DE19634405C2 - solar module - Google Patents
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Description
Die Erfindung betrifft ein Solarmodul mit einer Licht-Aufspaltungseinheit, die einfallendes, mittels optischer Elemente konzentriertes Licht in Spektren zerlegt, bei dem die Strahlung zumindest eines Spektrums im Strahlungswellenbereich von 500 Nanometer bis 1 Mikrometer einer Solarzelle und die Strahlung eines zweiten, im Infrarot-Bereich liegenden Spektrums einer Wärmegewinnungsein heit zugeführt ist.The invention relates to a solar module with a light splitting unit, the incident light, concentrated by means of optical elements, is broken down into spectra, in which the radiation of at least one spectrum in the radiation wave range from 500 nanometers to 1 micrometer of a solar cell and the radiation of a second, in the infrared range of a heat recovery unit is supplied.
Ein Solarmodul dieser Art ist in der US 4 700 013 als bekannt ausgewiesen. Bei diesem bekannten Solarmodul wird Licht in Form einfallender Sonnenstrahlung zunächst mittels einer Fresnel-Linse konzentriert und mittels eines selektiven Spiegels in zwei Spektralanteile aufgeteilt, von denen der eine auf eine Solar zelle zur Erzeugung elektrischen Stromes und der andere auf eine Wärme gewinnungseinheit mit einer die Wärmestrahlung des Infrarotspektrums aufneh menden Flüssigkeit gelenkt wird. Die Solarzelle wird mittels eines Kühlkanals gekühlt, womit ein nicht geringer Aufwand verbunden ist.A solar module of this type is identified as known in US 4,700,013. at This well-known solar module is light in the form of incident solar radiation first concentrated using a Fresnel lens and using a selective one Mirror divided into two spectral components, one of which is on a solar cell to generate electrical current and the other to heat extraction unit with a heat radiation of the infrared spectrum liquid is directed. The solar cell is powered by a cooling channel cooled, which involves a lot of effort.
Auch bei einem in der US 4 350 837 gezeigten Wandlersystem für Solarenergie wird Licht eines bestimmten Wellenlängenbereichs mittels eines Konzentrators auf eine Anordnung von Solarzellen gerichtet, wobei ein paralleler Strahlengang erzeugt und eine Aufteilung in verschiedene Wellenlängenbereiche z. B. mittels eines Prismas erfolgt.Also in a converter system for solar energy shown in US 4,350,837 becomes light of a certain wavelength range by means of a concentrator directed to an arrangement of solar cells, with a parallel beam path generated and divided into different wavelength ranges z. B. means of a prism.
Es ist Aufgabe der Erfindung, ein Solarmodul der eingangs erwähnten Art zu schaffen, bei dem mit möglichst einfachen Mitteln ein möglichst hoher Wir kungsgrad erzielt wird.It is an object of the invention to provide a solar module of the type mentioned create, with the simplest possible means as high as possible efficiency is achieved.
Diese Aufgabe der Erfindung wird bei dem Solarmodul mit einer konvexen Linse oder einem Hohlspiegel mit logarithmischer Krümmung gelöst, die die von der Licht-Aufspaltungseinheit gebildeten Spektren konzentrieren. Auf diese Weise wird die für die Umwandlung in elektrische Energie benötigte Strahlung bei einfachem Aufbau mit hoher Ausbeute gewonnen und schädliche Wärmestrah lung weitgehend von der Solarzelle abgehalten und der Wärmegewinnungsein heit zugeführt.This object of the invention is achieved in the solar module with a convex lens or a concave mirror with logarithmic curvature solved by the Focus light-splitting spectra formed. In this way the radiation required for the conversion into electrical energy simple construction with high yield and harmful heat radiation largely prevented from the solar cell and the heat recovery supplied.
Ist nach einer Ausgestaltung der Erfindung vorgesehen, dass die optischen Ele mente ein konzentriertes, parallelisiertes Strahlenbündel abgeben, dann ist auf einfache Weise erreicht, dass der Energieumwandlungseinheit eine hohe Strahlungskonzentration zugeführt ist. Hierdurch kann der Wirkungsgrad des Solar moduls noch weiter gesteigert werden. Die Solarzelle beispielsweise ist nicht mehr durch den Grad der Wärmeeinwirkung, sondern nur noch durch den Ohm schen Widerstand der Leitungsführung begrenzt.Is provided according to an embodiment of the invention that the optical ele emit a concentrated, parallelized beam, then on easily achieved that the energy conversion unit has a high radiation concentration is fed. This can increase the efficiency of the solar module can be further increased. The solar cell, for example, is not more by the degree of heat, but only by the ohm limited resistance of the cable routing.
Vorteilhafterweise ist hierbei nach der Erfindung vorgesehen, dass das ein fallende 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 fokussierten Licht abgelenkt wird, und dass mit einer als optisches Element ausgebildeten zweiten konvexen Linse das fokussierte Licht zu einem parallelisierten Strahlenbündel umgewandelt wird, das der Energiege winnungseinheit zugeführt ist, wobei die beiden konvexen Linsen eine unter schiedliche Brennweite aufweisen. Es ist aber auch möglich, dass die optischen Elemente als Hohlspiegel ausgebildet sind. Mit diesen Anordnungen wird die Strahlung des einfallenden Lichtes je nach Wahl der Brennweite, der Linsen bzw. der Hohlspiegel und der hierfür verwendeten Materialien eine hohe Kon zentrierung des einfallenden Lichtes erreicht.It is advantageously provided according to the invention that the one falling light of a first convex lens designed as an optical element is supplied that with the first convex lens the incident light into one is focused on a focal point, and that with an as optical element formed second convex lens the focused light is converted into a parallelized beam of rays that the energy ge Recovery unit is supplied, the two convex lenses one below have different focal lengths. But it is also possible that the optical Elements are designed as concave mirrors. With these arrangements, the Radiation of the incident light depending on the choice of the focal length, the lenses or the concave mirror and the materials used for this have a high con the incident light is centered.
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. in this connection 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 opti schen Prisma den Vorteil, dass diskretere Strahlungsspektren erzeugt werden.It is conceivable that an optical prism or a light splitting unit optical grating is used. The optical grating has compared to the opti the prism that more discrete radiation spectra are generated.
Die Erfindung wird im folgenden anhand eines Ausführungsbeispiels, wie es in der Zeichnung gezeigt ist, näher erläutert.The invention is described in the following using an exemplary embodiment as described in the drawing is shown, explained in more detail.
In der Darstellung ist schematisch ein Solarmodul mit einer Licht-Aufspal tungseinheit 10 und einer Energieumwandlungseinheit in Form einer Solarzelle 18 dargestellt. Die Licht-Aufspaltungseinheit 10 ist vorliegend als optisches Glasprisma ausgebildet. Es ist jedoch auch möglich, ein optisches Gitter zu verwenden.The illustration schematically shows a solar module with a light splitting unit 10 and an energy conversion unit in the form of a solar cell 18 . 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 fokussierten Licht 14 abgelenkt. Das fokussierte 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 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 is designed here 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 travel. This optical element 12 is also a convex lens. The light beams captured by this optical element 12 are combined 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 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 Energieumwandlungseinheiten 18 zu betreiben. Im Ausfüh rungsbeispiel ist lediglich eine Energieumwandlungseinheit 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 im Bereich von 2,5 Mikrometer bis 800 Nanometer Wellenlänge auf die Solarzelle trifft. Eine Er wärmung der Solarzelle ist hierdurch ausgeschlossen. Die Solarzelle wird damit lediglich durch den Ohmschen Widerstand 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 conversion units 18 . In the exemplary embodiment, only one energy conversion 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 the 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 in the range from 2.5 micrometers to 800 nanometers wavelength hits the solar cell. This precludes heating of the solar cell. The solar cell is therefore only limited by the ohmic resistance 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 So larzelle zusammen betrieben, so ist stets eine räumliche Trennung des Stromerzeugungsbereiches, der der Solarzelle zugeordnet ist, und des Wärmeerzeu gungsbereiches 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 them. The heat recovery device can alternatively or together with the solar cell operated. Are the heat recovery device and the So lar cell operated together, there is always a spatial separation of the power generation area, which is assigned to the solar cell and the heat generator area created. With such an arrangement, the energy make optimal use of the incident light.
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 motors the solar module continuously towards the sun.
Claims (7)
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 (14) gelenkt wird, und
dass mit einer als optisches Element (12) ausgebildeten zweiten kon vexen Linse das fokussierte Licht (14) zu einem parallelisierten Strah lenbündel (16) umgewandelt wird, das der Licht-Aufspaltungseinheit (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 directed to a first convex lens formed as an optical element ( 11 ),
that with the first convex lens the incident light ( 13 ) is directed to a light ( 14 ) focused on a focal point ( 15 ), and
that with a second convex lens designed as an optical element ( 12 ), the focused light ( 14 ) is converted into a parallelized beam bundle ( 16 ) which is fed to the light splitting unit ( 10 ), the two convex lenses having a different focal length exhibit.
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| OP8 | Request for examination as to paragraph 44 patent law | ||
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| 8364 | No opposition during term of opposition | ||
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