DE102005042622A1

DE102005042622A1 - Photovoltaik Moduln für einen Solarkonzentrator

Info

Publication number: DE102005042622A1
Application number: DE102005042622A
Authority: DE
Inventors: Mark Marshall Meyers
Original assignee: General Electric Co
Current assignee: General Electric Co
Priority date: 2004-09-13
Filing date: 2005-09-07
Publication date: 2006-03-30
Also published as: US7442871B2; CN100565938C; ITMI20051676A1; CN1750274A; JP2006080524A; US20060054211A1

Abstract

Ein Energieumwandlungssystem (10) weist eine Solarzelle (12) auf, die zum Empfang von Solarenergie (24) und zur Umwandlung der Solarenergie (24) in elektrische Energie eingerichtet ist. Das Energieumwandlungssystem (10) enthält außerdem einen Solarkonzentrator (14), der dazu eingerichtet ist, Solarenergie (24) zu empfangen und die Solarenergie (24) auf die Solarzelle (12) zu leiten. Der Solarkonzentrator (14) weist eine Linse, die wenigstens einen Strichfokusabschnitt (16) mit einer außerachsigen Konfiguration, wenigstens einen sphärischen Abschnitt (18) anschließend an den wenigstens einen Strichfokusabschnitt (16), wobei der wenigstens eine sphärische Abschnitt (18) eine außerachsige Konfiguration hat, und einen unstrukturierten Abschnitt (20) auf, der anschließend an den wenigstens einen Strichfokusabschnitt (16) und den wenigstens einen sphärischen Abschnitt (18) angeordnet ist.

Description

Hintergrund
Die Erfindung betrifft allgemein ein Solarenergieumwandlungssystem und mehr im Einzelnen ein Photvoltaik-Modul, das Solarenergie in elektrische Energie umwandelt.

Solarenergie wird bezüglich der heute verwendeten Energiequellen aus fossilen Brennstoffen als eine alternative Energiequelle betrachtet. Gegenwärtig ist Solarenergie im Vergleich zu fossilen Brennstoffen verhältnismäßig teuer. Sobald die Erzeugung von Solarenergie kostenmäßig wettbewerbsfähiger wird, wird Solarenergie möglicherweise in breiterem Rahmen eingesetzt werden.

Solarenergieumwandlungsmoduln, die Sonnenlicht in elektrische Energie umwandeln, verwenden typischerweise Photovoltaik-Moduln, Photovoltaik-Zellen oder Solarzellen, die Solarenergie zur Speicherung in elektrische Energie umwandeln. Die Menge der von einer Solarzelle erzeugten elektrischen Energie ist direkt von der Menge der Solarenergie abhängig, die die Zelle absorbiert, was wiederum von der Größe oder Oberfläche der Zelle und der Intensität oder Helligkeit des auf die Zelle auftreffenden Sonnenlichts abhängt.

In der Regel machen die Kosten von Solarzellen einen beträchtlichen Teil der Kosten der Komponenten von Solarenergieumwandlungsmoduln aus. Dies rührt daher, dass die Solarzelle typischerweise auf kristallinem Silizium basiert, das ein verhältnismäßig teures Material ist. Die Erhöhung der Größe einer Solarzelle ist deshalb ein verhältnismäßig teurer Weg, um die von der Zelle erzeugte elektrische Energie zu erhöhen. Die Verwendung größerer Zellen führt auch zu höheren Transportkosten.

Es besteht deshalb ein Bedürfnis nach einer verbesserten Technik zur Erzeugung elektrischer Energie bei geringeren Kosten mittels eines Photovoltaik-Moduls oder einer photoelektrischen Zelle.

Kurze Beschreibung der Erfindung
Gemäß einem Aspekt der vorliegenden Technik wird ein Energieumwandlungssystem geschaffen, das eine Solarzelle beinhaltet, die Solarenergie empfangen und die Solarenergie in elektrische Energie umwandeln kann. Ein Solarkonzentrator ist dazu eingerichtet, Solarenergie zu empfangen und die Solarenergie zu der Solarzelle zu leiten. Der Solarkonzentrator weist eine Linse auf, die wenigstens einen Linien- oder Strichfokusabschnitt mit außerachsiger (off-axis) Konfiguration, wenigstens einen sphärischen Abschnitt mit außerachsiger (off-axis) Konfiguration anschließend an den Strichfokusabschnitt und einen unstrukturierten Abschnitt anschließend an den wenigstens einen Strichfokusabschnitt und den wenigstens einen sphärischen Abschnitt aufweist.
Das Verständnis dieser und anderer Merkmale, Gesichtspunkte und Vorteile der vorliegenden Erfindung wird durch die nachfolgende Beschreibung im Zusammenhang mit der beigefügten Zeichnung erleichtert, in der in der gesamten Zeichnung gleiche Bezugszeichen immer gleiche Elemente be zeichnen. Darin sind:
1 eine schematische Darstellung eines Energieumwandlungssystems mit einem Solarkonzentrator und einer Solarzelle gemäß Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung;
2 eine schematische beispielhafte Querschnittsdarstellung längs der Linie 2-2 der 1 eines Solarkonzentrators und einer Solarzelle gemäß Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung:
3 eine schematische Zeichnung zur Veranschaulichung einer beispielhaften Anordnung eines Array von Solarzellen und eines Array von Solarkonzentratoren, gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
4 eine graphische Bilddarstellung zur Veranschaulichung einer Winkelprojektion der Sonne bezüglich der jeweiligen Uhrzeit eines Tages gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung;
5 eine schematische Veranschaulichung eines Solarkonzentrators und einer Solarzelle mit Reflektoren gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung und
6 eine schematische Bilddarstellung zur Veranschaulichung einer beispielhaften Ausbildung des Solarkonzentrators gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
Detaillierte Beschreibung
Die vorliegende Technik beschreibt ein Energieumwandlungssystem, das Solarenergie aufnehmen und die Solarenergie in elektrische Energie umwandeln kann. Bei der nachstehenden Figurenbeschreibung sind, soweit möglich, in allen Figuren gleiche Merkmale mit den gleichen Bezugszeichen bezeichnet.
Bezugnehmend nun auf die Zeichnung veranschaulicht 1 eine schematische Darstellung eines Energieumwandlungssystems 10. Die einzelnen Komponenten des Systems werden im Detail im Nachfolgenden beschrieben.
Das Energieumwandlungssystem 10 weist eine Solarzelle 12 auf, die dazu ausgelegt ist Sonnenlicht zu empfangen und Solarenergie des Sonnenlichts in elektrische Energie umzuwandeln. Außerdem beinhaltet es einen Solarkonzentrator 14, der dazu eingerichtet ist, Solarenergie zu empfangen und die Solarenergie auf die Solarzelle 12 zu richten. Der Solarkonzentrator 14 weist eine Linse mit wenigstens einem Strichfokusabschnitt 16 mit außerachsiger (off-axis) (seitlich der optischen Achse) Konfiguration, wenigstens einen sphärischen Abschnitt 18 mit einer außerachsiger Konfiguration anschließend an den wenigstens einen Strichfokusabschnitt und einen unstrukturierten Abschnitt 20 anschließend an den Strichfokusabschnitt 16 und den sphärischen Abschnitt 18 auf.
Bei einer Ausführungsform weist der Solarkonzentrator 14 eine Fresnel-Linse auf. Eine Fresnel-Linse weist eine abschnittsweise Oberflächenkrümmung der Linse auf, wobei eine Hauptbrennweite der Linse ähnlich der konventionellen Linse mit einem Bruchteil des Gewichts einer konventionellen Linse erhalten ist. Bei einer dünnen konvexen Linse werden parallele Sonnenstrahlen zu einem Punkt der Linse zusammengefasst, der als der Hauptbrennpunkt bezeichnet wird. Der Abstand von der Linse zu dem Hauptbrennpunkt ist die Hauptbrennweite „f" der Linse. Bei der dargestellten Ausführungsform der vorliegenden Technik sind die sphärischen Abschnitte 18 der Linse, die zylindrischen Abschnitte 16 der Linse und die unstrukturierten Abschnitte 20 der Linse derart angeordnet, dass sich eine maximale Breite zur Projektion von Sonnenlicht während der verschiedenen Sonnepositionen an einem speziellen Tag ergibt.
Der bei der dargestellten Ausführungsform erwähnte Strichfokusabschnitt 16 weist einen zylindrischen Abschnitt der Fresnel-Linse auf. Der unstrukturierte Abschnitt 20 der Linse ist so ausgelegt, dass er diffuses Sonnenlicht aufnimmt und eine Ausleuchtung in die Solarzelle 12 einbringt.
Zu bemerken ist, dass wenngleich eine spezielle Anordnung der sphärischen Abschnitte 18 der Linse, der zylindrischen Abschnitte 16 der Linse und der unstrukturierten Abschnitte 20 der Linse in 1 dargestellt ist, es bei der vorliegenden Technik möglich ist, viele andere Anordnungen der sphärischen Abschnitte 18 der Linse, der zylindrischen Abschnitte 16 der Linse und der unstrukturierten Abschnitte 20 der Linse vorzusehen.
Allgemein bezugnehmend auf 2 ist dort ein beispielhaftes schematisches Querschnittsbild 22 längs der Linie 2-2 der 1 des Solarkonzentrators 14 und der Solarzelle 12 in größerem Detail veranschaulicht. Bei der dargestellten 2 ist Sonnenlicht 24 auf den Solarkonzentrator 14 gerichtet. Der Solarkonzentrator 14 enthält sphärische Abschnitte 18 der Linse, die zylindrischen Abschnitte 16 der Linse und die unstrukturierten Abschnitte 20 der Linse. Die Sonne verändert ihre Winkelstellung bezüglich der geographischen Breite nicht so weit wie bezüglich der geographischen Länge. Dies gestattet die Benutzung der zylindrischen Abschnitte 16 des Linsensegments zum Fokussieren des Sonnenlichts 24 über die Solarzelle 12 parallel zu der geographischen Breite. Die unstrukturierten Abschnitte 20 der Fresnel-Linse übertragen die diffuse Beleuchtung von der Sonne 24 und unkonzentriertes Sonnenlicht auf die Solarzelle 12. Die unstrukturierten Abschnitte 20 gestatten auch das Sammeln von gestreutem, diffusem Sonnenlicht 24, wie es an diesigen Tagen auftritt, so dass es auf die Solarzelle 12 auftrifft, ohne dass es aus der Solarzelle 12 wieder heraus gelenkt wird. Die endseitigen (in 2 dargestellten) sphärischen Abschnitte 18 der Linse ergeben eine größere Breite für die Ost-West-Bewegung der Sonne, bei der sie das Sonnenlicht 24 auf die Solarzelle 12 leiten. Die zylindrischen Abschnitte 16 verteilen Sonnenlicht 24 gleichmäßiger über die Oberfläche des Solarkonzentrators 14, indem sie anstelle eines hellen Punktes einen Strich (Linie) über die Länge der Zelle ausbilden. Demgemäß wird auf den Solarkonzentrator 14 unter verschiedenen Projektionswinkeln geleitetes Sonnenlicht 24 zu der Solarzelle 12 hin in einem Belichtungsmuster zusammengeführt, das niedrige Konzentrationsniveaus ergibt, die keine Beeinträchtigung der Leistungsfähigkeit der Solarzelle wegen übermäßiger Intensität des auffallenden Lichtes hervorrufen.
Typische Linsen werden mit einer zentralen mechanischen und optischen Achse hergestellt, die Sonnenlicht 24 ohne Beugung oder Ablenkung durchlässt. Ein Scheitel der Linsenoberfläche liegt auf einer mechanischen/optischen Achse, und die Oberfläche ist abhängig davon, ob die Linse eine positive oder negative Brennweite aufweist, konkav oder konvex. Der Brennpunkt einer gebräuchlichen Linse ist auf der optischen Achse in einem Abstand einer hinteren Brennweite von dem hinteren Linsenscheitelpunkt zentriert. Ein außerachsiger (off-axis) Abschnitt einer Linse oder eines Spiegels ist ein Abschnitt, der nicht auf der optischen Achse der Linse zentriert ist. Durch Verwendung eines außerachsigen Segmentes oder Abschnitts einer Linse wird alles Sonnenlicht, das normalerweise gleichmäßig unter der Linse auftreffen würde auf der optischen Achse fokussiert. Dadurch werden Strahlen, die unter der optischen Achse auftreffen würde in der Linse wirkungsvoll auf die optische Achse abgelenkt. Bei Verwendung einer sphärischen Linse ist die sich ergebende Intensitätsverteilung ein Punkt, während bei Verwendung einer zylindrischen Linse die Intensitätsverteilung ein Strich (Linie) ist. Bei einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung werden die zylindrischen Abschnitte 16 der Linse mit einer außerachsigen Konfiguration (die das mechanische Zentrum des Teils und die gesamte obere und untere Hälfte des Zylinders umfasst) längs der langen Achse der Solarzelle 12 verwendet, während (in 2 nicht bezeichnete) Endkappen mit sphärischen Abschnitten 18 der Linse ausgebildet sind, die in den Ecken (oberer und unterer Quadrant) eine achsversetzte Konfiguration aufweisen und die zylindrischen Abschnitte 16 über die Breite des unstrukturierten Abschnitts 20 vorgesehen sind. Bei einer anderen Ausführungsform sind die Endkappen des Solarkonzentrators zylindrische Abschnitte der Linse, die den größten Teil des Sonnenlichts 24 auf einem kurzen Rand der zylindrischen Abschnitte 16 einfangen (was den Vorteil einfacher Herstellung mit sich bringt) aber gestatten, dass etwas Sonnenlicht neben der Solarzelle 12 fokussiert wird.
Die außerachsige Konfiguration der zylindrischen Abschnitte 16 und der sphärischen Abschnitte 18 der Linse leitet das Sonnenlicht 24 während eines größeren Teils des Tages zu dem Zentrum der Solarzelle 12 hin. Durch Verwendung der außerachsigen Konfiguration der Fresnel-Linse wird Sonnenlicht 24 bei verschiedenen Projektionswinkeln des Sonnenlichts 24 in die Solarzelle 12 eingeleitet. Damit kann die Solarzelle 12 mit kleinerer Gestalt als der Solarkonzentrator 14 ausgeführt werden, wie dies in 2 dargestellt ist, während gleichzeitig die Dicke der Solarzelle 12 verkleinert wird, wodurch die Kosten der Solarzelle 12 herabgesetzt werden.
Die Kosten der Solarzelle 12 sind typischerweise von den Kosten des Siliziums oder eines anderen in der Solarzelle 12 vorhandenen, ähnlichen Materials bestimmt. Durch Verringerung der Gesamtoberfläche des bei der Konstruktion einer Solarzelle 12 gegebener Gesamtleistung verwendeten Siliziums werden die Kosten des Systems 10 verringert. Das zur Verwendung mit der Konzentrationsoptik der vorliegenden Erfindung gebaute System verwendet eine rechteckige Solarzelle 12, die in der Ost-West-Richtung eine kleinere Länge als die Breite in der Nord-Süd-Richtung aufweist. Solche Solarzellen 12 können um mehr als ihre doppelte Breite voneinander beabstandet sein. Außerdem erlaubt die außerachsige Konfiguration der sphärischen Abschnitte 18 und der zylindrischen Abschnitte 16 der Linse eine Konzentration des Sonnenlichts 24 bei verschiedenen Projektionswinkeln bezüglich der Solarzelle 12. Auf diese Weise kann der Wirkungsgrad des Energieumwandlungssystems erhöht werden, während die Gesamtkosten des Systems abgesenkt werden.
Bezugnehmend auf 3 ist dort eine schematische Zeichnung dargestellt, die eine exemplarische Anordnung eines Array von Solarzellen 30 und eines Array von Solarkonzentratoren 32 veranschaulicht. Bei einer solchen Anordnung bilden mehrere Solarkonzentratoren 14 und mehrere Solarzellen 12 ein Array von Solarzellen 30 und ein Array von Solarkonzentratoren 32, wie es in 3 dargestellt ist. Bei einer beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Technik können jeweils ein Paar Solarzellen 12 und Solarkonzentratoren 14 nebeneinander angeordnet sein, wie es in 3 veranschaulicht ist. Es ist aber zu bemerken, dass es sich hierbei lediglich um eine beispielhafte Anordnung handelt und dass jede beliebige Kombination und jede beliebige Zahl von Solarkonzentratoren 14 und Solarzellen 12 so angeordnet werden können, dass sie das Solarzellenarray 30 und das Solarkonzentratorenarry 32 bilden. Diese Anordnung des Arrays von Solarkonzentratoren 32 und des Arrays von Solarzellen 30 können eine größere Überdeckung für auf die Solarzellen 12 zu richtendes Sonnenlicht 24 ergeben und damit die Leistung der Energieumwandlungseinheit 10 erhöhen.
Bezugnehmend auf 4 ist dort eine graphische Darstellung 34 der Winkelprojektion der Sonne in Abhängigkeit von der Tageszeit 38 dargestellt. Das Verhältnis zwischen der Winkelprojektion der Sonne 34 über die Tageszeit 38 oder über ein Jahr wird als die Sonnenhöhe (Sonnenstand, Solaraltitude) bezeichnet. Die mit dem Bezugszeichen 40 bezeichnete Linie gibt die Gesamtwinkelprojektion der Sonne 36 bezüglich der Tageszeit an einem speziellen Tag einer speziellen Jahreszeit (Sommersonnenwende) wieder. In ähnlicher Weise gibt die mit den Bezugszeichen 42 bezeichnete Linie die Gesamtwinkelprojektion der Sonne 36 bezüglich der Tageszeit 38 eines speziellen Tages einer anderen Jahreszeit (Herbst-Tag- und Nachtgleiche) wieder. Das Bezugszeichen 43 bezeichnet die Gesamtwinkelprojektion der Sonne 36 bezüglich der Tageszeit 38 an einem speziellen Tag einer anderen Jahreszeit (Wintersonnenwende). Experimentell kann gezeigt werden, dass es einen näherungswiesen Unterschied von +/– 23 Grad zwischen der Gesamtwinkelprojektion der Sonne 36 zur Sommersonnenwende und der Herbst-Tag- und Nachtgleiche gibt, wie dieser mit dem Bezugszeichen 44 bezeichnet ist.
Es werden deshalb im Hinblick auf den Unterschied bei der Winkelprojektion der Sonne 36 im Sommer und im Winter bei der Energieumwandlungseinheit 10 mehrere Reflektoren verwendet, um die Beleuchtung bei den Extremen der Sonnenhöhe im Sommer und im Winter zu verbessern. Die Reflektoren sind auf beiden Seite der Solarzelle 12 angeordnet (was im Nachstehenden noch erläutert wird) derart, dass das Sonnenlicht 24 bei den Extremen der Sonnenhöhe auf der Solarzelle 12 fokussiert ist. Auf diese Weise wird das Sonnenlicht 24, das sonst während des Sommers und Winters aus dem oberen oder unteren Abschnitt der Solarzelle 12 herausfallen würde, zurück in den aktiven Bereich der Solarzelle 12 reflektiert. Diese Reflektoren sind mit Apex-1/2 Winkeln ausgebildet, die spitz sind und deren typische Werte in dem Bereich von 15 bis 30 Grad liegen.
5 veranschaulicht eine beispielhafte schematische Anordnung 46 des Solarkonzentrators 14 und der Solarzelle 12 mit Reflektoren 48. Wie bereits erläutert, sind auf beiden Seite der Solarzelle 12 mehrere Reflektoren 48 angeordnet, um das Sonnenlicht 24 bei den Extremen der Sonnenhöhe zu konzentrieren. Zu bemerken ist allerdings, dass bei einer anderen beispielhaften Ausführungsform die Reflektoren 48 in die Solarzelle 12 integriert sind, was eine anpassungsfähigere und modulare Konstruktion der Solarzelle 12 erlaubt (die der Klarheit wegen in 5 nicht dargestellt ist). Die Reflektoren 48 sind normalerweise mit einem Ständer versehen, wie er in 5 mit dem Bezugszeichen 50 angedeutet ist. Diese Anordnung ist auch für das anhand der 4 erläuterte Array von Solarzellen 12 anwendbar. 5 beinhaltet auch eine beispielhafte Anordnung des Solarkonzentrators 14, die die zylindrischen Abschnitte 16, die sphärischen Abschnitte 18 und die unstrukturierten Abschnitte 20 der Fresnel-Linse aufweist, wie dies in vorstehenden Abschnitten bereits erläutert worden ist. Bei einer anderen Ausführungsform der vorliegenden Technik können aber die zylindrischen Abschnitte 16 anstelle der sphärischen Abschnitte 18 in der vorliegenden 5 an den Enden der Solarkonzentratoren 14 angeordnet sein. Diese Anordnung erzeugt einen Strichfokus des Sonnenlichts 24 längs einem kurzen Ende der Solarzelle 12.
Bezugnehmend nun auf 6 ist dort eine schematische Zeichnung zur Veranschaulichung einer beispielhaften Anordnung der Solarkonzentratoren veranschaulicht. Bei einer solchen Anordnung sind die eine außerachsige Konfiguration aufweisenden zylindrischen Abschnitte 16 der Linse an den beiden Endkappen 54 des Solarkonzentrators 14 angeordnet. Bei einer anderen Ausführungsform der vorliegenden Technik kann auch eine Kombinations sphärischer Abschnitte 18 und zylindrischer Abschnitte 16 an den beiden Endkappen 54 des Solarkonzentrators 14 vorgesehen sein. Diese Anordnungen der Solarkonzentratoren 14 werden auch bei dem Array von Solarkonzentratoren benutzt, das im Vorstehenden erläutert worden ist. Es versteht sich, dass wenngleich bei der gegenwärtigen Technik bestimmte Muster der sphärischen Abschnitte 18, der zylindrischen Abschnitte 16 und der unstrukturierten Abschnitte 20 in dem Solarkonzentrator 14 dargestellt und beschrieben sind, doch jede beliebige Kombination der zylindrischen Abschnitte 16, der sphärischen Abschnitte 18 und der unstrukturierten Abschnitte 20 rings um den Solarkonzentrator 14 angeordnet sein kann.
Die im Vorstehenden beschriebenen Techniken liefern ein wirksames Energieumwandlungssystem 10, das es erlaubt, Solarenergie zu empfangen und die Solarenergie in elektrische Energie umzuwandeln. Das System 10 trägt zu einer Reduzierung der Größe der Solarzelle 12 bei, wodurch der Einsatz von Silizium in der Solarzelle 12 herabgesetzt und deshalb die Kosten des Systems 12 verringert werden. Darüberhinaus verwendet das System die außerachsige Konfiguration der zylindrischen Abschnitte 16 und der sphärischen Abschnitte 18, kombiniert mit den unstrukturierten Abschnitten 20 der Fresnel-Linse dazu, eine Konzentration des Sonnenlichts 24 auf der Solarzelle 12 bei verschiedenen Winkelprojektionen der Sonne 36 bei verschiedenen Sonnenhöhen zu ermöglichen.
Der Fachmann erkannt, dass verschiedene Abwandlungen in der Gestaltung und im Detail vorgenommen werden können ohne den Schutzbereich der Erfindung zu verlassen. So können z.B. bei einigen Ausführungsformen lichtbrechende, geschliffene und/oder lichtbeugende Linsen verwendet werden, wie auch bewegliche oder einstellbare Linsen, Spiegel und Prismen mit zweckdienlichem Aufbau und geeignete Steuermechanismen eingesetzt werden können, um das Sonnenlicht in einem schmalen Winkelbereich auf die Solarzelle zu richten. Außerdem ist es nicht notwendig, dass alle oder irgendwelche der Solarzellenarrays und der Solarkonzentratorarrays die gleiche Größe aufweisen. Die optimale Konfiguration kann Arrays enthalten, die hinsichtlich ihrer Größen und/oder anderer charakteristischer Eigenschafen deutlich ähnlich sind.
Wenngleich lediglich bestimmte Merkmale der Erfindung hier veranschaulicht und beschrieben wurden, so liegen für den Fachmann doch viele Abwandlungen und Veränderungen auf der Hand. Die beigefügten Patentansprüche sollen deshalb alle diese Abwandlungen und Änderungen umfassen, die in dem Schutzbereich der Patentansprüche liegen.

10: Energieumwandlungssystem
12: Solarzelle
14: Solarkonzentrator
16: Strichfokusabschnitt oder zylindrische Abschnitte der
: Linse
18: sphärische Abschnitte der Linse
20: unstrukturierte Abschnitte
22: 2
24: Sonnenlicht
26: Ablenkung des Sonnenlichts
28: 3
30: Solarzellenarray
32: Solarkonzentratorarray
34: 4
36: Winkelprojektion der Sonne
38: Tageszeit
40: Diagramm zur Veranschaulichung der Winkelprojektion der
: Sonne über der Tageszeit in einer bestimmten Jahreszeit
: (Sommersonnenwende)
42: ein Diagramm zur Veranschaulichung der Winkelprojektion
: der Sonne über der Tageszeit in einer anderen Jahres
: zeit (Herbst-Tag- und Nachtgleiche)
43: ein Diagramm zur Veranschaulichung der Winkelprojektion
: der Sonne über der Tageszeit in einer weiteren Jah
: reszeit (Wintersonnenwende)
44: Unterschied der Winkelprojektion der Sonne zwischen der
: Sommersonnenwende und der Herbst-Tag- und Nachtgleiche
46: 5
48: Reflektoren
50: Ständer für Reflektoren
54: Endkappen

Claims

Energieumwandlungssystem (10), das aufweist: – eine Solarzelle (12), die zum Empfang von Solarenergie (24) und zur Umwandlung der Solarenergie (24) in elektrische Energie ausgelegt ist; und – einen Solarkonzentrator (14), der dazu eingerichtet ist, Solarenergie (24) zu empfangen und die Solarenergie auf die Solarzelle (12) zu leiten, wobei der Solarkonzentrator (14) eine Linse enthält, die aufweist: – wenigstens einen Strichfokusabschnitt (16) mit einer außerachsigen (off-axis) Konfiguration; – wenigstens einen sphärischen Abschnitt (18) anschließend an den wenigstens einen Strichfokusabschnitt, wobei der wenigstens eine sphärische Abschnitt (18) eine außerachsige Konfiguration aufweist; und – einen unstrukturierten Abschnitt (20) anschließend an den wenigstens einen Strichfokusabschnitt (16) und den wenigstens einen sphärischen Abschnitt (18).
System nach Anspruch 1, bei dem die Linse einen Abschnitt einer Fresnel-Linse aufweist, der oberhalb der Solarzelle (12) angeordnet ist.
System nach Anspruch 1, bei dem der wenigstens eine Strichfokusabschnitt (16) einen zylindrischen Abschnitt einer Fresnel-Linse aufweist.
System nach Anspruch 1, bei dem der wenigstens eine unstrukturierte Abschnitt (20) dazu eingerichtet ist, Licht gleichmäßig über eine Oberfläche der Solarzelle (12) zu verteilen.
System nach Anspruch 1, bei dem die Linse außerdem zwei Strichfokusabschnitte, die durch den unstrukturierten Abschnitt (20) voneinander beabstandet sind und zwei sphärische Abschnitte (18) aufweist, die durch den unstrukturierten Abschnitt (20) voneinander beabstandet sind.
System nach Anspruch 1, bei dem der Solarkonzentrator (14) mit länglicher Gestalt ausgebildet ist, wobei die beiden Strichfokussektionen an gegenüber liegenden Enden derselben angeordnet sind.
System nach Anspruch 1, bei dem der Solarkonzentrator (14) mit seinen Enden in Ost-West-Orientierung angeordnet ist.
System nach Anspruch 1, das eine Anzahl Reflektoren (48) aufweist, die so positioniert sind, dass sie die Beleuchtung bei den Extremen der Sonnenhöhe verbessern.
System nach Anspruch 1, bei dem wenigstens ein Strichfokusabschnitt (16) an jedem Ende des Solarkonzentrators (14) angeordnet ist.
System nach Anspruch 1, bei dem eine Kombination von wenigstens einem Strichfokusabschnitt (16) und den sphärischen Abschnitten (18) an jedem Ende des Solarkonzentrators (14) angeordnet ist.