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Die Erfindung betrifft eine lichtelektrische Umwandlungsvorrichtung, insbesondere eine lichtelektrische Umwandlungsvorrichtung mit einer hohen Modularisierung.
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Bei der bekannten Technologie besteht die lichtelektrische Umwandlungsvorrichtung aus der Linse und dem lichtelektrischen Umwandlungselement, zum Beispiel wird die Lichtquelle mit Hilfe der Linse auf das lichtelektrische Umwandlungselement fokussiert. In der Regel kommt das lichtelektrische Umwandlungselement zum Einsatz des Halbleitermaterials, und das lichtelektrische Umwandlungselement wird bei der Ausführung und der Herstellung auf einer Grundplatte angeordnet, und die lichtelektrische Umwandlung wird dann durch die Linse vorgenommen. Da aber die oben genannte lichtelektrische Umwandlungsvorrichtung normalerweise der Außenatmosphäre ausgesetzt wird, kann sie durch äußere Umgebung beeinträchtigt werden, was leicht zur Beschädigung der lichtelektrischen Umwandlungsvorrichtung führt. Sofern das lichtelektrische Umwandlungselement entweder teilweise oder vollständig beschädigt wird, ist es in diesem Fall notwendig, die gesamte lichtelektrische Umwandlungsvorrichtung zu ersetzen. Darüber hinaus ist es zu beachten, dass die Linse bei der bekannten Technologie direkt der Außenumgebung ausgesetzt wird und das Material der Linse eine ungenügende Festigkeit der Oberfläche aufweist, was oft leicht zur Beschädigung führt.
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Aus der
US 2006/0 055 016 A1 ist eine lichtelektrische Umwandlungsvorrichtung mit einer Glasschicht, mehreren Linsenelementen und einem mit optischer Paste gefüllten Spalt zwischen den Linsenelementen und der Glasschicht bekannt, wobei eine Grundplatte mit mehreren Empfangselementen gegenüber dem Linsenelement angeordnet ist.
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Die
DE 10 2006 028 932 A1 offenbart ein Photovoltaikmodul, bei dem eine genaue Positionierung verschiedener Elemente zueinander durch Abstandselemente erfolgt.
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Aus der
US 2008/0 041 441 A1 ist eine lichtelektrische Umwandlungsvorrichtung bekannt, die eine transparente Schutzschicht und ein mit mehreren Linsenelementen versehenes Linsenmodul aufweist, wobei eine Grundplatte mit mehreren Empfangselementen gegenüber dem Linsenelement angeordnet ist. Die Lichtenergie wird auf das Empfangselement fokussiert, und es ist eine Abkühlereinheit mit mehreren zylinderförmigen Abkühlerkörpern auf einer Seite der Grundplatte angeordnet.
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Aus der
US 2005/0 275 741 A1 ist eine lichtelektrische Umwandlungsvorrichtung mit Abstandshaltern bekannt, die einen Abstand zwischen einer Mikrolinsenanordnung und einer transparenten Abdeckplatte festlegen.
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Die
WO 2009/106648 A1 zeigt ein photovoltaisches Konzentrationsmodul, bei dem eine Spalt zwischen zwei optischen Komponenten mittels mehrer Säulen ausgebildet ist.
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Ein Ziel der Erfindung besteht darin, eine lichtelektrische Umwandlungsvorrichtung bereitzustellen, die durch das Linsenmodul und sein jeweiliges entsprechendes Empfangselement zur Umwandlung der Lichtenergie aus der Lichtquelle in die elektrische Energie dient.
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Ein anderes Ziel der Erfindung besteht darin, eine lichtelektrische Umwandlungsvorrichtung bereitzustellen, wobei das Linsenmodul aus dem Linsenelement mit mehreren herausragenden Säulen besteht, die in Abständen angereiht sind.
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Ein weiteres Ziel der Erfindung besteht darin, eine lichtelektrische Umwandlungsvorrichtung bereitzustellen, wobei eine Reihe herausragender Säulen auf dem Linsenmodul identische Spalte zwischen dem Linsenelement und der glasfaserverstärkten Glasschicht für das Linsenmodul aufweist, wodurch eine festgelegte Höhe des die Spalte füllenden hochtransparenten Leims ausgebildet ist.
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Um das oben genannte Ziel zu erreichen, sieht die Erfindung eine lichtelektrische Umwandlungsvorrichtung nach Anspruch 1 vor.
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Das Linsenmodul ist mit mehreren Linsenelementen versehen, die sich auf einer Seite der glasfaserverstärkten Glasschicht befinden. Die Spalte sind zwischen den Linsenelementen und den glasfaserverstärkten Glasschichten mittels mehrerer über die Linsenelemente herausragender Säulen ausgebildet. Zudem sind die Spalte mit hochtransparentem Leim gefüllt. Die Grundplatte ist mit mehreren Empfangselementen versehen, die gegenüber dem Linsenelement angeordnet sind. Die Abkühleinheit ist auf einer Seite der Grundplatte angebracht, um die Wärme des Empfangselements abzuleiten. Dabei wird die Lichtenergie durch die glasfaserverstärkte Glasschicht und mit Hilfe des Linsenmoduls auf das Empfangselement fokussiert, wodurch die Lichtenergie in die elektrische Energie durch das Empfangselement umgewandelt wird.
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Gegenüber der bekannten Technologie ist die lichtelektrische Umwandlungsvorrichtung gemäß der Erfindung durch die hohe Modularisierung gekennzeichnet. Wird ein Teil der Linse beschädigt, ist es in dem Lager einfach, den beschädigten Teil der Linse auszutauschen. Außerdem ist die Linse durch eine feste Verbindung mit der glasfaserverstärkten Glasschicht mittels der herausragenden Säule und der Leime ausgelegt, so dass die lichtelektrische Umwandlungsvorrichtung eine hohe Festigkeit aufweist. Darüber hinaus wird dank der Anordnung der Abkühlereinheit auf einer Seite der Grundplatte das Problem der Wärmeenergie gelöst, die während der lichtelektrischen Umwandlung entsteht, so dass die Lebensdauer der lichtelektrischen Umwandlungsvorrichtung verlängert wird.
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1 ist eine schematische Ansicht der lichtelektrischen Umwandlungsvorrichtung gemäß der Ausführungsform der Erfindung.
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2 ist eine ausführliche schematische Ansicht des Linsenmoduls in der lichtelektrischen Umwandlungsvorrichtung, die in 1 dargestellt ist.
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3 ist eine ausführliche schematische Ansicht des Linsenmoduls in der lichtelektrischen Umwandlungsvorrichtung, die in 2 dargestellt ist.
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4 ist eine ausführliche schematische Ansicht der lichtelektrischen Umwandlungsvorrichtung, die in 1 dargestellt ist; und
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5 ist eine ausführliche schematische Ansicht der lichtelektrischen Umwandlungsvorrichtung, die in 1 dargestellt ist.
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Um den Zweck, die Merkmale und die Wirkungen der Erfindung zu erläutern, wird die Erfindung anhand der Abbildungen ausführlich beschrieben:
1 ist eine schematische Ansicht der lichtelektrischen Umwandlungsvorrichtung gemäß der Ausführungsform der Erfindung. In der Ausführungsform dient die lichtelektrische Umwandlungsvorrichtung (10) der Umwandlung der Lichtenergie aus der Lichtquelle LS in die elektrische Energie, wobei es sich bei der Lichtquelle beispielsweise um Sonne handelt. Dazu besteht die lichtelektrische Umwandlungsvorrichtung (10) aus der glasfaserverstärkten Glasschicht (12), dem Linsenmodul (14), der Grundplatte (16) und der Abkühlereinheit (18). Die glasfaserverstärkte Glasschicht (12) wird für die Verstärkung der Festigkeit der Oberfläche der lichtelektrischen Umwandlungsvorrichtung (10), und zwar für den Schutz des Linsenmoduls (14) verwendet. Das Linsenmodul (14) ist mit mehreren Linsenelementen (142) versehen, die sich auf einer Seite der glasfaserverstärkten Glasschicht (12) befinden. Die Spalte Gp zwischen den Linsenelementen (142) und den glasfaserverstärkten Glasschichten (12) sind mittels einer Reihe herausragender Säulen (144) ausgebildet, und zwar sind die Spalte Gp mit hochtransparentem Leim Rub gefüllt. Es ist zu beachten, dass die herausragende Säule (144) eine festgelegte Höhe aufweist. Bei der Füllung der Spalte Gp mit dem hochtransparenten Leim Rub ist die Dicke des hochtransparenten Leims Rub sowie die Höhe der herausragenden Säulen (144) identisch. Sie sind weiter eng mit dem Linsenmodul (14) und den glasfaserverstärkten Glasschichten (12) verbunden. Ferner hat der hochtransparente Leim Rub einen hohen Durchsichtigkeitskoeffizienten (Coefficient of transparency), damit sich die Lichtenergie aus der Lichtquelle LS mit dem geringsten Energieverlust durch den hochtransparenten Leim Rub durchgelassen wird, und zwar weist der hochtransparente Leim Rub auch einen niedrigen thermischen Ausdehnungskoeffizienten (Coefficient of thermal expansion) auf, um die thermische Ausdehnung zu verringern, die während des Durchlassens der Lichtenergie durch den hochtransparenten Leim Rub entsteht. Vorzugsweise ist die Dicke des hochtransparenten Leims Rub kleiner als 1 mm. Die Grundplatte (16) ist mit mehreren Empfangselementen (162) versehen. Die Empfangselemente (162) sind jeweils gegenüber dem Linsenelement (142) angeordnet, so dass die Lichtenergie aus dem entsprechenden Linsenelement (142) durch die Empfangselemente (162) empfangen werden kann und danach in die elektrische Energie umgewandelt wird. Bevorzugter ist das Empfangselement (162) auf der Grundplatte (16) jeweils auf der Fokus-Position des Linsenelements (142) oder in der Nähe von der Fokus-Position des Linsenelements (142) angeordnet, um die Lichtenergie aus dem Linsenelement (142) auf das Empfangselement (162) zu konzentrieren, wodurch der beste lichtelektrische Umwandlungswirkungsgrad durch das Empfangselement (162) erreicht wird. Die Abkühlereinheit (18) ist auf einer Seite der Grundplatte (16) angeordnet, die dem Ableiten der Wärme dient, die während der Umwandlung der Lichtenergie vom Linsenelement (142) durch das Empfangselement (162) entsteht.
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2 ist eine ausführliche schematische Ansicht des Linsenmoduls in der lichtelektrischen Umwandlungsvorrichtung, die in 1 dargestellt ist. In der Ausführungsform besteht das Linsenmodul (14) aus mehreren Linsenelementen (142). Die Linsenelemente (142), die durch eine Reihe herausragender Säulen (144) ausgebildet sind, sind in Abständen angereiht und weisen die Licht-Fokus-Eigenschaft auf, um die durch eine Seite des Linsenelements (142) gestrahlte Lichtquelle auf einen bestimmten Bereich auf einer anderen Seite des Linsenelements (142) zu konzentrieren (auch als Fokussierung genannt). Beispielweise wird die oben genannte Lichtquelle auf das entsprechende Empfangselement (162) konzentriert. Das Ziel besteht darin, die Lichtenergie auf das Empfangselement (162) wirksam zu konzentrieren, wodurch die beste Eingabe der Lichtenergie durch das Empfangselement (162) vor der Umwandlung erhalten wird.
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Ferner befindet sich die ausgelegte glasfaserverstärkte Glasschicht (12) auf einer anderen Seite der herausragenden Säule (144), die für den Schutz des Linsenelements (142) verwendet wird. Wie in 3 dargestellt ist, besteht das Ziel darin, das Linsenelement (142) vor der Beschädigung wegen seiner ungenügenden Festigkeit zu schützen. Ansonsten führt es leicht zu einer Beeinträchtigung des Umwandlungswirkungsgrads. Weil beispielsweise das Linsenelement (142) der Außenumgebung ausgesetzt wird, wird seine Oberfläche durch die Witterungseinflüsse leicht beschädigt, was zur Verringerung des lichtelektrischen Umwandlungswirkungsgrads führt. Außerdem befinden sich die Spalte Gp zwischen dem Linsenelement (142) und der glasfaserverstärkten Glasschicht (12) mittels der herausragenden Säule (144), und zwar sind die Spalte Gp mit hochtransparentem Leim Rub mit einem hohen Durchsichtigkeitskoeffizienten, jedoch mit einem niedrigen thermischen Erweiterungskoeffizienten gefüllt. Außer der Reduzierung der eventuellen Einmischdiffraktion, die sich aus der Lichtquelle der Spalte Gp ergibt, die von der glasfaserverstärkten Glasschicht (12) zu dem Linsenelement (142) übertragen wird, kann auch das Linsenelement (142) verwendet werden, das eng mit der glasfaserverstärkten Glasschicht (12) verbunden ist. In der Ausführungsform soll die Dicke des hochtransparenten Leims kleiner als 1 mm sein.
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4 ist eine ausführliche schematische Ansicht der lichtelektrischen Umwandlungsvorrichtung, die in 1 dargestellt ist. In der Ausführungsform besteht die lichtelektrische Umwandlungsvorrichtung (10) aus mehreren lichtelektrischen Umwandlungsvorrichtungen (10') in 1, um die Montage des Moduls zu erleichtern. Wird die lichtelektrische Umwandlungsvorrichtung (10') beschädigt, kann nur die beschädigte lichtelektrische Umwandlungsvorrichtung (10') ersetzt werden, ohne die ganze lichtelektrische Umwandlungsvorrichtung (10) austauschen zu müssen. Wenn ferner die lichtelektrische Umwandlung durch das Empfangselement (162) in der lichtelektrischen Umwandlungsvorrichtung 10' vorgenommen wird, ergibt sich daraus eine Wärmenenergie, die den Einfluss auf den Umwandlungswirkungsgrad und die Lebendauer der Elemente haben kann. Deshalb ist eine Abkühlereinheit (18') auf einer Seite der Grundplatte des Empfangselements (162) angeordnet, um die Wärme vom Empfangselement (162) abzuleiten, wie in 5 dargestellt ist. In der Ausführungsform besteht die Abkühlereinheit (18') aus einer Reihe zylinderförmiger Abkühlerkörper, wobei der zylinderförmige Abkühlerkörper rundzylinderförmig oder rechteckigzylinderförmig ist bzw. eine andere Form des Zylinders aufweist.
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Gegenüber dem Stand der Technik wird die lichtelektrische Umwandlungsvorrichtung gemäß der Erfindung durch die hohe Modularisierung gekennzeichnet. Wird ein Teil der Linse beschädigt, ist es in dem Lager einfach, den beschädigten Teil der Linse auszutauschen. Außerdem ist die Linse durch eine feste Verbindung mit der glasfaserverstärkten Glasschicht mittels der herausragenden Säule und der Leime gekennzeichnet, so dass die lichtelektrische Umwandlungsvorrichtung eine hohe Festigkeit aufweist. Darüber hinaus wird dank der Anordnung der Abkühlereinheit auf einer Seite der Grundplatte des Empfangselements das Problem der Wärme gelöst, die während der lichtelektrischen Umwandlung entsteht, wodurch die Lebensdauer der lichtelektrischen Umwandlungsvorrichtung wirksam verbessert wird.
