DE102009050724A1 - Linear light radiation concentrator for e.g. development of photoelectric solar module, represents extended fragments of prisms, where prisms are coupled among each other and point and base angle of prism faces amounts to given degree range - Google Patents

Linear light radiation concentrator for e.g. development of photoelectric solar module, represents extended fragments of prisms, where prisms are coupled among each other and point and base angle of prism faces amounts to given degree range Download PDF

Info

Publication number
DE102009050724A1
DE102009050724A1 DE102009050724A DE102009050724A DE102009050724A1 DE 102009050724 A1 DE102009050724 A1 DE 102009050724A1 DE 102009050724 A DE102009050724 A DE 102009050724A DE 102009050724 A DE102009050724 A DE 102009050724A DE 102009050724 A1 DE102009050724 A1 DE 102009050724A1
Authority
DE
Germany
Prior art keywords
concentrator
linear
prisms
lichtstrahlungskonzentrator
coupled
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
DE102009050724A
Other languages
German (de)
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.)
TELECOM STV CO Ltd
TELECOM-STV Co Ltd
Original Assignee
TELECOM STV CO Ltd
TELECOM-STV Co Ltd
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 TELECOM STV CO Ltd, TELECOM-STV Co Ltd filed Critical TELECOM STV CO Ltd
Priority to DE102009050724A priority Critical patent/DE102009050724A1/en
Publication of DE102009050724A1 publication Critical patent/DE102009050724A1/en
Withdrawn legal-status Critical Current

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L31/00—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
    • H01L31/04—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof adapted as photovoltaic [PV] conversion devices
    • H01L31/054—Optical elements directly associated or integrated with the PV cell, e.g. light-reflecting means or light-concentrating means
    • H01L31/0543—Optical elements directly associated or integrated with the PV cell, e.g. light-reflecting means or light-concentrating means comprising light concentrating means of the refractive type, e.g. lenses
    • 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
    • F24S23/30—Arrangements for concentrating solar-rays for solar heat collectors with lenses
    • F24S23/31—Arrangements for concentrating solar-rays for solar heat collectors with lenses having discontinuous faces, e.g. Fresnel lenses
    • 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
    • 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

Abstract

The concentrator represents extended fragments of prisms of a linear Fresnel lens, where the prisms are triangular in cross-section and coupled among each other. A point and base angle of coupled prism faces amounts to 90 degree to 180 degree. The concentrator is made up of silicone that is transparent with respect to solar light radiation (1). The silicone exhibits a refractive index of given range after polymerization. The concentrator is installed in a concentration module with light receiving fields arranged in a parallel manner. Chains of silicon solar cells are connected to the fields.

Description

Die Erfindung betrifft einen linearen Lichtstrahlungskonzentrator nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.The invention relates to a linear Lichtstrahlungskonzentrator according to the preamble of claim 1.

Die Erfindung ist auf dem Gebiet der Solarenergie, insbesondere auf dem Bereich der Entwicklung von photoelektrischen Solarmodulen mit Sonnenlichtstrahlern (Sonnenstrahlungskonzentratoren), einsetzbar. Die Erfindung kann in den Land-Sonnenenergieanlagen angewendet werden, welche für autonome Energieversorgungsanlagen und Eigenspeisungssysteme in unterschiedlichen Klimagebieten eingesetzt werden können.The invention can be used in the field of solar energy, in particular in the field of development of solar photoelectric modules with solar radiators (solar concentrators). The invention can be applied in land-based solar energy systems which can be used for autonomous power supply systems and feed systems in different climatic regions.

Die Anwendung von Lichtstrahlungssammlern ermöglicht es bekanntlich, nicht nur die Energieeffizienz der photoelektrischen Module zu steigern, sondern auch ihre Energie- und wirtschaftlichen Kennziffern zu verbessern. (Das ist jedoch nur unter der Voraussetzung möglich, dass die elektrischen Kenndaten der Solarzellen auf die Kenndaten des optischen Systems abgestimmt sind.) Diese Verbesserung ist durch eine Minderung des Verbrauchs von kostspieligen Halbleitermaterialien möglich [1].The use of light harvest collectors, as is known, not only makes it possible to increase the energy efficiency of the photoelectric modules, but also to improve their energy and economic characteristics. (However, this is only possible under the condition that the electrical characteristics of the solar cells are matched to the characteristics of the optical system.) This improvement is possible by reducing the consumption of costly semiconductor materials [1].

Dabei muss die Effizienz der optischen Anordnung des Konzentrators den größtmöglichen Wert anstreben. Die Konstruktion solcher Einrichtungen soll ihren wirkungsvollen Langzeitbetrieb unter tatsächlichen landgebundenen Betriebsbedingungen bei einem möglichst niedrigen Preis der erzeugten elektrischen Leistung sicherstellen. Außerdem soll der Herstellungspreis einzelner Bauteile des Moduls und des gesamten Moduls dem endgültigen geschäftlichen und wirtschaftlichen Ziel entsprechen. Das heißt, der gesamte Fertigungsvorgang der Bauteile des photoelektrischen Moduls sowie sein Zusammenbau müssen maximal fertigungsgerecht und kostenoptimiert sein.The efficiency of the optical arrangement of the concentrator must aim for the highest possible value. The construction of such devices is intended to ensure their effective long-term operation under actual land-based operating conditions at the lowest possible price of the electric power generated. In addition, the manufacturing price of individual components of the module and the entire module should meet the final business and economic objective. That is, the entire manufacturing process of the components of the photoelectric module and its assembly must be maximum production-oriented and cost-optimized.

Aus [2] ist ein linearer Lichtstrahlungskonzentrator bekannt, der ein periodisches System der Linienreflektoren mit dazwischen linienweise angeordneten Sonnenzellen aufweist.From [2] a linear Lichtstrahlungskonzentrator is known, which has a periodic system of line reflectors with line-wise arranged sun cells.

Die Reflektoren sind dabei als linienartige Spiegelstreifen mit vorgegebener Breite ausgeführt. Sie werden unter einem bestimmten Öffnungswinkel zu der auf dem Konzentrator einfallenden Sonnenstrahlung angeordnet. Der von den Reflektoren reflektierte Lichtstrom wird auf der Oberfläche der Sonnenzellen konzentriert. Der Mangel dieses Systems ist ein zu geringer Kc-Wert (Konzentrationsfaktor des Lichtemissionsstroms auf der Oberfläche der Sonnenzellen). In diesem Fall kann der Wert Kc höchstens 2,5 betragen.The reflectors are designed as line-like mirror strips with a predetermined width. They are arranged at a certain opening angle to the incident on the concentrator solar radiation. The luminous flux reflected by the reflectors is concentrated on the surface of the solar cells. The deficiency of this system is too low a K c value (concentration factor of the light emission current on the surface of the solar cells). In this case, the value K c may be at most 2.5.

Diese Mängel sind in dem aus [3] bekannten linearen Lichtstrahlungskonzentrator beseitigt. Dieser bekannte Lichtstrahlungskonzentrator konzentriert die Strahlung innerhalb eines Feldes, das in nur einer Richtung ausgedehnt ist. Der Abstand dieses Feldes von der Haupt-Fresnel-Linse und zwei seitlichen lichtkonzentrierenden optischen Systemen ist dem Fokalabstand gleich.These deficiencies are eliminated in the linear light radiation concentrator known from [3]. This known light concentrator concentrates the radiation within a field that is extended in only one direction. The distance of this field from the main Fresnel lens and two lateral light concentrating optical systems is equal to the focal distance.

Die Haupt-Fresnel-Linse und die seitlichen Modulwände stellen ausgedehnte Fragmente von untereinander gekoppelten Prismen (bis zu 80 Stück) dar. Die Prismen sind im Querschnitt dreieckig ausgebildet. Das Licht fällt auf die Seitenwände der Prismen ein, wird auf ihren Flächen gebrochen und gerät auf die lichtaufnehmende bzw. auf das Arbeitsfeld des Konzentrators. Damit wird die gesamte Beleuchtungsstärke dieses Feldes erhöht. Ein solches Modul weist eine große lichtsammelnde Oberfläche auf und wandelt dementsprechend mehr Sonnenenergie auf das Lichtaufnahmefeld um. Der Mangel dieses Systems besteht jedoch in einer komplizierten und aufwendigen Herstellungsweise der prismatischen Elemente sowohl der Fresnel-Linse als auch der seitlichen lichtbrechenden Modulwände.The main Fresnel lens and the lateral module walls are extended fragments of interconnected prisms (up to 80 pieces). The prisms are triangular in cross-section. The light falls on the side walls of the prisms, is broken on their surfaces and gets on the light-receiving or on the working field of the concentrator. This increases the overall illuminance of this field. Such a module has a large light-collecting surface and accordingly converts more solar energy to the light-receiving field. The deficiency of this system, however, consists in a complicated and expensive production of the prismatic elements of both the Fresnel lens and the lateral refractive module walls.

Es ist verfahrenstechnisch schwierig, zahlreiche dreieckige ausgedehnte Prismen herzustellen, deren Flächen unter spitzen Winkeln (<< 90°) schräg ausgebildet werden: Es gibt immer einen Flächenabrundungshalbmesser, dessen Größe vom Kantenwinkel abhängt. Je spitzer der Kantenwinkel ist, desto größer wird der Flächenabrundungshalbmesser. Aus diesem Grund ist die Effizienz des Lichtkonzentrationssystems durch eine zusätzliche Lichtstreuung auf den abgerundeten Stellen vermindert.It is procedurally difficult to produce numerous triangular extended prisms whose surfaces are formed at acute angles (<< 90 °) obliquely: There is always a Flächenabrundungshalbmesser whose size depends on the edge angle. The sharper the edge angle, the larger the area rounding radius becomes. For this reason, the efficiency of the light concentration system is reduced by additional light scattering on the rounded spots.

Der der Erfindung nächste Stand der Technik seinem technischen Wesen und dem erreichten Ergebnis nach ist ein linearer Lichtstrahlungskonzentrator in Form einer linearen Konvex-Fresnel-Linse, wobei sich im Fokus dieser Linse ein Lichtstromempfänger [4] befindet.The closest prior art invention to its technical nature and the result achieved is a linear Lichtstrahlungskonzentrator in the form of a linear convex Fresnel lens, with the focus of this lens is a luminous flux receiver [4].

Ein solches optisches Lichtkonzentrationssystem ermöglicht es, einen hohen Konzentrationsgrad des Sonnenlichtstroms auf einem jeweiligen Objekt sicherzustellen. Dabei ist vorausgesetzt, dass eine hohe Herstellungsqualität der Fresnel-Linsen vorliegt. Die hohe Herstellungsqualität wird vor allem durch eine hohe Genauigkeit bei der Fertigung der Brechungsflächen der Fresnel-Linsen erreicht. Je spitzer die Flächenwinkel der Linse sind, desto schwieriger ist es fertigungstechnisch, den mindestmöglichen Abrundungshalbmesser der Prismenkanten einzuhalten. Da die Prismenwinkel in dieser Ausführungsform der Fresnel-Linse immer spitze Winkel sind (< 45°), macht der Abrundungsanteil der Flächen einen wesentlichen Teil der Gesamtfläche der Linse aus. Das zeigt sich in einem Effizienzverlust des Konzentrationsvermögens des optischen Systems.Such an optical light concentration system makes it possible to ensure a high degree of concentration of the sunlight flow on a respective object. It is assumed that there is a high production quality of Fresnel lenses. The high manufacturing quality is mainly due to a high Accuracy in the production of the refracting surfaces of the Fresnel lenses achieved. The sharper the surface angles of the lens, the more difficult it is in terms of manufacturing to maintain the minimum possible rounding radius of the prism edges. Since the prism angles in this embodiment of the Fresnel lens are always acute angles (<45 °), the rounding portion of the surfaces makes up a substantial portion of the total area of the lens. This is reflected in a loss of efficiency of the concentration of the optical system.

Der Mangel des betrachteten Konzentrators besteht darin, dass es unmöglich ist, einen hohen Konzentrationsgrad der Sonnenstrahlung infolge einer niedrigen Effizienz der Fresnel-Linse sicherzustellen.The deficiency of the considered concentrator is that it is impossible to ensure a high degree of concentration of solar radiation due to a low efficiency of the Fresnel lens.

Es ist Aufgabe der Erfindung, die optischen Eigenschaften des linearen Lichtstrahlungskonzentrators zu verbessern.It is an object of the invention to improve the optical properties of the linear Lichtstrahlungskonzentrators.

Die gestellte Aufgabe wird durch die Merkmale des Anspruchs 1 gelöst.The stated object is solved by the features of claim 1.

Das wird folgenderweise erreicht: Der lineare Lichtstrahlungskonzentrator stellt ausgedehnte Fragmente von im Querschnitt dreieckigen untereinander gekoppelten Prismen einer linearen Fresnel-Linse dar, wobei die Spitzen- und Grundwinkel der zusammen gekoppelten Prismenflächen 90° bis 180° betragen.This is achieved as follows: The linear light beam concentrator represents extended fragments of triangular inter-triangular inter-coupled prisms of a linear Fresnel lens, with the peak and base angles of the prism surfaces coupled together being 90 ° to 180 °.

Die gestellte Aufgabe wird folgenderweise gelöst:
Der angemeldete lineare Lichtstrahlungskonzentrator stellt eine hohe Effektivität der Lichtsammlung auf den Arbeitsfeldern sicher. Das erfolgt dank bedeutend kleineren Abrundungshalbmessern der Spitzen- und Grundwinkel der zusammengekoppelten Flächen der brechenden Prismen, als es bei einem Konzentrator mit spitzwinkeligen Prismen der Fall ist.The task is solved in the following way:
The registered linear light irradiation concentrator ensures a high effectiveness of the light collection on the working fields. This is done thanks to significantly smaller rounding radii of the peak and base angles of the coupled surfaces of the refractive prisms than is the case with a concentric prism.

Dabei wird eine konzentrierte Lichtstrahlung mindestens in zwei Fokussen fokussiert, die symmetrisch zur Längssymmetrieebene des Konzentrators angeordnet sind.Here, a concentrated light radiation is focused at least in two foci, which are arranged symmetrically to the longitudinal plane of symmetry of the concentrator.

Die Erfindung wird anhand von einem in den Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispiel näher erläutert.The invention will be explained in more detail with reference to an embodiment shown in the drawings.

Das Wesen und der Unterschied der angemeldeten Erfindung gegenüber dem Prototyp wird anhand von 1 erklärt. In 1 ist Folgendes abgebildet:
1 – die Lichtstrahlung, die auf den Konzentrator einfällt,
2 – die Brechungsflächen des Konzentrators,
3 – der gebrochene nicht Strahlungsfluss, der auf das 1. Arbeitsfeld des Konzentratormoduls gerichtet ist,
4 – der gebrochene Lichtstrahlungsfluss, der auf das 2. Arbeitsfeld des Konzentratormoduls gerichtet ist,
a) – der Konzentratoraufbau in Form von untereinander gekoppelten spitzenwinkeligen linearen Fresnel-Linsen und
b) – der Konzentratoraufbau in Form von untereinander gekoppelten stumpfwinkligen linearen Fresnel-Linsen.The nature and the difference of the applied invention against the prototype is based on 1 explained. In 1 the following is shown:
1 The light radiation incident on the concentrator
2 The refractive surfaces of the concentrator,
3 - the broken nonradiative flux directed to the 1st working field of the concentrator module,
4 The refracted flux of light radiation directed to the second working field of the concentrator module,
a) - The concentrator structure in the form of inter-coupled tip-angle linear Fresnel lenses and
b) - The concentrator assembly in the form of mutually coupled obtuse linear Fresnel lenses.

In 2 ist der Aufbau des Konzentratormoduls abgebildet. Dabei ist:
1 – die Sonnenlichtstrahlung, die auf den Konzentrator einfällt,
2 – die Brechungsflächen des Konzentrators,
3 – der gebrochene Lichtstrahlungsfluss, der auf das 1. Lichtaufnahmefeld F1 gerichtet ist,
4 – der gebrochene Lichtstrahlungsfluss, der auf das 2. Lichtaufnahmefeld F2 gerichtet ist,
5 – eine Glasplatte mit einer auf ihrer Oberfläche ausgebildeten Fresnel-Linse,
6 – eine wärmeleitende Unterlage und
φ – der Winkel zwischen den gekoppelten Gegenflächen des Konzentrators.In 2 the structure of the concentrator module is shown. Where:
1 The sunlight radiation incident on the concentrator
2 The refractive surfaces of the concentrator,
3 The refracted stream of light radiation directed towards the first light receiving field F 1 ,
4 The refracted stream of light radiation directed towards the second light receiving field F2,
5 A glass plate having a Fresnel lens formed on its surface,
6 - A thermally conductive pad and
φ - the angle between the coupled mating surfaces of the concentrator.

In 1 ist schematisch die Entstehung von Unregelmäßigkeiten eines optischen Systems dargestellt, wenn die übliche Fresnel-Linse mit im Querschnitt dreieckigen optischen Fragmenten gefertigt ist. In diesem Fall liegt eine Reihe von Flächen mit spitzen (<< 90°) Winkeln an den Spitzen und Gründen (1a) vor. Während der Fertigung der Linsenmatrix ist es nicht möglich, das geometrisch präzise Profil wiederzugeben. Deswegen liegt immer ein gewisser Abrundungshalbmesser vor (1a). Dabei ist zu bemerken, dass je spitzer der Winkel ist, desto schwieriger ist die Herstellung der Matrix mit mindestmöglichen Halbmessern der Spitzen und Gründe.In 1 schematically shows the formation of irregularities of an optical system, when the usual Fresnel lens is made with triangular optical cross-section fragments. In this case, a series of surfaces with acute (<< 90 °) angles at the tips and grounds ( 1a ) in front. During the production of the lens matrix, it is not possible to reproduce the geometrically precise profile. Therefore, there is always a certain rounding radius ( 1a ). It should be noted that the sharper the angle, the more difficult it is to make the matrix with the minimum radius of the tips and reasons.

Während der Anfertigung des Konzentrators kommt das Material des Konzentrators (z. B. Silikon) in Kontakt mit der Matrix. Durch die Wirkung der Oberflächenspannungskräfte des polymerisationsfähigen Materials erfolgt eine weitere Vergrößerung der Abrundengen der Spitzen und Gründe des Konzentrators, und zwar je kleiner der Flächenwinkel ist, desto größer ist die Abrundung. Beim Einsatz von einem Multifokalsystem (1b) bilden die Flächenwinkel einen stumpfen Winkel (> 90°). Die Abrundungshalbmesser sind wesentlich kleiner, sowohl während der Matrixfertigung als auch bei der Ausbildung der brechenden Flächen des Konzentrators. Dabei werden die gebrochenen Lichtstrahlen (3) und (4) (1b) durch gekoppelte brechende Gegenflächen des Konzentrators zu unterschiedlichen Arbeitsfeldern abgelenkt. Im Großen und Ganzen (1b) stellt der Konzentrator ein System von Flächen mit einer vorgegebenen Höhe dar. Dieses System ist zur Mittelebene zwischen zwei bzw. mehreren Arbeitsfeldern symmetrisch.During the preparation of the concentrator, the material of the concentrator (eg silicone) comes into contact with the matrix. By the action of the surface tension forces of the polymerizable material, a further enlargement of the roundness of the peaks and grounds of the concentrator, and Although the smaller the area angle, the larger the rounding off. When using a multifocal system ( 1b ), the surface angles form an obtuse angle (> 90 °). The rounding radius is much smaller, both during matrix production and in the formation of the refractive surfaces of the concentrator. The broken light rays ( 3 ) and ( 4 ) ( 1b ) deflected by coupled refracting mating surfaces of the concentrator to different working fields. On the whole ( 1b ) the concentrator represents a system of surfaces of a given height. This system is symmetrical to the median plane between two or more working fields.

Die Funktion des angemeldeten Lichtstrahlungskonzentrators wird anhand der 2 näher erklärt und folgenderweise ausgeführt.The function of the registered Lichtstrahlungskonzentrators is based on the 2 explained in more detail and executed as follows.

Das Sonnenlicht (1) fällt auf die Oberfläche des Konzentrators ein, wird auf den Flächen des Prismensystems (2) gebrochen und auf räumlich voneinander abgetrennten Feldern (3) und (4) konzentriert. Die Felder (3) und (4) sind tiefer als der Konzentrator und zwar an den Projektionsstellen seiner Seitengrenzen auf einer Positionsebene der Arbeitsfelder angeordnet. Um diese Bedingungen sicherzustellen, sind die Brechungsflächen schräg angeordnet. Solche Neigungswinkel stellen die Lenkung des Lichts auf zwei Lichtaufnahmefelder sicher, welche symmetrisch zur Symmetrieebene des Konzentrators angeordnet sind. Infolge eines solchen Aufbaus der Prismen der linearen Fresnel-Linse ist eine Verbesserung der optischen Eigenschaften des Systems im Vergleich zu den üblichen Systemen sichergestellt. Dies erfolgt durch eine Abnahme der Lichtstromverluste an den Spitzen und in den Gründen der Prismen infolge einer Lichtstromstreuung an den abgerundeten Stellen.The sunlight ( 1 ) is incident on the surface of the concentrator, is deposited on the surfaces of the prism system ( 2 ) and on spatially separated fields ( 3 ) and ( 4 ). The fields ( 3 ) and ( 4 ) are deeper than the concentrator and that are arranged at the projection sites of its side boundaries on a position plane of the work fields. To ensure these conditions, the refractive surfaces are arranged obliquely. Such inclination angles ensure the steering of the light to two light receiving fields, which are arranged symmetrically to the plane of symmetry of the concentrator. As a result of such a structure of the prisms of the linear Fresnel lens, an improvement in the optical characteristics of the system is ensured as compared with the conventional systems. This is done by a decrease in the luminous flux loss at the tips and in the grounds of the prisms as a result of luminous flux scattering at the rounded points.

In den aus wissenschaftlichen und technischen Fundstellen bekannten Lösungen einer ähnlichen Aufgabe ist keine Anwendung von stumpfwinkligen Prismen einer Linear-Fresnel-Linse in linearen Lichtstrahlungskonzentratoren für eine Doppelfokus-Einstellung festzustellen. Darum entsprechen alle kennzeichnenden Merkmale dieser Erfindung den Kriterien Neuheit und ”erfinderische Höhe”.In the solutions of a similar problem known from scientific and technical references, no use of obtuse prisms of a linear Fresnel lens in linear Lichtstrahlungskonzentratoren for a double-focus adjustment is observed. Therefore, all of the characterizing features of this invention meet the criteria of novelty and "inventive heights".

Der Konzentrator (5) für das Konzentrationsmodul (2), welches aus den Linien von Solarzellen (F1) und (F2) besteht; wobei die Solarzellen (F1) und (F2) auf einer wärmeleitfähigen Unterlage (6) mit Plätzen für die Befestigung von Sonnenzellen angeordnet sind. Der Konzentrator ist aus einem gegenüber Sonnenstrahlung durchsichtigen Silikon gefertigt, welches seine Eigenschaften im Laufe von Dutzenden von Jahren nicht ändert. (Im hier beschriebenen Beispiel ist Silikon der Marke ELASTOSIL RT-604 angewendet). Dieses Silikon weist einen Brechungskoeffizient k = 1,42 nach der Polymerisation auf.The concentrator ( 5 ) for the concentration module ( 2 ), which consists of the lines of solar cells (F1) and (F2); wherein the solar cells (F1) and (F2) on a thermally conductive pad ( 6 ) are arranged with places for the attachment of solar cells. The concentrator is made from a silicone transparent to sunlight, which does not change its properties over the course of tens of years. (In the example described here ELASTOSIL RT-604 silicone is used). This silicone has a refractive index k = 1.42 after the polymerization.

Das Konzentrationsmodul, für welches der Konzentrator gefertigt ist, weist zwei parallel angeordnete Lichtaufnahmefelder auf. Auf den Lichtaufnahmefeldern sind Ketten von Siliziumsonnenzellen geschaltet. Die Länge jeder Kette von Zellen beträgt 500 mm und die Breite 10 mm. Der Abstand zwischen den Mittellinien der Lichtaufnahmefelder L beträgt L = 100 mm. Der Abstand H von der Konzentratorebene bis zur Ebene des Lichtaufnahmefeldes beträgt H = 100 mm.The concentration module for which the concentrator is made has two parallel light receiving fields. On the light receiving fields chains of Siliziumsonnenzellen are connected. The length of each chain of cells is 500 mm and the width is 10 mm. The distance between the center lines of the light receiving fields L is L = 100 mm. The distance H from the concentrator plane to the plane of the light receiving field is H = 100 mm.

Zur Berechnung der Konstruktion des Konzentrators ist eine Höhe der gekoppelten Gegenflächen des Konzentratorreliefs h als Konstantwert mit h = 1 angenommen.To calculate the construction of the concentrator, a height of the coupled mating surfaces of the concentrator relief h is assumed to be a constant value with h = 1.

Die berechnete Anzahl der Konzentratorflächen und die Größen der Spitzenwinkel φ der lichtbrechenden Flächen des Konzentrators bei vorgegebenen Kennwerten L, H und h weisen die in der Tabelle angeführten Werte auf. Tabelle

Figure 00080001
ANMERKUNG: Die Tabelle enthält die Berechnungsdaten für den rechten Teil des Konzentrators in Bezug auf seine Längssymmetrieebene. Die Angaben für den linken Teil des Konzentrators sind spiegelsymmetrisch.The calculated number of concentrator surfaces and the sizes of the tip angles φ of the refractive surfaces of the concentrator for given characteristics L, H and h have the values given in the table. table
Figure 00080001
NOTE: The table contains the calculation data for the right part of the concentrator with respect to its longitudinal plane of symmetry. The data for the left part of the concentrator are mirror-symmetrical.

Die Winkelwerte φ entsprechen einem Silikonkonzentrator, welcher auf Glas mit einer Brechungszahl k = 1,42 ausgebildet ist.The angle values φ correspond to a silicone concentrator, which is formed on glass with a refractive index k = 1.42.

Um Silikon die Form von einer multifokalen Fresnel-Linse zu verleihen, ist ein Spritzgusswerkzeug aus Metall verwendet. Seine Oberfläche ist nach der 14. Klasse behandelt, deren Relief ein Spiegelbild der brechenden Konzentratorflächen darstellt. Das vorgespannte 2 mm starke Glas (5) st vorher in das vorbereitete Spritzgusswerkzeug gesetzt. Der Durchsichtigkeitsgrad liegt im Wellenlängenbereich von 0,3 bis 1,2 μm und beträgt mindestens 96%. Das Glas ist als Unterlage für die Befestigung von Silikon verwendet (in diesem Beispiel ist Glas der Marke «PILKINTON» angewendet). Die Glasoberfläche ist mit einer Adhäsionsschicht vorbehandelt. Danach wird das Silikon in das Spritzgusswerkzeug eingegossen. Die Polymerisation von Silikon erfolgt innerhalb von 20–24 Stunden.To give silicone the shape of a multifocal Fresnel lens, a metal injection mold is used. Its surface is treated after the 14th grade, whose relief is a reflection of the refracting concentrator surfaces. The prestressed 2 mm thick glass ( 5 ) St previously placed in the prepared injection mold. The degree of transparency is in the wavelength range of 0.3 to 1.2 microns and is at least 96%. The glass is used as a backing for the attachment of silicone (in this example glass of the brand "PILKINTON" is used). The glass surface is pretreated with an adhesion layer. Thereafter, the silicone is poured into the injection mold. The polymerization of silicone takes place within 20-24 hours.

Nach dem Ablauf der genannten Zeit wird das Spritzgusswerkzeug auseinander genommen. Das Glas mit dem auf seiner Oberfläche ausgebildeten Konzentrator (lineare Fresnel-Linse) wird aus dem Werkzeug herausgenommen. Der Konzentrator wird in das Konzentratormodul eingebaut.After the expiry of said time, the injection mold is taken apart. The glass with the concentrator formed on its surface (linear Fresnel lens) is taken out of the tool. The concentrator is installed in the concentrator module.

Die Kontrolle der elektrophysikalischen Kennwerte des fertig montierten Konzentratormoduls auf dem Tester der Marke ST-1000 zeugt davon, dass die Leistung P der Sonnenzellen im Modul ca. 0,13 Wt/cm2 beträgt. Es stellt sich heraus, dass es um 8–12% höher ist, als es beim Einsatz eines konventionellen Konzentrators der Fall ist, welcher auf der Basis von spitzwinkeligen Prismen ausgeführt ist.Checking the electrophysical characteristics of the assembled concentrator module on the ST-1000 tester indicates that the power P of the solar cells in the module is approximately 0.13 Wt / cm 2 . It turns out to be 8-12% higher than when using a conventional concentrator made on the basis of acute-angled prisms.

Dabei beträgt die optische Effizienz des Konzentrators (das heißt, das Verhältnis des Lichtstroms auf dem Lichtaufnahmefeld zur Dichte des auf den Konzentrator einfallenden Lichtstroms) 93%, während die gemessene optische Effizienz des Konzentrators auf der Basis der spitzwinkligen Prismen nur 86% beträgt.Incidentally, the optical efficiency of the concentrator (that is, the ratio of the luminous flux on the light receiving field to the density of luminous flux incident on the concentrator) is 93%, while the measured optical efficiency of the concentric prism concentrator is only 86%.

Somit ermöglicht die Konstruktion des multifokalen linearen Lichtstrahlungskonzentrators mit den lichtbrechenden Flächen in Form von einem System mit stumpfen Winkeln, die optische Effizienz des Konzentrators sowie des gesamten Konzentratormoduls wesentlich zu erhöhen. Das wird durch die technisch überlegene Form der brechenden Flächen im Vergleich zum bekannten Stand der Technik sichergestellt.Thus, the design of the multifocal linear beam concentrator with the refractive surfaces in the form of an obtuse system allows to substantially increase the optical efficiency of the concentrator as well as the entire concentrator module. This is ensured by the technically superior shape of the refracting surfaces in comparison to the known prior art.

Literaturnachweisebibliographies

  • [1.] A. V. Maltseva. Sonnenstrahlungskonzentratoren im Energiewesen. – Zeitschrift Energia. (Verlag der Russischen Akademie für Wissenschaften), Moskau, 2005, Heft Nr. 7, S. 16–24 .[1.] AV Maltseva. Solar radiation concentrators in the energy system. - Journal Energia. (Publisher of the Russian Academy of Sciences), Moscow, 2005, No. 7, pp. 16-24 ,
  • [2.] Patent der USA, IPC: H01L 31/045, Nr. 6,528,716 vom 04. März 2003.[2.] US Patent, IPC: H01L 31/045, No. 6,528,716 from March 4th, 2003.
  • [3.] Patent der USA, IPC: F24J 3/02, Nr. 4,022,186 vom 10. Mai 1997.[3] US Patent, IPC: F24J 3/02, No. 4,022,186 of May 10, 1997.
  • [4.] Patent der USA, IPC: H01L 31/052, Nr. 5,344,497 vom 06. September 1994. – Prototyp[4.] US Patent, IPC: H01L 31/052, No. 5,344,497 from 06. September 1994. - Prototype

Claims (8)

Linearer Lichtstrahlungskonzentrator mit ausgedehnten Fragmenten von im Querschnitt dreieckigen untereinander gekoppelten Prismen einer linearen Fresnel-Linse, dadurch gekennzeichnet, dass die Spitzen- und Grundwinkel (4) der zusammengekoppelten Prismenflächen 90° bis 180° betragen.Linear light beam concentrator with extended fragments of triangular inter-triangular coupled prisms of a linear Fresnel lens, characterized in that the peak and base angles ( 4 ) of the coupled prism surfaces 90 ° to 180 °. Linearer Lichtstrahlungskonzentrator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Konzentrator aus einem gegenüber Sonnenstrahlung (1) durchsichtigem Silikon gefestigt ist und dass das Silikon einen Brechungskoeffizienten k = 1,42 nach der Polymerisation aufweist.Linear Lichtstrahlungskonzentrator according to claim 1, characterized in that the concentrator from a relative to solar radiation ( 1 transparent silicone and that the silicone has a refractive index k = 1.42 after the polymerization. Linearer Lichtstrahlungskonzentrator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Konzentrator in ein Konzentrationsmodul eingebaut ist, das zwei parallel angeordnete Lichtaufnahmefelder aufweist, dass auf den Lichtaufnahmefeldern Ketten von Siliziumsonnenzellen geschaltet sind, wobei jede Kette von Zellen eine Länge von 500 mm und eine Breite von 10 mm hat, dass der Abstand zwischen den Mittellinien der Lichtaufnahmefelder (L) 100 mm beträgt und dass der Abstand (H) von den Kondensatorebene bis zur Ebene des Lichtaufnahmefeldes H = 100 mm beträgt.Linear Lichtstrahlungskonzentrator according to claim 1, characterized, that the concentrator is incorporated in a concentration module which has two light receiving fields arranged in parallel, chains of silicon solar cells are connected on the light receiving fields, each chain of cells having a length of 500 mm and a width of 10 mm, the distance between the center lines of the light receiving fields (L) is 100 mm and the distance (H) from the capacitor plane to the plane of the light receiving field is H = 100 mm. Linearer Lichtstrahlungskonzentrator nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass für die die Berechnung des Konzentrators eine Höhe der gekoppelten Gegenflächen des Konzentratorreliefs ein Konstantwert h = 1 angenommen ist.Linear Lichtstrahlungskonzentrator according to claim 3, characterized in that for the calculation of the concentrator, a height of the coupled mating surfaces of the concentrator relief a constant value h = 1 is assumed. Linearer Lichtstrahlungskonzentrator nach Anspruch 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Durchsichtigkeitsgrad des Konzentrators im Wellenbereich von 0,3 bis 1,2 μm liegt und mindestens 96% beträgt.Linear Lichtstrahlungskonzentrator according to claim 1 to 4, characterized in that the degree of transparency of the concentrator in the wavelength range of 0.3 to 1.2 microns and is at least 96%. Linearer Lichtstrahlungskonzentrator nach Anspruch 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Fresnel-Linsen auf einer Glasplatte (5) aufgebracht sind, die mit einer Adhäsionsschicht vorbehandelt ist.Linear Lichtstrahlungskonzentrator according to claim 1 to 5, characterized in that the Fresnel lenses on a glass plate ( 5 ) which has been pretreated with an adhesion layer. Linearer Lichtstrahlungskonzentrator nach Anspruch 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Leistung (P) eines Moduls ca. 0,13 Wt/cm2 beträgt und ca. 8–12% höher ist, als beim Einsatz eines konventionellen Kondensators mit dreieckig spitzwinkligen linearen Fresnel-Linsen.Linear Lichtstrahlungskonzentrator according to claim 1 to 6, characterized in that the power (P) of a module is about 0.13 Wt / cm 2 and about 8-12% higher than when using a conventional capacitor with triangular acute-angled linear Fresnel -Lenses. Linearer Lichtstrahlungskonzentrator nach Anspruch 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die berechnete Anzahl der Konzentrationsoberflächen und die Größen der spitzen Winkel (φ) der lichtbrechenden Flächen des Konzentrators bei vorgegebenen Kennwerten, L, H und h ausgehend von der Mittellinie des Konzentrators bei 14 Flächen ansteigende Werte von 99,35° bis 126,61° aufweisen und dass die Werte der beiden Seiten des Konzentrators spiegelbildlich sind.Linear Lichtstrahlungskonzentrator according to claim 1 to 7, characterized, that the calculated number of concentration surfaces and the magnitudes of the acute angles (φ) of the refractive surfaces of the concentrator at given characteristics, L, H and h, increase from 99.35 ° to 126.61 ° at the 14 center surface from the centreline of the concentrator have and that the values of the two sides of the concentrator are mirror images.
DE102009050724A 2009-10-26 2009-10-26 Linear light radiation concentrator for e.g. development of photoelectric solar module, represents extended fragments of prisms, where prisms are coupled among each other and point and base angle of prism faces amounts to given degree range Withdrawn DE102009050724A1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE102009050724A DE102009050724A1 (en) 2009-10-26 2009-10-26 Linear light radiation concentrator for e.g. development of photoelectric solar module, represents extended fragments of prisms, where prisms are coupled among each other and point and base angle of prism faces amounts to given degree range

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE102009050724A DE102009050724A1 (en) 2009-10-26 2009-10-26 Linear light radiation concentrator for e.g. development of photoelectric solar module, represents extended fragments of prisms, where prisms are coupled among each other and point and base angle of prism faces amounts to given degree range

Publications (1)

Publication Number Publication Date
DE102009050724A1 true DE102009050724A1 (en) 2011-04-28

Family

ID=43796835

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
DE102009050724A Withdrawn DE102009050724A1 (en) 2009-10-26 2009-10-26 Linear light radiation concentrator for e.g. development of photoelectric solar module, represents extended fragments of prisms, where prisms are coupled among each other and point and base angle of prism faces amounts to given degree range

Country Status (1)

Country Link
DE (1) DE102009050724A1 (en)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU214760U1 (en) * 2022-04-19 2022-11-14 Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Физико-технический институт им. А.Ф. Иоффе Российской академии наук SOLAR RADIATION CONCENTRATOR

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4022186A (en) 1975-09-10 1977-05-10 Northrup Jr Leonard L Compound lens solar energy system
US5344497A (en) 1993-04-19 1994-09-06 Fraas Lewis M Line-focus photovoltaic module using stacked tandem-cells
US6528716B2 (en) 2000-07-20 2003-03-04 Universite De Liege Solar concentrator

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4022186A (en) 1975-09-10 1977-05-10 Northrup Jr Leonard L Compound lens solar energy system
US5344497A (en) 1993-04-19 1994-09-06 Fraas Lewis M Line-focus photovoltaic module using stacked tandem-cells
US6528716B2 (en) 2000-07-20 2003-03-04 Universite De Liege Solar concentrator

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
A. V. Maltseva. Sonnenstrahlungskonzentratoren im Energiewesen. - Zeitschrift Energia. (Verlag der Russischen Akademie für Wissenschaften), Moskau, 2005, Heft Nr. 7, S. 16-24

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU214760U1 (en) * 2022-04-19 2022-11-14 Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Физико-технический институт им. А.Ф. Иоффе Российской академии наук SOLAR RADIATION CONCENTRATOR

Similar Documents

Publication Publication Date Title
DE102009001976B4 (en) Light concentration module
DE102005042622A1 (en) Photovoltaic modules for a solar concentrator
DE102009008170B4 (en) Method and system for light collection and light energy conversion device
EP0644995B1 (en) Platform for recovering solar energy
DE102008005488B4 (en) Headlights for vehicles
DE102013013995A1 (en) Headlight lens for a vehicle headlight
DE102012206115B4 (en) Homogenizing light guide body for solar concentrators and methods for generating electrical power
DE19754047A1 (en) Solar module with solar concentrator
DE112006003262T5 (en) Light capture by patterned solar cell bus wires
WO2007022861A1 (en) Headlamp lens for a vehicle headlamp
DE19907506A1 (en) Optical system of solar power generation module
DE10295635T5 (en) Solar power module
DE102011054230B4 (en) Lighting device for vehicles
EP2066986A2 (en) Solar multistage concentrator, and greenhouse
DE112009005346T5 (en) solar cell module
DE102020100762A1 (en) Lighting device for a motor vehicle, in particular high-resolution headlights
DE102007058971A1 (en) Photovoltaic device and its use
DE19719083B4 (en) Device for collecting, concentrating and directing direct and diffused radiation
DE102016001543A1 (en) Retro-reflectors
DE4405650C1 (en) Solar power generator using cooled photovoltaic modules
DE102006028932A1 (en) Photovoltaic module has photovoltaic element, designed to pass through part of light bundled from convergent lens, where module has reflector, which is spaced and equipped from photovoltaic element
DE102009050724A1 (en) Linear light radiation concentrator for e.g. development of photoelectric solar module, represents extended fragments of prisms, where prisms are coupled among each other and point and base angle of prism faces amounts to given degree range
DE202009018582U1 (en) Linear light radiation concentrator
DE2631412C2 (en) Device for bundling sunlight by refraction or reflection
DE102018207516B3 (en) Head-up display with one of several distributed light sources illuminated display

Legal Events

Date Code Title Description
OR8 Request for search as to paragraph 43 lit. 1 sentence 1 patent law
R163 Identified publications notified

Effective date: 20111110

R119 Application deemed withdrawn, or ip right lapsed, due to non-payment of renewal fee

Effective date: 20130501