effizienzverlust
bei Temperaturerhöhung im Betrieb sowie auch die Widerstandserhöhung
der Solarzellen bei Teilabschattung gemeinsam. Die Widerstandserhöhungen
durch Wärme und/oder durch Teilabschattung ziehen eine
Reduktion der Stromerzeugung nach sich, denn die Solarelemente sind
in Reihe geschaltet.
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Zusammenfassend
kann festgestellt werden, dass die bekannten Konzentratorsysteme
mechanisch komplex sind und einen hohen Wartungsaufwand erfordern,
wohingegen die heutzutage erhältlichen planaren Systeme
infolge des hohen Siliziumaufwands zu teuer sind.
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Daneben
gibt es auch Systeme, die aus Polysilizium-Photovoltaikmodulen und/oder
aus Dickschicht-Photovoltaikmodulen aufgebaut sind. Ein derartiger
Aufbau ist zwar preiswerter als ein Aufbau aus Silizium-Photovoltaikmodulen,
hat jedoch regelmäßig einen geringeren Wirkungsgrad.
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Darstellung
der vorliegenden Erfindung: Aufgabe, Lösung, Vorteile Ausgehend
von den vorstehend dargelegten Nachteilen und Unzulänglichkeiten sowie
unter Würdigung des umrissenen Stands der Technik liegt
der vorliegenden Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung
der eingangs genannten Art so weiterzubilden, dass eine signifikante
Kostenreduktion durch Einsatz eines Konzentratorsystems ohne bewegliche
Teile erzielbar ist.
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Diese
Aufgabe wird durch eine Vorrichtung mit den im Anspruch 1 angegebenen
Merkmalen gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen und zweckmäßige Weiterbildungen
der vorliegenden Erfindung sind in den Unteransprüchen
gekennzeichnet.
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Die
vorliegende Erfindung basiert grundsätzlich auf der Ausnutzung
der Defokussierung von Lichteinstrahlung; dies bedeutet bei konkaven,
insbesondere sphärisch gewölbten oder parabolisch
gewölbten, Spiegeln die Anordnung der photovoltaischen
Absorber oder Solarzellen unterhalb des Brennpunkts.
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Bei
sphärischen Spiegeln wird dieser Effekt durch die Kaustik
in sehr wesentlicher Weise unterstützt. Die Form eines
Parabolspiegels wird bei kleinen Öffnungswinkeln gut durch
eine sphärische Spiegelform angenähert. Ein Parabolspiegel
weist zwar im eigentlichen Sinne keine Kaustik auf, jedoch entsteht
ebenfalls eine Brennfläche, wenn das zu beleuchtende Objekt,
also die Solarzelle, unterhalb des Brennpunkts angebracht wird.
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Da
das photovoltaische Absorbermittel in Bezug auf den Spiegelkörper
erfindungsgemäß statisch montiert ist, ist für
die erfindungsgemäße Photovoltaik-Konzentratorvorrichtung
kein mechanisch-technologisch aufwändiges Herstellungsverfahren
erforderlich; vielmehr ist der mechanische Aufwand zur Herstellung,
insbesondere zur mechanischen Aufhängung, der einzelnen
Module vergleichbar mit dem oder geringer als der mechanische Aufwand
zur Herstellung heutzutage erhältlicher planarer Systeme.
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Infolge
der Nutzung der Kaustik und/oder der Brennfläche mindestens
einer auf einfache Weise bereitstellbaren sphärischen oder
parabolischen Spiegelfläche weist die vorliegende Erfindung
in bevorzugter Weiterbildung weder komplizierte Linsensysteme noch
geschliffene Oberflächen auf. Hierdurch wird ein mechanisch
stabiler modularer Aufbau ohne bewegliche Teile ermöglicht,
so dass eine Wartungsfreiheit des Gesamtsystems gegeben ist.
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Gemäß einer
vorteilhaften Weiterbildung der vorliegenden Erfindung wird durch
eine wannenförmigen Ausgestaltung der sphärischen
oder parabolischen Spiegelfläche eine signifikante Reduktion
der Abschattung erzielt. Hierbei kann die aktive Seite der Solarzellen
mit Vorteil der Spiegelfläche zugewandt sein, also in das
Innere des Spiegels gerichtet sein.
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Demzufolge
ist eine direkte Abschattung innerhalb der erfindungsgemäßen
Photovoltaik-Konzentratorvorrichtung nicht möglich, so
dass die Effizienz der Anordnung gemäß der vorliegenden
Erfindung gesteigert werden kann.
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Aufgrund
der vorzugsweise planaren Oberfläche des Konzentratorsystems
gemäß der vorliegenden Erfindung kann der Spiegel
fest auf einem Gebäude, vorzugsweise auf dem Dach eines
Gebäudes, montiert werden. Aufgrund der statischen Montage
kann das Konzentratorsystem gemäß der vorliegenden
Erfindung sogar einen Teil des Dachs ersetzen, was wiederum einen
erheblichen Kostenvorteil darstellt.
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Da
die erzielbare Leistung von Solarzellen mit steigender Temperatur
sinkt, ist es zweckmäßig, bei der Konzentratorvorrichtung
gemäß der vorliegenden Erfindung für
eine ausreichende Kühlung des Absorbers zu sorgen, zum
Beispiel mittels mindestens eines im optischen Körper integrierten
Wärmeabführungssystems, durch das nicht nur eine
wesentliche Steigerung der Effizienz des Photovoltaikprozesses oder
-vorgangs erreicht werden kann, sondern auch Wärmeenergie
zur anderweitigen Nutzung, beispielsweise zu Erhitzungs- oder Heizzwecken,
bereit gestellt werden kann.
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Hierzu
kann mindestens ein Kühlsystem, zum Beispiel mindestens
ein in das optische System integrierter Kühlkörper,
und/oder mindestens eine aktive Kühlung vorgesehen sein,
bei der der Photovoltaikabsorber durch ein vorbei fließendes
Kühlmittel gekühlt wird. Wie vorstehend bereits
angedeutet, bringt die aktive Kühlung gleichzeitig den
Vorteil mit sich, dass die aufgenommene Wärme beispielsweise für
Erhitzungs- oder Heizzwecke zusätzlich genutzt werden kann.
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Insgesamt
zeichnet sich die vorliegende Erfindung durch einen Konzentratoreffekt
in einem Körper oder Hohlkörper aus optisch transparentem
Material auf, wobei es sich um ein mechanisch einfach herstellbares
und ohne großen Aufwand montierbares System ohne mechanische
Nachführung handelt.
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Die
vorliegende Photovoltaikkonzentratorvorrichtung weist eine Fokussierung
auf eine Brennebene bzw. -fläche und/oder unterhalb einer
Brennebene bzw. -fläche auf, wobei zumindest im Falle des Einsatzes
einer sphärischen Verspiegelung des optischen Körpers
zusätzlich die Wirkung der Kaustik zum Tragen kommt.
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Mittels
der vorliegenden Erfindung ist eine Vervielfachung der Strahlungsdichte
und mithin eine Minimierung von Verlusten im Photovoltaikabsorber erzielbar,
womit eine Kostenreduktion der Photovoltaikmodule gegenüber
konventionellen Systemen um mehr als den Faktor 2 einher geht.
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Die
vorliegende Erfindung betrifft des Weiteren ein Photovoltaikfeld,
ein Photovoltaikpanel oder eine Photovoltaikplatte, aufweisend mehrere
Vorrichtungen gemäß der vorstehend dargelegten
Art, die modulartig zum Feld, zum Panel bzw. zur Platte zusammengesetzt
sein können und zweckmäßigerweise eine
gemeinsame optisch transparente Abdeckung aufweisen.
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Die
vorliegende Erfindung betrifft schließlich die Verwendung
mindestens einer Vorrichtung gemäß der vorstehend
dargelegten Art und/oder mindestens eines Photovoltaikfelds, mindestens
eines Photovoltaikpanels oder mindestens einer Photovoltaikplatte
gemäß der vorstehend dargelegten Art zum Konzentrieren
von einfallendem Licht, insbesondere von Sonnenlicht, auf mindestens
ein photovoltaisches Absorbermittel, insbesondere auf mindestens eine
Solarzelle, zum Beispiel auf mindestens eine Solarzellenplatte oder
auf mindestens einen Solarzellenriegel.
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Kurze Beschreibung der Zeichnungen
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Wie
bereits vorstehend erörtert, gibt es verschiedene Möglichkeiten,
die Lehre der vorliegenden Erfindung in vorteilhafter Weise auszugestalten
und weiterzubilden. Hierzu wird einerseits auf die dem Anspruch
1 nachgeordneten Ansprüche verwiesen, andererseits werden
weitere Ausgestaltungen, Merkmale und Vorteile der vorliegenden
Erfindung nachstehend anhand der durch 1A bis 5B veranschaulichten
Ausführungsbeispiele näher erläutert.
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Es
zeigt:
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1A in
schematischer Querschnittdarstellung einen Bestandteil eines Ausführungsbeispiels für
eine Vorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung;
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1B in
schematischer Querschnittdarstellung ein erstes Ausführungsbeispiel
für eine Vorrichtung gemäß der vorliegenden
Erfindung;
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2A in
schematischer Querschnittdarstellung einen Bestandteil eines Ausführungsbeispiels für
eine Vorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung;
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2B in
schematischer Querschnittdarstellung ein zweites Ausführungsbeispiel
für eine Vorrichtung gemäß der vorliegenden
Erfindung;
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2C in
schematischer Querschnittdarstellung ein drittes Ausführungsbeispiel
für eine Vorrichtung gemäß der vorliegenden
Erfindung;
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2D in
schematischer Querschnittdarstellung ein viertes Ausführungsbeispiel
für eine Vorrichtung gemäß der vorliegenden
Erfindung;
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3A in
schematischer Querschnittdarstellung einen Bestandteil der Vorrichtung
aus 1A und 1B;
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3B in
schematischer Querschnittdarstellung die Vorrichtung aus 3A bei
zentralem Lichteinfall;
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4A in
schematischer Querschnittdarstellung die Vorrichtung aus 3A bei
schrägem Lichteinfall auf den in 4A linken
Bereich der Vorrichtung;
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4B in
schematischer Querschnittdarstellung die Vorrichtung aus
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4A bei
schrägem Lichteinfall auf den in 4B rechten
Bereich der Vorrichtung;
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5A in
schematischer Querschnittdarstellung die Berechnungsgrundlage für
die Vorrichtung aus 5B; und
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5B in
schematischer Querschnittdarstellung ein drittes Ausführungsbeispiel
für eine Vorrichtung gemäß der vorliegenden
Erfindung.
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Gleiche
oder ähnliche Ausgestaltungen, Elemente oder Merkmale sind
in 1A bis 5B mit identischen
Bezugszeichen versehen.
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Bester Weg zur Ausführung
der vorliegenden Erfindung
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Zur
Vermeidung überflüssiger Wiederholungen beziehen
sich die nachfolgenden Erläuterungen hinsichtlich der Ausgestaltungen,
Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung (soweit nicht anderweitig
angegeben) auf sämtliche in 1A bis 5B dargestellten
exemplarischen Ausgestaltungen von Vorrichtungen 100, 100', 100'' gemäß der vorliegenden
Erfindung.
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Wie 1A entnehmbar
ist, weist der Photovoltaik-Konzentrator 100, 100', 100'' einen
sphärischen oder parabolischen Hohlspiegel 10,
zum Beispiel aus polierter Aluminiumoberfläche oder aus
verspiegeltem Polysterol, wie etwa aus verspiegelten Polysterolplatten,
auf, wobei der Hohlraum dieser Verspiegelung 10 mit einem
Medium, wie etwa mit einem Gas, zum Beispiel mit Luft, oder mit
einer transparenten Flüssigkeit, zum Beispiel mit Wasser,
oder mit einem optisch transparenten Material, ausgefüllt sein
kann.
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Die
in Bezug auf den Spiegelkörper 10 statisch montierten
(handelsüblichen Standard-)Solarzellen 20 befinden
sich unterhalb des Brennpunkts des Spiegels 10 in seiner
durch die Kaustik hervorgerufenen Brennfläche. In 1B ist
eine der möglichen Anordnungen des photovoltaischen Absorbermittels,
das heißt der Solarzellen 20 in der Brennebene
oder -fläche des Spiegels 10 dargestellt.
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Grundsätzlich
kann das photovoltaische Absorbermittel 20 im Wesentlichen
parallel (vgl. Ausführungsbeispiel gemäß 2B)
oder im Wesentlichen senkrecht (vgl. Ausführungsbeispiel
gemäß 2C) zur
Brennebene oder Brennfläche des Spiegelkörpers 10 angeordnet
sein. Auch eine beliebige,
- – insbesondere
beliebig zur Brennebene oder Brennfläche des Spiegel körpers 10 gewinkelte und/oder
- – insbesondere beliebig zueinander gewinkelte Anordnung
der photovoltaischen Absorbermittel 20 ist möglich
(vgl. Ausführungsbeispiel gemäß 2D).
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In 1B bildet
die gestrichelte Linie die sogenannte Hüllkurve (= Einhüllende
oder Enveloppe) der Kaustik, wobei unter der Hüllkurve
diejenige Kurve verstanden wird, die jede Kurve der Kurvenschar in
einem Punkt berührt. Die Brennfläche ist die Verlängerung
der strichpunktierten Linie.
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Der
Darstellung in 2A ist entnehmbar, dass das
Konzentratorsystem 100, 100', 100'' eine zum
Zwecke der Lichtdurchlässigkeit bzw. der optischen Transparenz
zum Beispiel aus (Acryl-)Glas gebildete Abdeckung 40 in
Form einer Abdeckplatte aufweist, die mit dem Hohlspiegel 10 verschraubt
ist und zum Beispiel einen optischen Brechungsindex n von etwa 1,5
oder höher aufweisen kann.
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Um
diffuses und/oder schräg einfallendes Licht besser auszunutzen,
kann die planare Abdeckung 40 (vgl. 2A, 5B)
mit mindestens einer dünnen Beschichtung, insbesondere
mit mindestens einer dünnen Folie und/oder mit mindestens
einer dünnen Schicht unterschiedlichster Herstellungsweise,
zur Lichtumlenkung versehen sein. Hierdurch ergibt sich eine äquivalente
oder vergleichbare Wirkungsweise wie bei Brechungseffekten an optisch unterschiedlich
dichten Medien.
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Durch
diese optionale technische Maßnahme kann der Winkelbereich
des schräg einfallenden Lichts vergrößert
werden. Die dünnen Folien und/oder dünnen Schichten
können
- – an der Oberseite
und/oder an der Unterseite der Abdeckung 40 oder
- – an der Oberseite eines massiven, optisch transparenten
Körpers 50 angeordnet sein.
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Um
die Effizienz der Photovoltaik- oder Solarzellen 20 zu
erhöhen, ist ein hohler, mit Gas, zum Beispiel mit Luft,
durchströmter oder von Flüssigkeit, zum Beispiel
von Wasser, durchflossener Kühlkörper 30 vorgesehen,
auf den die eine exemplarische Dimensionierung von fünfzehn
Millimetern aufweisenden Solarzellen 20 montiert sind (vgl. 2B).
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Kommerziell
sind Solarzellen als Platten im Format von etwa 150 Millimeter auf
etwa 150 Millimeter erhältlich; auch Solarzellen-Riegel
mit einer Dimensionierung von etwa 15 Millimeter auf etwa 150 Millimeter
sind kommerziell verfügbar und bei der vorliegenden Erfindung
einsetzbar.
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Dieses
mit Gas, zum Beispiel mit Luft, und/oder mit Flüssigkeit,
zum Beispiel mit Wasser, betriebene Kühlsystem ist grundsätzlich
optional, denn beim in 2B erzielbaren Konzentratorfaktor kann
zwar mit einem Kühlgehäuse, jedoch auch ohne Flüssigkeit
gearbeitet werden kann.
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Zwei
typische Strahlengänge der reflektierten Strahlung sind
in 3B sowie in 4A, 4B gezeigt:
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3A veranschaulicht
den prinzipiellen Strahlengang bei im Wesentlichen senkrecht einfallendem
Sonnenlicht, wohingegen 4A und 4B den
prinzipiellen Strahlengang bei einem Einfallwinkel der akzeptierten
Sonnenstrahlung von etwa zwanzig Grad zeigen.
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Wie 3A sowie 4A, 4B entnehmbar,
werden die Lichtstrahlen in der Brennfläche des sphärischen
oder parabolischen Spiegels 10 konzentriert und treffen
auf die in der Brennebene oder unterhalb der Brennebene angeordneten
Absorber oder Solarzellen 20, um einen großen
Ak zeptanzwinkel und eine gleichmäßige Ausleuchtung
der Absorberfläche 20 zu gewährleisten.
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Diese
Anordnung im Photovoltaik-Konzentrator 100, 100', 100'' ermöglicht
es, die Solarzellen 20 auch bei nicht senkrecht, sondern
schräg einfallendem Licht ohne Nachführung des
Konzentrators 100, 100', 100'' auszuleuchten.
Der Kaustikeffekt bewirkt des Weiteren auch bei Streulicht und/oder
bei diffusem Licht eine Lichtkonzentration in der Brennfläche
und mithin ein optimales photovoltaisches Verhalten nicht nur bei
direktem oder schrägem Lichteinfall, sondern auch bei diffusem
Licht und/oder bei Streulicht. Hierbei ist zu bedenken, dass schräg
einfallendes Licht und diffuses Licht den nordeuropäischen
Lichtverhältnissen am ehesten entspricht.
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Da
mit der Vorrichtung 100, 100', 100'' gemäß der
vorliegenden Erfindung Konzentrationsverhältnisse zwischen
etwa dem Faktor 2 und etwa dem Faktor 10 ohne weiteres realisierbar
sind (der konkrete Konzentrationsfaktor hängt unter anderem
von der Anordnung der Solarzellen 20 in der Brennfläche
ab), reduziert sich der Siliziumaufwand bei der vorliegenden Erfindung
gegenüber planaren Modulen um diesen Faktor, wodurch eine
erhebliche Kostenreduktion bewirkt wird. Im Ausführungsbeispiel
gemäß 2B ist
ein Verhältnis von etwa 1:3 wiedergegeben.
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In 5B ist
der Querschnitt eines Photovoltaik-Konzentratormoduls 100 gemäß der
vorliegenden Erfindung dargestellt. Diese modulförmige
Vorrichtung 100 weist einen konkaven rinnen- oder wannenförmigen,
im Querschnitt sphärisch oder parabelförmig gewölbten
Spiegel 10 sowie eine Deckplatte 40 auf, an deren
dem Spiegel 10 zugewandter Unterseite mittig der im Querschnitt
rechteckförmige Kühlkörper 30 befestigt
ist, in dessen unterem Bereich wiederum die Solarzellen 20 riegelförmig
seitlich angeordnet sind.
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Das
zum Beispiel unterhalb des Brennpunkts angeordnete Kühlelement 30 kann
aus Aluminium gebildet sein und eine exemplarische Dimensionierung
von fünfzehn Millimetern auf zwanzig Millimeter auf zwei
Millimeter aufweisen.
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Eine
derartige, anhand 5B veranschaulichte Anordnung 100 ist
mechanisch einfach und kostengünstig realisierbar, benötigt
keine Nachführung und hat eine geschlossene, ebene Oberfläche
in Form der Abdeckplatte 40, so wie dies auch bei konventionellen
planaren Systemen nicht unüblich ist.
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Da
aufgrund der Wirkung des Spiegels 10 und der damit einher
gehenden Kaustik der gesamte Konzentratorkörper 50 in
seinem Inneren erhellt ist, ist das anhand 1A bis 5B veranschaulichte System
auch im Wesentlichen unabhängig vom Problem der Teilabschattung,
die die Funktionsweise konventioneller planarer Systeme negativ
beeinflusst.
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Ein
Konzentratorfeld oder -panel gemäß der vorliegenden
Erfindung kann in seinem Aufbau eine Vielzahl der in 5B dargestellten
modulartigen Photovoltaikvorrichtungen 100 unter einer
geschlossenen Oberfläche aufweisen.
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Der
modulare Aufbau der vorliegenden Erfindung ermöglicht es
nicht nur, den Trägerkörper direkt in einem Trägerrahmen
zu montieren, sondern erlaubt auch den Einsatz von Solarzellen aus
anderen Materialen als Silizium. Dies unterscheidet den vorliegenden
Photovoltaik-Konzentrator sehr wesentlich von konventionellen Konzentratoraufbauten
und ist auch Voraussetzung für eine ”Servicefreundlichkeit” des
Systems.
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Ein
aufgebautes Photovoltaikfeld oder Photovoltaikpanel hat eine exem plarische
Fläche von etwa einem Quadratmeter und kann zum Beispiel zwanzig
Einzelmodule aufweisen, von denen jedes eine exemplarische Dimensionierung
von etwa einhundert Millimetern auf etwa fünfhundert Millimeter aufweist.
Eine äquivalente Anordnung kann auch mit Parabolspiegeln
aufgebaut werden.
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Aufgrund
seiner planaren Oberfläche kann ein derartiges Photovoltaikfeld
oder -panel fest auf einem Gebäude montiert werden, zum
Beispiel in das Dach eines Gebäudes integriert werden.
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- 100
- Vorrichtung
zum Konzentrieren von einfallendem Licht, insbesondere von Sonnenlicht
(= Ausführungsbeispiel gemäß 1B, 2B, 5B)
- 100'
- Vorrichtung
zum Konzentrieren von einfallendem Licht, insbesondere von Sonnenlicht
(= Ausführungsbeispiel gemäß 2C)
- 100''
- Vorrichtung
zum Konzentrieren von einfallendem Licht, insbesondere von Sonnenlicht
(= Ausführungsbeispiel gemäß 2D)
- 10
- Hohlspiegel
oder Spiegel, insbesondere Spiegelkörper oder Verspiegelung
- 20
- photovoltaisches
Absorbermittel, insbesondere Photovoltaikelement oder Solarzelle, zum
Beispiel Solarzellenplatte oder Solarzellenriegel
- 30
- Kühleinrichtung
oder Kühlmittel
- 40
- Abdeckung,
insbesondere Abdeckplatte oder Deckplatte
- 50
- Hohlkörper
oder Körper
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- - DE 20220390
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- - WO 89/05520 A1 [0014]
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- - WO 96/24014 A1 [0017]
- - WO 2004/109195 A2 [0017]