DE19904717A1 - Kühlung für PV-Zellen - Google Patents

Kühlung für PV-Zellen

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    • H01L31/04—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof adapted as photovoltaic [PV] conversion devices
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Abstract

Durch Eintauchen der PV-Zellen in ein flüssiges Kühlmittel mit möglichst geringer elektrischer Leitfähigkeit werden die PV-Zellen mit besonderer Effektivität über sehr lange Zeiträume effektiv gekühlt.

Description

Bei bisherigen Verfahren zur Kühlung der PV-Zellen bei konzentrierter Sonneneinstrahlung ist die langfristig zuverlässige Ankopplung der PV-Zellen an das Kühlmittel mit möglichst hoher Wärmeleitfähigkeit der kritische Punkt. Grundsätzlich können hier bisher zwei Verfahren eingesetzt werden. Entweder werden die PV-Zellen Wärme leitend mit einem großflächigen Kühlkörper verbunden, der die Wärme an die umgebende Luft ableitet, oder die PV-Zellen werden Wärme leitend mit einem Kühlkörper verbunden, der von einem Kühlmittel durchflossen wird. In beiden Fällen wird eine erhebliche Temperaturdifferenz benötigt, um die Wärmeenergie abzuführen und der Wärmeantransport erfolgt im wesentlichen nur über die Rückseite der PV-Zellen. Das heißt aber, daß die Energie, die auf der Frontseite eingestrahlt wird, durch die PV-Zelle hindurch muß, ehe sie abtransportiert werden kann. Die PV-Zellen selbst sind grundsätzlich schlechte Wärmeleiter. In konzentrierter Sonnenstrahlung können die PV-Zellen grundsätzlich nicht sinnvoll ohne Kühlung betrieben werden, da der Wirkungsgrad der Zellen mit zunehmender Temperatur stark progressiv abnimmt.
Bei der Kühlung der PV-Zellen, gemäß der Erfindung, werden die PV-Zellen vollständig in das Kühlmedium getaucht. Dadurch tritt eine wesentliche Verbesserung des Wärmeübergangs an das Kühlmittel ein. Zum einen wird die Wärmeübergangsfläche zum Kühlmittel hin verdoppelt. Die neu hinzugekommene Fläche ist direkt am Entstehungsort der Wärme. Die Wärme, die über diese Fläche abgeleitet wird, muß nicht erst durch die PV-Zelle hindurch geleitet werden. Weiterhin muß die Wärme nicht durch eine Wärmeleitpaste oder -klebstoff und nicht durch den (mit Luft oder Flüssigkeit gekühlten) Kühlkörper geleitet werden.
Durch geeignete Auswahl der Kühlfüssigkeit und durch das Einstellen des Drucks innerhalb der Kühlflüssigkeit kann die Kühlung der PV-Zellen im Siedebereich der Kühlflüssigkeit betrieben werden. Dadurch wird ein besonders guter Wärmeübergang erreicht und es kann auf eine mechanische Pumpe zum Umwälzen der Kühlflüssigkeit verzichtet werden. Bei geeigneter Anordnung tritt durch die entstehenden Gasblasen der Mamutpumpeneffekt ein. Eine mechanische Umwälzung der Kühlflüssigkeit kann somit entfallen. Der Wärmeübergang an eine siedende Flüssigkeit ist um mindestens eine Größenordnung besser als an eine nur vorbei strömende. Durch geeignete Auswahl der Kühlflüssigkeit kann die Erwärmung der PV-Zellen weiter reduziert werden, wenn die Transparenzkurve der Flüssigkeit einen möglichst großen Teil der Spektralbereiche, die durch die eingesetzten PV-Zellen nicht genutzten werden, sperrt.
Durch die (geringe) Leitfähigkeit der Kühlflüssigkeit treten Verluste auf, die bei der herkömmlichen Kühlung nicht auftreten. Bei geeigneter Auswahl der Kühlflüssigkeit sind diese Verluste gering gegenüber der Zunahme des Wirkungsgrades durch die verbesserte Kühlung.
Durch die neue Qualität der Kühlung können die Leiterbahnen auf den PV-Zellen dünner ausgelegt werden. Die Verlustflächen werden dadurch verkleinert.
Durch die Erfindung wird, wie oben beschriebenen, eine grundsätzlich neue Qualität in der Kühlung der PV-Zellen erreicht. Der wesentliche, limitierende Faktor für die Auslegung von solaren Konzentratoren mit PV Absorbern wird durch die Erfindung aufgehoben. Im kombinierten Einsatz von sehr kostengünstigen Konzentratoren, wie z. B. in Az 198 33 972.0-15 beschrieben, sollte es durch die oben beschriebene Erfindung möglich sein, photovoltaischen Strom an Standorten mit einem hohen Anteil direkter Sonneneinstrahlung zu konkurrenzfähigen Preisen zu erzeugen.

Claims (5)

1. Die Erfindung bezieht sich auf eine Kühlung und Anordnung von PV-Zellen dadurch gekennzeichnet, daß die PV-Zellen in eine Kühlfüssigkeit getaucht sind.
2. Nach 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Kühlflüssigkeit im Siedebereich betrieben wird.
3. Nach 2, dadurch gekennzeichnet, daß die PV-Zellen so angeordnet sind, daß die von der Frontseite einer PV-Zelle aufsteigenden Gasblasen (teilweise) an der Rückseite einer darüber liegenden Zelle entlang laufen.
4. Nach 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Kühlflüssigkeit mechanisch oder durch den Mamut-Effekt umgewälzt wird.
5. Nach 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß Teile der PV-Zellen elektrisch isoliert sind.
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