DE4016665A1 - Light concentrator for photocell - augments direct incident light with light refracted through ring of hologram sectors - Google Patents

Light concentrator for photocell - augments direct incident light with light refracted through ring of hologram sectors

Info

Publication number
DE4016665A1
DE4016665A1 DE4016665A DE4016665A DE4016665A1 DE 4016665 A1 DE4016665 A1 DE 4016665A1 DE 4016665 A DE4016665 A DE 4016665A DE 4016665 A DE4016665 A DE 4016665A DE 4016665 A1 DE4016665 A1 DE 4016665A1
Authority
DE
Germany
Prior art keywords
optical elements
photocells
arrangement according
light
photocell
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
DE4016665A
Other languages
German (de)
Inventor
Guenther Dausmann
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Holtronic GmbH
Original Assignee
Holtronic GmbH
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Holtronic GmbH filed Critical Holtronic GmbH
Priority to DE4016665A priority Critical patent/DE4016665A1/en
Publication of DE4016665A1 publication Critical patent/DE4016665A1/en
Withdrawn legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L31/00—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
    • H01L31/04—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof adapted as photovoltaic [PV] conversion devices
    • H01L31/054—Optical elements directly associated or integrated with the PV cell, e.g. light-reflecting means or light-concentrating means
    • H01L31/0543—Optical elements directly associated or integrated with the PV cell, e.g. light-reflecting means or light-concentrating means comprising light concentrating means of the refractive type, e.g. lenses
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L31/00—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
    • H01L31/04—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof adapted as photovoltaic [PV] conversion devices
    • H01L31/054—Optical elements directly associated or integrated with the PV cell, e.g. light-reflecting means or light-concentrating means
    • H01L31/0547—Optical elements directly associated or integrated with the PV cell, e.g. light-reflecting means or light-concentrating means comprising light concentrating means of the reflecting type, e.g. parabolic mirrors, concentrators using total internal reflection
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E10/00—Energy generation through renewable energy sources
    • Y02E10/50—Photovoltaic [PV] energy
    • Y02E10/52—PV systems with concentrators

Abstract

The prodn. of electrical energy from photocells utilises a technique of constructing lens-like optical elements (18), e.g. holograms, concentrating light on to the surface of small photocells (19). The optical elements are constructed in sectors to form a ring (18), which refracts incident light into a transparent medium (10), e.g. glass. The light may be deflected on to the rear of the photocell through total internal reflection and be augmented by light falling directly on the cell. ADVANTAGE - Efficient conversion through light concentration. Simple, economic prodn.

Description

Die Erfindung betrifft eine Fotozellenanordnung zur Erzeugung elektrischer Energie mit einem optischen Element mit Linsencharakteristik, das das einfallende Licht auf die diesem zugeordnete Fotozelle mit kleinerer Fläche konzentriert.The invention relates to a photocell arrangement for Generation of electrical energy with an optical element with lens characteristic that the incident light on the associated photocell with a smaller area concentrated.

Solarenergie läßt sich durch Fotozellen auf Siliciumbasis in elektrische Energie umwandeln. Enthalten die Fotozellen kristallines Silicium, läßt sich etwa 10 Prozent der einfallenden Lichtenergie in elektrische Energie umsetzen. Der Wirkungsgrad der Solarenergieausbeutung läßt sich verbessern, wenn die Fotozellen amorphes Silicium in bestimmter Verteilung enthalten. Derartige Fotozellen sprechen unterschiedlich auf das spektrale Licht an, so daß sich bei einer entsprechenden Spektralaufteilung und Beauf­ schlagung der Fotozellen eine Wirkungsgradsteigerung bis etwa 20 Prozent erreichen läßt.Solar energy can be generated using silicon-based photocells convert into electrical energy. Contain the photocells crystalline silicon, can be about 10 percent of the convert incident light energy into electrical energy. The efficiency of solar energy exploitation can be improve when the photocells in amorphous silicon certain distribution included. Such photocells respond differently to the spectral light, so that with a corresponding spectral division and Beauf striking the photocells an increase in efficiency up can reach about 20 percent.

Bei Solarkraftwerken mit Fotozellen als Energieelementen sind die Fotozellen auf Siliciumbasis die teuersten Komponenten. Werden zur Konzentration des Lichts optische Elemente eingesetzt, würde dies zwar zu einem gewissen Verlust der an sich möglichen Energieausbeute, der etwa im Bereich von 20 Prozent liegt, aber durch die geringeren Investitionskosten für die Fotozellen ausgeglichen werden kann. In solar power plants with photocells as energy elements silicon-based photocells are the most expensive Components. Become optical to concentrate the light If elements were used, this would to some extent Loss of the possible energy yield, which is approximately in the Range is 20 percent, but due to the lower Investment costs for the photocells can be offset can.  

Um die mit Fotozellen zu bedeckenden Flächen zu verringern, kann ein Konzentrationsverhältnis von 1 : 2 und bis etwa 1 : 4 gewählt werden, weil bei höherer Konzentration zu viel Wärme entsteht, die die Lebensdauer der Fotozellen stark herabsetzt. Höhere Konzentrationen sind eventuell bei Fotozellen aus anderen Materialien oder bei anderer Materialanordnung möglich.To reduce the area to be covered with photocells, can have a concentration ratio of 1: 2 and up to about 1: 4 should be chosen because too much at a higher concentration Heat is generated, which greatly increases the lifespan of the photocells belittles. Higher concentrations may be in the Photocells made of other materials or other Material arrangement possible.

Eine Fotozellenanordnung der eingangs angegebenen Art ist aus der US-PS 42 04 881 bekannt. Aus dieser Veröffent­ lichung ist auch das Prinzip und die Theorie der Konzentration des einfallenden Lichts mit Hilfe von optischen Elementen auf Flächen kleinere Fotozellen und die Beaufschlagung von auf Licht unterschiedlicher Wellenlängen ansprechende Fotozellen mit entsprechend spektral zerlegtem Licht bekannt, so daß auch insoweit auf diese Veröffent­ lichung verwiesen werden kann.A photocell arrangement of the type specified is known from US-PS 42 04 881. From this published is also the principle and theory of Concentration of the incident light with the help of optical elements on surfaces smaller photocells and the Exposure to light of different wavelengths responsive photocells with spectrally disassembled Light known, so that also in this respect published can be referenced.

Die US-PS 42 04 881 offenbart darüber hinaus außerordent­ lich raumaufwendige und schwer zu justierende Fotozellen­ anordnungen, so daß es Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist, eine Fotozellenanordnung der eingangs angegebenen Art zu schaffen, die sich mit verringertem Aufwand in wirtschaftlicher Weise herstellen läßt.The US-PS 42 04 881 also discloses extraordinarily photocells that are space-consuming and difficult to adjust arrangements so that it is the object of the present invention is a photocell arrangement of the type specified at the outset to create that with reduced effort in can be produced economically.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe bei einer Fotozellen­ anordnung der gattungsgemäßen Art nach einem ersten Vorschlag dadurch gelöst, daß mehrere optische Elemente auf einem Träger derart nebeneinander angeordnet sind, daß sie einen Ring mit die optischen Elemente enthaltenden Sektoren bilden, und daß in einer parallelen Ebene zu den optischen Elementen, deren Abstand von diesen durch die dem gewählten Konzentrationfaktor entsprechende Brennweite bestimmt ist, Fotozellen auf einem Träger angeordnet sind. Diese Anordnung ist insofern einfach, als sie aus zwei parallel zueinander angeordneten Trägern besteht, wobei zweckmäßiger­ weise beide Träger Platten aus transparentem Material, vorzugsweise Glas sind.According to the invention, this object is achieved with a photocell arrangement of the generic type after a first Proposal solved in that several optical elements a carrier are arranged side by side so that they a ring with sectors containing the optical elements form, and that in a plane parallel to the optical Elements whose distance from these by the chosen one Concentration factor corresponding focal length is determined Photocells are arranged on a carrier. These Arrangement is simple in that it consists of two in parallel  there are mutually arranged carriers, more expedient wise both carrier plates made of transparent material, are preferably glass.

Zweckmäßigerweise sind die Fotozellen in dem Feld der parallelen Ebene angeordnet, das in senkrechter Projektion von den ringförmig angeordneten optischen Elementen eingefaßt wird. Diese Anordnung hat zusätzlich den Vorteil, daß das durch den Raum zwischen den ringförmig angeordneten optischen Elementen einfallende Licht unmittelbar auf die Fotozellen trifft und zusätzlich benutzt werden kann.The photocells are expediently in the field of parallel plane arranged in a vertical projection of the ring-shaped optical elements is bordered. This arrangement has the additional advantage that that is arranged through the space between the rings light incident directly on the optical elements Photo cells meet and can also be used.

Die Anordnung der optischen Elemente und der Fotozellen in zwei zueinander parallelen Ebenen auf entsprechenden Trägern führt zwar zu einer baulichen Vereinfachung bekannter Fotozellenanordnungen, ist aber wegen des erforderlichen Zweiplattenaufbaus immer noch aufwendig und wegen der notwendigen Justierung der beiden Platten zueinander schwierig herzustellen. Nach einer weiteren bevorzugten Lösung der gestellten Aufgabe ist daher vorgesehen, daß ein plattenförmiger Träger aus transparentem Material auf seiner in Richtung des einfallenden Lichts gesehenen hinteren Seite mit mehreren ringförmig angeordneten reflektierenden optischen Elementen versehen ist, daß die diesen zugeordneten Fotozellen auf der hinteren Seite des Trägers in der von den ringförmig angeordneten optischen Elementen eingefaßten Fläche angeordnet sind und daß die optischen Elemente das im wesentlichen senkrecht einfallende Licht unter einem so großen Winkel reflektieren, daß an der Vorderseite des Trägers Totalreflektion eintritt und das Licht mit dem der Linsencharakteristik entsprechenden Konzentrations­ verhältnis auf die Fotozellen reflektiert wird. Diese Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Fotozellenanordnung weist den großen Vorteil auf, daß sie nur aus einer einzigen Trägerplatte besteht, so daß die Anorndnung nicht nur wesentlich leichter und raumsparender ist, sondern darüber hinaus sich auch leicht in der Weise justieren läßt, daß die optischen Elemente mit hohem Genauigkeitsgrad die diesen zugeordneten Fotozellen mit dem konzentrierten Licht beaufschlagen. Bei dieser Anordnung darf nun an der hinteren Seite der Trägerplatte nicht wiederum Totalreflektion auftreten, da der hier auftreffende konzentrierte Lichtstrahl die Fotozelle beaufschlagen soll. Um dies zu erreichen, wird die Fotozelle mit einem die Totalreflektion aufhebenden Mittel an der Glasscheibe befestigt. Derartige Mittel sind bekannt und bestehen beispielsweise aus entsprechenden Klebern oder Beschichtungen, nämlich Materialien, die einen entsprechenden, beispielsweise dem Glas der Trägerplatte, angepaßten Brechungsindex haben. Diese Art der Anpassung des Brechungsindexes ist unter dem Begriff Indexmatching bekannt und braucht daher hier nicht näher beschrieben werden.The arrangement of the optical elements and the photocells in two mutually parallel levels on corresponding Carriers lead to a structural simplification known photocell arrangements, but is because of the required two-plate construction is still complex and because of the necessary adjustment of the two plates difficult to manufacture to each other. After another preferred solution to the problem is therefore provided that a plate-shaped carrier transparent material on its towards the incident light seen rear side with several reflective optical elements arranged in a ring is provided that the photocells assigned to them the back of the carrier in the of the ring-shaped arranged optical elements bordered surface are arranged and that the optical elements in the essentially perpendicular incident light under such a large angle reflect that at the front of the Total reflection occurs and the light with that of the Lens characteristic corresponding concentration ratio is reflected on the photocells. These Design of the photocell arrangement according to the invention has the great advantage that it consists of only one single carrier plate, so that the arrangement is not  is only much lighter and more space-saving, but also adjust easily in the way lets the optical elements with high degree of accuracy the photocells assigned to them with the concentrated one Apply light. With this arrangement, the not turn back side of the carrier plate Total reflection occur because the one hitting here concentrated light beam is to act on the photocell. To achieve this, the photocell is equipped with a die Total reflection canceling agent on the glass pane attached. Such means are known and exist for example from appropriate adhesives or Coatings, namely materials that unite corresponding, for example the glass of the carrier plate, have an adjusted refractive index. That kind of adjustment the refractive index is under the term index matching known and therefore need not be described here will.

Statt der Mittel zum Indexmatching oder zusätzlich zu diesen kann auch ein entsprechendes Hologramm auf die hintere Seite des Trägers angebracht werden, das die gleiche die Brechung beeinflussende Wirkung hat.Instead of the means for index matching or in addition to a corresponding hologram can also be applied to the rear side of the carrier which the has the same effect on refraction.

Nach einer besonders vorteilhaften Ausgestaltung dieser zweiten Ausführungsform der Erfindung ist vorgesehen, daß auf der den reflektierenden optischen Elementen gegenüber­ liegenden Einfallsseite des Trägers transparente optische Elemente in entsprechender Ringform angeordnet sind, die auch diffuses Licht derart brechen, daß dieses im wesentlichen auf die reflektierenden optischen Elemente fällt. Diese Ausgestaltung ist insbesondere für Fotozellen­ anordnungen vorteilhaft, die in Gegenden mit großem diffusen Lichtanteil eingesetzt werden sollen. Der Wirkungsgrad der Fotozellenanordnung kann dadurch beträchtlich gesteigert werden, daß einfallendes diffuses Licht so ausgerichtet wird, daß es im wesentlichen senkrecht auf die reflektierenden optischen Elemente fällt, also wie das Licht, das aus einer direkten Sonneneinstrahlung resultiert.According to a particularly advantageous embodiment of this second embodiment of the invention provides that on the opposite of the reflective optical elements lying incident side of the support transparent optical Elements are arranged in a corresponding ring shape also refract diffuse light in such a way that it essentially on the reflective optical elements falls. This configuration is particularly for photocells arrangements advantageous in areas with large diffuse light should be used. The Efficiency of the photocell arrangement can thereby be significantly increased that incident diffuse  Light is oriented so that it is essentially falls perpendicularly onto the reflective optical elements, so like the light coming from a direct Sun exposure results.

Nach einer dritten Ausführungsform der Erfindung ist zur Lösung der Aufgabe vorgesehen, daß ein plattenförmiger Träger aus transparentem Material auf seiner Einfallsseite mit ringförmig angeordneten transparenten optischen Elementen versehen ist und in der von diesen eingefaßten Fläche der Einfallsseite die Fotozellen angeordnet sind und daß die optischen Elemente das einfallende Licht unter einem derartigen Winkel brechen, daß es an der hinteren Seite des Trägers total reflektiert wird und mit einer den Charakter der optischen Elemente entsprechenden Konzentration auf die Fotozellen fällt. Diese Anordnung ist im wesentlichen eine Umkehrung der zweiten erfinderischen Ausführungsform, wobei jedoch statt der reflektierenden optischen Elemente transparente optische Elemente vorgesehen sind.According to a third embodiment of the invention Solution of the task provided that a plate-shaped Carrier made of transparent material on its entry side with transparent optical rings arranged in a ring Elements is provided and in the bordered by them Surface of the entrance side the photocells are arranged and that the optical elements under the incident light break at such an angle that it is at the rear Side of the wearer is totally reflected and with one Corresponding to the character of the optical elements Concentration on the photocells falls. This arrangement is essentially an inversion of the second inventive Embodiment, however, instead of the reflective optical elements transparent optical elements are provided.

Die hintere Seite des Trägers kann auch verspiegelt sein, so daß größere Freiheit in der Wahl des Reflektionswinkels besteht, da dieser nicht von der Totalreflektion an der Hinterseite der Platte abhängt. Statt einer Verspiegelung kann auf die hintere Seite auch ein Hologramm mit entsprechender Charakteristik aufgebracht werden.The rear side of the carrier can also be mirrored, so that greater freedom in the choice of the angle of reflection exists because it does not depend on the total reflection at the Depends on the back of the plate. Instead of a mirror can also have a hologram on the back appropriate characteristics are applied.

Zweckmäßigerweise bestehen die optischen Elemente aus Fresnelschen Linsen, Lentikularlinsen oder Hologrammen mit Linsencharakteristik. Diese optischen Elemente sind bekannt und brauchen daher hier nicht näher beschrieben zu werden.The optical elements expediently consist of With Fresnel lenses, lenticular lenses or holograms Lens characteristics. These optical elements are known and therefore need not be described in more detail here.

Die optischen Elemente können auch aus konventionellen Glaslinsen bzw. Linsenpreßlingen bestehen. The optical elements can also be conventional Glass lenses or lens compacts exist.  

Soweit nicht in Transmission, sondern mit Reflektion gearbeitet wird, sind reflektierende optische Elemente mit entsprechenden konzentrierenden Eigenschaften zu wählen.So far not in transmission, but with reflection reflective optical elements are used to choose appropriate concentrating properties.

Die Linsen bestehen zweckmäßigerweise aus Off-Axis-Linsen bzw. entsprechenden optischen und reflektierenden Elementen, die auch zu einer Spektralzerlegung des einfallenden Lichts führen. Wird mit einer Spektral­ zerlegung des Lichts gearbeitet, werden zur Erhöhung des Wirkungsgrades Fotozellen eingesetzt, die bei unter­ schiedlichem Spektralanteil die höchste Energieausbeute bieten und daher zu einer Erhöhung des Wirkungsgrades führen.The lenses expediently consist of off-axis lenses or corresponding optical and reflective Elements that also lead to a spectral decomposition of the lead incident light. Will be with a spectral decomposing the light, are used to increase the Efficiency photocells used at under different spectral component the highest energy yield offer and therefore an increase in efficiency to lead.

Zweckmäßigerweise bestehen die Trägerplatten aus Glas. Selbstverständlich kann auch anderes geeignetes Material verwendet werden.The carrier plates expediently consist of glass. Of course, other suitable material can also be used be used.

Nach einer erfinderischen Ausführungsform ist vorgesehen, daß die Linsen in den Sektoren eines gleichmäßigen Sechsecks angeordnet sind. Diese sechseckige Ausgestaltung der Fotozellenanordnung erlaubt es, diese dicht an dicht in großer Anzahl wabenförmig anzuordnen, was zu einer optimalen Energieausbeute pro Flächeneinheit führt. Es können auch Ausführungen mit quadratischen oder dreieckigen Feldern gewählt werden, die ebenfalls eine vollständige Flächenbedeckung gestatten.According to an inventive embodiment, that the lenses in the sectors of a uniform Hexagons are arranged. This hexagonal shape The photocell arrangement allows them to be packed tightly together arrange a large number in a honeycomb shape, resulting in a leads to optimum energy yield per unit area. It can also be used with square or triangular versions Fields are chosen, which is also a complete Allow area coverage.

Entsprechend sind auch die Fotozellen zweckmäßigerweise durch die Sektoren eines Sechsecks gebildet. In den mittleren Bereichen können sich die Fotozellen in den Sektoren auch überlappen.The photocells are also expedient accordingly formed by the sectors of a hexagon. In the The photocells can be located in the middle areas Sectors also overlap.

Statt der vorteilhaften sechseckigen Ausgestaltung der Fotozellenanordnung kann diese auch jede andere geeignete Form aufweisen, die dichte Packungen in der Fläche gestattet.Instead of the advantageous hexagonal design of the Photocell arrangement can be any other suitable Show shape, the tight packs in the area  allowed.

Bei allen Ausführungsformen der Erfindung werden die Foto­ zellen nicht nur von durch die optischen Elemente konzentriertem Licht beaufschlagt, sondern auch unmittelbar durch das auf diese einfallende Licht, was bei allen Ausführungsformen zu einer Wirkungsgradverbesserung führt.In all embodiments of the invention, the photo cells not only from through the optical elements concentrated light, but also immediately by the light falling on this, which is common to all Embodiments leads to an improvement in efficiency.

Ausführungsbeispiele der Erfindung werden nachstehend anhand der Zeichnung näher erläutert. In dieser zeigtEmbodiments of the invention are as follows explained in more detail with reference to the drawing. In this shows

Fig. 1 einen Längsschnitt durch eine erste Ausführungsform der Fotozellenanordnung, bei der die das einfallende Licht konzentrierenden optischen Elemente auf einem ersten Träger und die Fotozellen auf einem zweiten Träger angeordnet sind, Fig. 1 shows a longitudinal section through a first embodiment of the photo cell arrangement, in which the incident light-concentrating optical elements on a first support and photo cells are arranged on a second carrier,

Fig. 2 eine Draufsicht auf die Fotozellenanordnung und die optischen Elemente nach Fig. 1, FIG. 2 shows a top view of the photocell arrangement and the optical elements according to FIG. 1,

Fig. 3 einen Querschnitt durch eine zweite Ausführungsform einer Fotozellenanordnung, Fig. 3 shows a cross section through a second embodiment of a photocell array,

Fig. 4 einen Schnitt durch eine dritte Ausführungsform einer Fotozellenanordnung und Fig. 4 shows a section through a third embodiment of a photocell arrangement and

Fig. 5 einen Schnitt durch eine vierte Ausführungs­ form einer Fotozellenanorndung. Fig. 5 shows a section through a fourth embodiment of a photocell arrangement.

Bei der anhand der Fig. 1 dargestellten Fotozellenanordnung sind zwei im Abstand parallel zueinander angeordnete Träger­ platten 1, 2 vorgesehen, die durch nicht dargestellte Stege, Bolzen oder andere Tragelemente miteinander verbunden sind. Die Platten 1, 2 befinden sich in zueinander parallelen Ebenen. Die Platte 1 ist dem einfallenden Licht, daß durch die Pfeile A dargestellt ist, zugewandt. Auf ihrer dem einfallenden Licht abgewandten Unterseite ist die Platte 1 mit sechs trapezförmigen Hologrammen H1 bis H6 versehen, die die aus Fig. 2 ersichtliche Trapezform aufweisen und zu einem sechseckigen Ring zusammengesetzt sind. Der aus den trapezförmigen Hologrammfeldern zusammen­ gesetzte Ring faßt eine sechseckige Fläche 4 ein.In the photocell arrangement shown in FIG. 1, two carrier plates 1 , 2 arranged parallel to one another at a distance are provided, which are connected to one another by webs, bolts or other supporting elements, not shown. The plates 1 , 2 are in mutually parallel planes. The plate 1 faces the incident light, which is represented by the arrows A. On its underside facing away from the incident light, the plate 1 is provided with six trapezoidal holograms H 1 to H 6 , which have the trapezoid shape shown in FIG. 2 and are assembled into a hexagonal ring. The ring composed of the trapezoidal hologram fields encloses a hexagonal surface 4 .

Die untere Platte 2 dient als Träger für die Fotozellen 5. Diese sind auf der Rückseite der Platte 2 auf einer sechseckigen Fläche angeordnet, die der senkrechten Projektion der Fläche 4 auf die untere Platte 2 entspricht. Die Fotozellen sind in den dreieckigen Sektoren der sechseckigen Fläche 5 angeordnet.The lower plate 2 serves as a support for the photocells 5 . These are arranged on the back of the plate 2 on a hexagonal surface, which corresponds to the vertical projection of the surface 4 onto the lower plate 2 . The photocells are arranged in the triangular sectors of the hexagonal area 5 .

Die Platten 1 und 2 bestehen aus transparentem Material, beispielsweise Glas.The plates 1 and 2 are made of transparent material, for example glass.

Die Hologramme H1 bis H6 haben eine derartige Charakteristik, daß sie das Licht in der durch die Strahlen S angedeuteten Weise ablenken und auf den dreieckigen Fotozellen des Fotozellenfeldes 4 konzentrieren. Durch das sechseckige freie Feld 4 der oberen Platte 1 fällt das Licht, wie durch den Strahl S1 angedeutet, auch direkt auf die Fotozellen des Feldes 5.The holograms H 1 to H 6 have such a characteristic that they deflect the light in the manner indicated by the rays S and concentrate on the triangular photo cells of the photo cell array 4 . Through the hexagonal free field 4 of the upper plate 1 , the light, as indicated by the beam S 1 , also falls directly on the photocells of the field 5 .

Die Fotozellenanordnung nach Fig. 3 besteht nur aus einer Trägerplatte 10 aus transparentem Material, beispielsweise Glas. Auf der Rückseite der Platte 10 ist ein aus sechs trapezförmigen Feldern gebildeter sechseckiger Ring aus reflektierenden Hologrammen 11 angeordnet, deren Konfi­ guration der aus Fig. 2 ersichtlichen entspricht. Zwischen diesem Ring aus reflektierenden Hologrammen 11 ist wiederum ein sechseckiges Feld vorgesehen, in dem die Fotozellen 12 in entsprechender Weise wie die Fotozellen 5 in Fig. 1 angeordnet sind.The photo cell array of FIG. 3 consists only of a supporting plate 10 made of transparent material such as glass. On the back of the plate 10 , a hexagonal ring made of reflective holograms 11 is formed from six trapezoidal fields, the configuration of which corresponds to that shown in FIG. 2. Between this ring of reflecting holograms 11 there is again a hexagonal field in which the photocells 12 are arranged in a manner corresponding to the photocells 5 in FIG. 1.

Die Hologramme 11 reflektieren die einfallenden Lichtstrahlen A in der Weise, daß sie unter einem Winkel auf die Oberseite der Trägerplatte 10 auftreffen, daß Total­ reflektion eintritt und die zweimal reflektierten Strahlen S2 in konzentrierter Form auf die Fotozellenfelder 12 auftreffen. In dem von den Hologrammen 11 eingefaßten sechseckigen Feld, in dem die Fotozellen 12 angeordnet sind, fallen die Strahlen S1 direkt ein.The holograms 11 reflect the incident light beams A in such a way that they strike the top of the carrier plate 10 at an angle, that total reflection occurs and the twice reflected beams S 2 strike the photocell arrays 12 in concentrated form. In the hexagonal field enclosed by the holograms 11 , in which the photocells 12 are arranged, the rays S 1 are incident directly.

Das Ausführungsbeispiel nach Fig. 4 unterscheidet sich von dem nach Fig. 3 im wesentlichen nur dadurch, daß auch die der Einfallsseite des Lichts zugewandte Seite der Platte 10 deckungsgleich mit den verspiegelten Hologrammen 11 der Unterseite auf ihre Oberseite mit trapezförmigen Hologrammen 16 versehen ist, die wiederum einen rechteckigen Ring mit der aus Fig. 2 ersichtlichen Form bilden. Bei den Hologrammen 16 handelt es sich um transparente Hologramme, die das einfallende diffuse Licht D in der Weise ablenken, daß es senkrecht auf die unteren verspiegelten Hologramme fällt. Von diesen wird es in der anhand der Fig. 3 erläuterten Weise durch Totalreflektion an der Plattenoberseite auf die Fotozellenanordnung 12 abgelenkt.The embodiment of FIG. 4 differs from that of FIG. 3 essentially only in that the side of the plate 10 facing the incident side of the light is congruent with the mirrored holograms 11 of the underside on its upper side with trapezoidal holograms 16 , which again form a rectangular ring with the shape shown in FIG. 2. The holograms 16 are transparent holograms which deflect the incident diffuse light D in such a way that it falls perpendicularly onto the lower mirrored holograms. From these, it is deflected onto the photocell arrangement 12 by total reflection on the top of the plate in the manner explained with reference to FIG. 3.

Das Ausführungsbeispiel nach Fig. 5 läßt sich als Umkehrung des Ausführungsbeispiels nach Fig. 3 auffassen. Statt der verspiegelten Hologramme 11 auf der Plattenrückseite sind auf der Einfallsseite der Platte 10 transparente Hologramme 18 in einer der aus Fig. 2 ersichtlichen Konfiguration angeordnet. Die Hologramme 18 brechen das Licht in der Weise, daß es an der Plattenunterseite total reflektiert und anschließend in konzentrierter Form auf die Fotozellen­ anordnung 19 reflektiert wird. The embodiment of FIG. 5 can be understood as a reversal of the embodiment of FIG. 3. Instead of the mirrored holograms 11 on the rear side of the plate, transparent holograms 18 are arranged on the incident side of the plate 10 in one of the configurations shown in FIG. 2. The holograms 18 refract the light in such a way that it is totally reflected on the underside of the plate and is then reflected in a concentrated form on the photocell arrangement 19 .

Statt einer Totalreflektion an der Plattenunterseite kann diese auch verspiegelt oder mit Hologrammen belegt sein, die die gewünschte Reflektion bewirken.Instead of a total reflection on the underside of the plate these can also be mirrored or covered with holograms, which cause the desired reflection.

Claims (15)

1. Fotozellenanordnung zur Erzeugung elektrischer Energie mit einem optischen Element mit Linsencharakteristik, das das einfallende Licht auf die diesem zugeordnete Fotozelle mit kleinerer Fläche konzentriert, dadurch gekennzeichnet, daß mehrere optische Elemente auf einem Träger derart nebeneinander angeordnet sind, daß sie einen Ring mit die optischen Elemente enthaltenden Sektoren bilden, und daß in einer parallelen Ebene zu den optischen Elementen, deren Abstand von diesen durch die dem gewählten Konzentrationsfaktor entsprechenden Brenn­ weite der optischen Elemente bestimmt ist, die Fotozellen auf einem Träger angeordnet sind.1. Photocell arrangement for generating electrical energy with an optical element with lens characteristics, which concentrates the incident light on the associated photocell with a smaller area, characterized in that a plurality of optical elements are arranged next to one another on a carrier such that they form a ring with the optical Form elements containing sectors, and that in a parallel plane to the optical elements, the distance from which is determined by the focal length of the optical elements corresponding to the selected concentration factor, the photocells are arranged on a carrier. 2. Fotozellenanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Fotozellen in demjenigen Feld der parallelen Ebene angeordnet sind, das in senkrechter Projektion von den ringförmig angeordneten optischen Elementen eingefaßt ist.2. Photocell arrangement according to claim 1, characterized records that the photocells in that field of parallel plane are arranged in the vertical Projection from the ring-shaped optical Elements is bordered. 3. Fotozellenanordnung nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein plattenförmiger Träger aus transparentem Material auf seiner in Richtung des einfallenden Lichts gesehenen hinteren Seite mit mehreren ringförmig angeordneten reflektierenden optischen Elementen versehen ist, die diesen zugeordnete Fotozellen auf der hinteren Seite des Trägers in der von den ringförmig angeordneten optischen Elementen eingefaßten Fläche angeordnet sind, und daß die optischen Elemente das im wesentlichen senkrecht einfallende Licht unter einem so großen Winkel reflektieren, daß an der Vorderseite des Trägers Totalreflektion eintritt und das Licht mit dem der Linsencharakteristik entsprechenden Konzentrations­ verhältnis auf die Fotozellen reflektiert wird.3. Photocell arrangement according to the preamble of  Claim 1, characterized in that a plate-shaped carrier made of transparent material his seen in the direction of the incident light rear side with several arranged in a ring reflective optical elements is provided, the assigned photocells on the back of the carrier in the of the arranged in a ring optical elements are arranged, and that the optical elements essentially do that vertically incident light under such a large one Angle reflect that on the front of the wearer Total reflection occurs and the light with that of Lens characteristic corresponding concentration ratio is reflected on the photocells. 4. Fotozellenanordnung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß auf dem den reflektierenden optischen Elementen gegenüberliegenden Einfallsseite des Trägers transparente optische Elemente in entsprechender Ringform angeordnet sind, die auch diffuses Licht derart brechen, daß dieses im wesentlichen senkrecht auf die reflektierenden optischen Elemente fällt.4. photocell arrangement according to claim 3, characterized characterized in that on the the reflective opposite side of the optical elements of the carrier transparent optical elements in corresponding ring shape are arranged, too Refract diffuse light in such a way that it essentially perpendicular to the reflective optical elements falls. 5. Fotozellenanordnung nach dem Oberbegriff des Patent­ anspruchs 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein plattenförmiger Träger aus transparentem Material auf seiner Einfallsseite mit ringförmig angeordneten transparenten optischen Elementen versehen ist und in der von diesen eingefaßten Fläche der Einfallsseite die Fotozellen angeordnet sind und daß die optischen Elemente das einfallende Licht unter einem derartigen Winkel brechen, daß es an der hinteren Seite des Trägers total reflektiert wird und mit einer dem Charakter der optischen Elemente entsprechenden Konzentration auf die Fotozellen fällt. 5. Photocell arrangement according to the preamble of the patent claims 1, characterized in that a plate-shaped carrier made of transparent material its inlet side with rings arranged Transparent optical elements is provided and in the area of the entrance side bordered by these Photo cells are arranged and that the optical Elements of the incident light under such Break angle that it is at the rear of the Carrier is totally reflected and with one Corresponding to the character of the optical elements Concentration on the photocells falls.   6. Fotozellenanordnung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die hintere Seite des Trägers verspiegelt ist.6. photocell arrangement according to claim 5, characterized characterized that the rear side of the carrier is mirrored. 7. Fotozellenanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die optischen Elemente aus Fresnelschen Linsen, Lentikularlinsen oder Hologrammen mit Linsencharakter bestehen.7. Photocell arrangement according to one of the preceding Claims, characterized in that the optical Elements from Fresnel lenses, lenticular lenses or Holograms with lens character exist. 8. Fotozellenanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die optische Elemente aus konventionellen Glaslinsen bzw. Linsenpreßlingen bestehen.8. photocell arrangement according to one of claims 1 to 6, characterized in that the optical elements conventional glass lenses or lens compacts consist. 9. Fotozellenanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Linsen Off-Axis-Linsen sind.9. Photocell arrangement according to one of the preceding Claims, characterized in that the lenses There are off-axis lenses. 10. Fotozellenanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Fotozellen auf Weißlicht und/oder einfarbiges Licht ansprechen.10. Photocell arrangement according to one of the preceding Claims, characterized in that the photocells respond to white light and / or monochrome light. 11. Fotozellenanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Träger­ platten aus Glas bestehen.11. Photocell arrangement according to one of the preceding Claims, characterized in that the carrier plates are made of glass. 12. Fotozellenanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die optischen Elemente in den Sektoren eines gleichmäßigen Sechsecks, eines Quadrats oder eines Dreiecks angeordnet sind.12. Photocell arrangement according to one of the preceding Claims, characterized in that the optical Elements in the sectors of a regular hexagon, a square or a triangle. 13. Fotozellenanordnung nach Anspruch 12, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Sechsecke mit einem sechseckigen freien inneren Feld versehen sind. 13. photocell arrangement according to claim 12, characterized records that the hexagons with a hexagonal free inner field are provided.   14. Fotozellenanordnung nach Anspruch 12 oder 13, dadurch gekennzeichnet, daß die Fotozellen durch die Sektoren eines Sechsecks gebildet sind.14. Photocell arrangement according to claim 12 or 13, characterized characterized that the photocells by sectors of a hexagon are formed. 15. Fotozellenanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Fotozellen­ anordnung mehrfach in Wabenform vorgesehen ist.15. Photocell arrangement according to one of the preceding Claims, characterized in that the photocells Arrangement is provided several times in honeycomb form.
DE4016665A 1990-05-23 1990-05-23 Light concentrator for photocell - augments direct incident light with light refracted through ring of hologram sectors Withdrawn DE4016665A1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE4016665A DE4016665A1 (en) 1990-05-23 1990-05-23 Light concentrator for photocell - augments direct incident light with light refracted through ring of hologram sectors

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE4016665A DE4016665A1 (en) 1990-05-23 1990-05-23 Light concentrator for photocell - augments direct incident light with light refracted through ring of hologram sectors

Publications (1)

Publication Number Publication Date
DE4016665A1 true DE4016665A1 (en) 1991-11-28

Family

ID=6407061

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
DE4016665A Withdrawn DE4016665A1 (en) 1990-05-23 1990-05-23 Light concentrator for photocell - augments direct incident light with light refracted through ring of hologram sectors

Country Status (1)

Country Link
DE (1) DE4016665A1 (en)

Cited By (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO1995015582A1 (en) * 1993-12-02 1995-06-08 R & S Renewable Energy Systems B.V. A photovoltaic solar panel and a method for producing same
DE102005033272A1 (en) * 2005-06-03 2006-12-07 Solartec Ag Concentrator photovoltaic device, PV concentrator module formed therefrom and manufacturing method thereof
DE102008010013A1 (en) 2007-06-01 2008-12-11 Solartec Ag Photovoltaic device with ultrathin optical elements and manufacturing method therefor
DE102008004771A1 (en) * 2007-09-27 2009-04-16 Leonhard Kurz Stiftung & Co. Kg Solar cell, particularly flexible solar cell, has light deflecting structure, light guiding structure and front side provided as light incident side and laminar body with one or multiple transparent or semitransparent layers
DE102008057387A1 (en) * 2008-11-14 2010-05-20 Tobias Kiesewetter Solar system, particularly photovoltaic system of photovoltaic arrangement, has energy converter arrangement and optical device that is provided with direct radiation from radiation source or radiation transmitter
WO2011008240A3 (en) * 2009-06-30 2011-06-16 Pilkington Group Limited Bifacial photovoltaic module with reflective elements and method of making same
CN101769643B (en) * 2009-01-06 2011-08-10 成都钟顺科技发展有限公司 Follow-up large-scale Fresnel lens point focusing solar system
DE102010001938A1 (en) * 2010-02-15 2011-08-18 Sommer, Evelin, 86161 Photovoltaic concentrator, has lenses arranged such that lens bundles incident light on part of photovoltaic module, where lenses are triangularly formed in plane vertically to incident direction
US9256007B2 (en) 2009-04-21 2016-02-09 Svv Technology Innovations, Inc. Light collection and illumination systems employing planar waveguide

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE1089018B (en) * 1958-08-16 1960-09-15 Grundig Max Power supply arrangement with solar photocells for electronic devices
US3763372A (en) * 1967-07-13 1973-10-02 Inventors & Investors Inc Zone plate optics monolithically integrated with photoelectric elements
US4204881A (en) * 1978-10-02 1980-05-27 Mcgrew Stephen P Solar power system
EP0042458A1 (en) * 1980-05-20 1981-12-30 Solarex Corporation Solar cell module and method of increasing the output current of said module

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE1089018B (en) * 1958-08-16 1960-09-15 Grundig Max Power supply arrangement with solar photocells for electronic devices
US3763372A (en) * 1967-07-13 1973-10-02 Inventors & Investors Inc Zone plate optics monolithically integrated with photoelectric elements
US4204881A (en) * 1978-10-02 1980-05-27 Mcgrew Stephen P Solar power system
EP0042458A1 (en) * 1980-05-20 1981-12-30 Solarex Corporation Solar cell module and method of increasing the output current of said module

Cited By (13)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
NL9302091A (en) * 1993-12-02 1995-07-03 R & S Renewable Energy Systems Photovoltaic solar panel and method for its manufacture.
WO1995015582A1 (en) * 1993-12-02 1995-06-08 R & S Renewable Energy Systems B.V. A photovoltaic solar panel and a method for producing same
DE102005033272A1 (en) * 2005-06-03 2006-12-07 Solartec Ag Concentrator photovoltaic device, PV concentrator module formed therefrom and manufacturing method thereof
DE102008010013A1 (en) 2007-06-01 2008-12-11 Solartec Ag Photovoltaic device with ultrathin optical elements and manufacturing method therefor
DE102008004771A1 (en) * 2007-09-27 2009-04-16 Leonhard Kurz Stiftung & Co. Kg Solar cell, particularly flexible solar cell, has light deflecting structure, light guiding structure and front side provided as light incident side and laminar body with one or multiple transparent or semitransparent layers
DE102008057387A1 (en) * 2008-11-14 2010-05-20 Tobias Kiesewetter Solar system, particularly photovoltaic system of photovoltaic arrangement, has energy converter arrangement and optical device that is provided with direct radiation from radiation source or radiation transmitter
CN101769643B (en) * 2009-01-06 2011-08-10 成都钟顺科技发展有限公司 Follow-up large-scale Fresnel lens point focusing solar system
US9256007B2 (en) 2009-04-21 2016-02-09 Svv Technology Innovations, Inc. Light collection and illumination systems employing planar waveguide
US9880342B2 (en) 2009-04-21 2018-01-30 Svv Technology Innovations, Inc. Collimating illumination systems employing planar waveguide
US10627562B2 (en) 2009-04-21 2020-04-21 Svv Technology Innovations, Inc. Illumination system using edge-lit waveguide and microstructured surfaces
US10838135B2 (en) 2009-04-21 2020-11-17 Svv Technology Innovations, Inc. Edge-lit waveguide illumination systems employing planar arrays of linear cylindrical lenses
WO2011008240A3 (en) * 2009-06-30 2011-06-16 Pilkington Group Limited Bifacial photovoltaic module with reflective elements and method of making same
DE102010001938A1 (en) * 2010-02-15 2011-08-18 Sommer, Evelin, 86161 Photovoltaic concentrator, has lenses arranged such that lens bundles incident light on part of photovoltaic module, where lenses are triangularly formed in plane vertically to incident direction

Similar Documents

Publication Publication Date Title
DE3741477C2 (en)
EP0034211B1 (en) Solar cell assembly
DE102009008170B4 (en) Method and system for light collection and light energy conversion device
DE2723508A1 (en) PHOTOCELL ARRANGEMENT
DE102005042622A1 (en) Photovoltaic modules for a solar concentrator
DE3107888A1 (en) SOLAR CONCENTRATOR
DE3810204A1 (en) LIGHT RECORDING ELEMENT
DE19522215A1 (en) Floating solar power plant with multiple asymmetrical concentrators
EP2227832A2 (en) Photovoltaic device and use thereof
DE4016665A1 (en) Light concentrator for photocell - augments direct incident light with light refracted through ring of hologram sectors
DE20314372U1 (en) Solar energy concentrator for solar energy system has reflector made up of many plane facets approximating parabolic mirror, focusing sunlight on array of photovoltaic cells
DE3741485C2 (en)
EP0144611B1 (en) Beam divider
DE102004054755A1 (en) Device for concentrating light, in particular sunlight
WO2009062837A1 (en) Solar cell having optical amplifier structures
DE102008014618B4 (en) Device for concentrating and converting solar energy
DE4405650C1 (en) Solar power generator using cooled photovoltaic modules
DE2907424A1 (en) Light concentrator for solar panel - has internal reflectors to transmit light from large input area to small focussing panel
DE2631412C2 (en) Device for bundling sunlight by refraction or reflection
DE102006028932A1 (en) Photovoltaic module has photovoltaic element, designed to pass through part of light bundled from convergent lens, where module has reflector, which is spaced and equipped from photovoltaic element
DE19954954A1 (en) Photovoltaic transducer for obtaining energy from sunlight, uses fluorescent layer to match spectral range of sunlight to sensitivity of photocells
DE102009049228A1 (en) Device for concentrating and converting solar energy
EP0560107A1 (en) Device for concentrating or deflecting light
DE2840094C2 (en)
DE19956878A1 (en) Photovoltaic converter device for using solar energy has a side of light ray incidence covered with an optical focussing structure designed to divert light rays falling on it onto a module surface.

Legal Events

Date Code Title Description
8110 Request for examination paragraph 44
8139 Disposal/non-payment of the annual fee