DE102008037965A1 - Device for producing electrical energy from sunlight, has foil arrangements that are designed on ground, where foil arrangements have Fresnel lenses, transducer, conductor and volume-variable elements - Google Patents

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Abstract

The device has foil arrangements that are designed on ground, where the foil arrangements have Fresnel lenses (12), transducer (13), conductor and volume-variable elements. The Fresnel lenses are provided to focus the sunlight on transducer. The transducer converts sunlight into electrical energy. An independent claim is included for a method for producing electrical energy by sunlight.

Description

Ziel der ErfindungObject of the invention

Ziel der Erfindung ist die Schaffung einer Technologie zur kostengünstigen Produktion von Elektroenergie aus Sonnenlicht. Insbesondere zielt diese Erfindung auf die profitable Produktion von Solarstrom bei einem niedrigen Netzeinspeisepreis (möglichst unter $ 0,05/kWh), so daß ein beträchtlicher Anteil des Elektroenergiebedarfs von Deutschland und anderen Ländern erzeugt werden kann und das enorme Angebot billigsten ökologischen Stroms eine explosionsartige technologische Weiterentwicklung ermöglicht.aim The invention is the creation of a technology for low cost Production of electric energy from sunlight. In particular, this aims Invention on the profitable production of solar power at one low grid feed-in price (if possible below $ 0.05 / kWh), so that a considerable Share of electric energy demand generated by Germany and other countries can be and the enormous supply cheapest ecological electricity an explosive technological development allows.

Hintergrund der ErfindungBackground of the invention

In den sonnenreichen Gegenden (z. B. Spanien, Sahara, Kalifornien) fallen durchschnittlich ca. 170 W/m2 Sonnenlicht. In vielen Wüsten und wüstenähnlichen Gegenden ist oft aufgrund geringer Bodenpreise der Landverbrauch und somit der Wirkungsgrad der Anlage nicht entscheidend, sondern die Kapitaldividende. Bei 10% Wirkungsgrad und einem Netzeinspeisepreis von z. B. $ 0,03/kWh können jährlich $ 4/m2 Einnahmen erzielt werden. Um die Elektroenergieproduktion aus Solarenergie für Investoren interessant zu machen, ist eine Kapitalverdopplung im ersten Jahr anzustreben (möglichst ohne Subventionen). Dementsprechend sollten Investitionen und Betriebskosten im ersten Jahr auch nur ca. maximal $ 4/m2 betragen. Gegenwärtig kosten Solarpanele auf Thermoelementbasis oder Photovoltaikbasis ca. $ 600/m2. Hinzu kommen Kosten für Wechselrichter und Transformatoren. Um ein angestrebtes Ziel von ca. $ 2/m2 zu erreichen, müßten die Kosten der Solarpanele also ca. um einen Faktor 300 reduziert werden.In the sunny regions (eg Spain, Sahara, California) an average of about 170 W / m 2 sunlight fall. In many deserts and desert-like areas, the land consumption and thus the efficiency of the plant is often not decisive because of low land prices, but the capital dividend. At 10% efficiency and a grid feed-in price of z. For example, $ 0.03 / kWh can generate $ 4 / m 2 in revenue each year. In order to make the electric energy production from solar energy interesting for investors, a capital doubling in the first year is to be striven for (if possible without subsidies). Accordingly, investments and operating costs in the first year should amount to a maximum of only $ 4 / m 2 . Currently, thermocouple-based solar panels or photovoltaic panels cost about $ 600 / m 2 . There are also costs for inverters and transformers. In order to reach a target of approx. $ 2 / m 2 , the cost of the solar panels would have to be reduced by a factor of about 300.

Andererseits sind haushaltsübliche Aluminiumfolien und Plastikfolien für unter $ 0,1/m2 erhältlich. Solche Aluminiumfolien würden ausreichen, 15 W/m2 Elektroenergie zu transportieren. Die Plastikfolien würden ausreichen, Spannungen von einigen 10 V zu isolieren. Spannungsdurchbrüche durch Materialfehler könnten eventuell sogar selbstheilend sein, da dünne Schichten von Aluminiumfolie leicht verdampfen. Ein Sandwich von einigen solchen Folien könnte schon eine beträchtliche mechanische Stabilität aufweisen. Die Frage ist, wäre es möglich, aus solchen oder ähnlichen billigen Folien und einer sehr geringen Menge an Hightech-Materialien direkt stromerzeugende Solarpanele mit ca. 10% Wirkungsgrad für $ 2/m2 herzustellen?On the other hand, household standard aluminum foils and plastic films are available for less than $ 0.1 / m 2 . Such aluminum foils would be sufficient to transport 15 W / m 2 of electrical energy. The plastic films would be sufficient to isolate voltages of a few 10V. Voltage breaches due to material defects could possibly even be self-healing, as thin layers of aluminum foil evaporate easily. A sandwich of some such films could already have considerable mechanical stability. The question is, it would be possible to produce from such or similar cheap films and a very small amount of high-tech materials directly electricity-generating solar panels with about 10% efficiency for $ 2 / m 2?

Charakteristik des bekannten Standes der TechnikCharacteristic of the known state of technology

Ein gegenwärtig sehr erfolgreiches Prinzip von Solarstromanlagen in sonnigen Gegenden (z. B. Kalifornien und Nevada) ist die Fokussierung von Sonnenlicht mittels ca. 100 m2 großer Parabolspiegel auf Stirlingmotoren mit ca. 30% Wirkungsrad, die jeweils einen Generator antreiben, dessen Strom direkt über Transformatoren in das Netz eingespeist werden kann. Alternativ werden gekühlte Hochleistungs-Photovoltaik-Elemente mit ebenfalls ca. 30% Wirkungsgrad verwendet (z. B. in Australien), deren Output allerdings durch einen Wechselrichter geleitet werden muß. Ein Nadelöhr bei beiden Technologien sind die sehr aufwendigen Spiegel. Z. B. werden bei nur 100 m2 Spiegelfläche typischerweise mehrere 1000 kg Material für den beweglichen Spiegelhalter aufgewendet, da dieser aufgrund der annähernd vertikalen Anordnung erhebliche Windlasten tragen können muß. Bei solch einem hohen Materialeinsatz ist dauerhaft mit hohen Kosten zu rechnen, welche nicht durch technische Weiterentwicklung weitestgehend eliminiert werden können.A currently very successful principle of solar power systems in sunny areas (eg California and Nevada) is the focus of sunlight by about 100 m 2 parabolic mirrors on Stirling engines with about 30% efficiency, each driving a generator whose electricity directly can be fed into the grid via transformers. Alternatively, refrigerated high-performance photovoltaic elements are also used with about 30% efficiency (eg in Australia), the output of which, however, must be passed through an inverter. A bottleneck in both technologies are the very elaborate mirrors. For example, with only 100 m 2 mirror surface typically several 1000 kg of material for the movable mirror holder expended, as this must be able to carry considerable wind loads due to the approximately vertical arrangement. With such a high use of material permanently high costs are to be expected, which can not be largely eliminated by technical advancements.

Bei 170 W/m2 Sonnenlicht, einer Landausnutzung von 80% und einer alternativen Technologie mit einem Gesamtwirkungsgrad von 10% würden ca. 13 MW/km2 erzeugt werden, d. h. für den annähernden gegenwärtigen Elektroenergie-Gesamtbedarf Deutschlands (ca. 60 GW) wären ca. 4600 km2 Fläche erforderlich (geeignete Speichermöglichkeiten vorausgesetzt).With 170 W / m 2 sunlight, 80% land use and an alternative technology with an overall efficiency of 10%, approximately 13 MW / km 2 would be generated, ie for the approximate present total electrical energy demand of Germany (approximately 60 GW) approx. 4600 km 2 area required (suitable storage facilities required).

Netzeinspeisepreise von sehr ökonomischen Kraftwerken mit nachhaltigen Technologien (z. B. von einigen sehr großen Wasserkraftwerken) liegen in Deutschland typischerweise um $ 0.08/kWh (verglichen mit oft über $ 0,6/kWh für herkömmliche Photovoltaikanlagen und mit typischerweise ca. $ 0,12/kWh für große Windkraftwerke).Netzeinspeisepreise of very economical power plants with sustainable technologies (eg from some very large hydropower plants) are typically around $ 0.08 / kWh in Germany (compared to often over $ 0.6 / kWh for conventional Photovoltaic systems and typically with about $ 0.12 / kWh for large wind power plants).

Beschreibung der ErfindungDescription of the invention

Erfindungsgemäß bestehen die Solarpanele im Wesentlichen aus breiten, aber sehr dünnen Folienanordnungen, die einfach auf der Erde ausgebreitet und mit Haken, Nägeln, Zeltheringen oder ähnlichen Befestigungen (im Folgenden ”Haken” genannt) in der Erde befestigt werden. Diese Folienanordnungen enthalten integriert Fresnel-Linsen, Wandler des Sonnenlichtes in Elektroenergie und die elektrischen Leitungen zum Stromtransport zu Sammelleitern.According to the invention the solar panels essentially consist of wide but very thin foil arrangements, simply laid out on the ground and with hooks, nails, tent pegs or similar Fasteners (hereinafter referred to as "hooks") in to be attached to the earth. These foil arrangements contain integrated Fresnel lenses, transducers of sunlight in electric power and the electrical cables for power transport to busbars.

Erfindungsgemäß erfolgt die Nachjustierung der Wirkung der Fresnel-Linsen auf die winzigen Wandler bei Änderung des Sonnenstandes automatisch durch das Sonnenlicht selber, d. h. ohne eine externe Steuerung. Dazu enthalten die Folienanordnungen Kammern oder andere geeignete volumenveränderliche Elemente, die bei veränderlicher Sonnenbestrahlung ihre Form ändern und so die Geometrie der Folienanordnung auf eine gewünschte Weise verändern, so daß entweder (a) der Lichtfokus der Fresnel-Linsen auf den Wandlern bleibt bei Wanderung der Sonne im Laufe das Tages und im Laufe von Monaten (d. h. die Selbstjustierung ist im Wesentlichen eine Selbstfokussierung – siehe Ausführungsbeispiel 1) oder (b) bei Wanderung der Sonne im Laufe das Tages und im Laufe von Monaten jeweils nur überwiegend die im Lichtfokus oder in der Nähe des Lichtfokus befindlichen Wandler elektrisch angeschlossen werden (d. h. die Selbstjustierung besteht im Wesentlichen darin, daß die jeweils beleuchteten Teile elektrisch wirksam und die Wandler im unbeleuchteten Teil der Anordnung weitgehend unwirksam sind – siehe Ausführungsbeispiel 2). Die Kammern oder anderen geeigneten volumenveränderliche Elemente können z. B. aus Gasblasen in Plastikfolie oder zwischen zwei Metallschichten bestehen, die sich bei Erwärmung ausdehnen. Solche Hohlräume können z. B. durch Walzen von Profilen in Plastikfolien oder Metallfolien erzeugt werden oder durch Verwendung geschäumter Materialien hergestellt werden. Die Blasen dürfen allerdings nicht zu groß sein, um einen Wärmetransport nicht erheblich zu behindern.According to the invention, the readjustment of the effect of the Fresnel lenses on the tiny transducers takes place automatically when the sun's position changes due to the sunlight itself, ie without an external control. To this end, the foil assemblies contain chambers or other suitable variable volume elements that change shape as sunlight changes, thereby altering the geometry of the foil assembly in a desired manner so that either (a) the light focus of the Fresnel lenses remains on the transducers at walls the sun during the day and in the course of months (ie the self-adjustment is essentially a self-focusing - see embodiment 1) or (b) during migration of the sun during the day and in the course of months only predominantly in the light focus or In the vicinity of the light focus located transducers are electrically connected (ie, the self-adjustment consists essentially in that the respective illuminated parts are electrically effective and the transducers in the unlit part of the arrangement are largely ineffective - see Embodiment 2). The chambers or other suitable variable volume elements may, for. B. consist of gas bubbles in plastic or between two metal layers that expand when heated. Such cavities can, for. B. produced by rolling of profiles in plastic films or metal foils or produced by using foamed materials. However, the bubbles must not be too large, so as not to hinder a heat transfer significantly.

Dadurch entfallen teure bewegliche Parabolspiegel und andere teure und materialintensive optische Bauelemente, welche einen Hauptkostenfaktor in vielen modernen Solarkraftwerken darstellen. Durch eine große Zahl an annähernd gleichen Bauelementen mit sehr geringem Materialeinsatz sollten sich solche Kraftwerke zu sehr niedrigen Strompreisen entwickeln lassen.Thereby eliminates expensive moving parabolic mirrors and other expensive and material-intensive Optical components, which are a major factor in many modern Represent solar power plants. By a large number of approximately the same Components with very low material use should be such Develop power plants at very low electricity prices.

Die Fokussierung der Wirkung auf die Wandler kann in einer Dimension (bei streifenförmigen Wandlern) oder in zwei Dimensionen (z. B. bei annähernd punktförmigen Wandlern) erfolgen. Die Erfindung kann Anwendung finden zur preiswerten, nachhaltigen und ökologischen Elektroenergieerzeugung.The Focusing the effect on the transducer can be in one dimension (with strip-shaped converters) or in two dimensions (eg at nearly point-shaped transducers) respectively. The invention can be applied to inexpensive, sustainable and ecological Electric power generation.

Ausführungsbeispiel 1embodiment 1

  • Beispiel gemäß 1 (die Abbildung ist nicht maßstabsgetreu).Example according to 1 (The illustration is not to scale).

Ein Array von Fresnel-Linsen (12) ist mit Kammern (11) verbunden, die bei veränderlicher Bestrahlung mit Sonnenlicht (10) ihre Form verändern, so daß die Wandler (13) im Fokus der Fresnel-Linsen (12) bleiben. Die winzigen Wandler (13) befinden sich vorzugsweise auf einer Metallfolie (14) (z. B. 0,01 mm dicke Aluminiumfolie), die Strom und Wärme ableitet. Je nach Verschaltung (in Reihe oder parallel) der Wandler kann eine zweite Metallfolie in der Folienanordnung enthalten sein (z. B. kann die Schicht (14) in 1 ein Komposit aus zwei von einander isolierten Metallfolien sein, in die die Wandler eingelassen sind, wobei die obere Metallfolie an den Stellen der Wandler ausgestanzt ist – alles z. B. mit simplen Walz- und Drucktechniken hergestellt). Vorzugsweise werden die Kammern durch Profilierung von Folien geformt. Ein Gleitmittel (15) (z. B. dickflüssiges Öl) kann zur Reibungsverringerung und Abdichtung verwendet werden. Die obere Abdeckung (mit den Fresnel-Linsen) ist vorzugsweise zusammenhängend mit der Unterseite der Hohlräume (z. B. geklebt im heißen Zustand) über dünne Stege (16), die sich bei horizontaler Verschiebung der beiden Schichten gegeneinander leicht biegen können.An array of Fresnel lenses ( 12 ) is with chambers ( 11 ) when exposed to sunlight ( 10 ) change their shape so that the transducers ( 13 ) in the focus of Fresnel lenses ( 12 ) stay. The tiny transducers ( 13 ) are preferably on a metal foil ( 14 ) (eg, 0.01 mm thick aluminum foil), which dissipates electricity and heat. Depending on the interconnection (in series or in parallel) of the transducers, a second metal foil may be contained in the foil arrangement (for example, the layer ( 14 ) in 1 a composite of two mutually insulated metal foils, in which the transducers are embedded, wherein the upper metal foil is punched out at the locations of the transducer - all z. B. made with simple rolling and printing techniques). Preferably, the chambers are formed by profiling of films. A lubricant ( 15 ) (eg viscous oil) can be used to reduce friction and seal. The top cover (with the Fresnel lenses) is preferably contiguous with the underside of the cavities (eg, bonded in the hot state) via thin webs (FIG. 16 ), which can bend slightly with horizontal displacement of the two layers against each other.

Bei einem Durchmesser der Fresnel-Linsen von z. B. 0,2 mm kann die Dicke (Höhe) dieser Folienanordnung z. B. 0,3 mm sein, so daß sehr wenig Material benötigt wird. Wenn z. B. je 5 × 5 Fresnel-Linsen zu je einem Array zusammengefaßt werden, dann werden nur winzige Folienstückchen (mit den Fresnel-Linsen) von ca. 1 mm Kantenlänge um einige 0,01 mm bewegt. Die Wandler haben dann z. B. einen Durchmesser von 0,01 mm, was einen hocheffektiven Wärmetransport zu darunter liegenden Schichten (z. B. 0,01 mm dicke Aluminiumfolie von ungefähr Haushaltsfolienqualität) ermöglicht und somit die Anwendung eines hohen Faktors der Lichtkonzentrierung und daher einen relativ geringen Anteil an teuren Hightech-Materialien.at a diameter of the Fresnel lenses of z. B. 0.2 mm, the thickness (Height) this film arrangement z. B. 0.3 mm, so that very little material is needed. If z. B. 5 × 5 each Fresnel lenses are combined into an array, then only tiny pieces of foil (with the Fresnel lenses) of about 1 mm edge length moved by a few 0.01 mm. The transducers then have z. Example, a diameter of 0.01 mm, which a highly effective heat transport to underlying layers (eg, 0.01 mm thick aluminum foil of about Household foil quality) allows and thus the application of a high factor of light concentration and therefore a relatively low proportion of expensive high-tech materials.

Solarpanele mit 10% Wirkungsgrad für $ 2/m2 könnten so eventuell nach einem sehr erheblichen Entwicklungsaufwand (v. a. für entsprechende Herstellungsverfahren mit Verwendung billiger Folien und von Walz- und Drucktechniken und eines hohen Konzentrierungsfaktors des Lichtes und möglicherweise mit Verwendung von Thermoelementen mit horizontalem Wärmegradienten) im sehr großen Maßstab (auf mehr als 100 km2) möglich werden.Solar panels with 10% efficiency for $ 2 / m 2 could thus possibly after a very considerable development effort (especially for corresponding manufacturing processes using cheap films and rolling and printing techniques and a high concentration factor of the light and possibly with the use of horizontal thermal gradient thermocouples) on a very large scale (over more than 100 km 2 ).

Nachteile dieses Ausführungsbeispiels sind jedoch, daß bei realistischer Präzision der Nachführung des Lichtfokus mit kostengünstigen Mitteln der Faktor der Lichtkonzentrierung nicht allzu hoch sein kann und die Mechanik noch recht kompliziert und somit potentiell störanfällig ist.disadvantage this embodiment are, however, that at realistic precision the tracking the light focus with cost-effective Means the factor of light concentration can not be too high and the mechanics are still quite complicated and thus potentially prone to failure.

Ausführungsbeispiel 2embodiment 2

  • Beispiel gemäß 2 und 3 (die Abbildungen sind nicht maßstabsgetreu).Example according to 2 and 3 (The pictures are not to scale).

In einem Array befinden sich jeweils Paare von Fresnel-Linsen (20), die mit Sonnenlicht (25) eine leitende Schicht (21) beleuchten, die sich bei Erwärmung ausdehnt (z. B. durch Blasenbildung in der Schicht (21)). Durch die Ausdehnung erhält die leitende Schicht (21) an den heißen Stellen (22) jeweils Kontakt mit darunter befindlichen Thermoelementen (23), die wiederum mit einer leitenden Schicht (24) verbunden sind, die die kalte Seite darstellt und elektrisch unterbrochen ist an der Stelle (26). Techniken, dünne leitende Folien extrem störungsarm millionenfach elastisch gegen einander zu drücken, sind z. B. von den Tastaturen von Computern bekannt. Um nur sehr wenig Hightech-Materialien verwenden zu müssen, bestehen die Thermoelemente (23) nicht aus zusammenhängenden Schichten, sondern aus isolierten Partikeln mit einem schlecht wärmeleitenden Material in den Zwischenräumen. Dadurch entsteht schon in sehr kleinen Partikeln ein sehr hoher Wärmegradient (d. h. großer Temperaturunterschied zwischen der warmen und kalten Seite). Andererseits ist der Wärmedurchfluß durch eine sehr dünne Schicht von Partikeln auch bei nur relativ geringer Bedeckung der Oberfläche ausreichend: Erforderlich sind bei Sonnenbestrahlung ohne weitere externe Konzentrierer nur ca. 500 W/m2 Peakleistung. Um nur wenig Material aufzuwenden, betragen die Durchmesser (bei Streifenform quer zur Streifenrichtung gemessen) der Fresnel-Linsen und die Gesamtdicke der Anordnung vorzugsweise nur ca. 0,1 mm–0,5 mm. Dementsprechend haben die Thermoelemente-Partikel (23) vorzugsweise nur Größen von ca. 0,005 mm–0,05 mm. Bei einer Flächenbedeckung von z. B. 3% werden so nur ca. 10 g/m2 Thermoelemente-Partikel (23) oder weniger benötigt. Die metallischen Schichten sind z. B. Aluminiumfolien mit ca. 0,01 mm Dicke. Da gewöhnlich zwei Typen von Thermoelemente-Partikeln (23) verwendet werden müssen (z. B. p- und n-leitendes Silizium), könnten die Thermoelemente-Partikel (23) als Emulsion aufgedruckt werden. Drucken großer Flächen mit einem beweglichen Druckkopf ist jedoch teuer. Besser scheint ein Aufwalzen der Thermoelemente-Partikel (23) ohne Verwendung eines sich bewegenden Druckkopfes, z. B. als trockenes Pulver. Da viele geeignete Materialien für die Thermoelemente-Partikel hochschmelzend, sehr spröde und hochgradig intolerant gegen Verunreinigungen im Inneren (d. h. im Volumen) sind, werden die Thermoelemente-Partikel (23) z. B. aus kristallinem Material gemahlen und gesiebt. Dabei wird gegebenenfalls eine Mahltechnik verwendet, die längliche Kristallsplitter erzeugt, die quer zur Längsachse in die leitende Schicht (21) eingewalzt werden. Zu kleine Partikel vergrößern die Wahrscheinlichkeit eines Kurzschlusses zwischen den Schichten (21) und (24). Zum besseren elektrischen Kontakt mit der leitenden Schicht (21) kann eine elektrisch leitende Hilfsschicht verwendet werden (nicht gezeigt), die bereits mit der Oberseite der Thermoelemente-Partikel (23) verbunden ist und vielfach unterbrochen ist, so daß sie elektrisch leitende Inseln bildet.In an array are each pairs of Fresnel lenses ( 20 ) with sunlight ( 25 ) a conductive layer ( 21 ), which expands when heated (eg by blistering in the layer ( 21 )). Due to the expansion, the conductive layer ( 21 ) in the hot spots ( 22 ) each contact with underlying thermocouples ( 23 ), in turn, with a conductive layer ( 24 ), which represents the cold side and is electrically interrupted at the location ( 26 ). Techniques to press thin conductive films extremely low interference million-fold elastic against each other, z. B. from the keyboards of computers known. To only to use very little high-tech materials, the thermocouples ( 23 ) not from contiguous layers, but from isolated particles with a poorly heat-conducting material in the interstices. This results in a very high thermal gradient even in very small particles (ie large temperature difference between the hot and cold side). On the other hand, the heat flow through a very thin layer of particles is sufficient even with only relatively low coverage of the surface: Required for solar radiation without further external concentrators only about 500 W / m 2 peak power. In order to use only a small amount of material, the diameters (in the case of a strip shape measured transversely to the strip direction) of the Fresnel lenses and the total thickness of the arrangement are preferably only about 0.1 mm-0.5 mm. Accordingly, the thermocouple particles ( 23 ) preferably only sizes of about 0.005 mm-0.05 mm. In an area coverage of z. B. 3% are so only about 10 g / m 2 thermocouple particles ( 23 ) or less required. The metallic layers are z. B. aluminum foils with about 0.01 mm thickness. Since usually two types of thermocouple particles ( 23 ) (eg p- and n-type silicon), the thermocouple particles ( 23 ) are printed as an emulsion. However, printing large areas with a movable printhead is expensive. Rolling of the thermocouple particles ( 23 ) without using a moving printhead, e.g. B. as a dry powder. Since many suitable materials for the thermocouple particles are refractory, very brittle, and highly intolerant of internal contaminants (ie, in volume), the thermocouple particles ( 23 ) z. B. ground from crystalline material and sieved. In this case, if appropriate, a grinding technique is used, which generates elongated crystal chips, which are transverse to the longitudinal axis in the conductive layer ( 21 ) are rolled. Too small particles increase the probability of a short circuit between the layers ( 21 ) and ( 24 ). For better electrical contact with the conductive layer ( 21 ), an electrically conductive auxiliary layer may be used (not shown) already connected to the top of the thermocouple particles ( 23 ) and is interrupted many times, so that it forms electrically conductive islands.

Bei den geringen thermoelektrisch erzielbaren Spannungen sind Übergangswiderstände kritisch. Da damit zu rechnen ist, daß selbst bei sorgfältiger Produktion viele Kontakte versagen, werden die Wandler vorzugsweise so verschaltet, daß viele Kontakte problemlos versagen können. Z. B. werden vorzugsweise Wandler parallel (zur besseren Toleranz gegen Kontaktprobleme) geschaltet und diese Parallelschaltungen in Reihe geschaltet (zur Spannungsakkumulation). Damit die Schicht (21) bei Ausdehnung hinreichenden Druck auf die Wandler (23) ausüben kann, sind vorzugsweise nichtleitende Verbindungen zwischen der Schicht (21) und der die Wandler (23) enthaltenden Schicht vorhanden (nicht gezeigt). Zwischen der leitenden Schicht (21) und den Fresnel-Linsen (20) befindet sich vorzugsweise ein Abstandshalter, der gleichzeitig zur mechanischen Stabilität beiträgt.With the low thermoelectrically achievable voltages, contact resistances are critical. Since it is to be expected that many contacts will fail even with careful production, the converters are preferably interconnected so that many contacts can easily fail. For example, preferably converters are connected in parallel (for better tolerance against contact problems) and these parallel circuits are connected in series (for voltage accumulation). So that the layer ( 21 ) on expansion sufficient pressure on the transducer ( 23 ) are preferably non-conductive connections between the layer ( 21 ) and the converters ( 23 ) (not shown). Between the conductive layer ( 21 ) and the Fresnel lenses ( 20 ) is preferably a spacer, which also contributes to the mechanical stability.

In diesem Ausführungsbeispiel werden die Folienanordnungen mit volumenveränderlichen Elementen, Wandlern und stromleitenden Folien als Bahnen ausgelegt (z. B. auf Berg-Südhängen). Die Bahnen enthalten vorzugsweise schon Reihenschaltungen der Wandler oder von Arrays von Wandlern, um eine höhere Spannung zu erzeugen. Kleine Zwischenräume zwischen den Bahnen nehmen Regen und Beschmutzungen auf. Der Strom der Bahnen wird direkt in Sammel-Stromleitungen eingespeist und über Wechselrichter und Transformatoren in das Netz eingespeist. Da sich solche Fresnel-Linsen (20) bei sehr großen Stückzahlen für unter $ 1/m2 herstellen lassen (da der Materialeinsatz gering sein kann und preiswerte Materialien ausreichen können und Herstellung durch Walzen möglich ist), kann ein Austausch nach Beschädigung preiswert möglich sein. Solche Fresnel-Linsen (20) können auch unempfindlicher gegen Kratzer sein als Spiegel.In this embodiment, the foil assemblies with variable volume elements, transducers, and electroconductive foils are laid out as webs (e.g., on mountain-south slopes). Preferably, the traces already include series connections of the transducers or arrays of transducers to produce a higher voltage. Small gaps between the tracks absorb rain and dirt. The stream of the webs is fed directly into collective power lines and fed into the grid via inverters and transformers. Since such Fresnel lenses ( 20 ) can be produced at very large quantities for less than $ 1 / m 2 (since the material use can be low and inexpensive materials can be sufficient and production by rolling is possible), replacement after damage can be inexpensive. Such Fresnel lenses ( 20 ) can also be less sensitive to scratches than mirrors.

Beschreibung zu 3: Bahnen (30) von Folienanordnungen werden ausgelegt (z. B. auf einem Berg-Südhang). Die Bahnen (30) von Folienanordnungen sind mit elektrischen Sammelleitungen (31) verbunden, die zu einem Wechselrichter (32) führen, welcher mit einem Transformator (33) zur Netzeinspeisung verbunden ist. Die Bahnen (30) enthalten einen Rand (nicht gezeigt) zum Durchstechen von Haken in den Boden. Der Rand ist vorzugsweise mechanisch verstärkt.Description to 3 : Tracks ( 30 ) of foil assemblies are laid out (eg on a mountain-south slope). The railways ( 30 ) of foil assemblies are connected to electrical busbars ( 31 ) connected to an inverter ( 32 ), which is connected to a transformer ( 33 ) is connected to the grid feed. The railways ( 30 ) include a rim (not shown) for piercing hooks into the ground. The edge is preferably mechanically reinforced.

Beispielsweise hat eine 0,01 mm Aluminiumfolie pro m Breite einen Querschnitt von 10 mm2 und kann somit 50 A Strom transportieren. Durch Zusammenschaltung von Wandlern lassen sich Spannungen um 100 V erzielen, die durch eine Plastikfolie von ungefähr Haushaltsfolienqualität isoliert werden kann (z. B. akkumuliert sich die Spannung in 2, wenn viele solche winzige Anordnungen in Reihe geschaltet sind und jeweils für die Wandler (23) auf der rechten Seite ein Thermoelektrikum und jeweils für die Wandler (23) auf der linken Seite das andere Thermoelektrikum verwendet wird). Somit können 5 kW Peak-Leistung ohne zusätzliche Stromleiter per m Breite der Bahnen durch diese direkt transportiert werden (z. B. eine Bahn von 1 m Breite und 100 m Länge mit einigen cm Rand zur Befestigung im Boden mittels Haken). Die Sonnenenergie großer Flächen läßt sich so direkt umwandeln und mit Folien von annähernd Haushaltsfolienqualität weiterleiten bei geringen Kosten für Stromleitungen. Die Folienanordnungen können weitgehend durch einfache Prozesse wie Walzen hergestellt werden.For example, a 0.01 mm aluminum foil per m width has a cross section of 10 mm 2 and can thus carry 50 A current. By interconnecting converters, voltages around 100V can be achieved, which can be isolated by a plastic sheeting of about household foil quality (eg, the stress accumulates in 2 when many such tiny arrays are connected in series and respectively for the transducers ( 23 ) on the right side a thermoelectric and each for the converter ( 23 ) on the left side the other thermoelectric is used). Thus, 5 kW peak power can be directly transported through the width of the webs without additional conductors (eg a track of 1 m width and 100 m length with a few cm edge for attachment in the ground by means of hooks). The solar energy of large areas can be converted directly and forwarded with films of approximately household film quality at low cost for power lines. The film arrangements can largely by simple Pro Like rolls are produced.

Durch die enorm hohe Zahl gleicher oder fast gleicher Bauelemente würden Entwicklungskosten an den Einzelkomponenten nur einen sehr geringen Beitrag pro Bahn bewirken. Durch den sehr geringen Materialeinsatz ergeben sich für die meisten Teilkomponenten enorme Einsparungsmöglichkeiten durch technische Weiterentwicklung. Beispielsweise können die Fresnel-Linsen (20) in großer Menge sehr schnell und kostengünstig aus billigem Plastik zwischen zwei Walzen gepreßt werden. Hightech-Materialien werden fast nur in den Wandlern und auch dort nur in sehr geringer Menge benötigt. Die Kosten für Landankauf sind in Wüstengegenden und anderen unwirtlichen Gegenden vergleichsweise gering. Bei geeigneter elektrischer Verschaltung kann eine größere Zahl an Wandlern oder Bahnen ausfallen, ohne das eine sofortige Wartung erforderlich wird. Bei geeignetem Aufbau können Spannungsdurchbrüche oft selbstheilend sein durch Verdampfung eines Teils der Metallschichten.Due to the enormous number of identical or almost identical components, development costs for the individual components would only make a very small contribution per lane. Due to the very low use of materials, enormous savings can be achieved through technical further development for most subcomponents. For example, the Fresnel lenses ( 20 ) are pressed in large quantity very quickly and inexpensively from cheap plastic between two rollers. High-tech materials are almost only needed in the transducers and there only in very small quantities. Land purchase costs are comparatively low in desert and other inhospitable areas. With proper electrical circuitry, a larger number of transducers or tracks can fail without requiring immediate maintenance. With a suitable structure, voltage breakdowns can often be self-healing by evaporation of a portion of the metal layers.

Die Fresnel-Linsen haben vorzugsweise ihre Strukturierung überwiegend auf der Unterseite und sind auf der Oberseite relativ glatter. Dadurch haftet Staub schlechter auf der Oberseite und der Fokus der Fresnel-Linsen hat bei schrägem Einfall eine bessere Qualität.The Fresnel lenses preferably have their structuring predominantly on the bottom and are relatively smoother on the top. Thereby Dust gets worse on the top and the focus of the Fresnel lenses has at an angle Idea a better quality.

Solarpanele mit 10% Wirkungsgrad für $ 2/m2 könnten nach einem erheblichen Entwicklungsaufwand (v. a. für entsprechende Herstellungsverfahren mit Verwendung billiger Folien und von Walztechniken) im sehr großen Maßstab (auf mehr als 100 km2) möglich werden.Solar panels with 10% efficiency for $ 2 / m 2 could be possible after a considerable development effort (especially for corresponding manufacturing processes using cheap foils and rolling techniques) on a very large scale (to more than 100 km 2 ).

In diesem Ausführungsbeispiel werden viele Parameter und Teilkomponenten sehr genau spezifiziert. Diese Spezifikationen sind jedoch nur als Beispiele für ein besseres Verständnis des Prinzips zu sehen und die technischen Parameter und die Wahl der Teilkomponenten können auch ganz anders ausfallen. Insbesondere können natürlich auch z. B. andere Geometrien der Fresnel-Linsen, Typen von Wandlern von Sonnenlicht in Elektroenergie, Gesamtgeometrien der Anlage, Leistungsdichten, Wandlerdichten, Wandlerverschaltungen, Spannungen, Ströme, Kabeltypen und Kabelanordnungen zur Anwendung kommen. Analoges gilt für das Ausführungsbeispiel 1.In this embodiment Many parameters and subcomponents are specified very precisely. However, these specifications are only examples of a better one understanding of the principle to see and the technical parameters and the choice of Subcomponents can also completely different. In particular, of course, z. B. other geometries Fresnel lenses, types of transducers from sunlight to electrical energy, Overall geometries of the system, power densities, converter densities, converter interconnections, Tensions, currents, Cable types and cable arrangements are used. The same applies for the embodiment 1.

Claims (15)

Geräte und Verfahren zur Erzeugung von Elektroenergie aus von Sonnenlicht, dadurch gekennzeichnet, daß – Folienanordnungen auf dem Erdboden ausgelegt sind, – die Folienanordnungen Fresnel-Linsen, Wandler, Stromleiter und volumenveränderliche Elemente enthalten, – die Fresnel-Linsen Sonnenlicht auf Wandler fokussieren, – die Wandler weitgehend im Fokus der Fresnel-Linsen bleiben wenn sich der Sonnenstand in einer oder zwei Dimensionen ändert, dadurch daß volumenveränderliche Elemente bei verschiedenem Sonnenstand verschieden erwärmt werden und bei ändernder Bestrahlung mit Sonnenlicht ihre Form verändern, – die Wandler Sonnenlicht in Elektroenergie umwandeln.Equipment and methods for generating electrical energy from sunlight, characterized in that - foil arrangements are designed on the ground, - the film assemblies include Fresnel lenses, transducers, conductors and volume variable elements, - the Fresnel lenses focus sunlight on transducers, - Transducers remain largely in the focus of the Fresnel lenses when the sun's position changes in one or two dimensions, characterized in that variable volume elements are heated differently at different levels of sunlight and change their shape with changing sunlight exposure, - convert the converters sunlight into electrical energy. Geräte und Verfahren zur Erzeugung von Elektroenergie aus von Sonnenlicht, nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß – besagte volumenveränderliche Elemente aus gasgefüllten Hohlräumen zwischen profilierten Schichten bestehen, – die Hohlräume sich bei Erwärmung ausdehnen und so eine überwiegend horizontale Verschiebung einer die Wandler enthaltenden Schicht gegen eine die Fresnel-Linsen enthaltende Schicht bewirken, – die Hohlräume mit einem dickflüssigen Gleitmittel abgedichtet sind.equipment and method for generating electric energy from sunlight, according to claim 1, characterized in that - said variable volume Elements of gas-filled cavities between profiled layers, - The cavities expand when heated and such a predominantly horizontal displacement of a layer containing the transducer cause a layer containing the Fresnel lenses, - The cavities with a thick Lubricants are sealed. Geräte und Verfahren zur Erzeugung von Elektroenergie aus von Sonnenlicht, dadurch gekennzeichnet, daß – Folienanordnungen auf dem Erdboden ausgelegt sind, – die Folienanordnungen Fresnel-Linsen, Wandler, Stromleiter und volumenveränderliche Elemente enthalten, – die Fresnel-Linsen Sonnenlicht auf Wandler fokussieren, – die volumenveränderlichen Elemente bewirken, daß im Fokus der Lichtes oder in der Nähe des Fokus der Lichtes befindliche Wandler elektrisch angeschlossen sind (d. h. zur Stromerzeugung), – die volumenveränderlichen Elemente bewirken, daß weit entfernt vom Fokus der Lichtes befindliche Wandler elektrisch nicht angeschlossen sind, – besagte volumenveränderliche Elemente bewirken, daß bei Änderung des Sonnenstandes in einer oder zwei Dimensionen und somit Änderung des Fokus des Lichtes weiterhin im Fokus der Lichtes befindliche Wandler elektrisch angeschlossen sind, – besagte Wandler Sonnenlicht in Elektroenergie umwandeln.equipment and method for generating electric energy from sunlight, characterized in that - Foil arrangements are laid out on the ground, The foil arrangements Fresnel lenses, Including transducers, conductors and variable volume elements, - the Fresnel lenses Focus sunlight on transducers, - the variable volume Elements cause in the Focus of the light or nearby the focus of the light located converter electrically connected are (ie to generate electricity), - the variable volume Elements cause that far away from the focus of the light located converter not electrically are connected, - said variable volume Elements effect that when changing the position of the sun in one or two dimensions and thus change the focus of the light continues to be in the focus of the light Transducers are electrically connected, - said converter sunlight convert into electrical energy. Geräte und Verfahren zur Erzeugung von Elektroenergie aus von Sonnenlicht, nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß – besagte volumenveränderliche Elemente gasgefüllte Hohlräume zwischen profilierten Schichten oder Material mit bei Temperaturänderung volumenveränderlichen Einschlüssen enthalten, – besagte Hohlräume sich bei Erwärmung ausdehnen und so eine überwiegend vertikale Ausdehnung einer Schicht gegen Wandler bewirken.Equipment and methods for generating electric energy from sunlight, according to claim 3, characterized in that - said variable volume elements contain gas-filled cavities between profiled layers or material with variable in temperature changes inclusions, said said cavities expands when heated NEN and thus cause a predominantly vertical extension of a layer against transducer. Geräte und Verfahren zur Erzeugung von Elektroenergie aus von Sonnenlicht, nach mindestens einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß – besagte Folienanordnungen auf Berghängen mit Zwischenräumen ausgelegt und mit Haken im Boden befestigt sind.equipment and method for generating electric energy from sunlight, according to at least one of the preceding claims, characterized that - said Foil arrangements on mountain slopes with gaps designed and fastened with hooks in the ground. Geräte und Verfahren zur Erzeugung von Elektroenergie aus von Sonnenlicht, nach mindestens einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß – besagte Folienanordnungen eine Breite von mehr als 50 cm und eine Dicke von weniger als 1 mm haben.equipment and method for generating electric energy from sunlight, according to at least one of the preceding claims, characterized that - said Foil assemblies a width of more than 50 cm and a thickness of less than 1 mm. Geräte und Verfahren zur Erzeugung von Elektroenergie aus von Sonnenlicht, nach mindestens einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß – jeweils mehr als 100 Wandler in den Folienanordnungen zwecks Erzeugung einer höheren Spannung in Reihe geschaltet sind.equipment and method for generating electric energy from sunlight, according to at least one of the preceding claims, characterized that - each more than 100 transducers in the foil assemblies for generating a higher Voltage connected in series. Geräte und Verfahren zur Erzeugung von Elektroenergie aus von Sonnenlicht, nach mindestens einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß – besagte Wandler in den Folienanordnungen Photoelemente oder Thermoelemente sind.equipment and method for generating electric energy from sunlight, according to at least one of the preceding claims, characterized that - said Transducers in the film assemblies photoelements or thermocouples are. Geräte und Verfahren zur Erzeugung von Elektroenergie aus von Sonnenlicht, nach mindestens einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß – der Strom aus besagten Folienanordnungen in Sammelleitungen eingespeist wird, welche in einen Wechselrichter einspeisen, der über einen Transformator in das Stromnetz einspeist.equipment and method for generating electric energy from sunlight, according to at least one of the preceding claims, characterized that - The current is fed from said film assemblies in manifolds, which feed into an inverter which is connected via a transformer in the power grid feeds. Geräte und Verfahren zur Erzeugung von Elektroenergie aus von Sonnenlicht, nach mindestens einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß – die Herstellungskosten besagter Folienanordnungen unter $ 5/m2 liegt und der Gesamtwirkungsgrad der Umwandlung von Sonnenenergie in Elektroenergie besagter Folienanordnungen über 8% liegt.Equipment and method for generating electric energy from sunlight, according to at least one of the preceding claims, characterized in that - the manufacturing cost of said film assemblies is less than $ 5 / m 2 and the total efficiency of conversion of solar energy to electrical energy of said film assemblies is greater than 8%. Geräte und Verfahren zur Erzeugung von Elektroenergie aus von Sonnenlicht, nach mindestens einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß – der Einspeisepreis in das Stromnetz unter $ 0,05/kWh hegt.equipment and method for generating electric energy from sunlight, according to at least one of the preceding claims, characterized that - the feed-in price into the grid under $ 0.05 / kWh. Geräte und Verfahren zur Erzeugung von Elektroenergie aus von Sonnenlicht, nach mindestens einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß – Wandler auf dem thermoelektrischen Effekt beruhen und Pulver von thermoelektrischen Materialien verwenden, die aus kristallinem Material gemahlen werden.equipment and method for generating electric energy from sunlight, according to at least one of the preceding claims, characterized that - converter based on the thermoelectric effect and powders of thermoelectric Use materials that are ground from crystalline material. Geräte und Verfahren zur Erzeugung von Elektroenergie aus von Sonnenlicht, nach mindestens einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß – Pulver von thermoelektrischen Materialien eine durchschnittliche Partikelgröße von weniger als 0,2 mm aufweisen.equipment and method for generating electric energy from sunlight, according to at least one of the preceding claims, characterized that - powder of thermoelectric materials has an average particle size of less than 0.2 mm. Geräte und Verfahren zur Erzeugung von Elektroenergie aus von Sonnenlicht, nach mindestens einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß – thermoelektrische Materialien in einer Schicht mit weniger als 10% Flächenbelegung verwendet werden und die mehr als 90% Zwischenräume in dieser Schicht durchschnittlich eine mindestens 20 mal geringere Wärmeleitung als die thermoelektrischen Materialien aufweisen.equipment and method for generating electric energy from sunlight, according to at least one of the preceding claims, characterized that - thermoelectric Materials in one layer with less than 10% area coverage be used and the more than 90% spaces in this layer average At least 20 times lower heat conduction than the thermoelectric Have materials. Geräte und Verfahren zur Erzeugung von Elektroenergie aus von Sonnenlicht, nach mindestens einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß – billiger erzeugter Strom genutzt wird, der weiteren Verwüstung von Land entgegen zu wirken.equipment and method for generating electric energy from sunlight, according to at least one of the preceding claims, characterized that - cheaper used to counter the further devastation of land Act.
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