DE102012008300A1 - Verfahren zu Herstellen eines Solarkonzentrators - Google Patents

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen eines Solarkonzentrators (1) aus einem transparenten Material, wobei der Solarkonzentrator (1) eine Lichteinkoppelfläche (2), eine Lichtauskoppelfläche (3), zwischen der Lichteinkoppelfläche (2) und der Lichtauskoppelfläche (3) einen Tragrahmen (61) sowie einen zwischen der Lichteinkoppelfläche (2) und der Lichtauskoppelfläche (3) angeordneten Lichtdurchleitteil (4) umfasst, der zwischen der Lichteinkoppelfläche (2) und der Lichtauskoppelfläche (3) durch eine Lichtdurchleitteil-Oberfläche (5) begrenzt ist, wobei das transparente Material, zwischen einer ersten Form (16) und zumindest einer zweiten Form (10) zum Solarkonzentrator (1) derart blankgepresst wird, dass mittels eines ersten Formteils der zweiten Form (10) eine äußere Teilfläche einer der Lichtauskoppelfläche (3) zugewandeten Oberfläche (63) des Tragrahmens blankgepresst wird, und dass mittels eines zweiten Formteils der zweiten Form (10) eine innere Teilfläche der der Lichtauskoppelfläche (3) zugewandeten Oberfläche (63) des Tragrahmens blankgepresst wird, wobei das zweite Formteil der zweiten Form (10) derart gegenüber dem ersten Formteil der zweiten Form (10) bewegt wird, dass in Abhängigkeit der Volumens des transparenten Materials entweder die äußere Teilfläche (66) über die innere Teilfläche (65) in Richtung der Lichtauskoppelfläche (3) hinausragt oder die innere Teilfläche (65) über die äußere Teilfläche (66) in Richtung der Lichtauskoppelfläche (3) hinausragt.

Description

  • Die Erfindung betrifft ein Verfahren zu Herstellen eines Solarkonzentrators aus einem transparenten Material, wobei der Solarkonzentrator eine Lichteinkoppelfläche, eine Lichtauskoppelfläche und einen zwischen der Lichteinkoppelfläche und der Lichtauskoppelfläche angeordneten, insbesondere sich in Richtung der Lichtauskoppelfläche verjüngenden, Lichtleiterteil umfasst, der zwischen der Lichteinkoppelfläche und der Lichtauskoppelfläche durch eine Lichtleiterteil-Oberfläche begrenzt ist.
  • Die PCT/EP2010/005755 offenbart einen Solarkonzentrator mit einem massiven Körper aus einem transparenten Material, der eine Lichteinkoppelfläche und eine Lichtauskoppelfläche umfasst, wobei der massive Körper zwischen der Lichteinkoppelfläche und der Lichtauskoppelfläche einen sich in Richtung der Lichtauskoppelfläche verjüngenden Lichtleiterteil umfasst, der zwischen der Lichteinkoppelfläche und der Lichtauskoppelfläche durch eine Lichtleiterteil-Oberfläche begrenzt ist, und wobei die Lichtleiterteil-Oberfläche mit einer stetigen ersten Ableitung in die Lichtauskoppelfläche übergeht.
  • Es ist Aufgabe der Erfindung, die Kosten für die Herstellung von Solarkonzentratoren bzw. Sekundär-Solarkonzentratoren zu senken. Dazu ist insbesondere eine Vergrößerung des Anteils der Gutstücke bei der Herstellung wünschenswert.
  • Vorgenannte Aufgabe wird durch eine Charge aus drei, zehn, hundert oder zehntausend, insbesondere mittels derselben Form hergestellten, Solarkonzentratoren gelöst, wobei die Charge
    • – einen ersten Solarkonzentrator mit einem ersten massiven Körper aus einem transparenten Material, der eine erste Lichteinkoppelfläche und eine erste blankgepresste Lichtauskoppelfläche umfasst, wobei der massive Körper zwischen der ersten Lichteinkoppelfläche und der ersten Lichtauskoppelfläche einen ersten Tragrahmen sowie einen, insbesondere sich in Richtung der ersten Lichtauskoppelfläche verjüngenden, ersten Lichtdurchleitteil umfasst, der vorteilhafterweise zwischen der ersten Lichteinkoppelfläche und der ersten Lichtauskoppelfläche durch eine erste Lichtdurchleitteil-Oberfläche begrenzt ist, wobei der ersten Tragrahmen eine der ersten Lichtauskoppelfläche zugewandte erste Fläche mit einer ersten äußeren Teilfläche und zumindest einer ersten inneren Teilfläche umfasst, und wobei die erste äußere Teilfläche, insbesondere mittels einer ersten, insbesondere ringförmigen, Stufe, gegenüber der ersten inneren Teilfläche in Richtung der ersten Lichtauskoppelfläche versetzt ist und/oder über die erste innere Teilfläche in Richtung der Lichtauskoppelfläche hinausragt, und
    • – (zumindest) einen zweiten Solarkonzentrator mit einem zweiten massiven Körper aus dem transparenten Material, der eine zweite Lichteinkoppelfläche und eine blankgepresste zweite Lichtauskoppelfläche umfasst, wobei der zweite massive Körper zwischen der zweiten Lichteinkoppelfläche und der zweiten Lichtauskoppelfläche einen zweiten Tragrahmen sowie einen, insbesondere sich in Richtung der zweiten Lichtauskoppelfläche verjüngenden, zweiten Lichtdurchleitteil umfasst, der vorteilhafterweise zwischen der zweiten Lichteinkoppelfläche und der zweiten Lichtauskoppelfläche durch eine zweite Lichtdurchleitteil-Oberfläche begrenzt ist, wobei der zweite Tragrahmen eine der zweiten Lichtauskoppelfläche zugewandte zweite Fläche mit einer zweiten äußeren Teilfläche und zumindest einer zweiten inneren Teilfläche umfasst, und wobei die zweite innere Teilfläche, insbesondere mittels einer zweiten, insbesondere ringförmigen, Stufe, gegenüber der zweiten äußeren Teilfläche in Richtung der zweiten Lichtauskoppelfläche versetzt ist und/oder über die zweite äußere Teilfläche in Richtung der zweiten Lichtauskoppelfläche hinausragt.
    umfasst.
  • Transparentes Material ist im Sinne der Erfindung insbesondere Glas. Transparentes Material ist im Sinne der Erfindung insbesondere Silikatglas. Transparentes Material ist im Sinne der Erfindung insbesondere Glas, wie es in der PCT/EP2008/010136 beschrieben ist. Glas im Sinne der Erfindung umfasst insbesondere
    0,2 bis 2 Gew.-% Al2O3,
    0,1 bis 1 Gew.-% Li2O,
    0,3, insbesondere 0,4, bis 1,5 Gew.-% Sb2O3,
    insbesondere 2 bis 4 Gew.-% BaO,
    60 bis 75 Gew.-% SiO2,
    3 bis 12 Gew.-% Na2O,
    3 bis 12 Gew.-% K2O und
    3 bis 12 Gew.-% CaO.
  • Eine Lichtleiterteil-Oberfläche im Sinne der Erfindung ist insbesondere gegenüber der optischen Achse des Solarkonzentrators um zumindest 3° geneigt. Eine optische Achse des Solarkonzentrators ist insbesondere eine bzw. die Orthogonale der Lichtauskoppelfläche. Die Lichtleiterteil-Oberfläche kann beschichtet sein.
  • Unter Blankpressen soll im Sinne der Erfindung insbesondere verstanden werden, eine optisch wirksame Oberfläche derart zu pressen, dass eine anschließende Nachbearbeitung der Kontur dieser optisch wirksamen Oberfläche entfallen kann bzw. entfällt bzw. nicht vorgesehen ist. Es ist somit insbesondere vorgesehen, dass die Lichtauskoppelfläche nach dem Blankpressen nicht geschliffen wird.
  • Ein Tragrahmen im Sinne der Erfindung kann insbesondere auch ein Flansch sein. Ein Tragrahmen im Sinne der Erfindung kann insbesondere vollständig oder teilweise umlaufend ausgestaltet sein.
  • In weiterhin vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung verläuft die erste bzw. zweite Stufe insbesondere im Wesentlichen parallel zu der optischen Achse des Solarkonzentrators. In weiterhin vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung beträgt die Höhe der ersten Stufe und/oder die Höhe der zweiten Stufe nicht mehr als 0,3 mm, insbesondere nicht mehr als 0,1 mm.
  • In weiterhin vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung erstreckt sich die erste bzw. zweite äußere Teilfläche radial bzw. orthogonal zur optischen Achse des ersten bzw. zweiten Solarkonzentrators um nicht weniger als 0,5 mm, insbesondere um nicht weniger als 1 mm, vorteilhafterweise um nicht weniger als 1,5 mm. In weiterhin vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung erstreckt sich die erste bzw. zweite äußere Teilfläche radial bzw. orthogonal zur optischen Achse des Solarkonzentrators um nicht mehr als 2,5 mm. In weiterhin vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung ist die erste bzw. zweite äußere Teilfläche eine Ringfläche. In weiterhin vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung beträgt die Dicke (= B in 5) der Ringfläche nicht weniger als 0,5 mm, insbesondere nicht weniger als 1 mm, vorteilhafterweise nicht weniger als 1,5 mm. In weiterhin vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung beträgt die Dicke (= B in 5) der Ringfläche nicht mehr als 2,5 mm.
  • In vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung geht die erste bzw. zweite Lichtleiterteil-Oberfläche mit einer stetigen ersten Ableitung in die erste bzw. zweite Lichtauskoppelfläche über. In weiterhin vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung geht die erste bzw. die zweite Lichtleiterteil-Oberfläche mit einer Krümmung in die erste bzw. zweite Lichtauskoppelfläche über, deren (der Krümmung) Krümmungsradius nicht größer ist als 0,25 mm, insbesondere nicht größer ist als 0,15 mm, vorteilhafterweise nicht größer ist als 0,1 mm. In weiterhin vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung ist der Krümmungsradius größer als 0,04 mm. In weiterhin vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung ist der, insbesondere gekrümmte, Übergang von der ersten bzw. zweiten Lichtleiterteil-Oberfläche in die erste bzw. zweite Lichtauskoppelfläche blankgepresst.
  • In weiterhin vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung ist die erste bzw. die zweite Lichteinkoppelfläche blankgepresst. In weiterhin vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung ist die erste bzw. die zweite Lichteinkoppelfläche konvex oder plan. Die erste bzw. die zweite Lichteinkoppelfläche kann asphärisch oder sphärisch geformt sein.
  • In einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung ist die erste bzw. die zweite Lichtauskoppelfläche konvex (gekrümmt). In einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung ist die erste konvexe bzw. die zweite konvexe Lichtauskoppelfläche mit einem Krümmungsradius von mehr als 30 mm gekrümmt. In einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung ist die erste konvexe bzw. die zweite konvexe Lichtauskoppelfläche derart gekrümmt, dass ihre (maximale) Konturabweichung von der idealen Ebene bzw. der Lichtauskoppelebene weniger als 100 μm beträgt. Eine ideale Ebene im Sinne der Erfindung ist insbesondere eine Ebene durch den Übergang der Lichtdurchleitteil-Oberfläche in die Lichtauskoppelfläche. Eine Lichtauskoppelebene im Sinne der Erfindung ist insbesondere eine Ebene durch den Übergang der Lichtdurchleitteil-Oberfläche in die Lichtauskoppelfläche. Eine Lichtauskoppelebene im Sinne der Erfindung ist insbesondere eine zur Ebene durch den Übergang der Lichtdurchleitteil-Oberfläche in die Lichtauskoppelfläche parallele Ebene durch den Scheitelpunkt (der Krümmung) der Lichtauskoppelfläche. Eine Lichtauskoppelebene im Sinne der Erfindung ist insbesondere eine zum verjüngenden Lichtdurchleitteil orthogonale Ebene durch den Scheitelpunkt (der Krümmung) der Lichtauskoppelfläche. Eine Lichtauskoppelebene im Sinne der Erfindung ist insbesondere eine zur optischen Achse des Solarkonzentrators orthogonale Ebene durch den Scheitelpunkt (der Krümmung) der Lichtauskoppelfläche.
  • In einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung ist die erste konvexe bzw. die zweite konvexe Lichtauskoppelfläche derart gekrümmt, dass ihre (maximale) Konturabweichung von der idealen Ebene bzw. der Lichtauskoppelebene mehr als 1 μm, insbesondere mehr als 40 μm, beträgt. In einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung ist die erste bzw. die zweite Lichtauskoppelfläche plan. Eine plane Lichtauskoppelfläche kann eine insbesondere schrumpfungsbedingte, insbesondere konkave, Konturabweichung von einer idealen Ebene aufweisen, die zum Beispiel bis zu 20 μm oder sogar bis 40 μm betragen kann.
  • In vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung umfasst der erste bzw. der zweite Tragrahmen einem, insbesondere vollständig blankgepressten, Außenrand. Ein Außenrand im Sinne der Erfindung ist insbesondere der Teil des Solarkonzentrators, der am weitesten von der optischen Achse des Solarkonzentrators entfernt ist. Ein Außenrand im Sinne der Erfindung ist insbesondere der Teil des Solarkonzentrators, der radial die größte Ausdehnung besitzt. Es ist insbesondere vorgesehen, dass der Tragrahmen zumindest zum Teil in einer zu der optischen Achse des Solarkonzentrators orthogonalen Richtung über das Lichtleiterteil hinausragt, bzw. dass der Tragrahmen zumindest zum Teil radial zu der optischen Achse des Solarkonzentrators über das Lichtleiterteil hinausragt.
  • In weiterhin vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung sind sämtliche Oberflächen des ersten bzw. des zweiten Solarkonzentrators blankgepresst.
  • In weiterhin vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung umfasst die erste bzw. die zweite Lichtleiterteil-Oberfläche zumindest eine Einkerbung. In weiterhin vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung umfasst die erste bzw. die zweite Lichtleiterteil-Oberfläche zumindest zwei getrennte Einkerbungen. In weiterhin vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung umfasst die erste bzw. die zweite Lichtleiterteil-Oberfläche zumindest vier getrennte Einkerbungen.
  • In weiterhin vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung ist die Einkerbung oder sind die Einkerbungen in der der Lichteinkoppelfläche zugewandten Hälfte der Lichtleiterteil-Oberfläche angeordnet. In weiterhin vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung ist die Einkerbung oder sind die Einkerbungen ausschließlich in der der Lichteinkoppelfläche zugewandten Hälfte der Lichtleiterteil-Oberfläche angeordnet. In weiterhin vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung ist die Einkerbung oder sind die Einkerbungen (insbesondere ausschließlich) in dem der Lichteinkoppelfläche zugewandten Drittel der Lichtleiterteil-Oberfläche angeordnet.
  • In weiterhin vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung weitet sich die Einkerbung oder weiten sich die Einkerbungen in Richtung der Lichtleiterteil-Oberfläche auf.
  • In weiterhin vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung mündet die Einkerbung in einem Tragrahmen des Solarkonzentrators. In weiterhin vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung weist die Oberfläche des Lichtleiterteils bzw. deren Querschnitt im Bereich der Einkerbung bzw. an deren Rand einen Wendepunkt auf.
  • In weiterhin vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung weist die Einkerbung oder weisen die Einkerbungen einen stetig konkav gekrümmten Querschnitt auf.
  • Die Erfindung betrifft zudem ein Solarmodul, das einen Solarkonzentrator der vorgenannten Charge sowie ein Fotovoltaikelement aufweist, wobei der Solarkonzentrator mit seiner Lichtauskoppelfläche mit dem Fotovoltaikelement verbunden und/oder dem Fotovoltaikelement zugewandt ist. In weiterhin vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung umfasst das Solarmodul einen Kühlkörper, auf dem das Fotovoltaikelement angeordnet ist. In weiterhin vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung ist auf dem Kühlkörper eine Halterung für den Solarkonzentrator angeordnet. In weiterhin vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung umfasst das Solarmodul eine Halterung für den Solarkonzentrator. In weiterhin vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung fixiert die Halterung den Solarkonzentrator an einem Tragrahmen des Solarkonzentrators. In weiterhin vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung weist das Solarmodul eine Linse (Primär-Solarkonzentrator) zur Ausrichtung von Sonnenlicht auf die Lichteinkoppelfläche des Solarkonzentrators auf.
  • Die Erfindung betrifft zudem ein Verfahren zum Erzeugen elektrischer Energie, wobei in die Lichteinkoppelfläche eines Solarkonzentrators eines vorgenannten Solarmoduls, insbesondere mittels eines Primär-Solarkonzentrators, Sonnenlicht eingekoppelt wird.
  • Die Erfindung betrifft zudem ein Verfahren zum Herstellen eines, insbesondere vorgenannten, Solarkonzentrators aus einem transparenten Material, wobei der Solarkonzentrator eine Lichteinkoppelfläche, eine Lichtauskoppelfläche, zwischen der Lichteinkoppelfläche und der Lichtauskoppelfläche einen Tragrahmen sowie vorteilhafterweise einen zwischen der Lichteinkoppelfläche und der Lichtauskoppelfläche angeordneten, insbesondere sich in Richtung der Lichtauskoppelfläche verjüngenden, Lichtdurchleitteil umfasst, der zwischen der Lichteinkoppelfläche und der Lichtauskoppelfläche durch eine Lichtdurchleitteil-Oberfläche begrenzt ist, wobei das transparente Material (insbesondere in Form eines (viskosen/flüssigen) Tropfens), zwischen einer ersten Form (insbesondere zum Formen der Lichteinkoppelfläche) und zumindest einer zweiten Form (insbesondere zum Formen der Lichtauskoppelfläche) zum Solarkonzentrator derart blankgepresst wird, dass mittels eines ersten Formteils der zweiten Form eine äußere Teilfläche einer der Lichtauskoppelfläche zugewandeten Oberfläche des Tragrahmens blankgepresst wird, und dass mittels eines zweiten Formteils der zweiten Form eine innere Teilfläche der der Lichtauskoppelfläche zugewandeten Oberfläche des Tragrahmens blankgepresst wird (wobei das erste Formteil das zweite Formteil, insbesondere zumindest teilweise, umschließt), wobei das zweite Formteil der zweiten Form, insbesondere vertikal und/oder entlang der optischen Achse des Solarkonzentrators, derart gegenüber dem ersten Formteil der zweiten Form verschoben bzw. bewegt wird, dass in Abhängigkeit der Volumens des transparenten Materials entweder die äußere Teilfläche über die innere Teilfläche in Richtung der Lichtauskoppelfläche hinausragt oder die innere Teilfläche über die äußere Teilfläche in Richtung der Lichtauskoppelfläche hinausragt. Eine erste ist im Sinne der Erfindung insbesondere eine Oberform. Eine zweite ist im Sinne der Erfindung insbesondere eine Unterform.
  • In vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung wird die Lichtauskoppelfläche mittels zumindest eines dritten Formteils der zweiten Form blankgepresst. In weiterhin vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung umschließt das erste Formteil das dritte Formteil, insbesondere zumindest teilweise. In weiterhin vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung wird zwischen dem zweiten Formteil und dem dritten Formteil ein Unterdruck erzeugt wird, mittels dessen das transparente Material vor dem Blankpressen im flüssigem Zustand in die zweite Form gezogen. In weiterhin vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung beträgt der Unterdruck zumindest 0,5 bar. Der Unterdruck entspricht in weiterhin vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung insbesondere Vakuum. In weiterhin vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung kann der Unterdruck unmittelbar mit Befüllen der zweiten Form, unmittelbar vor dem Pressen oder zu einem Zeitpunkt zwischen dem Befüllen der zweiten Form und dem Pressen erzeugt werden. In weiterhin vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung wird der Zeitpunkt, an dem mit dem Erzeugen des Unterdrucks begonnen wird, insbesondere in Abhängigkeit von Eigenschaften eines oder mehrerer zuvor mittels der zweiten Form hergestellter Solarkonzentratoren, eingestellt. In weiterhin vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung wird der Zeitpunkt, an dem mit dem Erzeugen des Unterdrucks begonnen wird, insbesondere in Abhängigkeit von Eigenschaften eines oder mehrerer zuvor hergestellter Solarkonzentratoren, eingestellt.
  • In weiterhin vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung wird das transparente Material anschließend jedoch vor dem Blankpressen abgekühlt. Kühlen im Sinne der Erfindung kann aktiv, insbesondere durch Zuführung eines Kühlmittels, erfolgen oder passiv durch Abwarten, bis sich die gewünschte Viskosität bzw. Temperatur einstellt. Das Abkühlen erfolgt insbesondere durch Verzögern des Schließens der aus der ersten Form und der zweiten Form gebildeten Gesamtform, nachdem das transparente Material im flüssigen Zustand mittels des Unterdrucks in die zweite Form gezogen worden ist. Das Verzögern umfasst dabei insbesondere ein Zeitintervall von zumindest 0,02 tTg. Das Verzögern umfasst insbesondere ein Zeitintervall von höchstens 0,15 tTg. Das Verzögern bzw. das Abkühlen dauert insbesondere zumindest 0,02 tTg. Das Verzögern bzw. das Abkühlen dauert insbesondere höchstens 0,15 tTg. tTg ist dabei die Zeit, die unter den Bedingungen des jeweiligen (aktiven oder passiven) Kühlens notwendig ist, bis jeder Bereich des transparenten Materials eine Temperatur gleich oder unterhalb der Transformationstemperatur Tg erreicht hat.
  • Während des Abkühlens oder nach dem Abkühlen kann vorgesehen sein, dass die Oberfläche des flüssigen transparenten Materials, die der ersten Form zugewandt ist, lokal, zum Beispiel durch eine Flamme, aufgeheizt wird.
  • In weiterhin vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung wird der Solarkonzentrator nach dem Blankpressen mittels eines in der ersten Form erzeugten Unterdrucks aus der zweoten gezogen. In weiterhin vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung wird der Solarkonzentrator danach hängend gekühlt. Das Kühlen kann aktiv, insbesondere durch Zuführung eines Kühlmittels, erfolgen oder passiv durch Abwarten, bis sich die gewünschte Viskosität bzw. Temperatur einstellt. Das hängende Abkühlen dauert insbesondere zumindest 5 Sekunden. Danach ist insbesondere vorgesehen, dass der Solarkonzentrator auf einer geeigneten Unterlage auf einem Kühlband, insbesondere unter Zuführung von Wärme, gekühlt wird.
  • In weiterhin vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung berührt das erste Formteil die erste Form beim Blankpressen.
  • Die Erfindung betrifft zudem ein Verfahren zum Erzeugen elektrischer Energie, wobei in die Lichteinkoppelfläche eines vorgenannten Solarkonzentrators Sonnenlicht eingekoppelt wird.
  • Weitere Vorteile und Einzelheiten ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen. Dabei zeigen:
  • 1 ein Ausführungsbeispiel für einen erfindungsgemäßen Solarkonzentrator,
  • 2 den Solarkonzentrator gemäß 1 in einer ausschnittsweisen Darstellung,
  • 3 den Solarkonzentrator gemäß 1 in einer Draufsicht,
  • 4 den Solarkonzentrator gemäß 1 in einer Schnittdarstellung entsprechend der Schnittlinie A-A in 3,
  • 5 einen Ausschnitt aus 4
  • 6 den Solarkonzentrator gemäß 1 in einer Ansicht von unten,
  • 7 ein Verfahren zum Herstellen eines Solarkonzentrators,
  • 8 ein Ausführungsbeispiel einer Form zum Formen des Solarkonzentrators gemäß 1,
  • 9 ein Ausführungsbeispiel der Verwendung der Form gemäß 8 zum Formen eines weiteren Solarkonzentrators und
  • 10 ein Ausführungsbeispiel für ein Solarmodul mit einem Solarkonzentrator gemäß 1.
  • 1 zeigt ein Ausführungsbeispiel für einen erfindungsgemäßen Solarkonzentrator 1 in einer Querschnittsdarstellung. Der Solarkonzentrator 1 umfasst eine Lichteinkoppelfläche 2 und eine blankgepresste Lichtauskoppelfläche 3 sowie einen zwischen der Lichteinkoppelfläche 2 und der Lichtauskoppelfläche 3 angeordneten sich in Richtung der Lichtauskoppelfläche 3 verjüngenden Lichtleiterteil 4. Bezugszeichen 5 bezeichnet eine Lichtleiterteil-Oberfläche, die den Lichtleiterteil 4 zwischen der Lichteinkoppelfläche 2 und der Lichtauskoppelfläche 3 begrenzt. Dabei geht die Lichtleiterteil-Oberfläche 5 – wie detailliert in 2 dargestellt – mit einer Krümmung 8 in die Lichtauskoppelfläche 3 über, deren Krümmungsradius in etwa 0,1 mm beträgt. In vorteilhafter Ausgestaltung ist die konvexe Lichtauskoppelfläche 3 mit einem Krümmungsradius von mehr als 30 mm bzw. derart gekrümmt, dass das Maximum ihrer Konturabweichung 31 von der idealen Ebene bzw. der Lichtauskoppelebene 30 weniger als 100 μm beträgt.
  • 3 zeigt den Solarkonzentrator 1 in einer Draufsicht und 4 zeigt den Solarkonzentrator in einer Schnittdarstellung entsprechend der Schnittlinie A-A in 3. 6 zeigt den Solarkonzentrator 1 in einer Ansicht von unten. Der Solarkonzentrator 1 weist im oberen Teil des Solarkonzentrators 1 eine Mehrzahl von Einkerbungen 91 der Lichtleiterteil-Oberfläche 5 auf. Die Einkerbungen erstrecken sich dabei bis zum Tragrahmen 6. Die Lichtdurchleitteil-Oberfläche 5 bzw. deren Querschnittskurve weist im Bereich der Einkerbung 91 einen Wendepunkt 92 auf.
  • Zwischen der Lichteinkoppelfläche 2 und der Lichtleiterteil-Oberfläche 5 weist der Solarkonzentrator 1 einen Tragrahmen 6 mit einem blankgepressten Außenrand 61 auf. 5 zeigt einen vergrößerten Ausschnitt des Tragrahmens 6 aus 4. Der Tragrahmen 6 umfasst eine der Lichtauskoppelfläche 3 zugewandte Fläche 63 mit einer äußeren Teilfläche 66 und einer inneren Teilfläche 65. Die äußere Teilfläche 66 ist mittels einer Stufe 64 der Höhe H bis zu 0,3 mm gegenüber der inneren Teilfläche 65 in Richtung der Lichtauskoppelfläche 3 versetzt bzw. ragt aufgrund der Stufe 64 der Höhe H bis zu 0,3 mm über die innere Teilfläche 65 in Richtung der Lichtauskoppelfläche 3 hinaus. Die äußere Teilfläche erstreckt sich (Erstreckung B bzw. radiale Erstreckung B) radial bzw. orthogonal zur optischen Achse 100 des Solarkonzentrators zwischen 0,5 mm und 2,5 mm.
  • 7 zeigt ein Verfahren zur Herstellung des Solarkonzentrators 1. Das Verfahren beginnt mit einem Schritt 201, in dem ein Tropfen transparenten Materials am Auslauf eines Spenders abgeschnitten wird. Dazu wird eine in 8 dargestellte Teilform 10 unter dem Auslauf positioniert, sodass der Tropfen direkt in die Teilform 10 gelangt bzw. fällt. Es kann vorgesehen sein, dass der Tropfen geschnitten wird und in die Teilform 10 fällt oder während des Fließens durch die Teilform 10 aufgenommen und dann geschnitten wird. Die Teilform 10 ist ein Ausführungsbeispiel für eine zweite Teilform im Sinne der Ansprüche.
  • Die Teilform 10 umfasst ein Formteil 15, ein Formteil 11 zum Formen der Lichtdurchleitteil-Oberfläche 5 und ein Formteil 12 zum Formen der Lichtauskoppelfläche 3, wobei das Formteil 15 das Formteil 11 und das Formteil 12 umgibt. Das Formteil 15 ist ein Ausführungsbeispiel für ein erstes Formteil im Sinne der Ansprüche. Das Formteil 11 ist ein Ausführungsbeispiel für ein zweites Formteil im Sinne der Ansprüche und das Formteil 12 ist ein Ausführungsbeispiel für ein drittes Formteil im Sinne der Ansprüche. Zwischen der Teilform 12 und der Teilform 11 sind Kanäle 17 gebildet.
  • Dem Schritt 201 folgt ein Schritt 202, indem in den Kanälen 17 ein Unterdruck erzeugt wird, sodass das transparente Material in die Teilform 10 gezogen wird. Es folgt ein Schritt 203, in dem das flüssige Material für eine Dauer zwischen 0,02 tTg und 0,15 tTg abgekühlt wird, wobei tTg die Zeit ist, die unter den Bedingungen des aktiven oder passiven Kühlens notwendig ist, bis jeder Bereich des transparenten Materials eine Temperatur gleich oder unterhalb der Transformationstemperatur Tg erreicht hat. Im Zuge der Schritte 202 und 203 oder danach wird die Teilform 10 in einer Pressvorrichtung positioniert. Der Unterdruck (gemäß Schritt 202) kann unmittelbar mit Befüllen der Teilform 10, unmittelbar vor dem Pressen oder zu einem Zeitpunkt zwischen dem Befüllen der Teilform 10 und dem Pressen erzeugt werden. Es ist insbesondere vorgesehen, dass der Zeitpunkt, an dem mit dem Erzeugen des Unterdrucks begonnen wird, insbesondere in Abhängigkeit von Eigenschaften eines oder mehrerer zuvor mittels der Form hergestellter Solarkonzentratoren, einstellbar ist.
  • Optional folgt ein Schritt 204, in dem die einer Teilform 16 zugewandte Oberfläche des transparenten Materials, die nach dem Pressen die Lichteinkoppelfläche 2 bildet, zum Beispiel durch Feuerpolitur erwärmt wird.
  • Es folgt ein Schritt 205, in dem das transparente Material zwischen der Teilform 10 und der Teilform 16 zu dem Solarkonzentrator 1 blankgepresst wird. Dabei ist vorgesehen, dass der Außenrand 61 des Tragrahmens 6 unter vollständigem Formkontakt blankgepresst wird. Die Teilform 16 und das Formteil 15 werden in Kontakt gebracht. Die Stufe 64 wird durch einen Versatz zwischen dem Formteil 15 und dem Formteil 11 geformt.
  • Es folgt ein Schritt 206, in dem die durch die Teilform 10 und die Teilform 16 gebildete Form geöffnet wird. Dazu wird zum Beispiel die Teilform 16 nach oben bewegt. Es ist vorgesehen, dass in der Teilform 16 ein Unterdruck erzeugt wird, sodass der fertig gepresste Solarkonzentrator 1 mit der Teilform 16 aus der Teilform 10 bewegt wird. Anschließend kann vorgesehen sein, dass bestimmte Bereiche des Solarkonzentrators 1 mit Kaltluft angeblasen werden, alternativ oder zusätzlich kann vorgesehen werden, dass die Lichtdurchleitteil-Oberfläche 5 beheizt wird.
  • Es ist ein optionaler Schritt 207 vorgesehen, in dem der Solarkonzentrator 1 heiß beschichtet wird. Zudem ist in einem optionalen Schritt 208 eine optische Inspektion des Solarkonzentrators 1 vorgesehen. Es folgt ein Schritt 209, in dem der Solarkonzentrator 1 einer Kühlbahn übergeben und auf dieser gezielt abgekühlt wird.
  • Zudem beginnt das Verfahren nach dem Schritt 206 von neuem, d. h. dem Schritt 206 folgt – wie in 9 dargestellt – auch Schritt 201 zum Herstellen des nächsten Solarkonzentrators 1A mittel der Teilformen 10 und 16. Der Solarkonzentrator 1A umfasst eine Lichteinkoppelfläche 2A und eine blankgepresste Lichtauskoppelfläche 3A sowie einen zwischen der Lichteinkoppelfläche 2A und der Lichtauskoppelfläche 3A angeordneten sich in Richtung der Lichtauskoppelfläche 3A verjüngenden Lichtleiterteil 4A. Bezugszeichen 5A bezeichnet eine Lichtleiterteil-Oberfläche, die den Lichtleiterteil 4A zwischen der Lichteinkoppelfläche 2A und der Lichtauskoppelfläche 3A begrenzt. Zwischen der Lichteinkoppelfläche 2A und der Lichtleiterteil-Oberfläche 5A weist der Solarkonzentrator 1A einen Tragrahmen 6 mit einem blankgepressten Außenrand 61A auf. Der Tragrahmen 6 umfasst eine der Lichtauskoppelfläche 3A zugewandte Fläche 63A mit einer äußeren Teilfläche 66A und einer inneren Teilfläche 65A. Die innere Teilfläche 65A ist mittels einer Stufe 64A einer Höhe bis zu 0,3A mm gegenüber der äußeren Teilfläche 66A in Richtung der Lichtauskoppelfläche 3A versetzt bzw. ragt aufgrund der Stufe 64A über die äußere Teilfläche 66A in Richtung der Lichtauskoppelfläche 3A hinaus.
  • 10 zeigt ein Ausführungsbeispiel für ein Solarmodul 40 mit einem erfindungsgemäßen Solarkonzentrator 1. Das Solarmodul 40 umfasst einen Kühlkörper 41 auf dem ein Fotovoltaikelement 42 und eine Halterung 44 für den Solarkonzentrator 1 angeordnet sind. Die Lichtauskoppelfläche 3 ist mittels einer Klebeschicht 43 mit dem Fotovoltaikelement 42 verbunden. Das Solarmodul 40 umfasst zudem einen als Fresnelllinse ausgestalteten Primär-Solarkonzentrator 45 zur Ausrichtung von Sonnenlicht 50 auf die Lichteinkoppelfläche 2 des als Sekundär-Solarkonzentrator angeordneten bzw. ausgestalteten bzw. vorgesehenen Solarkonzentrators 1. Das über die Lichteinkoppelfläche 2 in den Solarkonzentrator 1 eingeleitete Sonnenlicht tritt über die Lichtauskoppelfläche 3 des Solarkonzentrators 1 aus und trifft auf das Fotovoltaikelement 42.
  • ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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  • Zitierte Patentliteratur
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    • EP 2008/010136 [0005]

Claims (10)

  1. Charge aus drei, zehn, hundert oder zehntausend, insbesondere mittels derselben Form hergestellten, Solarkonzentratoren, die Charge umfassend: – einen ersten Solarkonzentrator (1) mit einem ersten massiven Körper aus einem transparenten Material, der eine erste Lichteinkoppelfläche (2) und eine erste blankgepresste Lichtauskoppelfläche (3) umfasst, wobei der massive Körper zwischen der ersten Lichteinkoppelfläche (2) und der ersten Lichtauskoppelfläche (3) einen ersten Tragrahmen (61) sowie einen, insbesondere sich in Richtung der ersten Lichtauskoppelfläche (3) verjüngenden, ersten Lichtdurchleitteil (4) umfasst, der vorteilhafterweise zwischen der ersten Lichteinkoppelfläche (2) und der ersten Lichtauskoppelfläche (3) durch eine erste Lichtdurchleitteil-Oberfläche (5) begrenzt ist, wobei der ersten Tragrahmen (61) eine der ersten Lichtauskoppelfläche (3) zugewandte erste Fläche (63) mit einer ersten äußeren Teilfläche (66) und zumindest einer ersten inneren Teilfläche (65) umfasst, und wobei die erste äußere Teilfläche (66), insbesondere mittels einer ersten, insbesondere ringförmigen, Stufe (64), gegenüber der ersten inneren Teilfläche (65) in Richtung der ersten Lichtauskoppelfläche (3) versetzt ist und/oder über die erste innere Teilfläche (65) in Richtung der Lichtauskoppelfläche (3) hinausragt, und – einen zweiten Solarkonzentrator (1A) mit einem zweiten massiven Körper aus dem transparenten Material, der eine zweite Lichteinkoppelfläche (2A) und eine blankgepresste zweite Lichtauskoppelfläche (3A) umfasst, wobei der zweite massive Körper zwischen der zweiten Lichteinkoppelfläche (2A) und der zweiten Lichtauskoppelfläche (3A) einen zweiten Tragrahmen (61A) sowie einen, insbesondere sich in Richtung der zweiten Lichtauskoppelfläche (3A) verjüngenden, zweiten Lichtdurchleitteil (4A) umfasst, der vorteilhafterweise zwischen der zweiten Lichteinkoppelfläche (2A) und der zweiten Lichtauskoppelfläche (3A) durch eine zweite Lichtdurchleitteil-Oberfläche (5A) begrenzt ist, wobei der zweite Tragrahmen (61A) eine der zweiten Lichtauskoppelfläche (3A) zugewandte zweite Fläche (63A) mit einer zweiten äußeren Teilfläche (66A) und zumindest einer zweiten inneren Teilfläche (65A) umfasst, und wobei die zweite innere Teilfläche (65A), insbesondere mittels einer zweiten, insbesondere ringförmigen, Stufe (64A), gegenüber der zweiten äußeren Teilfläche (66A) in Richtung der zweiten Lichtauskoppelfläche (3A) versetzt ist und/oder über die zweite äußere Teilfläche (66A) in Richtung der zweiten Lichtauskoppelfläche (3A) hinausragt.
  2. Charge nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Höhe der ersten Stufe (64) und/oder die Höhe der zweiten Stufe (64A) nicht mehr als 0,3 mm beträgt.
  3. Charge nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Lichtleiterteil-Oberfläche (5) und/oder die zweite Lichtleiterteil-Oberfläche (5A) zumindest eine Einkerbung (91) umfasst.
  4. Solarmodul, dadurch gekennzeichnet, dass ein Solarkonzentrator (1, 1A) der Charge nach einem der vorhergehenden Ansprüche mit seiner Lichtauskoppelfläche (3, 3A) mit einem Fotovoltaikelement verbunden und/oder einem Fotovoltaikelement zugewandt ist.
  5. Verfahren zum Erzeugen elektrischer Energie, dadurch gekennzeichnet, dass in die Lichteinkoppelfläche (2, 2A) eines Solarkonzentrators (1, 1A) eines Solarmoduls gemäß Anspruch 4 Sonnenlicht eingekoppelt wird.
  6. Verfahren zum Herstellen eines Solarkonzentrators (1) aus einem transparenten Material, wobei der Solarkonzentrator (1) eine Lichteinkoppelfläche (2), eine Lichtauskoppelfläche (3), zwischen der Lichteinkoppelfläche (2) und der Lichtauskoppelfläche (3) einen Tragrahmen (61) sowie vorteilafterweise einen zwischen der Lichteinkoppelfläche (2) und der Lichtauskoppelfläche (3) angeordneten, insbesondere sich in Richtung der Lichtauskoppelfläche (3) verjüngenden, Lichtdurchleitteil (4) umfasst, der zwischen der Lichteinkoppelfläche (2) und der Lichtauskoppelfläche (3) durch eine Lichtdurchleitteil-Oberfläche (5) begrenzt ist, dadurch gekennzeichnet, dass das transparente Material, zwischen einer ersten Form (16) und zumindest einer zweiten Form (10) zum Solarkonzentrator (1) derart blankgepresst wird, dass mittels eines ersten Formteils der zweiten Form (10) eine äußere Teilfläche einer der Lichtauskoppelfläche (3) zugewandeten Oberfläche (63) des Tragrahmens blankgepresst wird, und dass mittels eines zweiten Formteils der zweiten Form (10) eine innere Teilfläche der der Lichtauskoppelfläche (3) zugewandeten Oberfläche (63) des Tragrahmens blankgepresst wird, wobei das zweite Formteil der zweiten Form (10), insbesondere vertikal und/oder entlang der optischen Achse des Solarkonzentrators (1), derart gegenüber dem ersten Formteil der zweiten Form (10) verschoben bzw. bewegt wird, dass in Abhängigkeit der Volumens des transparenten Materials entweder die äußere Teilfläche (66) über die innere Teilfläche (65) in Richtung der Lichtauskoppelfläche (3) hinausragt oder die innere Teilfläche (65) über die äußere Teilfläche (66) in Richtung der Lichtauskoppelfläche (3) hinausragt.
  7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Lichtauskoppelfläche (3) mittels zumindest eines dritten Formteils der zweiten Form (10) blankgepresst wird.
  8. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass das erste Formteil das dritte Formteil, insbesondere zumindest teilweise, umschließt.
  9. Verfahren nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen dem zweiten Formteil und dem dritten Formteil ein Unterdruck erzeugt wird, mittels dessen das transparente Material vor dem Blankpressen im flüssigem Zustand in die zweite Form (10) gezogen wird.
  10. Verfahren nach einem der Ansprüche 6 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass das erste Formteil die erste Form beim Blankpressen berührt.
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