DE202005010438U1 - Vorrichtung zur Konversion von Solarenergie in elektrische Energie - Google Patents

Vorrichtung zur Konversion von Solarenergie in elektrische Energie Download PDF

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Abstract

Photovoltaische Solarzellen-Einrichtung zur Erhöhung es Wirkungsgrades bei der Umwandlung solarer Energie in elektrische Energie mit hohlen, elektrisch leitfähigen Elektroden (5), welche auf ihrem äußeren Umfang mit mindestens einer photovoltaisch wirksamen Halbleiterschicht (7; 8) versehen sind und parallel nebeneinander tangential in elektrisch leitender Verbindung (11, 20) stehen, wobei die aneinander angeordneten Halbleiterschichten jeweils entgegengesetzte photovoltaische Ladungspotentiale (7; 8) aufweisen und sich in den rohrförmigen Elektroden ein fließendes Kühlmittel (9) insbesondere Wasser befindet.

Description

  • Vorrichtung zur Konversion von Solarenergie in elektrische Energie.
  • Aufgabe der Erfindung ist die Erhöhung des Wirkungsgrades der Konversion der solaren Energie in photovoltaischen Zellen in Kombination mit der Herstellung von Wasserstoff und Sauerstoff mit technisch einfachen Mitteln.
  • Dem gemäß liegt die Erfindung in einer Vorrichtung nach Anspruch 1 in mehreren Ausführungsformen.
  • Die Erfindung liegt in einer ersten Ausführungsform in einer Solarzellen-Einrichtung nach Anspruch 1 und einer weiteren Ausführungsform nach A2 vor, wobei zwecks Herstellung unterschiedlicher Spannungspotentialen Ausführungsform eine Schaltung nach Anspruch 3 erfolgen kann.
  • Eine weitere Ausführungsform der Erfindung kann nach Anspruch 4 definiert sein, wobei zur Manipulation des erzielten Spannungspotentials nach Anspruch 5 vorgegangen werden kann.
  • Eine weitere Ausführungsform der Erfindung kann mit einer Vorrichtung nach Anspruch 6 liegen.
  • Eine wesentliche Verbesserung der Erfindung ist mit den Ausführungsformen nach den Ansprüchen 7 und 8 gegeben. Da die Elektroden der Halbleiter unmittelbar gekühlt bzw. bei stärkster Sonneneinstrahlung auf einer gleichmäßigen Arbeitstemperatur gehalten werden, wird der photovoltaische Wirkungsgrad bei erhöhter Temperatur durch die verstärkte Braun'sche Bewegung und damit verstärkter Rekombination nicht mehr reduziert, wofür mind. 0,3–0,5%/10°C Wirkungsgradverlust in Ansatz zu bringen sind. Dabei geht auch die Energiedifferenz bei der Hydrolyse in die Wärmenutzung bzw. die Energiebilanz ein.
  • Nachdem die Hydrolysegase getrennt aus dem erhitzten Wasser Entnommen sind, kann das erwärmte Kühlwasser in einer nachfolgenden Parabolspiegel-Rinnenanlage gemäß Anspruch 9 weiter auf eine für eine Heißwasser- bzw. Dampfturbine (gem. Anspruch 11) optimale Vorlauftemperatur erhitzt werden, welche einen Elektrogenerator zur weiteren Erzeugung von elektrischer Energie antreibt, bevor das Kreislauf-Kühlwasser nach Zumischung ergänzten Kühlwassers und gegebenenfalls nach weiterer Abkühlung und Wärmenutzung – durch Wärmetauscher (gem. Anspruch 11) wieder in die Solaranlage-Rohre zurückgeführt wird – gegebenenfalls getrennt unter Aufteilung auf die Rohre mit unterschiedlichem Solarpotential (gem. Anspruch 12).
  • Aufgrund der Erfindung gemäß temperatur- und ladungsflußmäßiger kontrollierter Arbeitsweise der photovoltaischen Beschichtung lassen sich auch Mehrfachlücken-Halbleiter gemäß Anspruch 13 mit deutlich höherem Wirkungsgrad vorteilhaft einsetzen, wobei der Gesamtwirkungsgrad der Anlage auf weit über 60% erreicht und das Kühlwasser zum großen Teil im Kreislauf geführt ist.
  • In der 1 sind wie nebeneinander liegende Solarelektroden 3 und 4 dargestellt, welche als Rohre 5 mit einem hohlen Rohrdwchschnitt ausgebildet sind und auf ihrem äußeren Umlauf je mit eine oder mehreren photovoltaischen Halbleiterschichten 7 und 8 beschichtet sind und zwar radial übereinander.
  • Die Solarelektroden 3 und 4 für eine Solarzellen-Einrichtung sind parallel zueinander anliegend tangential in elektrischer Verbindung 20 entweder mit ihren jeweils radial äußeren Halbleiterschichten 7 und 8 bei den Rohrbeschichtungen angeordnet oder mittels elektrisch leitendem (Kleber-, Laser-, Schweißer-) Verbindungsmittel 20 miteinander verbunden.
  • Die Rohre 5 der Solarelektroden 3 und 4 bestehen aus einem elektrischem Material, also dünnem Metall oder anderem elektrisch leitenden Material, wie z.B. beidseits metallbeschichtetem Kunststoff oder Glasröhren (auch Kohlenstoff-Fasern), hochleitendem Keramik-Leitern, oder

Claims (13)

  1. Photovoltaische Solarzellen-Einrichtung zur Erhöhung es Wirkungsgrades bei der Umwandlung solarer Energie in elektrische Energie mit hohlen, elektrisch leitfähigen Elektroden (5), welche auf ihrem äußeren Umfang mit mindestens einer photovoltaisch wirksamen Halbleiterschicht (7; 8) versehen sind und parallel nebeneinander tangential in elektrisch leitender Verbindung (11, 20) stehen, wobei die aneinander angeordneten Halbleiterschichten jeweils entgegengesetzte photovoltaische Ladungspotentiale (7; 8) aufweisen und sich in den rohrförmigen Elektroden ein fließendes Kühlmittel (9) insbesondere Wasser befindet.
  2. Solarzellen-Einrichtung nach Anspruch 1 gekennzeichnet durch eine hydrolysefähige, vorzugsweise wässrige Flüssigkeit (9) in den rohrförmigen Elektroden (5), welche auf ihrer Außenseite mit Halbleitern mit jeweils unterschiedlicher Polarität (7; 8) beschichtet sind und mindestens im Bereich der photovoltaischen Beschichtung getrennte Kreisläufe bilden und jeweils zwischen den Polen mindestens 2er einander paarweise zusammengehöriger Elektroden eine Hydrolysevorrichtung besitzt sowie eine Vorrichtung zur getrennten Entnahme der Hydrolysegase (12, 13) Wasserstoff und Sauerstoff aus den getrennten Kreisläufen aufweist.
  3. Solarzellen-Einrichtung nach A1 und A2 dadurch gekennzeichnet, dass der Bereich der photovoltai schen Beschichtung zu mehreren einander paarweise zugehörigen Elektroden in Serie miteinander geschaltet sind (z.B. 2).
  4. Solarzellen-Einrichtung insbesondere nach Anspruch 1, bei der die rohrförmigen Elektroden (5) unabhängig voneinander mit einer Halbleiterbeschichtung gleicher Polarität beschichtet sind und als Gegenelektrode mit einer transparenten elektrisch leitenden Deckschicht (z.B. SnO2) (10) versehen sind.
  5. Solarzellen-Einrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche dgd. die einzelnen Elektroden parallel oder in Serie, vorzugsweise jedoch jeweils mind. Zwei zur Bildung einer erhöhten Hydrolysespannung in Serie geschaltet sind (1).
  6. Solarzellen-Einrichtung nach einem der Ansprüche 5 und 6 dgd., dass die Rohre jeweils zu Anfang und am Ende einer photovoltaischen Beschichtung mit einem von der übrigen Einrichtung elektrisch isolierenden Rohrabschnitt versehen sind und dass der auf diese Weise isolierte Bereich jeweils auf eine Vorrichtung zur Hydrolyse des Kühlwassers zu Wasserstoff und Sauerstoff geschaltet ist und eine Vorrichtung (12; 13; 19) zur voneinander getrennten Entnahme der Hydrolysegase Wasserstoff und Sauerstoff aus dem jeweiligen zugehörigen rohrförmigen Elektrodenbereich aufweist.
  7. Solarzellen-Einrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche dgd. die rohrförmigen Elektroden (5) aus Kunststaff- oder Glasröhren oder dergleichen mit innen und außen angebrachten metallischen Beschichtungen bestehen, welche in elektrischer Verbindung miteinander stehen.
  8. Solarzellen-Einrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die auf ihrer Außenseite halbleiterbeschichteten Rohre (5), welche eine innerhalb des elektrisch nichtleitendem Rohrs elektrisch leitende Elektrode aufweisen, die mit der auf dem Rohr befindlichen Halbleiterbeschichtungen in elektrisch leitender Verbindung steht.
  9. Solarzellen-Einrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche dgd. nach der Entnahme-Vorrichtung für die Hydrolysegase eine Nacherhitzer-Einrichtung (14) für die Kühlflüssigkeit, beispielsweise eine mit Solarwärme arbeitende Parabolspiegel-Rinnen-Einrichtung vorgesehen ist.
  10. Solarzellen-Einrichtung nach Anspruch 9 dadurch gekennzeichnet, dass nach der Nacherhitzungs-Einrichtung (14) eine auf einem Elektrogenerator (15) arbeitende Dampfturbine (15) vorgesehen ist.
  11. Solarzellen-Einrichtung n. e. v. A. gekennzeichnet durch einen Wärmeaustauscher bzw. eine Wärmeabnehmende Vorrichtung (10) nach der Dampfturbine (15) angeordnet ist.
  12. Solarzellen-Einrichtung nach Anspruch 11, nach der Wärmeabnehmenden Vorrichtung (16) eine Kühlwasseraufteilung (18) als Rückführung in die rohrförmigen Elektroden (5) zum Abschluss des Kühlwasserkreislaufs angeordnet ist.
  13. Solarzellen-Einrichtung mit einem Anspruch d. v. A. 1–13 mit einem Mehrfach-Lücken-Halbleitermaterial als photovoltaische Beschichtung, beispielsweise aus II–V Oxid Mehrfachlücken-Halbleiter aus Zn1_Y, Mny, Te1_X
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