DE102008010012A1

DE102008010012A1 - Photovoltaik-Vorrichtung mit mindestens einem mindestens eine Lichtumwandlerschicht aufweisenden optischen Element

Info

Publication number: DE102008010012A1
Application number: DE102008010012A
Authority: DE
Original assignee: SOLARTEC AG
Current assignee: SOLARTEC AG
Priority date: 2007-06-01
Filing date: 2008-02-20
Publication date: 2008-12-04
Also published as: WO2008145113A3; WO2008145113A2

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Photovoltaik-Vorrichtung zur direkten Umwandlung von Sonnenenergie in elektrische Energie mit mindestens einem ersten optischen Element zum Bündeln der senkrecht einfallenden Sonnenstrahlung auf mindestens eine diesem zugeordnete, kleinflächigere Solarzelle. Das erste optische Element weist auf seiner der Sonne ab- oder zugewandten Seite eine Hologrammstruktur, die die einfallende Sonnenstrahlung in dem von der Solarzelle nicht in Strom umwandelbaren Spektrum auf mindestens eine der ersten Hologrammstruktur beabstandet angeordnete Lichtumwandlerschicht umlenkt und sonstige Sonnenstrahlung durchlässt. Die Lichtumwandlerschicht verschiebt die auf sie umgelenkte Sonnenstrahlung zu kürzeren Wellenlängen. Auf der der Sonne abgewandten Seite der Lichtumwandlerschicht ist eine zweite Hologrammstruktur vorhanden, die die Sonnenstrahlung, die die Lichtumwandlerschicht passiert, auf die Solarzelle umlenkt und sonstige Strahlung durchlässt.

Description

Die Erfindung betrifft eine Photovoltaik-Vorrichtung nach dem Oberbegriff des beigefügten Anspruchs 1, wie sie aus dem Dokument DE 19705046 A1 bekannt ist.
Im Bereich der Nutzung der Solarenergie ist ca. seit 50 Jahren bekannt, dass Sonnenenergie durch Silizium in elektrischen Strom umgewandelt werden kann. Bei den heute üblichen Solarzellen wird meist mono- oder multikristallines Silizium verwendet. Diese Solarzellen wandeln allerdings ein begrenztes Spektrum der auftreffenden Strahlung in elektrischen Strom um.
Häufig werden Dünnschichtsolarzellen zur Umwandlung der einfallenden Sonnenstrahlung in elektrischen Strom verwendet.
Eine sehr hohe Effizienz mit über 40% Umwandlung der Sonnenstrahlung ist in den letzten Jahren mit Hochleistungs-PV-Zellen aus höherwertigen Halbleiterverbindungen (vorzugsweise aus III-V-Halbleitermaterial) wie z. B. GalliumArsenid (GaAs) erzielt worden.
Solche Zellen auf Halbleitermaterialbasis können stufenartig als Tandem- oder Tripelzellen aufgebaut werden und nutzen dadurch ein breiteres Licht-Frequenzspektrum.
Die großflächige Produktion solcher Zellen ist jedoch sehr kostenintensiv. Wie aus dem Dokument DE 103 20 663 A1 bekannt ist, wurde der Ansatz gewählt, das einfallende Sonnenlicht auf eine sehr kleine Fläche von z. B. unter einigen hundert Quadratmillimetern zu konzentrieren. Nur für diese kleine Fläche ist dann eine Solarzelle notwendig. Der Materialeinsatz wird dann dabei bedeutend reduziert.
Da nur die Verbindung mehrerer Photovoltaik-Vorrichtungen einen wirtschaftlichen Einsatz dieser ermöglicht, werden solche Photovoltaik-Vorrichtrungen vorzugsweise zu einer Solaranlage zusammengefasst.
Bei einer solchen Photovoltaik-Vorrichtung, bei der die einfallende Sonnenstrahlung jeweils mittels eines optischen Elements auf die sehr kleine Fläche mindestens einer zugeordneten Solarzellen konzentriert wird, kommt noch hinzu, dass eine Ableitung der entstehenden Wärme von der Solarzelle notwendig ist.
Üblicherweise kann von den eingesetzten Solarzellen nur ein Teil der einfallenden Strahlung in Strom umgewandelt werden. Die umwandelbare Sonnenstrahlung weist Wellenfrequenzen ν auf, deren Photonenenergie hν über der Energielücke der in den Solarzellen eingesetzten Halbleitermaterialien liegt. Dieser von den Solarzellen nutzbare Teil der Strahlung ist eher kurzwellig.
Der Teil der einfallenden Sonnenstrahlung, der von den Solarzellen nicht in Strom umgewandelt wird, ist eher langwellig und macht sich als Wärme bemerkbar.
Zum Schutz der Solarzellen vor äußeren Einflüssen werden diese wie z. B. im Dokument DE 103 20 663 A1 in ein geschlossenes Gehäuse eingebaut. Hier werden die Solarzellen innerhalb eines aus mehreren Glasscheiben aufgebauten transparenten Gehäuses auf der Innenseite einer unteren Glasscheibe aufgebracht. Die einfallende Sonnenstrahlung wird dabei mittels optischer Elemente jeweils auf das 100- bis 1000fache auf die kleine Fläche einer zugeordneten Solarzelle konzentriert. Bekanntlich sinkt der Wirkungsgrad von Solarzellen mit einer Erhöhung ihrer Temperatur. Bei solchen hohen Konzentrationen der einfallenden Sonnenstrahlung wird die Arbeitstemperatur der Solarzellen wegen der großen Wärmemengen, die während ihres Betriebs oder wegen der auf die Solarzellen oder in deren Umgebung auftreffenden einfallenden Wärmestrahlung entstehen, stark erhöht. Die Anbringungsart der Solarzellen führt zu Problemen bei der notwendigen Wärmeabführung nach außen, da trotz vorhandenem Kühlkörper um jede Solarzelle, diese in dem geschlossenen Gehäuse gefangen bleibt.
Es ist bekannt, Wärme, die beim Betrieb der Solarzellen entsteht oder durch die einfallende Wärmestrahlung verursacht wird, an die Umgebung direkt mittels Luftkühlung oder über Kühlkörper abzuleiten.
Die bisher üblicherweise eingesetzten Linsensysteme haben ein hohes Gewicht, was zu einer erschwerten Nachführung und zu erhöhten Herstellungskosten wegen der großen eingesetzten Materialmengen führt.
Weiterhin ist es wie z. B. aus dem Dokument DE 10 2004 031 784 A1 bekannt, den von den eingesetzten Solarzellen nutzbaren Teil der einfallenden Sonnenstrahlung mittels mindestens einer holografischen, bogenförmigen Ablenkvorrichtung jeweils auf eine zugeordnete Solarzelle umzulenken. Die holografische Ablenkvorrichtung weist mehrere Hologrammschichten auf, die vorzugsweise Beugungshologramme mit unterschiedlichen spektralen Beugungseffizienzen umfassen. Jedes Beugungshologramm lenkt dabei die einfallende Sonnenstrahlung in einem bestimmten Spektralbereich und für unterschiedliche Einfallswinkel, also für unterschiedliche Positionen der Sonne, in gleicher Weise auf eine zugeordnete Solarzelle um und lässt einfallende Sonnenstrahlung in einem sonstigen Spektralbereich oder Einfallswinkel durch. Mehrere Hologrammschichten werden überlagert und so gewählt, dass sich eine konstante Beugungseffizienz über den gesamten Spektralbereich der einfallenden Sonnenstrahlung ergibt. Hier ist eine sehr aufwändige Konstruktion einer exakt bogenförmigen Ablenkvorrichtung notwendig. Die Hologrammschichten müssen dabei sehr genau aufeinander überlagert werden und dann gebogen werden um eine Konzentration der nutzbaren, einfallenden Sonnenstrahlung jeweils auf die zugeordnete Solarzelle erzielen zu können. Solche gebogene Ablenkvorrichtungen sind auch sehr platzintensiv.
Aus dem Dokument DE 19705046 A1 ist es bekannt, auf die Kunststoffabdeckung einer Solarzelle in einem Taschenrechner, eine Lichtumwandlerschicht aus Polymethylmethacrylat und/oder Polycarbonat der Dicke 20 μm anzubringen. Die eintreffende Sonnenstrahlung wird nach Transmission dieser Schicht in ihrem Spektralbereich in das Rote verschoben. Zwar wird hier einen Teil des UV-Lichts, das von der Solarzelle nicht in Strom umwandelbar zu einem langwelligeren Spektralbereich geschoben, das von der Solarzelle in Strom umwandelbar, ist. In diesem Teilspektrum arbeitet die Solarzelle effizienter. Dabei wird aber der Teil der einfallenden Strahlung, der von der Solarzelle direkt in Strom umwandelbar ist, auch zu einem langwelligeren Spektralbereich geschoben. Für dieses Teilspektrum arbeitet die Solarzelle dann weniger effizient. Auch wird dabei Sonnenstrahlung in einem Randbereich der von der Solarzelle nutzbaren Spektrum zu längeren Wellenlängen verschoben, die auf die Solarzelle auftreffen und sich in ihrer Umgebung als Wärme bemerkbar machen, die zu einer Erhitzung der Solarzelle und so zu einer Senkung ihres Wirkungsgrades führt.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Photovoltaik-Vorrichtung gemäß dem Oberbegriff des beigefügten Anspruches 1, so aufzubauen, dass die vorstehenden Probleme gelöst sind. Insbesondere gilt es, die Effizienz einer solchen erfindungsgemäßen Photovoltaik-Vorrichtung zu erhöhen und eine Überhitzung der darin eingesetzten Solarzellen zu vermeiden.
Zur Lösung der Aufgabe schlägt die Erfindung eine Photovoltaik-Vorrichtung mit den in Anspruch 1 genannten Merkmalen vor. Vorteilhafte Ausgestaltungen finden sich in den abhängigen Ansprüchen.
Die erfindungsgemäße Photovoltaik-Vorrichtung zur direkten Umwandlung von Sonnenenergie in elektrische Energie weist mindestens ein optisches Element zum Bündeln der senkrecht einfallenden Sonnenstrahlung auf mindestens eine, diesem zugeordneten, gegenüber dieser oder einem Lichteintrittsbereich kleinflächigeren und Solarzelle auf. Dabei ist, vorzugsweise zwischen der Solarzelle und dem ersten optischen Element, mindestens eine Lichtumwandlereinrichtung, insbesondere eine Lichtumwandlerschicht vorhanden, die die Sonnenstrahlung in dem von der Solarzelle nicht in elektrischen Strom umwandelbaren Teilspektrum zu kürzeren Wellenlängen verschiebt. Die Lichtumwandlerschicht ist vorzugsweise auf der der Sonne abgewandten Seite des ersten optischen Element, von diesem beabstandet angeordnet und weist weiter bevorzugt eine Fläche auf, deren senkrechte Projektion in der Ebene mit dem ersten optischen Element mindestens einen Teil dessen Randfläche bildet und deren Projektion in der Ebene mit der Solarzelle die Solarzellenfläche nicht überlappt. Dadurch kann nutzbare Sonnenstrahlung ohne Behinderung durch die Lichtumwandlerschicht direkt auf die Solarzelle eingestrahlt werden.
Vorzugsweise können Lichtumwandlerschichten eingesetzt werden, die Infrarotlicht in sichtbares oder ultraviolettes Licht umwandeln. Dabei kann z. B. ein Zweiquanten-Absorptionsprozess in einem geeigneten fluoreszierenden Farbstoff verwendet werden.
Erfindungsgemäß ist eine wellenlängenbahängige Umlenkeinrichtung vorgesehen, um nutzbare Strahlung zu der Solarzelle und langwelligere zunächst? zu der Lichtumwandlungseinrichtung zu lenken.
Vorzugsweise auf der der Sonne zu- oder abgewandten Seite des ersten optischen Elements ist eine erste Hologrammstruktur vorhanden. Die erste Hologrammstruktur lenkt die einfallende Sonnenstrahlung in dem von der dieser zugeordneten Solarzelle nicht in elektrischen Strom umwandelbaren Spektrum auf die Lichtumwandlerschicht um und lässt sonstige Sonnenstrahlung durch.
Vorzugsweise auf der der Sonne abgewandten Seite der Lichtumwandlerschicht ist eine zweite Hologrammstruktur vorhanden, die die auf die Lichtumwandlerschicht von der ersten Hologrammstruktur umgelenkte und von der Lichtumwandlerschicht zu kürzeren Wellenlängen verschobenen Sonnenstrahlung auf die Solarzelle umlenkt und sonstige Sonnenstrahlung durchlässt.
Durch die Anbringung der ersten Hologrammstruktur wird der Teil der auf die Lichteintrittsfläche des ersten optischen Elements einfallenden Sonnenstrahlung, der von der Solarzelle nicht in elektrischen Strom umwandelbar ist, auf eine auf der der Sonne abgewandten Seite des ersten optischen Elements angebrachte Lichtumwandlerschicht umgelenkt und sonstige Strahlung durchgelassen. Die sonstige senkrecht einfallende Strahlung, die von der Solarzelle in elektrischen Strom umwandelbar, also nutzbar ist, kommt dann gebündelt von dem ersten optischen Element, wird dann von der ersten Hologrammstruktur durchgelassen und erreicht schließlich die Solarzelle oder wird von der ersten Hologrammstruktur durchgelassen, erreicht das erste optische Element und wird durch dieses auf die Solarzelle gebündelt. Die Solarzelle kann also die einfallende Strahlung in dem gesamten von ihr in Strom umwandelbaren Spektrum nutzen.
Durch die Anbringung der Lichtumwandlerschicht wird der Teil der auf die Lichteintrittsfläche des ersten optischen Elements einfallenden Sonnenstrahlung, der von der Solarzelle nicht in elektrischen Strom umwandelbar ist und der von der ersten Hologrammschicht auf die Lichtumwandlerschicht umgelenkt wird, zu kürzeren Wellenlängen, also zu Wellenlängen, die von der Solarzelle in elektrischen Strom umwandelbar ist, verschoben. Die verschobene Strahlung erreicht dann vorzugsweise eine zweite Hologrammstruktur und wird von dieser auf die Solarzelle umgelenkt. So kann von der Solarzelle sowohl die Sonnenstrahlung im von ihr nutzbaren Spektralbereich als auch Sonnenstrahlung im sonstigen Spektralbereich in elektrischen Strom umgewandelt werden.
Die Effizienz einer solchen Solarzelle wird dabei deutlich erhöht. Hinzu kommt noch, dass auf die Solarzelle keine langwelligere Strahlung gebündelt wird, die von der Solarzelle nicht in elektrischen Strom, sondern in Wärme umgewandelt wird. So wird zusätzlich der Wirkungsgrad der Solarzelle durch die Vermeidung einer Überhitzung dieser deutlich erhöht.
Vorzugsweise weist die Photovoltaik-Vorrichtung mindestens ein erstes optisches Element mit einem Zielbereich auf, dem mehrere Solarzellen zugeordnet sind. So können kleinflächigere Solarzellen eingesetzt werden.
Auch kann mindestens einer der in der erfindungsgemäßen Photovoltaik-Vorrichtung eingesetzten Solarzelle eine Vielzahl erster optischen Elemente zugeordnet sein. So kann eine höhere effiziente Effizienz der eingesetzten Solarzellen durch eine stärkere Konzentration der einfallenden Sonnenstrahlung mittels mehrerer erster optischer Elementen erreicht werden.
Insbesondere bildet die senkrechte Projektionsfläche der Lichtumwandlerschicht in der Ebene mit dem ersten optischen Element die gesamte Randfläche des optischen Elements. So kann dann die von der ersten Hologrammstruktur umgelenkte Sonnenstrahlung gleichmäßig auf die größere Fläche der Lichtumwandlerschicht verteilt werden und dadurch eine Überhitzung dieser vermieden werden.
Vorzugsweise überschneidet die Fläche der Lichtumwandlerschicht die von dem ersten optischen Element gebündelte und von der Solarzelle nutzbare Sonnenstrahlung nicht. So kann die von der Solarzelle nutzbare Sonnenstrahlung gänzlich auf die Solarzelle umgelenkt werden. Transmissionsverluste derjenigen Strahlung, die von der Solarzelle genutzt werden kann und die durch das Passieren der Lichtumwandlerschicht auftreten könnten, werden so vermieden und eine hohe Effizienz der Solarzelle wird erreicht.
Bei einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung sind mindestens eine erste und/oder mindestens eine zweite Hologrammstruktur einfach und besonders kostengünstig als ebene Hologrammschicht mit mehreren Hologrammbereichen mit unterschiedlicher Hologrammbeschaffenheit ausgebildet. Die Hologrammbereiche lenken jeweils die von dem ersten optischen Element auf sie gebündelte Sonnenstrahlung in dem von der Solarzelle nicht in elektrischen Strom umwandelbaren Spektralbereich auf die Lichtumwandlereinrichtung um und lassen sonstige Strahlung durch. So können die erste und/oder die zweite Hologrammstruktur sehr genau realisiert werden, da ihre Hologrammbereiche auf die auf sie jeweils einfallende Strahlung individuell abgestimmt werden können. Durch das Vorhandensein einer Vielzahl von Hologrammbereichen mit unterschiedlicher Hologrammbeschaffenheit kann eine ebene Struktur der ersten und/oder der zweiten Hologrammschicht erzielt werden, da diese jeweils in viele Bereiche unterteilt werden können, auf die jeweils ein Strahlenbündel in einem gegebenen Spektralbereich jeweils unter einem einzigen Einfallswinkel auftrifft. Jeder Hologrammbereich lenkt mittels der jeweils vorhandenen, auf den auf ihn einfallenden Strahlenbündel in einem gegebenen Spektralbereich abgestimmte Hologrammbeschaffenheit unter einem vorgegebenen Winkel um und lässt sonstige Sonnenstrahlung durch.
Insbesondere ist zwischen dem ersten optischen Element und der mindestens einen ihm zugeordneten Solarzelle ein zweites optisches Element zum weiteren Bündeln der von dem ersten optischen Element gebündelte Sonnenstrahlung vorhanden. Dadurch wird eine höhere Konzentration der Sonnenstrahlung auf die Solarzellen erreicht und dadurch können die Einkaufs- oder Herstellungskosten der Solarzellen reduziert werden, da nur noch kleinere Solarzellen notwendig sind. Außerdem sinkt die benötigte Genauigkeit der Nachführung einer Solaranlage zur Sonne mit solchen Photovoltaik-Vorrichtungen, da der Akzeptanzwinkel der einfallenden Sonnenstrahlung dadurch höher wird, d. h. dass auch Strahlen die von der auf die ersten optischen Elemente jeweils senkrechten Gerade etwas abweichen, von dem entsprechenden ersten optischen Element jeweils auf die relativ große Fläche des zugeordneten zweiten optischen Elements gesammelt werden und dann von dem zweiten optischen Element weiter auf die kleine Fläche der zugeordnete Solarzelle gebündelt werden.
Vorzugsweise ist die Lichtumwandlerschicht in etwa der gleichen Ebene mit dem zweiten optischen Element angeordnet. Dieser Aufbau der erfindungsgemäßen Photovoltaik-Vorrichtung ist einfach und kostengünstig realisierbar, da es dabei möglich ist, das zweite optische Element und die zugeordnete Lichtumwandlerschicht insbesondere auch die entsprechende zweite Hologrammstruktur als Einheit anzufertigen. Vorzugsweise ist hier die Lichtumwandlerschicht insbesondere angrenzend an das zweite optische Element angeordnet. So kann die Lichtumwandlerschicht den gesamten Randbereich der senkrechten Projektionsfläche des zugeordneten ersten optischen Elements bis zu dem entsprechenden zweiten optischen Element bedecken. Dadurch kann die Sonnenstrahlung in dem von der Solarzelle nicht nutzbaren Spektralbereich von der ersten Hologrammstruktur relativ gleichmäßig auf die relativ große Fläche der zugeordneten Lichtumwandlerschicht verteilt werden und so, nachdem sie durch die Lichtumwandlerschicht zu kürzeren Wellenlängen verschoben worden ist, durch die zweite Hologrammstruktur gleichmäßig auf die Fläche der zugeordneten Solarzelle verteilt werden. So wird die Fläche der zugeordneten Solarzelle gleichmäßig genutzt und eine lokale Überlastung der Solarzelle vermieden.
Auch kann die Lichtumwandlungseinrichtung, insbesondere die Lichtumwandlerschicht, zwischen dem ersten und dem zweiten optischen Element angeordnet sein. So kann insbesondere die die Lichtumwandlerschicht passierende Sonnenstrahlung mittels der zweiten Hologrammstruktur auf das zweite optische Element umgelenkt werden und von diesem weiter auf die zugeordnete Solarzelle konzentriert werden. Dadurch wird eine sehr hohe Konzentration der einfallenden Sonnenstrahlung auf die Solarzellen erreicht. So können Solarzellen mit einer sehr kleinen Fläche eingesetzt werden. Die Reduzierung der notwendigen Fläche der Solarzellen führt zu einer Senkung der Einkaufs- oder Herstellungskosten solcher Solarzellen. Insbesondere überlappt die senkrechte Projektionsfläche der Lichtumwandlerschicht in der Ebene mit dem zweiten optischen Element die Fläche des zweiten optischen Elements nicht. So kann die gesamte Fläche des zweiten optischen Elements zum weiteren Bündeln der von dem ersten Element gebündelten und der von der dritten Hologrammstruktur auf ihn umgelenkten Sonnenstrahlung dienen.
Bei einer besonderen Ausführungsform der Erfindung weist die Lichtumwandlerschicht in ihrem Inneren und/oder auf ihrer der Sonne abgewandten Seite ein Gitter aus leitfähigem Material auf, das insbesondere so dimensioniert ist, dass keine Beugung der auf sie auftreffenden Sonnenstrahlung eintritt. Durch die Verwendung eines solchen Gitters wird die in der Lichtumwandlerschicht durch auf sie auftreffende Wärmestrahlung entstehende Wärme in die Außenumgebung abgeleitet und so eine Überhitzung der Lichtumwandlerschicht vermieden.
Insbesondere endet das Gitter mindestens einer Lichtumwandlerschicht in einer zu dem entsprechenden ersten optischen Element angrenzenden und darauf senkrecht angeordneten Wand aus leitfähigem Material. Diese Wand dient zum weiteren Ableiten der in der Lichtumwandlerschicht entstehenden Wärme in die Außenumgebung. Die Wand verläuft bis zu der Ebene der Lichtumwandlerschicht oder an dieser Ebene vorbei, insbesondere bis zu der Ebene mit der Solarzelle. Je größer die Wandfläche ist, desto schneller wird die Wärme in die Außenumgebung transportiert. Außerdem kann solch eine Wand als Haltevorrichtung für das zweite optische Element und/oder die entsprechende Lichtumwandlerschicht und/oder der zugeordneten zweiten Hologrammstruktur dienen.
Vorzugsweise sind mehrere insbesondere alle ersten optischen Elemente an einem gemeinsamen transparenten Lichteintrittskörper angebracht. So kann man die ersten optischen Elemente leichter handhaben und mit weniger Aufwand und dadurch kostengünstiger in die erfindungsgemäße Photovoltaik-Vorrichtung eingebaut werden.
Insbesondere sind mehrere oder alle Lichtumwandlerschichten an einem Zwischenkörper mit Bereichen aus transparentem Material angebracht. Dabei sind transparente Bereiche jeweils auf einer Fläche vorhanden, auf die die von einem entsprechenden ersten optischen Element gebündelte Sonnenstrahlung auftrifft.
Durch das Vorhandensein der transparenten Bereiche kann die von den ersten optischen Elementen gebündelte Sonnenstrahlung ungestört von weiteren Strukturen die transparenten Bereiche durchqueren und danach die zugeordneten Solarzellen erreichen.
So kann man die Lichtumwandlerschichten mit wenig Aufwand und dadurch kostengünstig in die erfindungsgemäße Photovoltaik-Vorrichtung einbauen.
Vorzugsweise ist eine zweite Hologrammschicht auf einer Zone der Platte angebracht, die die senkrechte Projektionsfläche der zugeordneten Lichtumwandlerschicht in der Ebene mit der zweiten Hologrammschicht bedeckt. So können die Lichtumwandlerschichten und die jeweils zugeordneten zweiten Hologrammstrukturen einfach als eine Einheit gefertigt werden. Wenn solch eine Einheit aufgebaut wird, kann eine sehr genaue relative Positionierung der Lichtumwandlerschichten zu den zugeordneten zweiten Hologrammstrukturen erfolgen, da die mit den Lichtumwandlerschichten bzw. zweiten Hologrammstrukturen zu bedeckende Fläche vormarkiert werden kann. Auch kann eine solche Einheit sehr genau relativ zu den entsprechenden ersten optischen Elementen, relativ zu den zweiten optischen Elementen und zu den Solarzellen positioniert werden. Das führt zu einer Nutzung der gesamten vorhandenen Solarzellenfläche und so zu einer hohen Effizienz einer solchen erfindungsgemäßen Photovoltaik-Vorrichtung.
Insbesondere kann mindestens ein Gitter einer Lichtumwandlerschicht einen das Gitter angrenzenden Bereich der Zwischenplattelatte aus leitfähigem Material kontaktieren. Dadurch wird die in die in der Lichtumwandlerschicht durch auf sie auftreffende Wärmestrahlung entstehende Wärme in die Außenumgebung effektiver abgeleitet und so eine Überhitzung der Lichtumwandlerschicht vermieden.
Vorzugsweise sind mehrere Solarzellen insbesondere alle Solarzellen an einem zweiten gemeinsamen Trägerkörper angebracht. So können die verwendeten Solarzellen leichter handgehabt und mit weniger Aufwand und dadurch kostengünstiger in die erfindungsgemäße Photovoltaik-Vorrichtung eingebaut werden.
Insbesondere ist mindestens ein erstes optisches und/oder ein zweites optisches Element eine Fresnellinse. So kann durch die Verwendung eines üblichen und dadurch kostengünstigen ersten bzw. zweiten optischen Elements die erwünschte Bündelung der einfallenden Sonnenstrahlung auf die Solarzelle erreicht werden.
Auch kann mindestens ein erstes und/oder mindestens ein zweites optisches Element eine dritte Hologrammstruktur aufweisen, die die einfallende Sonnenstrahlung in dem von der Solarzelle in elektrischen Strom umwandelbaren Spektralbereich auf den Zielbereich bündelt und sonstige Sonnenstrahlung durchlässt. Insbesondere weist die dritte Hologrammstruktur mehrere ebene überlagerte Hologrammschichten auf, die jeweils mehrere Hologrammbereiche mit unterschiedlichen Hologrammbeschaffenheiten aufweisen, die die einfallende Sonnenstrahlung in einem Teilbereich des von der Solarzelle in elektrischen Strom umwandelbaren Spektralbereichs jeweils auf die Solarzelle umlenken und sonstige Sonnenstrahlung durchlassen. So kann die dritte Hologrammstruktur sehr genau realisiert werden, da die ebenen Hologrammschichten Hologrammbereiche aufweisen, die für die auf sie jeweils einfallende Strahlung individuell abgestimmt werden können. Durch das Vorhandensein einer Vielzahl von Hologrammbereiche mit unterschiedlicher Hologrammbeschaffenheit kann eine ebene Struktur der Hologrammschichten der dritten Hologrammstruktur erzielt werden, da diese jeweils in vielen Bereiche unterteilt werden können, auf die jeweils einen Strahlenbündel in einem gegebenen Spektralbereich jeweils unter einem einzigen Einfallswinkel auftrifft. Jeder Hologrammbereich lenkt mittels der jeweils vorhandenen, auf den auf ihn einfallenden Strahlenbündel in einem gegebenen Spektralbereich abgestimmte Hologrammbeschaffenheit unter einem vorgegebenen Winkel um und lässt sonstige Sonnenstrahlung ohne Umwandlung durch.
Bei einer besonderen Ausführungsform der Erfindung weist mindestens eine einem ersten optischen Element zugeordnete Lichtumwandlerschicht eine vierte Hologrammstruktur auf, die auf der der Sonne zugewandten Seite der Lichtumwandlerschicht und auf der der Sonne abgewandten Seite des ersten optischen Elements vorhanden ist und die von der ersten Hologrammstruktur umgelenkte Sonnenstrahlung in einem parallelen, auf die Lichtumwandlerschicht senkrechten insbesondere auf dieser gleichmäßig verteilten Strahlenbündel umwandelt. So kann das von der Solarzelle nicht in Strom umwandelbaren Spektrum der einfallenden Strahlung gleichmäßig und senkrecht auf die der Sonne zugewandten Seite der Lichtumwandlerschicht verteilt werden. Dadurch trifft auf die dritte Hologrammstruktur ein paralleles Strahlenbündel auf, der von der Lichtumwandlerschicht zu den kürzeren Wellenlängen verschoben, aber nicht abgelenkt ist. Die dritte Hologrammstruktur ist dann einfacher und dadurch kostengünstiger realisierbar.
Insbesondere kann die vierte Hologrammstruktur einfach und kostengünstig als eine Überlagerung mehrerer ebener Hologrammschichten ausgebildet sein, die jeweils mehrere Hologrammbereiche mit unterschiedlichen Hologrammbeschaffenheiten aufweisen, die die von der ersten Hologrammstruktur auf sie umgelenkte Sonnenstrahlung jeweils in einem parallelen, auf die Lichtumwandlerschicht senkrechten insbesondere auf dieser gleichmäßig verteilten Strahlenbündelteil umwandeln und sonstige Sonnenstrahlung durchlassen.
Vorzugsweise werden mehrere der erfindungsgemäßen Photovoltaik-Vorrichtungen in eine der Sonne stets nachgeführten Anlage eingesetzt.
Ausführungsbeispiele der Erfindung werden nachfolgend anhand der beigefügten Zeichnungen näher erläutert. Darin zeigen:
1 eine Schnittansicht durch eine Ausführungsform einer erfindungsgemäße Photovoltaik-Vorrichtung mit mindesten einem ersten optischen Element in Form einer Fresnellinse, einer Wand aus leitfähigem Material und einer Solarzelle;
2 eine Schnittansicht durch eine weitere Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Photovoltaik-Vorrichtung mit mindestens einem ersten optischen Element in der Form einer Fresnellinse, einer Zwischenplatte, einer daran angebrachten Sekundärlinse und einer Solarzelle;
Bei der folgenden Beschreibung der bevorzugten Ausführungsformen werden für entsprechende Teile die gleichen Bezugszeichen verwendet.
In 1 ist eine Photovoltaik-Vorrichtung 10 mit mindestens einem ersten optischen Element 20 dargestellt. Das erste optische Element 20 ist eine Fresnellinse, die auf die der Sonne abgewandte Seite eines transparenten Lichteintrittskörpers 21 angebracht ist. Das erste optische Element 20 bündelt die senkrecht einfallende Sonnenstrahlung 30 auf eine zugeordnete Solarzelle 40. Das erste optische Element 20 weist auf seiner der Sonne abgewandten Seite eine erste ebene Hologrammstruktur 50 mit mehreren Hologrammbereichen 51, 52 mit unterschiedlichen Hologrammbeschaffenheiten auf, die von dem ersten optischen Element 20 gebündelte Strahlung 30 in einem von der Solarzelle 40 nicht nutzbaren Spektrum 60 auf zwei auf ihrer der Sonne abgewandten Seite und ihr gegenüber beabstandet angeordneten Lichtumwandlerschichten 70 umlenkt und die sonstige von dem ersten optischen Element 20 gebündelte Strahlung 80 in dem von der Solarzelle nutzbaren Spektrum durchlässt. Die Lichtumwandlerschichten 70 verschieben die auf sie jeweils auftreffende Strahlung zu den kürzeren Wellenlängen, also in Strahlung 80 in einem von der Solarzelle 40 nutzbaren Spektrum.
Die Lichtumwandlerschichten 70 weisen jeweils ein Gitter 85 aus leitfähigem Material auf, das zur Ableitung der durch die auf die Lichtumwandlerschichten 70 auftreffende Wärmestrahlung entstehenden und dadurch in den Lichtumwandlerschichten 70 vorhandenen Wärme in die Außenumgebung dient. Die Gitter 85 enden jeweils in einer an dem ersten optischen Element 20 angrenzenden, auf diesem senkrechten und bis zu einer auf seiner der Sonne zugewandten Seite die Solarzelle 40 aufweisenden Trägerkörper 90 verlaufenden Wand 100 aus leitfähigem Material, die zur weiteren Ableitung der durch die auf die Lichtumwandlerschiechten 70 auftreffenden Wärmestrahlung entstehende und dadurch in den Lichtumwandlerschichten 70 vorhandenen Wärme in die Außenumgebung dient.
Die Sonnenstrahlung 80, die die Lichtumwandlerschichten 70 passiert, trifft anschließend auf jeweils eine an der der Sonne abgewandten Seite der zugeordneten Lichtumwandlerschicht 70 angebrachte ebene, zweite Hologrammstruktur 110 mit mehreren Hologrammbereichen 111, 112 mit unterschiedlichen Hologrammbeschaffenheiten auf und wird von dieser auf die Solarzelle 40 umgelenkt.
In 2 ist eine Photovoltaik-Vorrichtung 10 mit mindestens einem ersten 20 und mindestens einem zweiten 120 optischen Element dargestellt. Die von der Solarzelle 40 nutzbare Sonnenstrahlung 80 wird von dem ersten optischen Element 20 auf die Oberfläche des zweiten optischen Elements 120 gebündelt und dann von diesem auf die Solarzelle 40 weiter gebündelt. Das zweite optische Element 120 ist auf der der Sonne zugewandten Seite einer Zwischenplatte 130 innerhalb eines ihrer transparenten Bereiche 131 angeordnet. Auf der der Sonne abgewandten Seite der Zwischenplatte 130 innerhalb von Bereichen 132 aus leitfähigem Material sind die Lichtumwandlerschichten 70 mit den jeweils auf ihrer der Sonne abgewandten Seite angebrachten zweiten ebenen Hologrammstrukturen 110 angebracht. Die von der Solarzelle 40 nicht nutzbare Strahlung 60 wird auch hier von der ersten ebenen Hologrammstruktur 50 auf die Lichtumwandlerschichten 70 umgelenkt und von diesem zu den kürzeren Wellenlängen 80 verschoben. Die Lichtumwandlerschichten 70 weisen auch hier jeweils ein Gitter 85 aus leitfähigem Material, das hier aber jeweils einen aus leitfähigem Material ausgebildete Bereich 132 der Zwischenplatte 130 kontaktiert. Die aus leitfähigem Material ausgebildeten Bereichen 132 der Zwischenplatte 130 dienen zur weiteren Ableitung der durch die auf die Lichtumwandlerschiechten 70 auftreffenden Wärmestrahlung entstehende und dadurch in der Lichtumwandlerschichten 70 vorhandenen Wärme in die Außenumgebung.
Die Sonnenstrahlung 80, die die Lichtumwandlerschichten 70 passiert, trifft jeweils auf die zugeordnete zweite Hologrammstruktur 110 auf und wird von dieser jeweils auf die an der der Sonne zugewandten Seite des Trägerkörpers 90 angeordnete Solarzelle 40 umgelenkt.
Weitere Ausführungsformen ergeben sich durch beliebige Kombinationen der Einzelmerkmale der verschiedenen Ausführungsformen.

10: Photovoltaik-Vorrichtung
20: erstes optisches Element
21: Lichteintrittskörper
30: senkrecht einfallende Sonnenstrahlung
40: Solarzelle
50: erste ebene Hologrammstruktur
51, 52: unterschiedliche Hologrammbereiche der ersten ebenen Hologrammstruktur
60: Teil der einfallende Sonnenstrahlung in einem von der Solarzelle nicht in Strom umwandelbaren Spektrum
70: Lichtumwandlerschicht
80: Teil der einfallenden Sonnenstrahlung in einem von der Solarzelle in Strom umwandelbaren Spektralbereich
85: Gitter
90: Trägerkörper
100: Wand
110: zweite Hologrammstruktur
111, 112: Hologrammbereiche der zweiten ebenen Hologrammstruktur
120: zweites optisches Element
130: Zwischenplatte
131: transparenter Bereich der Zwischenpatte
132: Bereich der Zwischenplatte aus leitfähigem Material

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

- DE 19705046 A1 [0001, 0015]
- DE 10320663 A1 [0006, 0011]
- DE 102004031784 A1 [0014]

Claims

Photovoltaik-Vorrichtung (10) zur direkten Umwandlung von Sonnenenergie in elektrische Energie mit mindestens einer Solarzelle (40) und mindestens einer Lichtumwandlereinrichtung (70) zum Verschieben wenigstens eines Teilspektrums der auf die Solarzelle auftretenden Sonnenstrahlung zu einem anderen Wellenlängenbereich, dadurch gekennzeichnet, dass die Lichtumwandlereinrichtung (70) zum Verschieben eingestrahlter Sonnenstrahlung von einer von der Solarzelle (40) nicht in elektrische Energie umwandelbaren längeren Wellenlängen hin zu einer von der Solarzelle (40) in elektrische Energie umwandelbaren kürzeren Wellenlänge ausgebildet ist, dass ein erstes optisches Element (20) zum Bündeln durch einen Lichteintrittsbereich einfallender Sonnenstrahlung auf die mindestens eine, diesem optischen Element zugeordnete und gegenüber dem Lichteintrittsbereich kleinflächigere Solarzelle (40) vorgesehen ist, und dass eine wellenlängenabhängige Umlenkeinrichtung vorgesehen ist, die Licht mit durch die Solarzelle nicht nutzbarer längerer Wellenlänge weg von der Solarzelle (40) und hin zu der Lichtumwandlereinrichtung (70) umlenkt und entsprechend zu kürzeren Wellenlängen verschobene Strahlung von der Lichtumwandlereinrichtung (70) zu der Solarzelle (40) leitet.
Photovoltaik-Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Lichtumwandlereinrichtung eine Lichtumwandlerschicht (70) zum Verschieben von Sonnenstrahlung (60) in einem von der Solarzelle (40) nicht in elektrischen Strom umwandelbaren Spektrum hin zu kürzeren Wellenlängen aufweist, dass die Lichtumwandlereinrichtung in einem Bereich zwischen dem ersten optischen Element und der Solarzelle, aber außerhalb des Strahlengangs der Sonneinstrahlung von dem optischen Element zu der Solarzelle angeordnet ist und dass die Umlenkeinrichtung eine erste Hologrammstruktur (50), die an dem ersten optischen Element (20) vorhanden ist und die Sonnenstrahlung (60) in dem von der Solarzelle (40) nicht in elektrischen Strom umwandelbaren Spektrum aus dem Strahlengang zwischen optischen Element (20) und Solarzelle (40) weg umlenkt, von der Solarzelle (40) in Strom umwandelbare Strahlung aber durchlässt, und eine zweite Hologrammstruktur (110) aufweist, die an der Lichtumwandlerschicht vorhanden ist, um von der ersten Holgrammstruktur (50) umgelenkte und von der Lichtumwandlerschicht zu kürzeren Wellenlängen verschobene Strahlung (80) auf die Solarzelle (40) umlenkt, sonstige Strahlung aber durchlässt.
Photovoltaik-Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet dass, das mindestens eine erste optische Element (20) zum Bündeln der senkrecht einfallenden Sonnenstrahlung (30) auf die mindesten eine, diesem ersten Element (20) zugeordnete und gegenüber dem ersten Element, kleinflächigere und zu diesem beabstandet angeordnete Solarzelle (40) ausgebildet ist, dass zwischen der Solarzelle (40) und dem ersten optischen Element die Lichtumwandlerschicht (70) vorhanden ist, dass die Lichtumwandlerschicht (70) auf der der Sonne abgewandten Seite des ersten optischen Elements (20) gegenüber diesem beabstandet angeordnet ist und eine Fläche aufweist, deren senkrechte Projektion in der Ebene mit dem ersten optischen Element (20) mindestens einen Teil dessen Randfläche bildet und deren Projektion in der Ebene mit der Solarzelle (40) die Fläche der Solarzelle (40) nicht überlappt, und dass die zweite Hologrammstruktur (110) auf der der Sonne abgewandten Seite der Lichtumwandlerschicht (70) vorhanden ist.
Photovoltaik-Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die senkrechte Projektionsfläche der Lichtumwandlerschicht (70) in der Ebene mit dem ersten optischen Element (20) die gesamte Randfläche des optischen Elements (20) bildet.
Photovoltaik-Vorrichtung nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens ein erstes optisches Element (20) vorhanden ist, dem mehrere Solarzellen (40) zugeordnet sind und/oder mindestens eine Solarzelle (40) vorhanden ist, der eine Vielzahl der ersten optischen Elemente (20) zugeordnet sind.
Photovoltaik-Vorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Lichtumwandlereinrichtung (70) die von dem ersten optischen Element (20) gebündelte Sonnenstrahlung in dem von der Solarzelle (40) in Strom umwandelbaren Spektrum (80) nicht überschneidet.
Photovoltaik-Vorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Umlenkeinrichtung mindestens eine erste Hologrammstruktur (50) hat, die eine ebene Hologrammschicht mit mehreren Hologrammbereichen mit unterschiedlicher Hologrammbeschaffenheit (51, 52) aufweist, die jeweils die von dem ersten optischen Element (20) auf sie gebündelte Sonnenstrahlung in dem von der Solarzelle (40) nicht in elektrischen Strom umwandelbaren Spektralbereich (60) auf die Lichtumwandlerschicht (70) umlenken und sonstige Strahlung durchlassen.
Photovoltaik-Vorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Umlenkeinrichtung mindestens eine zweite Hologrammstruktur (110) hat, die eine ebene Hologrammschicht mit mehreren Hologrammbereichen mit unterschiedlicher Hologrammbeschaffenheit (111, 112) aufweist, die jeweils die auf die Lichtumwandlerschicht (70) umgelenkte und von der Lichtumwandlerschicht (70) zu kürzeren Wellenlängen verschobenen Sonnenstrahlung (80) auf die Solarzelle (40) umlenken und sonstige Strahlung durchlassen.
Photovoltaik-Vorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen dem ersten optischen Element (20) und der mindestens einen zugeordneten Solarzelle (40) ein zweites optisches Element (120) zum weiteren Bündeln der von dem ersten optischen Element (20) gebündelten Sonnenstrahlung (80) vorhanden ist.
Photovoltaik-Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens die Lichtumwandlereinrichtung (70) etwa in einer Ebene mit dem zweiten optischen Element (120) angeordnet ist.
Photovoltaik-Vorrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass eine Lichtumwandlerschicht (70) der Lichtumwandlereinrichtung angrenzend an das zweite optische Element (120) angeordnet ist.
Photovoltaik-Vorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die dem ersten Element (20) zugeordnete Lichtumwandlerschicht (70) zwischen dem ersten optischen Element (20) und dem zweiten optischen Element (120) angeordnet ist.
Photovoltaik-Vorrichtung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Umlenkeinrichtung eine zweite Hologrammstruktur (110) aufweist, die auf die Lichtumwandlerschicht (70) von der ersten Hologrammstruktur (50) umgelenkte und von der Lichtumwandlerschicht (70) zu kürzeren Wellenlängen verschobene Sonnenstrahlung (80) auf das zweite optische Element (120) umlenkt.
Photovoltaik-Vorrichtung nach einem der Ansprüche 9 bis 13, dadurch gekennzeichnet, das zweite optische Element (120) eine Sammellinse, insbesondere eine Fresnellinse ist.
Photovoltaik-Vorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Lichtumwandlereinrichtung (70) in ihrem Inneren und/oder auf ihrer der Sonne abgewandten Seite ein Gitter (85) aus wärmeleitfähigem Material zum Ableiten der in ihr durch auf sie (70) auftreffende Sonnenstrahlung (60) entstehenden Wärme in die Außenumgebung aufweist, das insbesondere so dimensioniert ist, dass keine Beugung der auf sie auftreffenden Sonnenstrahlung (60) eintritt.
Photovoltaik-Vorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens eine Wärmeableiteinrichtung, insbesondere ein Gitter (85), der Lichtumwandlereinrichtung (70) an einer an dem ersten optischen Element (20) angrenzenden und senkrecht dazu angeordneten Wand (100) aus wärmeleitfähigem Material, das zum weiteren Ableiten der in der Lichtumwandlereinrichtung (70) entstehenden Wärme in die Außenumgebung geeignet ist, endet, wobei die Wand (100) von dem ersten optischen Element (20) bis zu einer Ebene die Lichtumwandlereinrichtung (70) aufweisenden Ebene und insbesondere auch bis zu einer die Solarzelle (40) aufweisenden Ebene verläuft.
Photovoltaik-Vorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass mehrere, insbesondere alle, erste optische Elemente (20) an einem gemeinsamen transparenten Lichteintrittskörper (21) angebracht sind.
Photovoltaik-Vorrichtung nach einem der Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass mehrere Lichtumwandlerschichten (70) der Lichtumwandlereinrichtung alle an einer Zwischenplatte (130) mit Bereichen aus transparentem Material angebracht sind, wobei die transparenten Bereiche jeweils auf einer Fläche vorhanden sind, auf die die von einem entsprechenden ersten optischen Element (20) gebündelte Sonnenstrahlung (80) auftrifft.
Photovoltaik-Vorrichtung Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens eine zweite Hologrammschicht (110) auf einer Zone der Zwischenplatte (130) angebracht ist, die die senkrechte Projektionsfläche der zugeordneten Lichtumwandlerschicht (70) in der Ebene mit der zweiten Hologrammschicht (110) bedeckt.
Photovoltaik-Vorrichtung nach Anspruch 18 oder 19, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens eine Wärmeleiteinrichtung der Lichtumwandlereinrichtung, insbesondere ein Gitter (85) einer Lichtumwandlerschicht (70), einen die Wärmeleiteinrichtung (85) angrenzenden Bereich der Zwischenplatte (130) aus wärmeleitfähigem Material kontaktiert.
Photovoltaik-Vorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass mehrere Solarzellen, (40) insbesondere alle Solarzellen (40), an einem zweiten gemeinsamen Trägerkörper (90) angebracht sind.
Photovoltaik-Vorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens ein erstes optisches Element (20) eine Fresnellinse ist.
Photovoltaik-Vorrichtung nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Umlenkeinrichtung an mindestens einem ersten optisches Element (20) eine dritte Hologrammstruktur aufweist, die einfallende Sonnenstrahlung in ein von der Solarzelle (40) in elektrischen Strom umwandelbaren Spektralbereich (80) auf die Solarzelle (40) bündelt und sonstige Sonnenstrahlung durchlässt.
Photovoltaik-Vorrichtung nach Anspruch 23, dadurch gekennzeichnet, dass die dritte Hologrammstruktur mehrere ebene überlagerte Hologrammschichten aufweist, die jeweils mehrere Hologrammbereiche mit unterschiedlichen Hologrammbeschaffenheiten aufweisen, die die einfallenden Sonnenstrahlung in einem Teilbereich des von der Solarzelle in elektrischen Strom umwandelbaren Spektralbereichs (80) jeweils auf die Solarzelle (40) umlenken und sonstige Sonnenstrahlung durchlassen.
Photovoltaik-Vorrichtung nach einem der Ansprüche 7 bis 14, dadurch gekennzeichnet, mindestens ein zweites optisches Element (120) eine dritte Hologrammstruktur aufweist, die einfallende Sonnenstrahlung in einem von der Solarzelle (40) in elektrischen Strom umwandelbaren Spektralbereich (80) auf die Solarzelle (40) bündelt und sonstige Sonnenstrahlung durchlässt.
Photovoltaik-Vorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass mindesten eine Solarzelle (40) aus Silizium ausgebildet ist.
Photovoltaik-Vorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens eine Solarzelle (40) eine Dünnschichtsolarzelle ist.
Photovoltaik-Vorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens eine Solarzelle (40) aus Halbleiterverbindungen ausgebildet ist, insbesondere als mehrschichtige Solarzelle (40) ausgebildet ist.
Photovoltaik-Vorrichtung nach Anspruch 28, dadurch gekennzeichnet, dass die mindestens eine Solarzelle (40) eine Fläche aufweist, die kleiner als 100 Quadratmillimeter ist.
Photovoltaik-Vorrichtung nach Anspruch 2 oder einem der Ansprüche 3 bis 29, soweit auf Anspruch 2 zurückbezogen, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens eine einem ersten optischen Element (20) zugeordnete Lichtumwandlerschicht (70) eine vierte Hologrammstruktur aufweist, die auf der der Sonne zugewandten Seite der Lichtumwandlerschicht (70) und auf der der Sonne abgewandten Seite des ersten optischen Elements (20) vorhanden ist und die von der ersten Hologrammstruktur (50) umgelenkte Sonnenstrahlung (60) in einen parallelen, auf die Lichtumwandlerschicht (70) senkrechten insbesondere auf dieser gleichmäßig verteilten Strahlenbündel (60) umwandelt.
Photovoltaik-Vorrichtung nach Anspruch 30, dadurch gekennzeichnet, dass die vierte Hologrammstruktur mehrere ebene überlagerte Hologrammschichten aufweist, die jeweils mehrere Hologrammbereiche mit unterschiedlichen Hologrammbeschaffenheiten aufweisen, die die von der ersten Hologrammstruktur (50) auf sie umgelenkte Sonnenstrahlung jeweils in ein paralleles, zu der Lichtumwandlerschicht (70) senkrechtes insbesondere auf dieser gleichmäßig verteiltes, Strahlenbündelteil umwandeln und sonstige Sonnenstrahlung durchlassen.
Solaranlage mit mehreren insbesondere mit mehreren vereinzelten Photovoltaik-Vorrichtungen (10) nach einem der vorangehenden Ansprüche.