DE102015102985A1

DE102015102985A1 - Vorrichtung und Verfahren zum Absorbieren von einfallendem Licht

Info

Publication number: DE102015102985A1
Application number: DE102015102985.5A
Authority: DE
Inventors: Anmelder Gleich
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2014-11-10
Filing date: 2015-03-02
Publication date: 2016-05-12
Also published as: DE202015100991U1

Abstract

Um ein zum Konzentrieren von einfallendem Licht, insbesondere des Lichts der Sonne, vorgesehenes Verfahren sowie eine entsprechende Vorrichtung (100), aufweisend mindestens einen, insbesondere im Querschnitt sphärischen und/oder insbesondere rinnen- oder wannenförmig ausgebildeten, verspiegelten Abschnitt oder Bereich (10), mittels dessen das einfallende Licht auf mindestens ein photovoltaisches Absorbermittel (20), insbesondere auf mindestens eine Solarzellenanordnung, zum Beispiel auf mindestens eine Solarzellenplatte oder auf mindestens einen Solarzellenriegel, wie etwa aus Silizium, richtbar oder umlenkbar oder umleitbar ist, hinsichtlich mobiler Einsetzbarkeit und/oder Transportabilität weiterzubilden, wird vorgeschlagen, dass das Absorbermittel (20) in mindestens einem röhrenförmigen Element (12) angeordnet ist.

Description

Technisches Gebiet
Die vorliegende Erfindung betrifft eine zum Konzentrieren von einfallendem Licht, insbesondere des Lichts der Sonne, vorgesehene Vorrichtung, aufweisend mindestens einen, insbesondere im Querschnitt sphärischen und/oder insbesondere rinnen- oder wannenförmig ausgebildeten, verspiegelten Abschnitt oder Bereich, mittels dessen das einfallende Licht auf mindestens ein photovoltaisches Absorbermittel, insbesondere auf mindestens eine Solarzellenanordnung, zum Beispiel auf mindestens eine Solarzellenplatte oder auf mindestens einen Solarzellenriegel, wie etwa aus Silizium, richtbar oder umlenkbar oder umleitbar ist.
Die vorliegende Erfindung betrifft des Weiteren ein Verfahren zum Konzentrieren von einfallendem Licht, insbesondere des Lichts der Sonne, mittels des Kaustikeffekts mindestens eines, insbesondere im Querschnitt sphärischen und/oder insbesondere rinnen- oder wannenförmig ausgebildeten, verspiegelten Abschnitts oder Bereichs, mittels dessen das einfallende Licht auf mindestens ein photovoltaisches Absorbermittel, insbesondere auf mindestens eine Solarzellenanordnung, zum Beispiel auf mindestens eine Solarzellenplatte oder auf mindestens einen Solarzellenriegel, wie etwa aus Silizium, gerichtet oder umgelenkt oder umgeleitet wird.
Stand der Technik
Bei derartigen Konzentratoren kann die Frage der mobilen Einsetzbarkeit und/oder der Transportabilität relevant sein.
Darstellung der vorliegenden Erfindung: Aufgabe, Lösung, Vorteile
Ausgehend von den vorstehend dargelegten Nachteilen und Unzulänglichkeiten sowie unter Würdigung des umrissenen Stands der Technik liegt der vorliegenden Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung der eingangs genannten Art sowie ein Verfahren der eingangs genannten Art hinsichtlich mobiler Einsetzbarkeit und/oder Transportabilität weiterzubilden.
Diese Aufgabe wird durch eine Vorrichtung mit den im Anspruch 1 angegebenen Merkmalen sowie durch ein Verfahren mit den im Anspruch 9 angegebenen Merkmalen gelöst, insbesondere durch ein modulares und/oder mobiles Photovoltaik-System, das röhrenartige, insbesondere zylindrische, zum Beispiel kreiszylindrische, Kollektorelemente aus transparentem oder teiltransparentem Material, zum Beispiel aus Glas, aufweist, wobei sich das photovoltaische Absorbermittel in der jeweiligen, insbesondere hohlzylindrischen, Röhre befindet.
Bevorzugte Ausgestaltungen und vorteilhafte Weiterbildungen der vorliegenden Erfindung sind in den jeweiligen abhängigen Ansprüchen gekennzeichnet.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist mindestens ein Absorberträger vorgesehen, an oder auf dem das photovoltaische Absorbermittel angeordnet, insbesondere thermisch leitend angeordnet, zum Beispiel aufgeklebt, ist.
In einer vorteilhaften Weiterbildung der vorliegenden Erfindung ist das röhrenförmige Element auf seiner dem Absorbermittel zugewandten Innenseite zumindest abschnittsweise oder zumindest bereichsweise verspiegelt. Mittels dieses verspiegelten Bereichs kann das einfallende Licht auf das photovoltaische Absorbermittel gerichtet oder umgelenkt oder umgeleitet werden.
Unabhängig hiervon oder in Verbindung hiermit kann auch der Bereich des Absorberträgers oberhalb des Absorbers in zweckmäßiger Weise reflektierend ausgeführt sein, was zusätzlich die Winkeltoleranz des Photovoltaik-Konzentrators innerhalb des röhrenförmigen Elements vergrößert.
Um ein besonders hohes Maß an mobiler Einsetzbarkeit und/oder an Transportabilität zu gewährleisten, können mehrere oder viele röhrenförmige Elemente räumlich im Wesentlichen parallel zueinander angeordnet und mittels mindestens einer, vorzugsweise mittels zweier, zum Beispiel lateral angeordneter, Kontaktierungs- oder Sammelschienen zusammengeschaltet sein, was grundsätzlich eine elektrische Serien- oder Parallelschaltung sowie die Kombination der Verschaltungen erlaubt.
Die Kontaktierungs- oder Sammelschiene(n) ermöglicht(/en) das Verbinden und demzufolge auch wieder Trennen der röhrenförmigen Elemente, so dass die röhrenförmigen Elemente einzeln oder separat transportiert und erst an Ort und Stelle, zum Beispiel zum Zwecke des Einsatzes an einer mobilen oder stationären Unterkunft, mittels der Kontaktierungs- oder Sammelschiene(n) zu einem Ensemble oder Panel verbunden werden können.
Die Stirnflächen des röhrenförmigen Elements können in zweckmäßiger Weise verschlossen sein, um eine Verschmutzung des technischen Innenlebens des röhrenförmigen Elements in zuverlässiger Weise zu verhindern.
Unabhängig hiervon oder in Verbindung hiermit können die Stirnflächen des röhrenförmigen Elements in zweckmäßiger Weise als elektrische Kontakte nutzbar sein, mittels derer elektrische Energie aus dem röhrenförmigen Element an die Kontaktierungs- oder Sammelschiene ableitbar ist.
Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltungsform der vorliegenden Erfindung kann im Bereich des röhrenförmigen Elements hinter dem Absorberträger mindestens ein Thermospeicher, insbesondere mindestens ein thermochemischer Wärmespeicher, zum Beispiel auf Basis mindestens eines Salzes, angeordnet sein, mittels dessen im röhrenförmigen Element, insbesondere tagsüber, entstehende Wärme speicherbar ist, welche Wärme, insbesondere abends und/oder nachts, zu Erwärmungszwecken einsetzbar ist.
Unabhängig hiervon, insbesondere aber in Verbindung hiermit kann es von Vorteil sein, wenn der Absorberträger aus thermisch leitendem Material gebildet, zum Beispiel aus Aluminium gefertigt, ist und demzufolge zur Wärmeübertragung zwischen den Bereichen des Rohrs genutzt werden kann. Die bei der durch das photovoltaische Absorbermaterial bewirkten Wandlung der Sonnenenergie in elektrische Energie entstehende bzw. verbleibende thermische Energie (Wärme) kann somit vom Absorberträgermaterial abgeführt und dem Thermospeicherelement oder Wärmespeicherelement zugeführt werden.
Somit kann das Gesamt-System

– einen Bereich, der Sonnenenergie in elektrische Energie wandelt, und
– einen Bereich, der Sonnenenergie in Wärme wandelt,

Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung der vorliegenden Erfindung kann das röhrenförmige Element mit mindestens einem Medium gefüllt sein.
Die vorliegende Erfindung kann beispielsweise für die Energieumwandlung an mobilen Unterkünften, wie etwa an Zelten, oder auch beispielsweise temporär an stationären Unterkünften oder Gebäuden verwendet werden. Das System gemäß der vorliegenden Erfindung ermöglicht einen einfachen Transport, da es nicht als eine große Fläche, sondern als einzelne Röhrenelemente transportiert werden kann.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
Wie bereits vorstehend erörtert, gibt es verschiedene Möglichkeiten, die Lehre der vorliegenden Erfindung in vorteilhafter Weise auszugestalten und weiterzubilden. Hierzu wird einerseits auf die dem Anspruch 1 nachgeordneten Ansprüche verwiesen, andererseits werden weitere Ausgestaltungen, Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung nachstehend unter Anderem anhand des durch 1 bis 2B veranschaulichten Ausführungsbeispiels näher erläutert.
Es zeigt:
1 in konzeptuell-schematischer Aufsicht ein nach dem Verfahren gemäß der vorliegenden Erfindung arbeitendes Ausführungsbeispiel gemäß der vorliegenden Erfindung für eine über mindestens eine Kontaktierungs- oder Sammelschiene vermittelte Zusammenschaltung mehrerer Röhren mit internen Energieabsorbern;
2A in konzeptuell-schematischer Perspektivansicht ein Ausführungsbeispiel gemäß der vorliegenden Erfindung für eine einzelne zylindrische Photovoltaik-Röhre aus 1; und
2B in gegenüber 2A vergrößerter konzeptuell-schematischer Perspektivansicht die Photovoltaik-Röhre aus 2A.
Gleiche oder ähnliche Ausgestaltungen, Elemente oder Merkmale sind in 1 bis 2B mit identischen Bezugszeichen versehen.
Bester Weg zur Ausführung der vorliegenden Erfindung
1 zeigt ein nach dem Verfahren gemäß der vorliegenden Erfindung arbeitendes modulares sowie mobiles Photovoltaik-System 100, das hohlzylindrische Röhren 12 aus transparentem oder teiltransparentem Material aufweist, wobei sich das photovoltaische Absorbermittel 20 in der jeweiligen Röhre 12 befindet.
Die Röhren 12 sind in räumlicher Hinsicht im Wesentlichen parallel zueinander angeordnet und mittels mindestens einer Kontaktierungs- oder Sammelschiene 14 zusammengeschaltet, was grundsätzlich eine elektrische Serien- oder Parallelschaltung sowie die Kombination der Verschaltungen erlaubt (in 1 ist exemplarisch eine rein elektrische Reihenschaltung veranschaulicht).
In Abhängigkeit vom jeweiligen Energiebedarf kann eine im Prinzip beliebige Anzahl von röhrenförmigen Elementen 12 zusammengesteckt werden, wobei sich die Elemente 12 in der Länge unterscheiden können; beispielsweise ist eine Länge von etwa 50 cm denkbar.
In den transparenten oder teiltransparenten, zum Beispiel aus Glas gefertigten Röhren 12 sind Absorber 20, zum Beispiel Silizium-Solarzellen, oder andere energiesammelnde Einrichtungen angeordnet. Hierfür kann vorteilhafterweise ein konzentrierendes Photovoltaik-System 100, das als Konzentrator einen im Querschnitt sphärischen Spiegel 10 nutzt, eingesetzt werden. Dies ermöglicht, zum Beispiel auf Basis des Kaustik-Effekts, ein Photovoltaik-System 100 ohne die Notwendigkeit einer mechanischen Nachführung.
Hierfür wird ein Spiegel 10 mit einem Radius, der dem Innenradius des Rohrs 12 entspricht, in das Rohr 12 eingefügt. Alternativ oder ergänzend kann auch die Innenseite des Rohrs 12 verspiegelt werden. Das Absorbermaterial 20 wird auf eine Trägerfläche 22 im Rohr 12 befestigt, zum Beispiel geklebt.
Die Trägerfläche 22 oberhalb des Absorbers 20 kann ebenfalls reflektierend ausgeführt sein, was zusätzlich die Winkeltoleranz des Photovoltaik-Konzentrators innerhalb der Röhre 12 vergrößert.
Die Stirnflächen des hohlzylindrischen Rohrs 12 können verschlossen sein, damit keine Verschmutzung des Systems 100 auftreten kann. Darüber hinaus können die Stirnflächen des hohlzylindrischen Rohrs 12 als elektrische Kontakte genutzt, mittels derer die elektrische Energie aus den Röhren 12 an die Kontaktierungs- oder Sammelschiene 14 abgeleitet wird.
Das Rohr 12 kann auch mit einem Medium gefüllt sein.
Im Röhrenbereich 16 hinter dem Absorberträger 22 kann mindestens ein Thermospeicher platziert sein. Als Speicher kann beispielsweise mindestens ein Salz, insbesondere in Form mindestens eines thermochemischen Wärmespeichers, eingesetzt werden.
Der Absorberträger 22 kann aus thermisch leitendem Material, zum Beispiel aus Aluminium, gefertigt sein und zur Wärmeübertragung zwischen und/oder hinter den Bereichen 16 der röhrenförmigen Elemente 12 genutzt werden. Die bei der durch das photovoltaische Absorbermaterial 20 bewirkten Wandlung der Sonnenenergie in elektrische Energie entstehende bzw. verbleibende thermische Energie (Wärme) kann somit vom Absorberträger 22 abgeführt und dem Thermospeicherelement oder Wärmespeicherelement zugeführt werden.
Dies hat den Vorteil, dass die Photovoltaik-Vorrichtung 100 passiv gekühlt wird, indem die mittels des Absorberträgers 22 abtransportierte thermische Energie (Wärme) in das Wärmespeichersystem überführt und dort zur weiteren Verwendung gespeichert wird:
So kann zum Beispiel die über den Tag im Rohr 12 entstehende Wärme im System gespeichert und am Abend bzw. in der Nacht zur Erwärmung einer Unterkunft, zum Beispiel eines Zelts, eingesetzt werden. Die Wärme kann beispielsweise an eine Wand der Unterkunft abgegeben werden. Hierdurch kann die Unterkunft ohne zusätzliches stationäres Wärmesystem erwärmt werden.
Das System 100 kann somit aus einen Bereich, der Sonnenenergie in elektrische Energie wandelt, und einen Bereich, der Sonnenenergie in Wärme wandelt, aufweisen. Die elektrische Energie kann direkt genutzt oder über einen externen Speicher, insbesondere in Form mindestens eines Akku(mulator)s, gespeichert werden. Die Wärmenergie wird über den Zeitraum der Sonneneinstrahlung vom System gespeichert und bei Nacht wieder abgegeben.
Bezugszeichenliste

100: Photovoltaik-System oder Photovoltaik-Vorrichtung
10: Kalotten- oder Spiegelkörper oder verspiegelter Abschnitt oder Bereich im röhrenförmigen Element 12
12: röhrenförmiges Element, insbesondere Röhre oder Rohr
14: Kontaktierungs- oder Sammelschiene
16: Bereich des röhrenförmigen Elements 12 hinter Träger 22
20: photovoltaisches Absorbermittel, insbesondere Photovoltaikanordnung oder Solarzellenanordnung, zum Beispiel Solarzellenplatte oder Solarzellenriegel
22: Träger des photovoltaischen Absorbermittels 20

Claims

Zum Konzentrieren von einfallendem Licht, insbesondere des Lichts der Sonne, vorgesehene Vorrichtung (100), aufweisend mindestens einen, insbesondere im Querschnitt sphärischen und/oder insbesondere rinnen- oder wannenförmig ausgebildeten, verspiegelten Abschnitt oder Bereich (10), mittels dessen das einfallende Licht auf mindestens ein photovoltaisches Absorbermittel (20), insbesondere auf mindestens eine Solarzellenanordnung, zum Beispiel auf mindestens eine Solarzellenplatte oder auf mindestens einen Solarzellenriegel, wie etwa aus Silizium, richtbar oder umlenkbar oder umleitbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass das Absorbermittel (20) in mindestens einem röhrenförmigen Element (12) angeordnet ist.
Vorrichtung gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das röhrenförmige Element (12) – hohlzylindrisch ausgebildet ist und/oder – aus transparentem oder teiltransparentem Material gebildet, insbesondere aus Glas gefertigt, ist und/oder – mit mindestens einem Medium gefüllt ist und/oder – auf seiner dem Absorbermittel (20) zugewandten Innenseite zumindest abschnittsweise oder zumindest bereichsweise verspiegelt (10) ist.
Vorrichtung gemäß Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens zwei der röhrenförmigen Elemente (12) räumlich im Wesentlichen parallel zueinander angeordnet sind.
Vorrichtung gemäß mindestens einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens zwei der röhrenförmigen Elemente (12) mittels mindestens einer, insbesondere mittels zweier, zum Beispiel lateral angeordneter, Kontaktierungs- oder Sammelschienen (14) zusammengeschaltet sind.
Vorrichtung gemäß Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Stirnflächen des röhrenförmigen Elements (12) als elektrische Kontakte nutzbar sind, mittels derer elektrische Energie aus dem röhrenförmigen Element (12) an die Kontaktierungs- oder Sammelschiene (14) ableitbar ist.
Vorrichtung gemäß mindestens einem der Ansprüche 1 bis 5, gekennzeichnet durch mindestens einen, insbesondere aus thermisch leitendem Material gebildeten, zum Beispiel aus Aluminium gefertigten, Träger (22), an, auf oder unter dem das Absorbermittel (20) angeordnet, insbesondere thermisch leitend angeordnet, zum Beispiel aufgeklebt, ist.
Vorrichtung gemäß Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass im Bereich (16) des röhrenförmigen Elements (12) hinter dem Träger (22) mindestens ein Thermospeicher, insbesondere mindestens ein thermochemischer Wärmespeicher, zum Beispiel auf Basis mindestens eines Salzes, angeordnet ist, mittels dessen im röhrenförmigen Element (12), insbesondere tagsüber, entstehende Wärme speicherbar ist, welche Wärme, insbesondere abends und/oder nachts, zu Erwärmungszwecken einsetzbar ist.
Vorrichtung gemäß Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass bei der durch das Absorbermittel (20) bewirkten Wandlung des einfallenden Lichts in elektrische Energie entstehende bzw. verbleibende thermische Energie durch den Träger (22) abführbar und dem Thermospeicher zuführbar ist, wodurch die Vorrichtung (100) passiv kühlbar ist.
Verfahren zum Konzentrieren von einfallendem Licht, insbesondere des Lichts der Sonne, mittels des Kaustikeffekts mindestens eines, insbesondere im Querschnitt sphärischen und/oder insbesondere rinnen- oder wannenförmig ausgebildeten, verspiegelten Abschnitts oder Bereichs (10), mittels dessen das einfallende Licht auf mindestens ein photovoltaisches Absorbermittel (20), insbesondere auf mindestens eine Solarzellenanordnung, zum Beispiel auf mindestens eine Solarzellenplatte oder auf mindestens einen Solarzellenriegel, wie etwa aus Silizium, gerichtet oder umgelenkt oder umgeleitet wird, gekennzeichnet durch eine modulare Ausgestaltung mittels mindestens eines, insbesondere hohlzylindrischen, röhrenförmigen Elements (12), in dem das Absorbermittel (20) angeordnet wird.
Verwendung mindestens einer Vorrichtung (100) gemäß mindestens einem der Ansprüche 1 bis 8 und/oder des Verfahrens gemäß Anspruch 9 für die Energieumwandlung an einer mobilen Unterkunft, insbesondere an einem Zelt, oder an einer stationären Unterkunft.