DE102008014618A1 - Konzentrator für Solarstrahlung und dessen Verwendung - Google Patents

Konzentrator für Solarstrahlung und dessen Verwendung Download PDF

Info

Publication number
DE102008014618A1
DE102008014618A1 DE102008014618A DE102008014618A DE102008014618A1 DE 102008014618 A1 DE102008014618 A1 DE 102008014618A1 DE 102008014618 A DE102008014618 A DE 102008014618A DE 102008014618 A DE102008014618 A DE 102008014618A DE 102008014618 A1 DE102008014618 A1 DE 102008014618A1
Authority
DE
Germany
Prior art keywords
solar
radiation
concentrator
concentrator according
conversion
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.)
Granted
Application number
DE102008014618A
Other languages
English (en)
Other versions
DE102008014618B4 (de
Inventor
Harry Dr. Wirth
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.)
Fraunhofer Gesellschaft zur Forderung der Angewandten Forschung eV
Original Assignee
Fraunhofer Gesellschaft zur Forderung der Angewandten Forschung eV
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 Fraunhofer Gesellschaft zur Forderung der Angewandten Forschung eV filed Critical Fraunhofer Gesellschaft zur Forderung der Angewandten Forschung eV
Priority to DE102008014618A priority Critical patent/DE102008014618B4/de
Priority to PCT/EP2009/001470 priority patent/WO2009115182A2/de
Priority to CN200980109248.9A priority patent/CN101978225B/zh
Priority to EP09722269A priority patent/EP2263049A2/de
Priority to US12/736,092 priority patent/US8889982B2/en
Publication of DE102008014618A1 publication Critical patent/DE102008014618A1/de
Application granted granted Critical
Publication of DE102008014618B4 publication Critical patent/DE102008014618B4/de
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Classifications

    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F24—HEATING; RANGES; VENTILATING
    • F24S—SOLAR HEAT COLLECTORS; SOLAR HEAT SYSTEMS
    • F24S23/00—Arrangements for concentrating solar-rays for solar heat collectors
    • F24S23/10—Prisms
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F24—HEATING; RANGES; VENTILATING
    • F24S—SOLAR HEAT COLLECTORS; SOLAR HEAT SYSTEMS
    • F24S23/00—Arrangements for concentrating solar-rays for solar heat collectors
    • F24S23/70—Arrangements for concentrating solar-rays for solar heat collectors with reflectors
    • F24S23/80—Arrangements for concentrating solar-rays for solar heat collectors with reflectors having discontinuous faces
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B27/00—Optical systems or apparatus not provided for by any of the groups G02B1/00 - G02B26/00, G02B30/00
    • G02B27/10—Beam splitting or combining systems
    • G02B27/106—Beam splitting or combining systems for splitting or combining a plurality of identical beams or images, e.g. image replication
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B27/00—Optical systems or apparatus not provided for by any of the groups G02B1/00 - G02B26/00, G02B30/00
    • G02B27/10—Beam splitting or combining systems
    • G02B27/12—Beam splitting or combining systems operating by refraction only
    • G02B27/126—The splitting element being a prism or prismatic array, including systems based on total internal reflection
    • 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
    • Y02B—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO BUILDINGS, e.g. HOUSING, HOUSE APPLIANCES OR RELATED END-USER APPLICATIONS
    • Y02B10/00—Integration of renewable energy sources in buildings
    • Y02B10/20—Solar thermal
    • 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
    • Y02E10/40—Solar thermal energy, e.g. solar towers
    • 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

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Optics & Photonics (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Sustainable Energy (AREA)
  • Computer Hardware Design (AREA)
  • Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
  • Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Sustainable Development (AREA)
  • Electromagnetism (AREA)
  • Thermal Sciences (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Combustion & Propulsion (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Photovoltaic Devices (AREA)

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Konzentratoranordnung für Solarstrahlung, die einen Strahlungsteiler zur Ablenkung von Solarstrahlung mittels Totalreflexion aufweist. Weiterhin betrifft die Erfindung eine Vorrichtung zur Konzentrierung und Umwandlung von Solarenergie, die einen derartigen Konzentrator und mindestens eine Vorrichtung für die Umwandlung von Solarenergie aufweist. Derartige Vorrichtungen für die Umwandlung von Solarenergie sind beispielsweise Solarzellen, Solarmodule oder thermische Solarkollektoren. Verwendung finden die erfindungsgemäßen Konzentratoren zur Konzentrierung von Solarstrahlung ebenso wie in Sonnenschutzlamellen.

Description

  • Die Erfindung betrifft eine Konzentratoranordnung für Solarstrahlung, die einen Strahlungsteiler zur Ablenkung von Solarstrahlung mittels Totalreflektion aufweist. Weiterhin betrifft die Erfindung eine Vorrichtung zur Konzentrierung und Umwandlung von Solarenergie, die einen derartigen Konzentrator und mindestens eine Vorrichtung für die Umwandlung von Solarenergie aufweist. Derartige Vorrichtungen für die Umwandlung von Solarenergie sind beispielsweise Solarzellen, Solarmodule oder thermische Solarkollektoren. Verwendung finden die erfindungsgemäßen Konzentratoren zur Konzentrierung von Solarstrahlung ebenso wie in Sonnenschutzlamellen.
  • Seit vielen Jahren gibt es im Bereich der Photovoltaik Ansätze, die Solarstrahlung zu konzentrieren, um die Menge an Solarzellenmaterial zu minimieren und zum anderen höhere Wirkungsgrade zu erzielen. Das Prinzip beruht darauf, dass Solarstrahlung mit Spiegeln und/oder Linsen konzentriert und auf spezielle Konzentrator-Solarzellen gerichtet wird. Damit reduziert sich die photovoltaisch aktive Fläche und damit die nötige Menge an teuren Solarzellenmaterialien. Durch die Konzentration der Solarstrahlung, die auf photovoltaisch aktive Flächen einwirkt, lassen sich die Kosten für den Solarstrom senken. Dies gilt insbesondere für Regionen mit hohem Direktstrahlungsanteil.
  • Im Stand der Technik werden zur Konzentrierung von Solarstrahlung auf kleinflächige photovoltaisch aktive Flächen lichtbrechende ( US 5,977,478 ) bzw. metallisch-reflektierende oder totalreflektierende Elemente ( US 2007/0227582 ) eingesetzt.
  • Für photovoltaisch aktive Flächen mit größeren Abmessungen, z. B. Standard-Solarzellen mit einer üblichen Fläche von 150 × 150 mm oder Standard-Solarmodulen mit einer typischen Fläche von 1000 × 2000 mm, eignen sich lichtbrechende oder metallisch-reflektierende Elemente nur bedingt, weil sie keine kompakten Anordnungen zulassen. Einseitig strukturierte, lichtbrechende Fresnel-Linsen ermöglichen beispielsweise lediglich Ablenkwinkel bis maximal 40°. Als Folge ist der Abstand zwischen Linsenebene und Empfängerebene im Vergleich zu der Abmessung der Linse sehr groß.
  • Es ist daher Aufgabe der Erfindung, einen kompakten Konzentrator bereitzustellen, der eine deutliche Reduzierung der flächigen Ausdehnung von mit den Konzentratoren gekoppelten Vorrichtungen für die Umwandlung von Solarenergie ermöglicht.
  • Diese Aufgabe wird durch den Konzentrator mit den Merkmalen des Anspruchs 1 und durch die Vorrichtung zur Konzentrierung und Umwandlung von Solarenergie mit den Merkmalen des Anspruchs 14 gelöst. Die weiteren abhängigen Ansprüche zeigen vorteilhafte Weiterbildungen auf. In den Ansprüchen 18 und 19 werden erfindungsgemäße Verwendungen genannt.
  • Erfindungsgemäß wird ein Konzentrator für Solarstrahlung bereitgestellt, der mindestens einen Strahlungsteiler zur Ablenkung von Solarstrahlung aufweist. Der Strahlungsteiler weist dabei auf der der Solarstrahlung abgewandten Seite eine Strukturierung auf, die auf den Strahlungsteiler einfallende Solarstrahlung mittels Totalreflektion in zwei verschiedene Richtungen ablenkt.
  • Die erfindungsgemäße Strukturierung der Strahlungsteiler führt zu einer Ablenkung der einfallenden Sonnenstrahlung mit einem hohen Ablenkwinkel, wodurch die aktiven Flächen, über die die Umwandlung der Solarenergie erfolgt, sehr nah an dem Strahlungsteiler angeordnet werden können und somit eine sehr kompakte Anordnung des Moduls ermöglichen. Ein weiterer Vorteil besteht darin, dass trotz der flachen Ausführung des erfindungsgemäßen Konzentrators Abschattungsverluste weitgehend verhindert werden können.
  • Es ist bevorzugt, dass die Strukturierung aus mehreren sich über die gesamte Fläche periodisch wiederholenden Strukturelementen besteht.
  • Eine andere bevorzugte Alternative sieht vor, dass die Strukturierung aus mehreren sich unterscheidenden Strukturelementen besteht, wobei die einzelnen Strukturelemente so aufeinander abgestimmt sind, dass eine zumindest teilweise Konzentrierung der abgelenkten Strahlung auf die aktive Fläche erfolgt.
  • Die Strukturierung ist vorzugsweise in Form von im Wesentlichen gleichschenkligen Prismen ausgebildet. Dabei können derartige Prismen einen Basiswinkel im Bereich von 45° bis 75°, insbesondere von 55° bis 65° aufweisen.
  • Eine bevorzugte Ausführungsform sieht vor, dass die Basiswinkel der Prismen so variiert sind, dass eine zumindest teilweise Konzentrierung der abgelenkten Strahlung erfolgt.
  • Der Strahlungsteiler besteht vorzugsweise aus einem strukturierbaren Substrat mit einer Transmission von mindestens 85% im Wellenlängenbereich von 400 bis 1100 nm. Hierzu zählen insbesondere Glas und/oder polymere Werkstoffe. In der vorliegenden erfindungsgemäßen Variante weist die der mindestens einen photovoltaisch aktiven Oberfläche zugewandte Oberfläche des Substrates eine Strukturierung auf.
  • Eine weitere bevorzugte Ausführungsform sieht vor, dass der Strahlungsteiler aus einem Substrat mit einer Transmission von mindestens 85% im Wellenlängenbereich von 400 bis 1100 nm besteht, das auf der der mindestens einen photovoltaisch aktiven Oberfläche zugewandten Oberfläche des Substrates eine strukturierte Schicht aus einem Polymermaterial aufweist. Dieses Polymermaterial ist vorzugsweise ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Fluor-, Acrylat- und/oder Silikonpolymeren.
  • Es ist weiterhin bevorzugt, dass die Strukturierung des Strahlungsteilers eine über die gesamte Oberfläche im Wesentlichen gleiche Strukturtiefe in Richtung der Flächennormale der Oberfläche, die bevorzugt im Bereich von 10 μm bis 20 mm, besonders bevorzugt im Bereich von 50 μm bis 5 mm liegt.
  • Die Strukturierung kann dabei durch Guss, Spritzguss, Extrusion und/oder Prägung eingebracht worden sein.
  • Der Strahlungsteiler kann vorzugsweise auch als plane Scheibe oder Platte ausgeführt sein.
  • Ebenso kann der Strahlungsteiler eine spektral selektive Transmission aufweisen zugunsten des photovoltaisch nutzbaren Spektralanteils, i. a. mit maximalen Transmissionen im Bereich von 400 nm bis 1100 nm.
  • Erfindungsgemäß wird ebenso eine Vorrichtung zur Konzentrierung und Umwandlung von Solarenergie bereitgestellt, die mindestens einen Konzentrator, wie er zuvor beschrieben wurde, und mindestens eine Vorrichtung für die Umwandlung von Solarenergie aufweist. Der mindestens eine Konzentrator ist dabei so positioniert, dass die durch den Strahlungsteiler abgelenkte Solarstrahlung auf die mindestens eine Vorrichtung für die Umwandlung von Solarenergie gelenkt wird.
  • Bei der Vorrichtung für die Umwandlung von Solarenergie handelt es sich bevorzugt um Solarzellen, Solarmodule oder thermische Solarkollektoren.
  • Eine weitere bevorzugte Ausführungsform der Vorrichtung sieht vor, dass die Vorrichtung für die Umwandlung von Solarenergie auf der der Solarstrahlung zugewandten Oberfläche eine Antireflexbeschichtung aufweist. Diesee besteht vorzugsweise aus einem Material mit einer gegenüber dem Substratmaterial der Vorrichtung für die Umwandlung von Solarenergie geringeren Lichtbrechung. Es können aber auch entsprechende Ma terialanordnungen, z. B. nanoporöses Glas, eingesetzt werden.
  • Vorzugsweise weist die Vorrichtung zur Konzentrierung und Umwandlung von Solarenergie zusätzlich eine Anordnung zur ein- oder zweiachsigen Nachführbarkeit gegenüber der Sonnenposition auf.
  • Verwendung finden die zuvor beschriebenen Konzentratoren zur Konzentrierung von Sonnenstrahlung auf photovoltaisch aktive Bauelemente. So können die Konzentratoren zum Aufbau von konzentrierenden Photovoltaikmodulen eingesetzt werden. Als Zellen oder Module können marktübliche Siliziumzellen oder Siliziummodule für den nicht-konzentrierenden Einsatz eingesetzt werden. Wenn diese photovoltaischen Module nachgeführt werden, können sie auch auf üblichen Solar-Trackern montiert werden. Ebenso ist es möglich, dass derartige Systeme tageweise manuell einachsig der Sonne nachgeführt werden.
  • Ebenso ist es möglich, dass die erfindungsgemäßen Konzentratoren in Verbindung mit thermischen Solarkollektoren, die eine Umwandlung von Solarenergie in Wärme herbeiführen, eingesetzt werden.
  • Bei einer entsprechenden Dimensionierung können die erfindungsgemäßen Konzentratoren auch in oder als Sonnenschutz-Lamellen für Gebäude eingesetzt werden. Die Lamellen wären hier um ihre Längsachse drehbar und damit einachsig nachführbar.
  • Anhand der nachfolgenden Figuren soll der erfindungsgemäße Gegenstand näher erläutert werden, ohne diesen auf die hier gezeigten speziellen Ausführungsformen einschränken zu wollen.
  • 1 zeigt anhand einer schematischen Darstellung einen erfindungsgemäß verwendeten Strahlungsteiler.
  • 2 zeigt anhand einer schematischen Darstellung einen erfindungsgemäßen Konzentrator.
  • 3 zeigt anhand einer schematischen Darstellung die Anordnung mehrerer Strahlungsteiler in Verbindung mit entsprechenden aktiven Flächen.
  • 4 zeigt anhand einer schematischen Darstellung eine zweite Variante eines erfindungsgemäßen Konzentrators.
  • 5 zeigt anhand einer schematischen Darstellung eine weitere erfindungsgemäße Variante eines Strahlungsteilers.
  • In 1 ist ein Strahlungsteiler 1 im Querschnitt dargestellt, der einfallende Sonnenstrahlung um +/–60° ablenkt und so in zwei verschiedene Richtungen aufteilt. Hierbei wird der Lichtstrahl 3 so abgelenkt, dass er als Lichtstrahl 4 den Strahlteiler verlässt, während der Lichtstrahl 3' so abgelenkt wird, dass er den Strahlteiler als Strahl 4' verlässt. Durch diese Aufteilung wird die Strahlung auch ohne Brechung vollständig umgelenkt. Hierbei auftretende Reflexionsverluste an den Grenzflächen des Strahlungsteilers zur Luft betragen etwa 8%. Diese Reflexionsverluste können auf einen Wert von etwa 3% reduziert werden, sofern entsprechende Antireflex-Beschichtungen eingesetzt werden.
  • In 2 ist ein erfindungsgemäßer Konzentrator abgebildet, der einen Strahlungsteiler 1 aufweist, über den Sonnenstrahlung 3 in einen ersten Strahlbündel 4 und einen zweiten Strahlbündel 4' abgelenkt wird. Der Strahlbündel 4 wird dabei auf die aktive Fläche 5, z. B. eine Solarzellenoberfläche, abgelenkt, während der zweite Strahlbündel 4' auf die photovoltaisch aktive Fläche 5' abgelenkt wird. Mit einer derartigen Anordnung lässt sich eine geometrische Konzentration um den Faktor 1,5 erreichen.
  • Die in 2 gezeigte Anordnung von einem Strahlungsteiler und zwei photovoltaisch aktiven Flächen kann in beide Raumrichtungen beliebig fortgesetzt werden, z. B. eine arrayartige Anordnung. In diesem Fall ergibt sich eine geometrische Konzentration um den Faktor 2. Ein Beispiel hierfür ist in 3 dargestellt, in der eine lineare Anordnung von Strahlungsteilern 1 und aktiven Flächen 5, 5' und 5'', z. B. Solarzellenoberflächen, dargestellt ist. Die einfallende Solarstrahlung 3 wird dabei z. B. über den Strahlteiler 1' in zwei Strahlbündel 4 und 4' aufgeteilt, die dann auf die entsprechenden aktiven Flächen 5 und 5' fallen.
  • In 4 ist eine weitere Variante des erfindungsgemäßen Konzentrators dargestellt. Hierbei wird einfallendes Sonnenlicht 3, 7 durch den Strahlungsteiler 1 abgelenkt. Die beiden Strahlen 3 und 7 treffen an unterschiedlichen Stellen auf den Strahlungsteiler 1, wobei in den jeweiligen Bereichen unterschiedliche Strukturelemente ausgebildet sind. Dies führt dazu, dass der abgelenkte Strahlbündel 4 des eingefallenen Sonnenstrahls 3 mit dem abgelenkten Strahlbündel 8 des eingefallenen Sonnenstrahls 7 sich in einem Punkt auf der photovoltaisch aktiven Fläche 5 treffen und es so zu einer Konzentrierung des Sonnenlichts in diesem Punkt kommt. Gleiches gilt für die Strahlbündel 4' und 8' auf der benachbarten photovoltaisch ak tiven Fläche 6.
  • So ist es durch leichte Variation der Strukturelemente möglich, die abgelenkte Strahlung zu konzentrieren. Somit können die photovoltaisch aktiven Flächen halbiert werden, wodurch die geometrische Konzentration von einem Faktor 2 auf den Faktor 3 oder mehr steigt.
  • In 5 wird eine erfindungsgemäße Variante dargestellt, die auf einem asymmetrischen Prinzip basiert. Die Flankenwinkel der Flanken 2 und 2' betragen hier 59° bzw. 66,7°. Dies führt dazu, dass Solarstrahlung 3 in einem anderen Winkel abgelenkt wird als Solarstrahlung 3'.
  • ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
  • Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
  • Zitierte Patentliteratur
    • - US 5977478 [0003]
    • - US 2007/0227582 [0003]

Claims (19)

  1. Konzentrator für Solarstrahlung enthaltend mindestens einen Strahlungsteiler zur Ablenkung von Solarstrahlung, wobei der Strahlungsteiler auf der der Solarstrahlung abgewandten Seite eine Strukturierung aufweist, die auf den Strahlungsteiler fallende Solarstrahlung mittels Totalreflexion in zwei verschiedene Richtungen ablenkt.
  2. Konzentrator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Strukturierung aus mehreren sich über die gesamte Fläche periodisch wiederholenden Strukturelementen besteht.
  3. Konzentrator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Strukturierung aus mehreren sich unterscheidenden Strukturelementen besteht, wobei die einzelnen Strukturelemente so aufeinander abgestimmt sind, dass eine zumindest teilweise Konzentrierung der abgelenkten Strahlung erfolgt.
  4. Konzentrator nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Strukturierung in Form von im Wesentlichen gleichschenkligen Prismen ausgebildet ist.
  5. Konzentrator nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Prismen einen Basiswinkel im Bereich von 45° bis 75°, insbesondere von 55° bis 65° aufweisen.
  6. Konzentrator nach dem vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Basiswinkel der Prismen so variiert sind, dass eine zumindest teilweise Konzentrierung der abgelenkten Strahlung erfolgt.
  7. Konzentrator nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Strahlungsteiler aus einem strukturierbaren Substrat mit einer Transmission von mindestens 85% im Wellenlängenbereich von 400 bis 1100 nm besteht, insbesondere aus Glas oder einem polymeren Werkstoff, wobei die der mindestens einen photovoltaisch aktiven Oberfläche zugewandten Oberfläche eine Strukturierung aufweist.
  8. Konzentrator nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Strahlungsteiler aus einem Substrat mit einer Transmission von mindestens 85% im Wellenlängenbereich von 400 bis 1100 nm besteht, das auf der der mindestens einen photovoltaisch aktiven Oberfläche zugewandten Oberfläche eine strukturierte Schicht aus einem Polymermaterial aufweist.
  9. Konzentrator nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass das Polymermaterial ausgewählt ist aus der Gruppe bestehend aus Fluor-, Acrylat- und/oder Silikonpolymeren.
  10. Konzentrator nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Strukturierung eine über die gesamte Oberfläche im wesentlichen gleiche Strukturtiefe in Richtung der Flächennormale der Oberfläche im Bereich von 10 μm bis 20 mm, insbesondere von 50 μm bis 5 mm aufweist.
  11. Konzentrator nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Strukturierung durch Guss, Spritzguss, Extrusion und/oder Prägung eingebracht wurde.
  12. Konzentrator nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Strahlungsteiler als plane Scheibe oder Platte ausgeführt ist.
  13. Konzentrator nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Strahlungsteiler eine spektral selektive Transmission aufweist zugunsten des photovoltaisch nutzbaren Spektralanteils.
  14. Vorrichtung zur Konzentrierung und Umwandlung von Solarenergie enthaltend mindestens einen Konzentrator nach einem der vorhergehenden Ansprüche und mindestens eine Vorrichtung für die Umwandlung von Solarenergie, wobei der mindestens eine Konzentrator so positioniert ist, dass die durch den Strahlungsteiler abgelenkte Solarstrahlung auf die mindestens eine Vorrichtung für die Umwandlung von Solarenergie gelenkt wird.
  15. Vorrichtung nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung für die Umwandlung von Solarenergie eine Solarzelle, ein Solarmodul oder ein thermischer Solarkollektor ist.
  16. Vorrichtung nach dem vorhergehenden Anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung für die Umwandlung von Solarenergie auf der der Solarstrahlung zugewandten Oberfläche eine Antireflexbeschichtung, insbesondere aus einem Material mit einer gegenüber dem Substratmaterial geringeren Lichtbrechung, aufweist.
  17. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 14 bis 16, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung eine Anordnung zur ein- oder zweiachsigen Nachführbarkeit gegenüber der Sonnenposition aufweist.
  18. Verwendung des Konzentrators nach einem der Ansprüche 1 bis 13 zur Konzentrierung von Sonnen strahlung auf Vorrichtung für die Umwandlung von Solarenergie, insbesondere Solarzellen, Solarmodule oder thermische Solarkollektoren.
  19. Verwendung des Konzentrators nach einem der Ansprüche 1 bis 13 als Sonnenschutz-Lamelle.
DE102008014618A 2008-03-17 2008-03-17 Vorrichtung zur Konzentrierung und Umwandlung von Solarenergie Active DE102008014618B4 (de)

Priority Applications (5)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE102008014618A DE102008014618B4 (de) 2008-03-17 2008-03-17 Vorrichtung zur Konzentrierung und Umwandlung von Solarenergie
PCT/EP2009/001470 WO2009115182A2 (de) 2008-03-17 2009-03-02 Konzentrator für solarstrahlung und dessen verwendung
CN200980109248.9A CN101978225B (zh) 2008-03-17 2009-03-02 太阳辐射的聚集器及其用途
EP09722269A EP2263049A2 (de) 2008-03-17 2009-03-02 Konzentrator für solarstrahlung und dessen verwendung
US12/736,092 US8889982B2 (en) 2008-03-17 2009-03-02 Concentrator for solar radiation and use thereof

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE102008014618A DE102008014618B4 (de) 2008-03-17 2008-03-17 Vorrichtung zur Konzentrierung und Umwandlung von Solarenergie

Publications (2)

Publication Number Publication Date
DE102008014618A1 true DE102008014618A1 (de) 2009-09-24
DE102008014618B4 DE102008014618B4 (de) 2012-04-05

Family

ID=40983890

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
DE102008014618A Active DE102008014618B4 (de) 2008-03-17 2008-03-17 Vorrichtung zur Konzentrierung und Umwandlung von Solarenergie

Country Status (5)

Country Link
US (1) US8889982B2 (de)
EP (1) EP2263049A2 (de)
CN (1) CN101978225B (de)
DE (1) DE102008014618B4 (de)
WO (1) WO2009115182A2 (de)

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102009049228A1 (de) * 2009-10-13 2011-08-04 Fraunhofer-Gesellschaft zur Förderung der angewandten Forschung e.V., 80686 Vorrichtung zur Konzentrierung und Umwandlung von Solarenergie
EP2317242A3 (de) * 2009-11-03 2012-03-28 Palo Alto Research Center Incorporated Solides lineares optisches Sonnenkonzentrationssystem mit Mikrofacettenspiegelanordnung
DE102011000041A1 (de) 2011-01-05 2012-07-05 Bpe E.K. Solarmodul
DE102014006126B3 (de) * 2014-04-24 2015-06-11 Friedrich Grimm Röhrenkollektor mit einem konzentratorelement und einem empfängerelement

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2016148668A2 (en) * 2015-03-16 2016-09-22 T. C. Marmara Universitesi A solar energy system allowing the spread of the unit of light beam to a larger receiver surface in the same unit area

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5977478A (en) 1996-12-05 1999-11-02 Toyota Jidosha Kabushiki Kaisha Solar module
US20070227582A1 (en) 2006-03-28 2007-10-04 Peter Zupei Chen Low aspect ratio concentrator photovoltaic module with improved light transmission and reflective properties

Family Cites Families (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4200472A (en) * 1978-06-05 1980-04-29 The Regents Of The University Of California Solar power system and high efficiency photovoltaic cells used therein
US4337759A (en) * 1979-10-10 1982-07-06 John M. Popovich Radiant energy concentration by optical total internal reflection
DE3338967A1 (de) 1983-10-27 1985-05-09 M.A.N. Maschinenfabrik Augsburg-Nürnberg AG, 8000 München Strahlenteiler
EP1183487B1 (de) * 1999-05-18 2007-01-17 Powerpulse Holding AG Strahlungsleiteinrichtung
WO2001055650A2 (en) 2000-01-20 2001-08-02 Bd Systems, Llc Self tracking, wide angle, solar concentrators
US6577447B1 (en) * 2000-10-20 2003-06-10 Nikon Corporation Multi-lens array of a wavefront sensor for reducing optical interference and method thereof
JP4190253B2 (ja) * 2002-10-31 2008-12-03 大日本印刷株式会社 コントラスト向上シートおよび背面投射型スクリーン
KR100777736B1 (ko) 2006-03-28 2007-11-19 삼성에스디아이 주식회사 Ｃｅｆ 필터 및 이를 구비한 플라즈마 디스플레이 장치
US20070227581A1 (en) 2006-03-28 2007-10-04 Zupei Chen Concentrator solar cell module

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5977478A (en) 1996-12-05 1999-11-02 Toyota Jidosha Kabushiki Kaisha Solar module
US20070227582A1 (en) 2006-03-28 2007-10-04 Peter Zupei Chen Low aspect ratio concentrator photovoltaic module with improved light transmission and reflective properties

Cited By (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102009049228A1 (de) * 2009-10-13 2011-08-04 Fraunhofer-Gesellschaft zur Förderung der angewandten Forschung e.V., 80686 Vorrichtung zur Konzentrierung und Umwandlung von Solarenergie
WO2011045013A3 (de) * 2009-10-13 2011-12-01 Fraunhofer-Gesellschaft zur Förderung der angewandten Forschung e.V. Vorrichtung zur konzentrierung und umwandlung von solarenergie
CN102714250A (zh) * 2009-10-13 2012-10-03 弗劳恩霍弗应用技术研究院 用于聚集和转化太阳能的装置
EP2317242A3 (de) * 2009-11-03 2012-03-28 Palo Alto Research Center Incorporated Solides lineares optisches Sonnenkonzentrationssystem mit Mikrofacettenspiegelanordnung
DE102011000041A1 (de) 2011-01-05 2012-07-05 Bpe E.K. Solarmodul
EP2477232A2 (de) 2011-01-05 2012-07-18 BPE e. K. Solarmodul
DE102014006126B3 (de) * 2014-04-24 2015-06-11 Friedrich Grimm Röhrenkollektor mit einem konzentratorelement und einem empfängerelement

Also Published As

Publication number Publication date
WO2009115182A2 (de) 2009-09-24
EP2263049A2 (de) 2010-12-22
DE102008014618B4 (de) 2012-04-05
WO2009115182A3 (de) 2010-08-26
US20110083740A1 (en) 2011-04-14
CN101978225B (zh) 2014-07-09
CN101978225A (zh) 2011-02-16
US8889982B2 (en) 2014-11-18

Similar Documents

Publication Publication Date Title
DE3741477C2 (de)
DE102009008170B4 (de) Verfahren und System zur Lichtkollektion und Lichtenergie-Umwandlungsgerät
DE19907506A1 (de) Photovoltaisches Bauelement, photovoltaisches Modul und Aufstellverfahren für ein photovoltaisches Modul
WO2008034418A2 (de) Solarer mehrstufenkonzentrator und gewächshaus
WO2009135892A2 (de) Vorrichtung und verfahren zum konzentrieren von einfallendem licht
DE102008014618B4 (de) Vorrichtung zur Konzentrierung und Umwandlung von Solarenergie
DE102007058971A1 (de) Photovoltaik-Vorrichtung und deren Verwendung
DE102011050332A1 (de) Energiewandlerkonzentratorsystem
EP2534701B1 (de) Photovoltaik-vorrichtung sowie dessen verwendung
DE102004054755A1 (de) Vorrichtung zur Konzentration von Licht, insbesondere von Sonnenlicht
DE102004001248B3 (de) Stationärer photovoltaischer Sonnenlicht-Konzentrator
DE102009049228A1 (de) Vorrichtung zur Konzentrierung und Umwandlung von Solarenergie
DE102009037083A1 (de) Photovoltaik-Vorrichtung mit mindestens einer Spiegelvorrichtung
DE7905131U1 (de) Linearer stufen-sonnenkollektor mit geneigten reflektorplatten
DE102006028932A1 (de) Photovoltaikmodul
DE102014223298A1 (de) Optische Anordnung und Photovoltaikmodul, Verfahren zu deren Herstellung und Verwendungen hiervon
DE102008001640A1 (de) Vorrichtung zum Konzentrieren von einfallendem Licht
DE4225130C2 (de) Zweistufige Konzentratoranordnung mit mehreren Solarzellen
EP3966872B1 (de) Konzentrator-photovoltaik-modul
WO2021151523A1 (de) Photovoltaikbauteil
DE102008020815A1 (de) Photovoltaisches Solarmodul
DE102007054323A1 (de) Photovoltaik-Vorrichtung mit mindestens einem mindestens eine Lichtumwandlerschicht aufweisenden optischen Element mit mindestens einer seitlich angebrachten Solarzelle
DE102011053001B4 (de) Heliostat und Solarpark mit einem solchen Heliostaten
DE102010003222A1 (de) Optisches System
DE102013219573A1 (de) Fotovoltaikmodul und Verfahren zum Herstellen eines Fotovoltaikmoduls

Legal Events

Date Code Title Description
OP8 Request for examination as to paragraph 44 patent law
R018 Grant decision by examination section/examining division
R020 Patent grant now final

Effective date: 20120706

R084 Declaration of willingness to licence