DE202012011176U1

DE202012011176U1 - Elektrisches Feld als Unterstützung von Photovoltaikanlagen

Info

Publication number: DE202012011176U1
Application number: DE202012011176U
Authority: DE
Original assignee: PRYWEREK KARL HEINZ
Current assignee: PRYWEREK KARL HEINZ
Priority date: 2012-11-21
Filing date: 2012-11-21
Publication date: 2013-03-28
Anticipated expiration: 2022-11-22

Abstract

Elektrisches Feld als Unterstützung an Photovoltaikanlagen dadurch gekennzeichnet, dass das durch die Sonneneinstrahlung gebildete elektrische Feld durch das in gleicher Richtung wirkende an die Photovoltaikzelle angelegte Elektrische Feld von den Dipolen erhöht wird.

Description

Das technische Gebiet
Es handelt sich um den Einsatz von einem elektrischen Feld auf dem Gebiet der Photovoltaikanlagen oder auch als Generatoren genanten Anlagen, bei denen Sonnenenergie in elektrische Energie umgewandelt wird. Dies ist in Gebrauchsmuster- bzw. Patentrecht der IPC H0IL31/052, H02G 3/16, H02H 7/22, F24J 2/38 Klassifikation Eingeordnet.
Stand der Technik
Bei Photovoltaikzellen ist der Wirkungsgrad maximal bei Silizium-Hochleistungszellen (rückseitenkontaktiert, HIT) 16 bis 18%, bei Monokristallines Silizium 11 bis 16% oder bei Polykristallines Silizium 10 bis 15%, bei weiteren möglichen Halbleitern noch darunter. Die Sonne strahlt im Bereich Deutschlands zirka 1300 KWh pro m² im Jahr auf die Erde, wenn die bestrahlte Fläche über die Sonnenscheindauer ständig zur Sonne ausgerichtet ist. Davon werden also 16% gleich 208 KWh pro m² in elektrische Energie umgesetzt, 1092 KWh pro m² können nicht genutzt werden. Um eine bessere Nutzung der Sonnenenergie pro m² zu erreichen, soll dies durch Unterstützung eines elektrischen Feldes auf die Photovoltaikzelle erfolgen. Man bezeichnet eine Photovoltaikanlage auch als Generator. Dazu gehören als kleinste Einheit die Photovoltaikzelle. In Reihe geschaltet bilden mehrere Photovoltaikzellen (36 oder 72 Zellen) ein Modul und mehrere Module bilden einen Strang. Die Größe einer Photovoltaikanlage wird nach der Leistung in KWp (p von peak, also Spitzenleistung) angegeben. Dieser Wert beschreibt die Modulleistung unter genormten Testbedingungen, z. B. bei einer Modultemperatur von 25°Celsius und einem Einstrahlungswinkel von 90°.
Darstellung der Erfindung
Das Basismaterial von Solarzellen ist meistens der Halbleiter Silizium. Silizium hat vier Elektronen auf dem vollbesetzten Valenzband, die in reinen Siliziumkristall gebunden sind. Daher werden im Siliziumkristall fünfwertige Atome (z. b. ein Phosphor-Atom) eingebracht, so sind vier der zugehörigen Elektronen in den Paarbindungen mit Silizium-Nachbarn fest gebunden, während das fünfte Elektron nur relativ lose gebunden ist und vom Atom bereits bei Energiezufuhr (Sonnenstrahlen) abgegeben wird. Tritt dagegen an die Stelle eines Silizium-Atoms ein dreiwertiges Atom (z. b. ein Aluminium-Atom) so stehen für die vier Elektronenpaarbildungen nur drei Elektronen zur Verfügung, es bildet sich eine Lochstelle und ein viertes Elektron wird leicht eingebaut So bildet sich in beiden Fallen ein elektrischer Transport innerhalb des Kristalls. Sollen die Elektronen den Kristall verlassen und innerhalb eines Stromkreises einen elektromagnetische Kraft also ein Stromfluss bilden, so ist Austrittsarbeit erforderlich. Die Elektronenbewegung innerhalb des Halbleiterkristalls und dazu noch die Austrittsarbeit können nur schwer von der Sonnenstrahlung aufgebracht werden. Zur Unterstützung der Elektronenbewegung durch die Sonnenstrahlung wird deshalb noch ein elektrisches Feld durch Dipole auf die Photovoltaikzelle wirksam und erhöht somit den Stromfluss. Wobei beachtet werden muss, das die Anode 9 an der Sonneneinstrahlungsseite und die Kathode 10 an der Unterseite der Photovoltaikzelle angebracht sein muss, damit das elektrische Feld die Elektronen in gleicher Richtung mit der Sonnenwirkung bewegen. Die Fläche der Anode muss unter dem Vorderseitenkontaktgitter angeordnet werden, damit die Sonneneinstrahlung nicht verringert wird.
Je nach Bestrahlungsstärke ändert sich der Innenwiderstand der Photovoltaikzelle von 6,5 Ohm bei hoher Sonneneinstrahlung, bis 24 Ohm bei bloßer Himmelsstrahlung. Die Photovoltaikzellen und dann die Module und der Strang sind in reihe geschaltet. Daraus ergibt sich der gesamte Innenwiderstand.
Der Stromkreis für die Dipole besteht grob gesehen: Erstens aus einem Trafo 1, um die Photovoltaikanlage nicht direkt an das Stromnetz anzuschließen. Zweitens einen Gleichrichter 7, um dem Wechselstrom nach dem Trafo 1, in ein Gleichstrom für die Photovoltaikanlage umzuformen. Drittens den Dipolen mit der Anode 9 und der Katode 10, die eine Kraftwirkung auf die Elektronen in der Photovoltaikzelle 11 durch ein elektrisches Feld bewirkt. Die Elektronen bewegen sich, wie auch durch die Sonnenstrahlen bewirkt zur Anode 9. Zur Schaltung gehören vom Trafo 1 die Primärspule 2, die vom Stromnetz mit dem Schalter 3 an- und ausgeschaltet werden kann. Sichtbar wird die Stromzufuhr durch die Glimmlampe 4. Ein Sicherheitsschalter 5 unterbindet bei zu hohem elektrischen Stromfluss die Schaltung sofort vom Stromnetz. Zum Teil zwei gehört die Sekundarspule 6 von der, der Wechselstrom zum Gleichrichter 7 geführt wird, der als Graetzschaltung aus vier Dioden 8 besteht. Danach fließt drittens der Gleichstrom zur Anode 9 und der Katode 10 die an der Photovoltaikzelle 11 Anliegen. Der Strom der Photovoltaikzelle 11 wird über die Leitungen 12 und 13 nach außen abgeführt. Zu beachten ist, das die Anode 9 die Photovoltaikzelle 11 nicht weiter abdeckt als das von dem Vorderseitenkontaktgitter 14 erfolgt, um die Sonneneinstrahlung nicht weiter zu verringern. Die Photovoltaikzelle 11 besteht aus der Anode 9, dem Vorderseitenkontaktgitter 14, der Antireflexionsschicht 15, dem n-Halbleiter 16, der Raumladezone 17, der absorbierenden Schicht aus p-Halbleitermaterial 18, dem Rückseitenkontakt 19, der Kathode 10 und dem Trägermaterial 20. Die Verkabelung im Modul muss so erfolgen, das in jeder Zelle der Dipol anliegt.
Kurzbeschreibung
Mit dem elektrischen Feld als Unterstützung an Photovoltaikanlagen soll, das durch die Sonneneinstrahlung gebildete elektrische Feld in den Photovoltaikzellen verstärkt werden, um so mehr Elektronen in den nutzbaren elektrischen Stromkreis zu bringen. Die nötige Austrittsarbeit der Elektronen aus dem Halbleiternmaterial wird verstärkt, was zur Wirkungsgraderhöhung von den 10–18%, den bis jetzt erreichten Wirkungsgrad, führt. Die angelegten Dipole müssen isoliert sein, sie dürfen keinen Kontakt mit dem Stromkreis der Photovoltaikzelle bilden, um ein Ableiten des Unterstützerstromes zu vermeiden.

Claims

Elektrisches Feld als Unterstützung an Photovoltaikanlagen dadurch gekennzeichnet, dass das durch die Sonneneinstrahlung gebildete elektrische Feld durch das in gleicher Richtung wirkende an die Photovoltaikzelle angelegte Elektrische Feld von den Dipolen erhöht wird.
Elektrisches Feld als Unterstützung an Photovoltaikanlagen nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, dass die Anode (9) nicht weiteres an Fläche verdeckt als es von dem Vorderseitenkontaktgitter (14) geschieht, um die Sonneneinstrahlung nicht zu verringern.
Elektrisches Feld als Unterstützung an Photovoltaikanlagen Schaltung nach einem der vorgenanten Ansprüche dadurch gekennzeichnet, dass die Anode (9) und die Kathode (10) elektrisch isoliert sind, damit sie nicht mit dem Stromkreis der Photovoltaikzelle eine Verbindung bilden können.