DE19634405A1 - Solar module with light splitting unit - Google Patents

Solar module with light splitting unit

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Abstract

The unit (10) splits the impinging light (13) into spectra (20), and the radiation of at least one spectrum is supplied to an energy generating unit (18). Pref. the impinging light is guided to optical elements (11, 12), forming a concentrated beam of parallel type, supplied to the light splitting unit. Typically the impinging light is guided to a convex lens (11) for the light focussing to a focal point (15), while a second convex lens (12) the focussed light (14) is converted into a beam (16) of parallel type supplied to the energy generating unit. The two convex lenses have different focal lengths.

Description

Die Erfindung betrifft ein Solarmodul. Solarmodule werden eingesetzt, um aus Sonnenlicht Energie zu erzeugen. Beispielsweise werden Solarzellen oder Wärmetauscher der Sonnenstrahlung ausgesetzt. Bei den Solarzellen wird mit dem photovoltarschen Effekt die Lichtstrahlung in Strom umgewandelt. Bei Wärmetauschern werden beispielsweise Rohrleitungen dem Sonnenlicht aus­ gesetzt. In diesem zirkuliert Wasser, das sich erwärmt.The invention relates to a solar module. Solar modules are used to get out Sunlight to generate energy. For example, solar cells or Heat exchanger exposed to solar radiation. With the solar cells with the photovoltaic effect converts the light radiation into electricity. At Heat exchangers, for example, pipelines are exposed to sunlight set. Water circulates in it and heats up.

Um bei den Solarzellen eine hohe Stromerzeugung zu verwirklichen, wird das Sonnenlicht fokusiert. Bei dieser Vorgehensweise ist die Leistungsfähigkeit der Solarzelle durch die Wärmeeinwirkung des Sonnenlichts beschränkt.In order to achieve a high level of electricity generation from the solar cells, this will be Sunlight focuses. With this approach, the performance of Solar cell limited by the heat of sunlight.

Es ist Aufgabe der Erfindung, ein Solarmodul der eingangs erwähnten Art zu schaffen, bei dem der Wirkungsgrad verbessert ist. It is an object of the invention to provide a solar module of the type mentioned create in which the efficiency is improved.  

Diese Aufgabe der Erfindung wird dadurch gelöst, daß mit einer Licht- Aufspaltungseinheit, die einfallendes Licht in Spektren zerlegt, die Strahlung zumindest eines Spektrums einer Energiegewinnungseinheit zugeführt ist.This object of the invention is achieved in that with a light Splitting unit that breaks down incident light into spectra, the radiation at least one spectrum is supplied to an energy generation unit.

Die Erfindung macht sich die Erkenntnis zugrunde, daß verschiedene Ener­ giegewinnungseinheiten mit bestimmten Strahlungen arbeiten. So ist bei spielsweise bei Wärmegewinnungsanlagen der Infrarot-Bereich ausgenutzt. Dieser Infrarot-Bereich beeinflußt jedoch Solarzellen nachteilig. Mit dem Infrarot- Bereich wird eine Erwärmung der Solarzellen herbeigeführt. Diese reduziert die Leistungsfähigkeit. Solarzellen nutzen zur Stromerzeugung nur den Solarbereich des Lichtes aus. Dadurch, daß die Licht-Aufspaltungseinheit nun das einfallende Sonnenlicht in seine Spektren zerlegt, können die einzelnen Spektren gezielt der bestimmten Energiegewinnungseinheit zugeführt werden. Damit kann der Wir­ kungsgrad des Solarmoduls erheblich gesteigert werden.The invention is based on the knowledge that different energy casting units work with certain radiations. So is with for example, the infrared range is used in heat recovery systems. However, this infrared range adversely affects solar cells. With the infrared Area is caused to heat the solar cells. This reduces the Performance. Solar cells only use the solar area to generate electricity of the light. Because the light splitting unit now the incident Split sunlight into its spectra, the individual spectra can be targeted certain energy generation unit are supplied. With it, the we efficiency of the solar module can be increased significantly.

Ist nach einer Ausgestaltung der Erfindung vorgesehen, daß das einfallende Licht optischen Elementen zugeleitet ist, und daß die optischen Elemente ein konzentriertes, parallelisiertes Strahlenbündel abgeben, das der Licht- Aufspaltungseinheit zugeführt ist, dann ist auf einfache Weise erreicht, daß der Energiegewinnungseinheit eine hohe Strahlungskonzentration zugeführt ist. Hierdurch kann der Wirkungsgrad des Solarmoduls noch weiter gesteigert werden. Die Solarzelle beispielsweise ist nicht mehr durch den Grad der Wärmeeinwirkung, sondern nur noch durch den Ohm′schen Effekt der Lei­ tungsführung begrenzt.Is provided according to an embodiment of the invention that the incident Light optical elements is supplied, and that the optical elements emit concentrated, parallelized beams that the light Splitting unit is supplied, then it is easily achieved that the Energy generation unit is supplied with a high radiation concentration. As a result, the efficiency of the solar module can be increased even further will. The solar cell, for example, is no longer characterized by the degree of Exposure to heat, but only through the ohmic effect of lei management limited.

Vorteilhafterweise ist hierbei nach der Erfindung vorgesehen, daß das einfallende Licht einer als optisches Element ausgebildeten ersten konvexen Linse zugeleitet ist, daß mit der ersten konvexen Linse das einfallende Licht zu einem auf einen Brennpunkt fokusierten Licht abgelenkt wird, und daß mit einer als optisches Element ausgebildeten zweiten konvexen Linse das fokusierte Licht zu einem parallelisierten Strahlenbündel umgewandelt wird, das der Ener­ giegewinnungseinheit zugeführt ist, wobei die beiden konvexen Linsen eine unterschiedliche Brennweite aufweisen. Es ist aber auch möglich, daß die op­ tischen Elemente als konvexe Hohlspiegel ausgebildet sind. Mit diesen Anord­ nungen wird die Strahlung des einfallenden Lichtes je nach Wahl der Brenn­ weite, der Linsen bzw. der Hohlspiegel und der hierfür verwendeten Materialien eine hohe Konzentrierung des einfallenden Lichtes erreicht.It is advantageously provided according to the invention that the incident light of a first convex designed as an optical element Lens is supplied that the incident light with the first convex lens  a light focused on a focal point is deflected, and that with a the second convex lens designed as an optical element Light is converted into a parallel beam of rays that the Ener Giegewinnungseinheit is supplied, the two convex lenses one have different focal lengths. But it is also possible that the op table elements are designed as a convex concave mirror. With this arrangement The radiation of the incident light depends on the choice of the focal point wide, the lenses or concave mirror and the materials used for this achieved a high concentration of the incident light.

Eine Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, daß das der Licht-Aufspaltungs­ einheit zugeführte einfallende Licht von einem Planspiegel umgelenkt ist. Hierbei kann der Planspiegel justierbar sein, so daß eine Korrektur der Einstrahlrichtung des einfallenden Lichtes zu der Licht-Aufspaltungseinheit durchgeführt werden kann.An embodiment of the invention provides that the light splitting unit incoming incident light is deflected by a plane mirror. Here the plane mirror can be adjustable so that a correction of the direction of radiation of the incident light to the light splitting unit can.

Es ist aber auch möglich, mittels einer anderen, beliebig ausgestalteten Steuereinheit eine Ausrichtungskorrektur auf eine Veränderung der Einfalls­ richtung des einfallenden Lichtes durchzuführen. Hierfür können beispielsweise Schrittmotoren verwendet sein, die das gesamte Solarmodul oder nur Teile, beispielsweise die Licht-Aufspaltungseinheit, bewegen. Insbesondere wird die Ausrichtung auf die Sonnenwanderung im Verlauf eines Tages abgestimmt sein.However, it is also possible to use any other one Control unit made an alignment correction to a change in idea direction of the incident light. For example Stepper motors can be used, the entire solar module or only parts, for example, the light splitting unit. In particular, the Alignment with the sun's migration in the course of a day.

Es ist denkbar, daß als Licht-Aufspaltungseinheit ein optisches Prisma oder ein optisches Gitter verwendet ist. Das optische Gitter hat gegenüber dem op­ tischen Prisma den Vorteil, daß diskretere Strahlungsspektren erzeugt werden. It is conceivable that an optical prism or a as a light splitting unit optical grating is used. The optical grating has compared to the op table prism the advantage that more discrete radiation spectra are generated.  

Als Energiegewinnungseinheit kann eine Solarzelle bevorzugt in dem Spektrum angeordnet sein, das von der Licht-Ausspaltungseinheit abgegeben ist und im Strahlungswellenbereich von 500 Nanometer bis 1 Mikrometer liegt.A solar cell can preferably be used as the energy generation unit in the spectrum be arranged, which is emitted by the light-splitting unit and in Radiation wave range is from 500 nanometers to 1 micrometer.

Eine Wärmegewinnungseinheit ist bevorzugt in dem Spektrum, das durch den Infrarot-Bereich gebildet ist, lokalisiert.A heat recovery unit is preferred in the spectrum by the Infrared area is formed, localized.

Nach einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung ist vorgesehen, daß das Spek­ trum, das von der Licht-Aufspaltungseinheit abgegeben ist und im Strah­ lungswellenbereich, der durch das sichtbare Licht bestimmt ist, liegt, einer Beleuchtungseinheit zugeführt ist. Beispielsweise ist es denkbar, dieses Spektrum über eine konvexe Linse oder einen Konvexspiegel fokusieren und in einen Lichtwellenleiter einzuspeisen. Über diesen Lichtwellenleiter kann das sichtbare Licht dann an die gewünschte Stelle transportiert werden.According to a further preferred embodiment it is provided that the spec strum, which is emitted by the light splitting unit and in the beam tion wave range, which is determined by the visible light, is one Lighting unit is supplied. For example, this is conceivable Focus the spectrum over a convex lens or a convex mirror and in to feed an optical fiber. This can be done with this optical fiber visible light can then be transported to the desired location.

Die Erfindung wird im folgenden anhand eines Ausführungsbeispiels, wie es in der Zeichnung gezeigt ist, näher erläutert.The invention is described below using an exemplary embodiment, as in the drawing is shown, explained in more detail.

In der Darstellung ist schematisch ein Solarmodul mit einer Licht-Aufspal­ tungseinheit 10 und einer Energiegewinnungseinheit 18 dargestellt. Die Licht­ aufspaltungseinheit 10 ist vorliegend als optisches Glasprisma ausgebildet. Es ist jedoch auch möglich, ein optisches Gitter zu verwenden.In the illustration, a solar module with a light splitting unit 10 and an energy recovery unit 18 is shown schematically. In the present case, the light splitting unit 10 is designed as an optical glass prism. However, it is also possible to use an optical grating.

Einfallendes Sonnenlicht 13 wird mittels eines optischen Elementes 11, das vorliegend als konvexe Linse ausgebildet ist, zu dem fokusierten Licht 14 abgelenkt. Das fokusierte Licht 14 ist auf den Brennpunkt 15 gebündelt. In Lichtfortbewegungsrichtung hinter dem Brennpunkt 15 ist ein zweites optisches Element 12 angeordnet. Dieses optische Element 12 ist ebenfalls eine konvexe Linse. Die von diesem optischen Element 12 aufgefangenen Lichtstrahlen wer­ den zu einem parallelen Strahlenbündel 16 zusammengeführt. Mit den beiden optischen Elementen 11, 12 kann also eine Konzentration des einfallenden Lichtes 13 zu dem parallelisierten Strahlenbündel 16 erfolgen. Anstatt der konvexen Linsen können als optische Elemente auch zwei konvexe Hohlspiegel verwendet werden. Auch mit diesen läßt sich aus dem einfallenden Licht 13 ein parallelisiertes Strahlenbündel erzeugen. Wichtig ist hierbei jedesmal, daß die beiden optischen Elemente 11, 12 verschiedene Brennweiten aufweisen. Die Brennweite des optischen Elementes 11 ist dabei stets größer als die Brenn­ weite des optischen Elementes 12.Incident sunlight 13 is deflected to the focused light 14 by means of an optical element 11 , which in the present case is designed as a convex lens. The focused light 14 is focused on the focal point 15 . A second optical element 12 is arranged behind the focal point 15 in the direction of light propagation. This optical element 12 is also a convex lens. The light rays captured by this optical element 12 are brought together to form a parallel beam 16 . The two optical elements 11 , 12 can thus be used to concentrate the incident light 13 to form the parallelized beam 16 . Instead of the convex lenses, two convex concave mirrors can also be used as optical elements. With these, too, a parallelized beam of rays can be generated from the incident light 13 . It is important here that the two optical elements 11 , 12 have different focal lengths. The focal length of the optical element 11 is always larger than the focal length of the optical element 12 .

Das parallelisierte Strahlenbündel wird der Licht-Aufspaltungseinheit 10 zugeführt. Beim Durchtritt durch die Licht-Aufspaltungseinheit 10 wird das einfallende Licht 13 in seine Spektren 20 aufgeteilt. Diese Spektren stehen nun zur Verfügung, um Energiegewinnungseinheiten 18 zu betreiben. Im Ausfü­ hrungsbeispiel ist lediglich eine Energiegewinnungseinheit 18 dargestellt. Diese soll eine Solarzelle darstellen. Die Solarzelle ist im Spektrum 20 angeordnet, das eine Strahlung im Bereich zwischen 650 und 850 Nanometer Wellenlänge bein­ haltet. In diesem Strahlungsbereich, auch Solarbereich genannt, kann die Solarzelle individuell nach ihrer Beschaffenheit und Ausgestaltung so ange­ ordnet werden, daß sie mit der für sie optimalen Strahlung versorgt wird. Mit dieser Anordnung ist vermieden, daß Infrarot-Strahlung, welche im Bereich von 2,5 Mikrometer bis 800 Nanometer Wellenlänge angeordnet ist, auf die Solar­ zelle trifft. Eine Erwärmung der Solarzelle ist hierdurch ausgeschlossen. Die Solarzelle wird damit lediglich durch den Ohm′schen Effekt der Leitungsführung begrenzt. The parallelized beam is fed to the light splitting unit 10 . When passing through the light splitting unit 10 , the incident light 13 is divided into its spectra 20 . These spectra are now available to operate energy generation units 18 . In the exemplary embodiment, only one energy generation unit 18 is shown. This is said to represent a solar cell. The solar cell is arranged in the spectrum 20 , which contains radiation in the range between 650 and 850 nanometers wavelength. In this radiation area, also called solar area, the solar cell can be individually arranged according to its nature and configuration so that it is supplied with the radiation that is optimal for it. With this arrangement it is avoided that infrared radiation, which is arranged in the range from 2.5 micrometers to 800 nanometers in wavelength, strikes the solar cell. This prevents the solar cell from heating up. The solar cell is only limited by the ohmic effect of the cable routing.

In einer Weiterführung der Erfindung ist es möglich, in dem Infrarot-Bereich eine Wärmegewinnungseinrichtung anzuordnen. Die Wärmegewinnungseinrichtung wird dann nur durch die für sie maßgebenden Wärmestrahlungen beaufschlagt. Die Wärmegewinnungseinrichtung kann alternativ oder zusammen mit der Solar­ zelle betrieben werden. Werden die Wärmegewinnungseinrichtung und die Solarzelle zusammen betrieben, so ist stets eine räumliche Trennung des Stromerzeugungsbereiches, der der Solarzelle zugeordnet ist, und des Wärme­ erzeugungsbereiches geschaffen. Mit einer solchen Anordnung läßt sich die Energie des einfallenden Lichtes optimal ausnutzen.In a further development of the invention, it is possible to use one in the infrared range Arrange heat recovery device. The heat recovery device is then only exposed to the heat radiation that is decisive for it. The heat recovery device can alternatively or together with the solar cell operated. Will the heat recovery device and Solar cell operated together, there is always a spatial separation of the Power generation area, which is assigned to the solar cell, and the heat production area created. With such an arrangement, the Make optimal use of the energy of the incident light.

Weiterhin kann vorgesehen sein, daß das Spektrum des sichtbaren Lichtes einer Beleuchtungseinrichtung zugeführt ist. Hierbei kann das sichtbare Licht bei­ spielsweise gebündelt und über Lichtleitfasern an die gewünschten Beleuch­ tungsorte transportiert werden.Furthermore, it can be provided that the spectrum of visible light is one Lighting device is supplied. Here, the visible light can for example bundled and via optical fibers to the desired lighting locations are transported.

Um eine Ausrichtung des Solarmoduls auf den sich im Laufe eines Tages ver­ änderten Einstrahlwinkels der Sonne ausrichten zu können, wird eine aus der Zeichnung nicht ersichtliche Steuereinheit verwendet. Diese richtet mit Schrittmotoren das Solarmodul kontinuierlich zur Sonne aus.To align the solar module to the ver in the course of a day To be able to adjust the changed angle of incidence of the sun becomes one of the Drawing not visible control unit used. This adjusts Stepping the solar module continuously towards the sun.

Claims (11)

1. Solarmodul mit einer Licht-Aufspaltungseinheit (10), die einfallendes Licht (13) in Spektren (20) zerlegt, bei dem die Strahlung zumindest eines Spektrums (20) einer Energiegewinnungseinheit (18) zugeführt ist.1. Solar module with a light splitting unit ( 10 ), which splits incident light ( 13 ) into spectra ( 20 ), in which the radiation of at least one spectrum ( 20 ) is fed to an energy generation unit ( 18 ). 2. Solarmodul nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das einfallende Licht (13) optischen Elementen (11, 12) zugeleitet ist, und daß die optischen Elemente (11, 12) ein konzentriertes, parallelisiertes Strahlenbündel (16) abgeben, das der Licht-Aufspaltungseinheit (10) zugeführt ist.2. Solar module according to claim 1, characterized in that the incident light ( 13 ) optical elements ( 11 , 12 ) is fed, and that the optical elements ( 11 , 12 ) emit a concentrated, parallelized beam ( 16 ) that the light - Splitting unit ( 10 ) is supplied. 3. Solarmodul nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das einfallende Licht (13) einer als optisches Element (11) ausge­ bildeten ersten konvexen Linse zugeleitet ist, daß mit der ersten konvexen Linse das einfallende Licht (13) zu einem auf einen Brennpunkt (15) fokusierten Licht abgelenkt wird, und daß mit einer als optisches Element (12) ausgebildete zweiten konvexen Linse das fokusierte Licht (14) zu einem parallelisierten Strahlenbündel (16) umgewandelt wird, das der Energiegewinnungseinheit (10) zugeführt ist, wobei die beiden konvexen Linsen eine unterschiedliche Brennweite aufweisen. 3. Solar module according to claim 2, characterized in that the incident light ( 13 ) is fed out as an optical element ( 11 ) formed first convex lens, that with the first convex lens, the incident light ( 13 ) to a focus ( 15 ) focused light is deflected, and that with a second convex lens designed as an optical element ( 12 ) the focused light ( 14 ) is converted into a parallelized beam ( 16 ) which is supplied to the energy generation unit ( 10 ), the two convex Lenses have different focal lengths. 4. Solarmodul nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die optischen Elemente (11, 12) als konvexe Hohlspiegel ausgebildet sind.4. Solar module according to claim 2, characterized in that the optical elements ( 11 , 12 ) are designed as a convex concave mirror. 5. Solarmodul nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß das der Licht-Aufspaltungseinheit (10) zugeführte einfallende Licht (13) von einem Planspiegel umgelenkt ist.5. Solar module according to one of claims 1 to 4, characterized in that the incident light ( 13 ) supplied to the light splitting unit ( 10 ) is deflected by a plane mirror. 6. Solarmodul nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß mittels einer Steuereinheit eine Ausrichtungskorrektur auf eine Veränderung der Einfallsrichtung des einfallenden Lichtes (13) durchführbar ist.6. Solar module according to one of claims 1 to 5, characterized in that an alignment correction to a change in the direction of incidence of the incident light ( 13 ) can be carried out by means of a control unit. 7. Solarmodul nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Licht-Aufspaltungseinheit (10) ein optisches Prisma oder ein optisches Gitter ist.7. Solar module according to one of claims 1 to 6, characterized in that the light splitting unit ( 10 ) is an optical prism or an optical grating. 8. Solarmodul nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß in dem Spektrum (20), das von der Licht-Aufspaltungseinheit (10) abgegeben ist und im Strahlungswellenbereich von 500 Nanometer bis 1 Mikrometer liegt, eine Solarzelle als Energiegewinnungseinheit (18) angeordnet ist. 8. Solar module according to one of claims 1 to 7, characterized in that in the spectrum ( 20 ), which is emitted by the light splitting unit ( 10 ) and is in the radiation wave range of 500 nanometers to 1 micrometer, a solar cell as an energy recovery unit ( 18 ) is arranged. 9. Solarmodul nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß in dem Spektrum (20), das von der Licht-Aufspaltungseinheit (10) abgegeben ist und im Strahlungswellenbereich, der durch den Infrarot- Bereich bestimmt ist, liegt, eine Wärmegewinnungseinheit angeordnet ist.9. Solar module according to one of claims 1 to 8, characterized in that in the spectrum ( 20 ), which is emitted by the light splitting unit ( 10 ) and in the radiation wave range, which is determined by the infrared range, is a heat recovery unit is arranged. 10. Solarmodul nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß das Spektrum (20), das von der Licht-Aufspaltungseinheit (10) abge­ geben ist und im Strahlungswellenbereich, der durch das sichtbare Licht bestimmt ist, liegt, einer Beleuchtungseinheit zugeführt ist.10. Solar module according to one of claims 1 to 9, characterized in that the spectrum ( 20 ) which is given by the light splitting unit ( 10 ) and in the radiation wave range, which is determined by the visible light, is supplied to an illumination unit is. 11. Solarmodul nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß das von der Licht-Aufspaltungseinheit (10) abgegebene Spektrum (20), das den Strahlungswellenbereich des sichtbaren oder des Infrator- Bereiches bildet, mittels einer konvexen Linse oder eines Konvexspiegels mit logarithmischer Krümmung konzentriert ist.11. Solar module according to claim 10, characterized in that the spectrum ( 20 ) emitted by the light splitting unit ( 10 ), which forms the radiation wave range of the visible or of the infrared range, is concentrated by means of a convex lens or a convex mirror with a logarithmic curvature .
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