-
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Aufnahmeanordnung zur Aufnahme wenigstens eines photovoltaischen Absorbermittels mit zumindest einem Aufnahmeelement und wenigstens einem photovoltaischen Absorvermittel, wobei das photovoltaische Absorbermittel (10) durch das Aufnahmeelement zur Bestrahlung mit direktem und/oder reflektiertem Sonnenlicht gehalten ist,
wobei das wenigstens eine Aufnahmeelement zumindest eine Ausgleichsgeometrie zum Ausgleich einer Wärmedehnung aufweist, sodass eine thermomechanische Verspannung zwischen dem photovoltaischen Absorbermittel und dem Aufnahmeelement vermieden ist, und wobei wenigstens ein Aufnahmeelement eine Abkantung aufweist.
-
STAND DER TECHNIK
-
Die
US 4 361 717 A zeigt eine Aufnahmeanordnung zur Aufnahme von photovoltaischen Absorbermitteln, wobei ein Aufnahmeelement zur Aufnahme des photovoltaischen Absorbermittels vorgesehen ist. Das Aufnahmeelement ist durch eine flüssigkeitsgekühlte Wärmesenke gebildet, und zwischen der Wärmesenke und dem photovoltaischen Absorbermittel ist eine Kupferscheibe angeordnet. Damit ist die Aufnahmeanordnung aufwendig ausgestaltet, und die geometrische Ausbildung der Kupferscheibe zur Aufnahme der photovoltaischen Absorbermittel lässt nachteilhafterweise keine flexible Anordnung der photovoltaischen Absorbermittel zu.
-
In der
US 2009/0 025 712 A1 ist eine Aufnahmeanordnung für photovoltaische Absorbermittel gezeigt, die durch eine Vielzahl flexibler Drähte aus Kupfer mit einer Wärmesenke verbunden sind.
-
Aus der
DE 10 2005 035 672 A1 ist eine Aufnahmeanordnung für photovoltaische Absorbermittel bekannt, wobei zur Ableitung von Wärme, die in den photovoltaischen Absorbermitteln entsteht, Wärmeleitfolien vorgeschlagen werden, die jedoch zur gleichzeitig robusten mechanischen Aufnahme der photovoltaischen Absorbermittel ungeeignet sind.
-
In der
US 4 180 414 A sind photovoltaische Absorbermittel zwischen einem Schutzglas und einem Abstandshalter aufgenommen, und als wärmeableitendes und die Struktur bildendes Element ist ein Aluminiumprofil gezeigt. Die photovoltaischen Absorbermittel sind jedoch aufwendig zwischen dem Schutzglas und dem Anstandshalter aufgenommen, wodurch nachteilhafterweise die Wärmeleitung zwischen den photovoltaischen Absorbermitteln und dem Aluminiumprofil geschwächt ist.
-
Die
DE 10 2008 001 640 A1 zeigt eine Aufnahmeanordnung zur Aufnahme wenigstens eines photovoltaischen Absorbermittels in einem Sonnenlichtkonzentrator, welches als Solarzelle ausgeführt ist. Die Aufnahmeanordnung besitzt einen Spiegel, der rinnen- bzw. wannenförmig ausgebildet ist, so dass Sonnenlicht im Spiegel reflektieren kann, um das Absorbermittel mit vergrößerter Beleuchtungsstärke auszuleuchten. Damit wird die Flächenleistung des Absorbermittels vergrößert, da das einfallende Licht konzentriert wird und folglich die Gesamtfläche des Absorbermittels verkleinert werden kann.
-
Aus der
US 4 491 681 A ist eine Aufnahmeanordnung zur Aufnahme wenigstens eines photovoltaischen Absorbermittels gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 bekannt mit zumindest einem Aufnahmeelement, wobei das photovoltaische Absorbermittel durch das Aufnahmeelement zur Bestrahlung mit direktem und/oder reflektiertem Sonnenlicht, gehalten ist, wobei das wenigstens eine Aufnahmeelement zumindest eine Ausgleichsgeometrie zum Ausgleich einer Wärmedehnung aufweist, sodass eine thermomechanische Verspannung zwischen dem photovoltaischen Absorbermittel und dem Aufnahmeelement vermieden ist, und wobei wenigstens ein Aufnahmeelement eine Abkantung aufweist.
-
Aus der
EP 1 860 706 A1 sind Photovoltaik-Elemente bekannt, die an den Rändern Abkantungen erhalten, um die Stabilität der Elemente zu verbessern.
-
Aus der
DE 91 16 543 U1 ist bekannt, Träger zweiteilig auszubilden, nämlich aus einem solaraktive Elemente tragenden Trägerteil und aus einem kühlmediumsführenden Trägerteil, wobei beide Teile wärmeleitend miteinander verbunden sind.
-
Der größere Energieeintrag durch die intensivere Bestrahlung der Absorbermittel führt zu stärkerer Wärmebildung. Die Absorbermittel müssen daher derart durch die Aufnahmeelemente gehalten sein, dass neben der Funktion der mechanischen Aufnahme der Absorbermittel eine Wärmeabfuhr erreicht wird, die über die Aufnahmeelemente erfolgt. Thermomechanische Spannungen, die sich zwischen den Absorbermitteln und den Aufnahmeelementen bilden können, müssen über Verbindungsmittel zwischen den Absorbermitteln und den Aufnahmeelementen ausgeglichen werden. Diese thermomechanischen Spannungen entstehen insbesondere durch verschiedene Längenausdehnungskoeffizienten.
-
Ist der Spiegel rinnen- oder wannenförmig ausgebildet, so weist auch das Aufnahmeelement eine längliche Erstreckung in Richtung einer Längsachse auf. Folglich sind auch die Absorbermittel mit einer länglichen Erstreckung ausgebildet, so dass die thermomechanischen Spannungen insbesondere in Richtung der Längsachse auftreten können. Bei Aufnahmeanordnungen einer größeren Gesamtlänge können entstehende thermomechanische Spannungen daher zur Schädigung insbesondere der photovoltaischen Absorbermittel führen.
-
OFFENBARUNG DER ERFINDUNG
-
Es ist daher die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Aufnahmeanordnung zur Aufnahme wenigstens eines photovoltaischen Absorbermittels zu schaffen, mit der die vorstehend bezeichneten Nachteile des Standes der Technik überwunden werden. Insbesondere ist es die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine schädigungsfreie Aufnahme von photovoltaischen Absorbermitteln mittels verbesserten Aufnahmeelementen zu schaffen.
-
Diese Aufgabe wird ausgehend von einer Aufnahmeanordnung zur Aufnahme wenigstens eines photovoltaischen Absorbermittels gemäß dem Oberbegriff des Anspruches 1 in Verbindung mit den kennzeichnenden Merkmalen gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben.
-
Die Erfindung schließt die technische Lehre ein, dass das wenigstens eine Aufnahmeelement zumindest eine Ausgleichsgeometrie zum Ausgleich einer Wärmedehnung aufweist, so dass eine thermomechanische Verspannung zwischen dem photovoltaischen Absorbermittel und dem Aufnahmeelement vermieden ist, und wobei wenigstens ein Aufnahmeelement eine Abkantung aufweist.
-
Durch das Einbringen wenigstens einer Ausgleichsgeometrie in das Aufnahmeelement kann ein Ausgleich unterschiedlicher Längenausdehnungen des Absorbermittels und des Aufnahmeelementes im Aufnahmeelement selbst stattfinden. Das Aufnahmeelement kann dabei Bestandteil eines Sonnenlichtkonzentrators sein. Erfolgt eine Einstrahlung von Licht mit einer hohen Beleuchtungsstärke auf das Absorbermittel, so können sich das Absorbermittel und das Aufnahmeelement erwärmen, ohne dass die Erwärmung zu einer thermomechanischen Verspannung führt. Insbesondere bei einem größeren Längenhauptmaß der Aufnahmeanordnung, beispielsweise mit einem länglich ausgeführten Aufnahmeelement und einer Anzahl von Absorbermitteln, die in Längsrichtung des Aufnahmeelementes angeordnet sind, können thermomechanische Verspannungen insbesondere in Längsrichtung vermieden werden.
-
Mit besonderem Vorteil kann aus wenigstens einem Aufnahmeelement eine plattenförmige, dreieckförmige oder rechteckförmige Querschnittsgeometrie mit einem Innenraum gebildet werden. Damit können Aufnahmeelemente gebildet werden, die sowohl zumindest eine Ausgleichsgeometrie zum Ausgleich einer Wärmedehnung als auch zumindest eine Abkantung aufweisen, sodass eine verbesserte Steifigkeit des Aufnahmeelementes zu schaffen und um mit mehreren Aufnahmeelementen eine dreieckförmige oder rechteckförmige Querschnittsgeometrie zu bilden. Sind auf mehreren Seiten oder allseitig auf dem Aufnahmeelement Absorbermittel angeordnet, kann insbesondere kein weiteres Element vorgesehen werden, über das basierend auf Festkörper-Wärmeleitung die Wärme, die in das Absorbermittel und das Aufnahmeelement eingebracht wird, abgeführt werden kann. Folglich führt eine Ausgleichsgeometrie in einem Aufnahmeelement, das überwiegend oder allseitig mit Absorbermitteln bestückt ist, zu besonderem Vorteil, da thermomechanische Verspannungen auch bei größerer Erwärmung vermieden werden.
-
Vorzugsweise kann das Aufnahmeelement einen metallischen Werkstoff, insbesondere Aluminium aufweisen. Durch die Ausbildung des Aufnahmeelementes aus einem metallischen Werkstoff kann die Wärmeableitung aus dem Absorbermittel weiter verbessert werden, da metallische Werkstoffe vergleichsweise große Wärmeleitungskoeffizienten aufweisen. Insbesondere Aluminium weist neben einer hohen Verfügbarkeit und guter Verarbeitbarkeit den Vorteil einer hohen Wärmeleitung auf, so dass die Aufnahmeelemente vorzugsweise aus Aluminium hergestellt sind.
-
Die Aufnahmeanordnung kann mit weiterem Vorteil einen Spiegel aufweisen, der insbesondere rinnen- oder wannenförmig ausgebildet ist, wobei der Spiegel das Licht in Richtung zu wenigstens einem photovoltaischen Absorbermittel umlenkt. Das Aufnahmeelement und das Absorbermittel können sich gemeinsam in Richtung der Längsachse erstrecken, wobei die thermomechanische Verspannung zwischen dem photovoltaischen Absorbermittel und dem Aufnahmeelement wenigstens in Richtung der Längsachse vermieden oder wenigstens minimiert ist. Der rinnen- oder wannenförmige Spiegel erstreckt sich ebenfalls in Richtung zur Längsachse, und das Absorbermittel und insbesondere das Aufnahmeelement wird in Richtung zur Längsachse im Wesentlichen gleichmäßig bestrahlt und folglich gleichmäßig erwärmt. Durch die längliche Erstreckung entstehen die wesentlichen thermomechanischen Verspannungen insbesondere in Richtung zur Längsachse, so dass die wenigstens eine erfindungsgemäße Ausgleichsgeometrie derart in das Aufnahmeelement eingebracht ist, dass thermomechanische Verspannungen insbesondere in Richtung zur Längsachse unterbunden werden.
-
Mit weiterem Vorteil können mehrere Ausgleichsgeometrien in Richtung der Längsachse regelmäßig oder unregelmäßig beabstandet zu einander im Aufnahmeelement eingebracht sein. Ferner können weitere Ausgleichsgeometrien in einer Querrichtung zur Längsachse vorgesehen werden, so dass ein Ausgleich unterschiedlicher Längenausdehnungen zwischen dem Absorbermittel und dem Aufnahmeelement in mehr als einer Richtung ermöglicht werden kann.
-
Gemäß einer möglichen vorteilhaften Ausführungsform der erfindungsgemäßen Aufnahmeanordnung können die Ausgleichsgeometrien Dehnungsfugen bilden, die sich wenigstens anteilig quer oder schräg zur Richtung der Längsachse durch das Aufnahmeelement hindurch erstrecken. Eine quer vorgesehene Dehnungsfuge bildet mit der Längsachse des Aufnahmeelementes im Wesentlichen einen rechten Winkel, wobei schräg ausgebildete Dehnungsfugen unter einem Winkel zwischen 0° und 90° zur Längsachse aufweisen, vorzugsweise können Dehnungsfugen unter 45° zur Längsachse im Aufnahmeelement ausgebildet werden. Weiterhin können Dehnungsfugen unterschiedlicher Erstreckungsrichtungen regelmäßig oder unregelmäßig aufeinander folgend im Aufnahmeelement eingebracht sein. Weiterführend können sich Dehnungsfugen miteinander kreuzen, so dass ein Ausgleich von Wärmeausdehnungen in mehreren Richtungen zugleich möglich ist.
-
Insbesondere können die Ausgleichsgeometrien als Schlitze ausgebildet sein, die sich von wenigstens einer Randseite oder von zwei gegenüberliegenden Randseiten wechselseitig in das vorzugsweise blechartige Material des Aufnahmeelementes hinein erstrecken. Weist das Aufnahmeelement eine flache, blechartige Struktur auf, können die Schlitze beispielsweise abwechselnd vom linken und vom rechten Längsrand des Bleches ausgehend in dieses eingebracht sein. Dadurch entsteht eine höhere Nachgiebigkeit des Bleches in Richtung zur Längsachse, da der Kraftfluss einen mäanderförmigen Weg durch das Blech einnimmt. Durch die mittels der Schlitze herabgesetzte Steifigkeit des Blechmaterials in Richtung zur Längsachse wird die Nachgiebigkeit entsprechend erhöht, und die absolute Längenausdehnung des Aufnahmeelementes kann sich der Längenausdehnung des photovoltaischen Absorbermittels anpassen.
-
Beispielsweise kann ein photovoltaisches Absorbermittel ein Siliziummaterial aufweisen, welches einen Längenausdehnungskoeffizienten von 2 bis 7 × 10–6/K besitzt. Ein Aufnahmeelement aus einem Aluminiummaterial weist beispielsweise einen Längenausdehnungskoeffizienten von 23,8 × 10–6/K auf, so dass durch die Anordnung von Ausgleichsgeometrien im Aufnahmeelement die Nachgiebigkeit in Richtung zur Längsachse um den Faktor 3 bis 10 reduziert wird.
-
Die Schlitze bilden vorzugsweise einen Spalt quer oder schräg zur Längsachse des Aufnahmeelementes, wobei der Spalt und vorzugsweise das Spaltende eine kreisförmige Ausformung aufweisen kann. Durch die kreisförmige Ausformung insbesondere am Spaltende des Spaltes werden Spannungsspitzen aufgrund von Kerbwirkung im Material des Aufnahmeelementes reduziert, so dass bei stärkerem Längenausdehnungsausgleich eine Schädigung des Absorbermittels insbesondere bei einer thermischen Wechselbelastung vermieden wird. Die kreisförmigen Ausformungen bilden eine Art Festkörpergelenk, und wenn eine thermische Ausgleichsdehnung im Aufnahmeelement auftritt, können sich die im spannungsfreien Zustand parallelen Kanten der Spalte um die kreisförmige Ausformung herum bewegen. Die Bewegungen beschränken sich dabei auf den μm-Bereich, folglich können die Spalte mit sehr geringem Maß ausgestaltet werden. Beispielsweise können die Ausgleichsgeometrien in Gestalt der Schlitze durch einen Sägeschnitt, durch einen Laserschnitt oder durch ein Stanzen in das Material des Aufnahmeelementes eingebracht werden.
-
Nach einer möglichen vorteilhaften Ausführungsform kann zumindest ein Aufnahmeelement quer zur Längsachse eine V-Form aufweisen, wobei sich die Schlitze von der V-Kehle beginnend und/oder wechselseitig von der Kehle beginnend in beide Schenkel des V-förmigen Aufnahmeelementes hinein erstrecken. Ist das Aufnahmeelement als flaches Blechmaterial mit Abkantungen versehen, können die Schlitze ebenfalls beginnend von den Längskanten des länglichen Blechmaterials wechselseitig in dieses eingebracht sein. Weiterführend kann das V-förmige Aufnahmeelement mit dem flachen Aufnahmeelement, das die Abkantungen aufweist, verbunden werden. Die Verbindungen können beispielsweise mittels Verbindungselementen, mittels einem Klebeverfahren, einem Schweißverfahren oder mittels einem Lötverfahren hergestellt werden. Im Ergebnis entsteht eine dreieckförmige Querschnittsgeometrie mit einem Innenraum. Soll eine rechteckförmige Querschnittsgeometrie hergestellt werden, kann diese beispielsweise aus vier flach ausgeführten Aufnahmeelementen oder aus zwei V-förmigen Aufnahmeelementen ausgeführt sein, wobei die V-Kehle einen rechten Winkel bildet. Ein Aufnahmeelement mit einer rechteckförmigen Querschnittsgeometrie bildet dabei ebenfalls einen Innenraum.
-
Insbesondere kann im Innenraum des Aufnahmeelementes eine Kühleinrichtung eingebracht sein, und/oder es kann ein Kühlmedium durch den Innenraum hindurch geleitet werden. Durch die Kühleinrichtung oder durch das Hindurchführen eines Kühlmediums kann Wärme aus der Aufnahmeanordnung abgeführt werden, wobei der Innenraum bei Durchströmen eines Kühlmediums fluiddicht ausgebildet ist. Das Kühlmedium kann dabei sowohl ein thermisches als auch ein hydraulisches Fluid sein. Insbesondere wenn das Aufnahmeelement beispielsweise eine dreieckförmige oder rechteckförmige Querschnittsgeometrie mit einem Innenraum bildet, kann die Kühleinrichtung vorteilhaft integriert werden.
-
Mit weiterem Vorteil kann eine transparente Deckplatte vorgesehen sein, die den rinnen- oder wannenförmig ausgebildeten Spiegel lichteinfallsseitig abdeckt, wobei das wenigstens eine Aufnahmeelement innenseitig an der Deckplatte und/oder an den Stirnseiten des rinnen- oder wannenförmigen Spiegels angeordnet ist. Damit ergibt sich eine hängende Anordnung des Aufnahmeelementes an der Deckplatte, durch die das Licht, insbesondere das Sonnenlicht, hindurch treten kann, um im rinnen- oder wannenförmigen Spiegel zu reflektieren und folglich das photovoltaische Absorbermittel auf dem Aufnahmeelement bestrahlt. Durch die Anordnung des Aufnahmeelementes an der transparenten Deckplatte ist kein weiteres Aufnahmeelement erforderlich, welches im rinnen- oder wannenförmigen Spiegel eingebracht ist, und das Aufnahmeelement kann sowohl von seitlicher Richtung als auch von der unteren, d. h. von der der Deckplatte abgewandten Richtung bestrahlt werden. Das Aufnahmeelement bezeichnet vorliegend die Gesamtanordnung beispielsweise auch mehrerer Aufnahmeelemente.
-
Mit weiterem Vorteil kann das wenigstens eine Aufnahmeelement aus einem Strangpressprofil oder aus einem Stranggussprofil hergestellt und vorzugsweise derart ausgebildet sein, dass das Aufnahmeelement quer zur Längsachse ein großes Flächenträgheitsmoment aufweist. Insbesondere durch die Bildung von Abkantungen randseitig am Aufnahmeelement entstehen hohe Flächenträgheitsmomente. Sind mehrere Aufnahmeelemente zu einer dreieckförmigen oder rechteckförmigen Querschnittsgeometrie zusammengesetzt, entsteht eine hohe Biegesteifigkeit quer zur Längsachse. Insbesondere bei einer asymmetrischen Erwärmung der mehreren Aufnahmeelemente wird durch die hohe Biegesteifigkeit vermieden, dass die Aufnahmeelemente quer zur Längsachse eine Deviation ausbilden. Folglich wird erreicht, dass das oder die Aufnahmeelemente die Absorbermittel immer im Fokus oder in der Fokalebene der Aufnahmeanordnung anordnen.
-
Mit noch weiterem Vorteil kann zur Anordnung des photovoltaischen Absorbermittels am Aufnahmeelement ein Klebemittel vorgesehen sein, welches insbesondere im ausgehärteten Zustand eine Elastizität aufweist. Ferner kann ein Klebemittel mit einer hohen elektrischen und/oder thermischen Leitfähigkeit vorgesehen sein, wobei der Kleber insbesondere in die Ausgleichsgeometrien eingebracht ist. Weist das Klebemittel eine hohe Elastizität auf, wird die mechanische Ausgleichsfunktion der Ausgleichsgeometrien nicht negativ beeinträchtigt. Ist das Klebemittel weiterhin elektrisch leitend, können die photovoltaischen Absorbermittel mit den Aufnahmeelementen elektrisch verbunden werden. Damit wird die Möglichkeit geschaffen, die Stromabnahme der photovoltaischen Absorbermittel über die Aufnahmeelemente zu realisieren. Folglich nehmen die Aufnahmeelemente sowohl die Funktion der mechanischen Aufnahme des Absorbermittels als auch die elektrische Kontaktierung des Absorbermittels wahr. Die elektrische Kontaktierung kann dabei über das Klebemittel erfolgen, so dass auch das Klebemittel sowohl die Funktion der mechanischen Aufnahme als auch die Funktion der elektrischen Kontaktierung erfüllt.
-
Als weitere vorteilhafte Ausgestaltung kann mit Vorteil vorgesehen werden, dass mehrere streifenförmige Aufnahmeelemente thermisch leitend mit großflächigen Absorbermitteln zur Wärmeabführung verbunden sind. Insbesondere können streifenförmige Aufnahmeelemente zu einer flächenhaften Platte zusammengefügt werden und thermisch leitend mit großflächigen Absorbermitteln zur Wärmeabführung verbunden werden.
-
Die Aufnahmeanordnung ist durch zwei gegensinnig aufeinander gebrachte Aufnahmeelemente gebildet. Die Aufnahmeelemente weisen eine Abkantung auf, die derart bemaßt ist, dass durch die gegensinnige Anordnung der Aufnahmeelemente ein Rechteckkörper gebildet ist. Mit besonderem Vorteil kann der durch die gegensinnig angeordneten Aufnahmeelemente gebildete Rechteckkörper eine Breite von 22 mm und eine Höhe von 4 mm aufweisen.
-
BEVORZUGTE AUSFÜHRUNGSBEISPIELE
-
Weitere, die Erfindung verbessernde Maßnahmen werden nachstehend gemeinsam mit der Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand der Figuren näher dargestellt. Es zeigt:
-
1 ein nicht erfindungsgemäßes Ausführungsbeispiel eine Konzentrators mit einer Aufnahmeanordnung mit einem dreieckförmigen Aufnahmeelement in einer Querschnittansicht,
-
2 ein erfindungsgemäßes Ausführungsbeispiel einer Aufnahmeanordnung mit einem viereckigen Aufnahmeelement in einer Querschnittansicht,
-
3 ein nicht erfindungsgemäßes Aufnahmeelement mit verschiedenartig ausgebildeten Ausgleichsgeometrien,
-
4 ein weiteres nicht erfindungsgemäßes Aufnahmeelement mit verschiedenartig ausgebildeten Ausgleichsgeometrien,
-
5 eine perspektivische Ansicht eines nicht erfindungsgemäßen Ausführungsbeispiels eines Aufnahmeelementes mit Abkantungen,
-
6 eine perspektivische Ansicht eines nicht erfindungsgemäßen Aufnahmeelementes mit einem V-förmigen Querschnitt,
-
7 eine perspektivische Ansicht eines weiteren Ausführungsbeispiels von Aufnahmeelementen, die zur Bildung eines Flachkörpers gegensinnig aneinander angeordnet sind,
-
8 das Ausführungsbeispiel gemäß 7 mit beispielhaft dargestellten Ausgleichsgeometrien in den Aufnahmeelementen und
-
9 ein weiterführendes Ausführungsbeispiel des Aufnahmeelementes gemäß 7 oder 8 mit einem Innenraum.
-
Gleiche oder ähnliche Ausgestaltungen, Elemente oder Merkmale sind in 1 bis 9 mit identischen Bezugszeichen versehen.
-
BESTER WEG ZUR AUSFÜHRUNG DER ERFINDUNG:
-
Zur Vermeidung überflüssiger Wiederholungen beziehen sich die nachfolgenden Erläuterungen hinsichtlich der Ausgestaltungen, Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung (soweit nicht anderweitig angegeben) auf sämtliche in den 1 bis 9 dargestellten exemplarischen Ausgestaltungen von Aufnahmeanordnungen 100 gemäß der vorliegenden Erfindung.
-
1 zeigt in einer Querschnittansicht eine Aufnahmeanordnung 100, die zugleich mit weiteren Komponenten zur Bildung eines Photovoltaik-Konzentrators ausgebildet ist. Die Aufnahmeanordnung 100 weist als ein erstes Beispiel ein Aufnahmeelement 11 auf. Dieses ist einteilig dargestellt und besitzt einen dreieckförmigen Querschnitt. Das Aufnahmeelement 11 kann aus beispielsweise zwei oder drei einzelnen Aufnahmeelementen 11 zusammengesetzt sein, um den beispielhaft gezeigten dreieckförmigen Querschnitt zu bilden. Das Aufnahmeelement 11 ist zur Aufnahme von photovoltaischen Absorbermitteln 10 vorgesehen, die beispielhaft als Solarzellen ausgeführt sind. Das gezeigte Ausführungsbeispiel weist zwei photovoltaische Absorbermittel 10 auf, die V-förmig an zwei Seitenbereichen des dreieckförmigen Aufnahmeelementes 11 angebracht sind.
-
Unterseitig des Aufnahmeelementes 11 ist ein Spiegel 20 angeordnet, der rinnen- oder wannenförmig ausgeführt ist, wobei die Rinne bzw. die Wanne im Querschnitt gezeigt ist und durch jeweilige nicht näher gezeigte Stirnseiten in Längsrichtung begrenzt ist. Trifft Sonnenlicht in den Spiegel 20 ein, so reflektiert dieses innenseitig und wird in Richtung zu den photovoltaischen Absorbermitteln 10 umgelenkt. Die Halterung des Aufnahmeelementes 11 relativ zum Spiegel 20 erfolgt über eine Deckplatte 24, die transparent ausgeführt ist und durch das Sonnenlicht hindurchtreten kann. Dabei erfolgt die Anordnung der photovoltaischen Absorbermittel 10 in der Art, dass sich die Absorberfläche der Absorbermittel 10 im Bereich einer Fokalebene oder im Bereich einer Fokallinie des Spiegels 20 vorzugsweise defokussiert befinden, sodass diese durch das eintreffende Sonnenlicht möglichst optimal und flächendeckend ausgeleuchtet sind.
-
Das dreieckförmige Aufnahmeelement 11, beispielsweise bestehend aus mehreren einzelnen Aufnahmeelementen 11, besitzt einen Innenraum 15, in dem eine Kühleinrichtung eingebracht sein kann und/oder durch den ein Kühlmedium hindurch fließen kann. Damit kann Wärme aus dem Aufnahmeelement 11 und folglich aus den Absorbermitteln 10 abgeführt werden.
-
2 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel einer Aufnahmeanordnung 100 mit einem Aufnahmeelement 11, welches eine Anzahl von photovoltaischen Absorbermitteln 10 aufnimmt, die in Gestalt eines Rechteckes ausgebildet sind. Dabei können mehrere Absorbermittel 10 am Aufnahmeelement 11 angeordnet sein, welches selbst einen rechteckigen Querschnitt aufweist. Auch gemäß diesem Ausführungsbeispiel ist das Aufnahmeelement 11 hängend an der Deckplatte 24 angebracht, welche den Spiegel 20 lichteintrittsseitig abdeckt.
-
In den folgenden 3 bis 6 sind einzelne Aufnahmeelemente 11, 12 und 19 gezeigt, die zu Aufnahmeelementen 11 zusammengesetzt werden können, wie diese in den 1 (dreieckförmig) und 2 (rechteckförmig) dargestellt sind.
-
In den 3 und 4 ist jeweils ein einzelnes Aufnahmeelement 11 gezeigt, welches als flaches Blechbauteil ausgebildet ist und das sich entlang einer Längsachse 16 erstreckt. An den Randseiten 17 können die Aufnahmeelemente 11 Abkantungen aufweisen, die jedoch erst in 5 näher dargestellt sind.
-
Beispielhaft weisen die Aufnahmeelemente 11 Ausgleichsgeometrien 13 auf, die verschiedenartig ausgebildet sind. Die Ausgleichsgeometrien 13 können sich beginnend von der Randseite 17 wechselseitig in die Ebene des Blechmaterials des Aufnahmeelementes 11 hinein erstrecken, wobei die Ausgleichsgeometrien 13 schlitzartig ausgebildet sind, um Dehnungsfugen zu bilden. Die Ausgleichsgeometrien 13 können kreisförmige Ausformungen 18 umfassen, die insbesondere an der Endseite des Schlitzes zur Bildung der Ausgleichsgeometrie 13 ausgebildet sein können, um mechanische Spannungsspitzen im Material des Aufnahmeelementes 11 zu vermeiden. Durch die Aufbringung der photovoltaischen Absorbermittel 10 auf den Aufnahmeflächen 21 können durch die Ausgleichsgeometrien 13 thermomechanische Spannungen in Richtung zur Längsachse 16 ausgeglichen werden. Der Ausgleich erfolgt dabei über die Ausgleichsgeometrien 13.
-
Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel können die Ausgleichsgeometrien 13 als geschlossene Geometrien schlitzartig quer zur Längsachse 16 im Blechmaterial des Aufnahmeelementes 16 eingebracht sein. Die Ausgleichsgeometrien 13 sind beispielhaft quer zur Längsachse 16 ausgeführt, so dass die Nachgiebigkeit des Aufnahmeelementes 11 in Richtung zur Längsachse 16 erhöht wird. Sind photovoltaische Absorbermittel 10 plan anliegend auf den Aufnahmeflächen 21 der Aufnahmeelemente 11 angebracht, so können Unterschiede der Längenausdehnungskoeffizienten zwischen dem Absorbermittel 10 und dem Aufnahmeelement 11 mittels der schlitzartigen Ausgleichsgeometrien 13 ausgeglichen werden.
-
5 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel eines Aufnahmeelementes 19, welches an den Randseiten 17 Abkantungen 14 aufweist. Auf der Aufnahmefläche 22 können photovoltaische Absorbermittel 10 angebracht, beispielsweise angeklebt werden. Die Abkantungen 14 können zur Aufnahmefläche 22 zur Aufnahme von Absorbermitteln einen Winkel einschließen, der derart bestimmt ist, dass das Aufnahmeelement 19 mit dem V-förmigen Aufnahmeelement 12 gemäß der Darstellung in 6 verbunden werden kann.
-
Das in 6 dargestellte Aufnahmeelement 12 besitzt quer zur Längsachse 16 einen V-förmigen Querschnitt. Im Aufnahmeelement 12 sind wiederum schlitzartige Ausgleichsgeometrien 13 gezeigt, welche entweder beginnend von der V-Kehle oder vom Ende des jeweiligen V-Schenkels in das Material des Aufnahmeelementes 12 eingebracht sind. Die gezeigte Aufnahmefläche 23 ermöglicht ebenfalls die planflächige Anbringung von Absorbermitteln 10.
-
Wird das Aufnahmeelement 19 gemäß 5 mit dem Aufnahmeelement 12 gemäß 6 verbunden, so wird eine dreieckförmige Gestalt erstellt, wie dieses beispielhaft anhand des Aufnahmeelementes 11 gemäß 1 gezeigt ist. Damit können beispielhaft auf drei Seiten des dreieckförmigen Querschnittes des Aufnahmeelementes 11 Absorbermittel 10 angeordnet werden.
-
7 stellt ein weiters mögliches Ausführungsbeispiel zur Ausbildung einer Aufnahmeanordnung 100 dar, die durch zwei gegensinnig aufeinander gebrachte Aufnahmeelemente 25 gebildet ist. Die Aufnahmeelemente 25 weisen jeweils eine Abkantung 26 auf, die derart bemaßt ist, dass durch die gegensinnige Anordnung der zwei Aufnahmeelemente 25 ein Rechteckkörper entsteht. Der Rechteckkörper ist beispielhaft mit einer Breite B von 22 mm und mit einer Höhe H von 4 mm ausgeführt.
-
Die Aufnahmeelemente 25 sind aus Aluminium-Stranggussprofilen oder aus Aluminium-Strangpressprofilen in Richtung der Längsachse 16 gebildet und können in der gezeigten Anordnung beispielsweise aufeinander geklebt werden. Außenseitig bilden die Aufnahmeelemente 25 Aufnahmeflächen 28, auf denen photovoltaische Absorbermittel 10 aufgebracht sind und von denen ein photovoltaisches Absorbermittel 10 auf der Oberseite des gebildeten Rechteckkörpers angeordnet gezeigt ist.
-
Weiterhin beispielhaft sind in den Aufnahmeelementen 25 eingebrachte Ausgleichsgeometrien 13 gezeigt, die sich quer zur Längsachse 16 erstrecken. Die Form und detaillierte Ausgestaltung der Ausgleichsgeometrien 13 können auf gleiche Weise ausgeführt werden wie auch in den Ausführungsbeispielen der 3, 4 und 6 gezeigt. Insbesondere können die Ausgleichsgeometrien 13 wechselseitig von den Randseiten der Aufnahmeelemente 25 beginnend in die Ebene der Aufnahmeelemente 25 hineinlaufen, da durch die so gebildete Struktur Querspannungen am wirkungsvollsten vermieden werden und eine Mäanderstruktur entsteht.
-
8 zeigt ein Ausführungsbeispiel von zwei gegensinnig aufeinander gebrachten Aufnahmeelementen 25 zur Ausbildung einer Aufnahmeanordnung 100 gemäß 7, wobei eine jeweilige Ausgleichsgeometrie 13 detailliert gezeigt und die schlitzartig ausgeführt ist. Wird das photovoltaische Absorbermittel 10 auf die Aufnahmefläche 28 der Aufnahmeelemente 25 aufgebracht, so kann eine leichte thermisch bedingte Längsdehnung in den Aufnahmeelementen 25 stattfinden, ohne dass das photovoltaische Absorbermittel 10 größeren Spannungen ausgesetzt wird. Die schlitzartigen Ausgleichsgeometrien 13 erstrecken sich von einer jeweiligen Randseite 17 der Aufnahmeelemente 25 in das Material der Aufnahmeelemente 25 hinein. Durch die gegensinnig aufeinander gebrachten Aufnahmeelemente 25 verliert der gebildete Rechteckkörper jedoch nicht an Stabilität, insbesondere wenn die Aufnahmeelemente 25 durch einen elastischen Klebstoff miteinander verklebt sind. Die Abkantungen in den Aufnahmeelementen 25 führen überdies zu einer Erhöhung des Flächenträgheitsmomentes des Rechteckkörpers.
-
9 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel von zwei gegensinnig aufeinander gebrachten Aufnahmeelementen 25 zur Ausbildung einer Aufnahmeanordnung 100 gemäß 7 oder 8, wobei im Fügespalt zwischen den Aufnahmeelementen 25 ein Innenraum 27 gebildet ist. Dieser ist lediglich beispielhaft gezeigt und kann deutlich verkleinert werden, beispielsweise um vorzugsweise flach ausgeführte elektrische Leiter zwischen den Aufnahmeelementen 25 anzuordnen. Ferner kann durch den Innenraum 27 ein Kühlmedium geführt werden, wobei eine Abdichtung gegen die lediglich beispielhaft angedeuteten Ausgleichsgeometrien 13 vorgesehen werden kann. Beispielsweise kann eine Abdichtung gebildet sein durch einen Schlauch oder durch eine Dichtmasse, die ohne die thermomechanische Ausgleichsfunktion der Ausgleichsgeometrien 13 zu beeinträchtigen, in den Schlitzen der Ausgleichsgeometrien 13 eingebracht sein kann. Damit kann eine raumsparende Ausführung einer Aufnahmeanordnung 100 geschaffen werden, wobei auf beiden Aufnahmeflächen 28 des Rechteckkörpers photovoltaische Absorbermittel 10 angeordnet werden können. Auch in diesem Ausführungsbeispiel laufen die Ausgleichsgeometrien 13 wechselseitig von den Randseiten der Aufnahmeelemente 25 beginnend in die Ebene der Aufnahmeelemente 25 schlitzartig hinein, was beispielhaft nur für das obere Aufnahmeelemente 25 gezeigt ist und weiterführend auch im unteren Aufnahmeelement 25 vorgesehen sein kann, wenn dieses zur Aufnahme eines photovoltaische Absorbermittel 10 dient.
