DE202023000086U1 - Photovoltaic system with a special arrangement of solar cells - Google Patents

Photovoltaic system with a special arrangement of solar cells Download PDF

Info

Publication number
DE202023000086U1
DE202023000086U1 DE202023000086.6U DE202023000086U DE202023000086U1 DE 202023000086 U1 DE202023000086 U1 DE 202023000086U1 DE 202023000086 U DE202023000086 U DE 202023000086U DE 202023000086 U1 DE202023000086 U1 DE 202023000086U1
Authority
DE
Germany
Prior art keywords
solar cells
solar
fractal
radiation
cells
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
DE202023000086.6U
Other languages
German (de)
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Individual
Original Assignee
Individual
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Individual filed Critical Individual
Priority to DE202023000086.6U priority Critical patent/DE202023000086U1/en
Publication of DE202023000086U1 publication Critical patent/DE202023000086U1/en
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L31/00—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
    • 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
    • H01L31/042—PV modules or arrays of single PV cells
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L31/00—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
    • H01L31/0248—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 characterised by their semiconductor bodies
    • H01L31/0352—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 characterised by their semiconductor bodies characterised by their shape or by the shapes, relative sizes or disposition of the semiconductor regions
    • H01L31/035272—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 characterised by their semiconductor bodies characterised by their shape or by the shapes, relative sizes or disposition of the semiconductor regions characterised by at least one potential jump barrier or surface barrier
    • H01L31/035281—Shape of the body
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02S—GENERATION OF ELECTRIC POWER BY CONVERSION OF INFRARED RADIATION, VISIBLE LIGHT OR ULTRAVIOLET LIGHT, e.g. USING PHOTOVOLTAIC [PV] MODULES
    • H02S40/00—Components or accessories in combination with PV modules, not provided for in groups H02S10/00 - H02S30/00
    • H02S40/20—Optical components
    • H02S40/22—Light-reflecting or light-concentrating means

Abstract

Die dreidimensionale Solaranlage mit mehreren Solarzellen, dadurch gekennzeichnet, dass die Anordnung von Solarzellen ein räumliches Fraktal ist (1).
1.1 die Anzahl der Iterationen eines solchen Fraktal reicht von 2 bis N, bevorzugt von 3 bis 8.
1.2 Die Hausdorff-Besikovich Dimension dieses Fraktals liegt zwischen 2,1 und 2,9 bevorzugt vom 2,3 bis 2,6.
1.3 die Selbstähnlichkeit eines solchen Fraktals kann nicht vollständig sein d.h. das Fraktal kann nicht deterministisch sein und erlaubt Abweichungen von der exakten Übereinstimmung bei jeder Ebene.

Figure DE202023000086U1_0000
The three-dimensional solar array with multiple solar cells, characterized in that the array of solar cells is a spatial fractal (1).
1.1 the number of iterations of such a fractal ranges from 2 to N, preferably from 3 to 8.
1.2 The Hausdorff-Besikovich dimension of this fractal is between 2.1 and 2.9 preferably from 2.3 to 2.6.
1.3 the self-similarity of such a fractal cannot be complete ie the fractal cannot be deterministic and allows deviations from the exact match at each level.
Figure DE202023000086U1_0000

Description

Die Erfindung betrifft eine Photovoltaik-Anlage (Solarmodul, Solaranlage) aus mehreren Solarzellen und eine spezielle Anordnung dieser Solarzellen.The invention relates to a photovoltaic system (solar module, solar system) made up of several solar cells and a special arrangement of these solar cells.

Hintergrund der Erfindung.Background of the Invention.

Aufgrund der Verknappung der fossilen Rohstoffe findet Photovoltaik immer breitere Verwendung und gewinnt an Bedeutung bei der Erzeugung von elektrischer Energie. Als Photovoltaik versteht man die direkte Umwandlung von Strahlungsenergie, vorzugsweise Sonnenenergie in elektrische Energie mittels von Solarzellen.Due to the scarcity of fossil raw materials, photovoltaics are being used more and more widely and are becoming increasingly important in the generation of electrical energy. Photovoltaics is the direct conversion of radiant energy, preferably solar energy, into electrical energy using solar cells.

Wesentliche Nachteile bestehender Solaranlage ist ihr geringer Wirkungsgrad, der durch mehrere Faktoren bestimmt wird.Significant disadvantages of existing solar systems are their low efficiency, which is determined by several factors.

Eine davon ist die Begrenzung der Fläche Solarzellen, verbunden mit der Begrenzung der Bodenfläche für Solaranlagen.One of them is the limitation of the area of solar cells combined with the limitation of the ground area for solar systems.

Der zweite Faktor ist die Menge an Sonnenstrahlung oder Licht, die auf die Oberfläche der Solarzellen trifft. Der Wirkungsgrad eines Solarmoduls ist stark abhängig von tages- und jahreszeitlich wechselnden Azimutwinkel oder dem tages- und jahreszeitlich wechselnden Höhenwinkel der Sonneneinstrahlung. Wenn sich der Einfallswinkel der Sonnenstrahlen ändert, nimmt die auf Solarzelle fallende Sonnenenergiemenge ab, wodurch die Erzeugung von elektrischem Strom verringert wird.The second factor is the amount of solar radiation, or light, hitting the surface of the solar cells. The efficiency of a solar module is strongly dependent on the daily and seasonally changing azimuth angle or the daily and seasonally changing elevation angle of the solar radiation. As the angle of incidence of the sun's rays changes, the amount of solar energy falling on the solar cell decreases, reducing the generation of electricity.

Die Oberflächen von Solar- und Photovoltaikanlagen werden in der Regel als glatte (ebene, plane) Fläche hergestellt. Die Leistung von Solar- und Photovoltaikanlagen ist in erheblichem Maße von ihrer Oberflächengröße abhängig. Bei ebenen Flächen kommt hinzu, dass die auftreffende Strahlung, unabhängig von ihrer Strahlungsart entsprechend ihres Einstrahlwinkels zu einem großen Teil reflektiert und somit nicht für ihren gedachten Zweck umgesetzt wird. Da sich die Sonne dagegen ständig in Bewegung befindet, erreichen die Solarzellen ihre volle Leistung nur für eine sehr kurze Zeit im Jahr. Dieser Umstand mindert den Ertrag an der Energieumwandlung erheblich.The surfaces of solar and photovoltaic systems are usually produced as a smooth (level, plane) surface. The performance of solar and photovoltaic systems depends to a large extent on their surface area. In the case of flat surfaces, there is also the fact that the incident radiation, regardless of its type of radiation, is reflected to a large extent according to its angle of incidence and is therefore not implemented for its intended purpose. Since the sun, on the other hand, is constantly in motion, the solar cells only achieve their full output for a very short time a year. This circumstance significantly reduces the yield of the energy conversion.

Technikstandstate of the art

Die Nutzung der vergrößerten Oberfläche der Solarzelle durch Veränderung der Form der Oberfläche ist grundsätzlich bekannt, etwas aus der DE 10 2004 026 420A1 . Hier sind die Oberflächen der Solar- und Photovoltaikelemente in sinusförmig gewellten Oberflächen dargestellt. In der DE 200 21 870 U1 werden dreidimensionale pyramidenförmige Solarzellen offenbart. Die DE 1020 17105710A1 beschreibt eine Solaranlage, die mehrere an einer Führungsvorrichtung verschiebbare und/oder verwinkelbare Lamellen aufweist. Die DE 000060006884 T2 beschreibt das Solarpanel, welches im Querschnitt die Form eines Flugzeugflügels annahmen kann. In WO 002003105239 A2 ist die Solarzelle vorgesehen, welche auf einer unebenen, gekrümmten Oberfläche, insbesondere eines Fahrzeugbauteils, ausgebildet ist.The use of the increased surface area of the solar cell by changing the shape of the surface is known in principle, something from the DE 10 2004 026 420 A1 . Here the surfaces of the solar and photovoltaic elements are shown in sinusoidally corrugated surfaces. In the DE 200 21 870 U1 three-dimensional pyramidal solar cells are disclosed. The DE 1020 17105710A1 describes a solar system that has a plurality of slats that can be displaced and/or angled on a guide device. The DE 000060006884 T2 describes the solar panel, which can take on the shape of an airplane wing in cross section. In WO 002003105239 A2 the solar cell is provided, which is formed on an uneven, curved surface, in particular of a vehicle component.

DE 10 2006 034 095 B4 schildert eine Solarzelle, dessen Oberflächenprofil ein selbstähnliches Oberflächenprofil ist. Die Abschnitte selbstähnlicher Profile sind dem Profil selbst ähnlich. Auf diese Weise kann ein Oberflächenprofil immer weiter aufgegliedert werden, ohne den Charakter des Oberflächenprofils zu verändern. Es sei darauf hingewiesen, dass die Herstellung einer Solarzelle mit selbstähnlichem (fraktalem) Profil technisch kompliziert und aufwendig ist. DE 10 2006 034 095 B4 describes a solar cell whose surface profile is a self-similar surface profile. The sections of self-similar profiles are similar to the profile itself. In this way, a surface profile can be broken down further and further without changing the character of the surface profile. It should be noted that the production of a solar cell with a self-similar (fractal) profile is technically complicated and expensive.

Eine andere Möglichkeit, die Gesamtoberfläche von Solarzellen in einem Solargerät zu vergrößern, besteht darin, unterschiedliche Arten der gegenseitigen Anordnung von Solarzellen zu verwenden. In WO 002019215549 A1 sind jene Solarmodule vorgezeigt, welche nicht flächig zur Sonne, sondern beliebig zueinander, beispielsweise als Stapelung angeordnet werden können. EP 000003331159 B1 schildert eine Solarzellenanordnung die sich öffnen und schließen kann wie die Blüte einer Blume und welches zentrale Innenteil die Form einer Pyramide, eines Kegels oder einer Kugelkappe innehat. In DE 202018000394 U1 ist ein Mobiles faltbares Solarladegerät mit der Möglichkeit einer spezielle Origami-Faltung beschrieben, welche sich aus dem dreidimensionalen würfelförmigen Modul durch Auseinanderfalten eine quadratische Fläche ergibt. DE 102013206720 A1 betrifft eine Solarzellenanordnung, die eine Solarzellengruppe auf einem flexiblem Träger aufweist, wobei die Solarzellengruppe auf verschiedene Weise herausbildet werden kann.Another way to increase the total surface area of solar cells in a solar device is to use different ways of arranging solar cells together. In WO 002019215549 A1 those solar modules are shown, which are not flat to the sun, but can be arranged arbitrarily to each other, for example as a stack. EP 000003331159 B1 describes a solar cell array that can open and close like a flower petal and which central core has the shape of a pyramid, cone, or spherical cap. In DE 202018000394 U1 describes a mobile foldable solar charger with the possibility of a special origami fold, which results in a square surface from the three-dimensional cube-shaped module by unfolding it. DE 102013206720 A1 relates to a solar cell arrangement which has a solar cell group on a flexible carrier, the solar cell group being able to be formed in various ways.

Es wird in https://journals.plos.org/plosone/article?id=10.1371/journal.pone.0229945 vorgeschlagen, durch die fraktale Anordnung von Elektroden in der Solarzelle die optische Attraktivität des Solarmoduls zu erhöhen.It is suggested in https://journals.plos.org/plosone/article?id=10.1371/journal.pone.0229945 to increase the optical attractiveness of the solar module by the fractal arrangement of electrodes in the solar cell.

Nachteilig an derartigen nach dem Stand der Technik ausgebildeten Solarmodulen ist, dass sie nicht die maximale Oberfläche von Solarzellen bieten, die Menge des absorbierten Lichts bei einer Änderung des Sonnenwinkels reduzieren und bei einer Verringerung der Beleuchtung und die Verwendung verschiedener Arten von Solarzellen ein Modul nicht ermöglichen. Außerdem haben eintönige Module mit einer flachen Anordnung von Solarzellen eine geringe visuelle Attraktivität.Disadvantages of such prior art solar modules are that they do not offer the maximum surface area of solar cells, reduce the amount of light absorbed when the sun angle changes, and when lighting is reduced and different types of solar cells are used, a module is not possible . Also have monotonous Modules with a flat array of solar cells have low visual appeal.

Aufgabe der Erfindungobject of the invention

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Solaranlage mit maximale Solarzellenfläche pro Volumeneinheit, um die maximale Menge an direkter, diffuser und reflektierter Sonnenstrahlung zu absorbieren.The invention is based on the object of providing a solar system with maximum solar cell area per unit volume in order to absorb the maximum amount of direct, diffuse and reflected solar radiation.

Offenbarung der ErfindungDisclosure of Invention

Für eine maximale Absorption direkter und diffuser Sonnenstrahlung wird eine Solaranlage mit der maximal möglichen Oberfläche von Solarzellen pro Volumeneinheit vorgeschlagen.For maximum absorption of direct and diffuse solar radiation, a solar system with the maximum possible surface area of solar cells per unit volume is proposed.

Dies wird durch eine dreidimensionale Solaranlage mit mehreren Solarzellen erreicht, wobei die Solarzellen in dieser Vorrichtung ebenfalls dreidimensional sind und eine fraktale Anordnung haben (1).This is achieved by a three-dimensional solar array with multiple solar cells, the solar cells in this device also being three-dimensional and having a fractal arrangement (1).

Der besondere Vorteil derartiger Solarzellen-Anordnung ist, dass sich der benötigte Platzbedarf für die Photovoltaikanwendungen erheblich verringert. Damit wird die von der Sonne ausgehende elektromagnetische Strahlung platzsparend und kostengünstig ausgenutzt. Es ist die fraktale Anordnung von Solarzellen, die die maximal mögliche Oberfläche pro Volumeneinheit bietet.The particular advantage of such a solar cell arrangement is that the space required for photovoltaic applications is significantly reduced. The electromagnetic radiation emitted by the sun is thus used in a space-saving and cost-effective manner. It is the fractal arrangement of solar cells that offers the maximum possible surface area per unit volume.

Fraktal ist ein vom Mathematiker Benoit Mandelbrot 1975 geprägter Begriff, der bestimmte natürliche oder künstliche Gebilde oder geometrische Muster bezeichnet.Fractal is a term coined by mathematician Benoit Mandelbrot in 1975 to describe certain natural or artificial structures or geometric patterns.

Diese Gebilde oder Muster besitzen im Allgemeinen keine ganzzahlige Hausdorff-Dimension (ein mathematischer Begriff, der in vielen üblichen geometrischen Fällen bekannte ganzzahlige Werte liefert), sondern eine gebrochene und weisen zudem einen hohen Grad von Skaleninvarianz bzw. Selbstähnlichkeit auf. Das ist beispielsweise der Fall, wenn ein Objekt aus mehreren verkleinerten Kopien seiner selbst besteht.These entities or patterns generally do not have an integer Hausdorff dimension (a mathematical term that yields known integer values in many common geometric cases), but a fractional one, and also exhibit a high degree of scale invariance, or self-similarity. This is the case, for example, when an object consists of multiple reduced copies of itself.

Unter einem verstehen wir eine Figur, die die Eigenschaft der Selbstähnlichkeit besitzt und eine topologische Dimension hat, die größer als euklidische ist: für eine Linie ist sie größer als eins und für eine Ebene größer als zwei.By one we mean a figure possessing the property of self-similarity and having a topological dimension greater than Euclidean: for a line it is greater than one and for a plane it is greater than two.

Für eine Solaranlage bedeutet dies, dass bei einer fraktalen Anordnung von Solarzellen ihre Gesamtfläche eine Dimension von 2+ hat, also größer als die euklidische (topologische) Dimension.For a solar system, this means that with a fractal arrangement of solar cells, their total area has a dimension of 2+, i.e. larger than the Euclidean (topological) dimension.

Die maximale Oberfläche der Solarzellen wird erreicht, wenn diese Solarzellen dreidimensional (voluminös, räumlich) sind und eine Kugel- oder Tropfenform haben.The maximum surface area of the solar cells is reached when these solar cells are three-dimensional (voluminous, three-dimensional) and have a spherical or teardrop shape.

Das nächste natürliche Analogon eines solchen Solargeräts kann ein Baum sein, bei dem die Blätter („Solarzellen“) eine fraktale Anordnung haben, die durch mehrere Iterationen von zweigen erzeugt wird.The closest natural analogue of such a solar device may be a tree, where the leaves (“solar cells”) have a fractal arrangement created through multiple iterations of branches.

Die Kugelform des gesamten Solarmoduls, bei dem auch Solarzellen („Blätter“) voluminös sind, bietet die maximale Fläche zur Absorption der auf diese Solarzellen einfallenden direkten Sonnenstrahlung, auch bei wechselndem Einfallswinkel der Sonnenstrahlen.The spherical shape of the entire solar module, in which the solar cells ("leaves") are also voluminous, offers the maximum surface area for absorption of the direct solar radiation incident on these solar cells, even with changing angles of incidence of the sun's rays.

Ein besonderer Vorteil einer solchen Anordnung und einer solchen Form von Solarzellen (1) besteht darin, dass hierbei eine maximale Absorption nicht nur direkter, sondern auch diffuser Sonnenstrahlung möglich ist, was eine zusätzliche Quelle elektrischer Energie bei ungünstigen Witterungsbedingungen (bewölkt, neblig, Dämmerung etc.) oder bei Installation einer Solaranlage an Orten mit teilweise Beschattung darstellt.A particular advantage of such an arrangement and such a form of solar cells (1) is that maximum absorption is possible here, not only of direct but also of diffuse solar radiation, which provides an additional source of electrical energy in unfavorable weather conditions (cloudy, foggy, twilight, etc .) or when installing a solar system in places with partial shading.

Die fraktale Anordnung der dreidimensionalen Solarzellen sorgt für maximale Lichtausbeute bei jeglichen Veränderungen tages- jahrzeitlich wechselnden Azimut Winkel oder dem tages- und jahreszeitlich wechselnden Höhenwinkel der Sonneneinstrahlung.The fractal arrangement of the three-dimensional solar cells ensures maximum light yield with any changes in the azimuth angle that changes daily or seasonally or the elevation angle of the solar radiation that changes daily or seasonally.

Die fraktale Dimension der Vorgeschlagenen Solarmoduls kann unterschiedlich sein und von 2,1 8dann eine Erhöhung der Gesamtoberfläche der Solarzellen im Vergleich zu Fläche ist minimal) bis zu 2,9 erreichen (in diesem Fall füllen Solarzellen das Gesamtvolumen des Geräts fast vollständig aus und lassen einen minimalen Freiraum für die Absorption diffuser Strahlung). Für das vorgeschlagene Modul wird der optimale Wert der fraktalen Dimension je nach Lichtverhältnissen im Bereich von 2,3 bis 2,7 vorgeschlagen.The fractal dimension of the proposed solar panel can be different and can reach from 2.1 8then an increase in the total surface area of the solar cells compared to area is minimal) up to 2.9 (in this case solar cells almost completely fill the total volume of the device, leaving a minimum free space for the absorption of diffuse radiation). For the proposed module, the optimal value of the fractal dimension is suggested in the range from 2.3 to 2.7, depending on the lighting conditions.

Die Anzahl der Iterationen im Solarmodul kann auch unterschiedlich sein und von 2 bis N variieren. Bei natürliche Objekten (äste, Feigenkaktus Opuntia vulgaris, Blutgefäße, Bronchien usw.) liegt die Anzahl der Iterationen normalerweise im Bereich von 3 bis 5. Für die vorgeschlagene kann dieser Wert ungefähr den gleichen Wert haben aber in einigen Fällen (z.B. für mega-Geräte, die für besondere Situationen erstellt wurden) kann erheblich erhöht werden.The number of iterations in the solar panel can also be different, varying from 2 to N. For natural objects (branches, prickly pear Opuntia vulgaris, blood vessels, bronchi, etc.), the number of iterations is usually in the range of 3 to 5. For the proposed one, this value can be approximately the same, but in some cases (e.g. for mega devices created for special situations) can be significantly increased.

Im allgemeinen Fall kann eine fraktale Figur deterministisch (eindeutig vorgegeben) und nicht deterministisch (stochastisch, nicht symmetrisch) sein. Stochastische Fraktale werden erhalten, wenn sich einige Parameter der Figur im iterativem Prozess zufällig ändern und die Selbstähnlichkeit in jeder Iteration nur teilweise ist.In the general case, a fractal figure can be deterministic (uniquely given) and not be deterministic (stochastic, not symmetrical). Stochastic fractals are obtained when some parameters of the figure change randomly in the iterative process, and the self-similarity in each iteration is only partial.

Alle natürliche Fraktale sind stochastisch. Die vorgeschlagene Solaranlage kann sowohl deterministisch als auch stochastisch sein. Im Fall eines deterministischen (geometrischen) Fraktals liegt sein Vorteil in der einfachen Herstellung. Ein Solarmodul mit stochastischen fraktalen Eigenschaften der Solarzellenanordnung kann in Verbindung mit einer bestimmten Beleuchtungssituation oder einem Standort verwendet werden.All natural fractals are stochastic. The proposed solar system can be both deterministic and stochastic. In the case of a deterministic (geometric) fractal, its advantage lies in its ease of manufacture. A solar panel with stochastic fractal properties of the solar cell array can be used in conjunction with a specific lighting situation or location.

Zur Steigerung des Wirkungsgrades kann die vorgeschlagene Anlage verschiedene Arten von Solarzellen enthalten: Dünnschichtzellen, Polymer-Solarzellen, Farbstoffsolarzellen, Tandemzellen usw. Solarzellen, die sich im oberen Teil der vorgeschlagenen Anlage oder entlang ihres Außenumfang befinden, können solche photoaktiven Elemente enthalten, die die direkte Sonnenstrahlung absorbieren. Andere Solarzellen, die sich in dem inneren Umriss der Vorrichtung befinden, können absorbierende Komponenten aufweisen, um die diffuse Strahlung zu absorbieren.In order to increase efficiency, the proposed installation may contain different types of solar cells: thin-film cells, polymer solar cells, dye solar cells, tandem cells, etc. Solar cells located in the upper part of the proposed installation or along its outer perimeter may contain such photoactive elements that directly absorb solar radiation. Other solar cells located within the inner perimeter of the device may have absorbing components to absorb the diffuse radiation.

In der vorgeschlagenen Solaranlage können Solarzellen, die kurzwelliges (hochenergetisches) Licht im sichtbaren Teil des Spektrums absorbieren, mit Solarzellen kombinieret werden, die im langwelligeren (niederenergetischen) Spektralbereich absorbieren.In the proposed solar system, solar cells that absorb short-wave (high-energy) light in the visible part of the spectrum can be combined with solar cells that absorb in the longer-wave (low-energy) spectral range.

Auch der Einsatz von Tandem-Solarzellen ist möglich (Mehrfachsolarzellen, multi-junction solar cell). Zweck dieser Anordnung ist es, den Wirkungsgrad der Umwandlung des Sonnenlichts in elektrischen Strom im Vergleich zu Einfachsolarzellen zu erhöhen. Die Nutzung des Sonnenlichts vom blauen bis zum infraroten Spektralbereich ermöglich einen Wirkungsgrad der Solarzellen größer als 40%. Besonders attraktiv für die vorgeschlagene Anlage lässt sich die Anwendung der Tandemzellen mit mechanische Stapelung, wobei die verschiedene Halbleiterschichten getrennt voneinander übereinandergestapelt.The use of tandem solar cells is also possible (multiple solar cells, multi-junction solar cell). The purpose of this arrangement is to increase the efficiency of converting sunlight into electricity compared to single solar cells. The use of sunlight from the blue to the infrared spectral range enables the solar cells to achieve an efficiency of more than 40%. The application of tandem cells with mechanical stacking, in which the various semiconductor layers are stacked separately from one another, is particularly attractive for the proposed system.

Darüber hinaus ist es möglich, auch Solarzellen zu verwenden, die nach dem Prinzip der künstlichen Photosynthese funktionieren. Künstliche Photosynthese basiert auf dem folgenden Prinzip: ein Farbstoffmolekül (anstatt des Chlorophylls) absorbiert das Licht und erzeugt dadurch Elektronen, die die dann in die Leitungsbahn eines großflächigen Halbleiterfilms fließen und sich weiter durch einen externen Stromkreis bewegen. Organische Solarzellen sind noch nicht in der Lage Sonnenlicht ähnlich effizient in Strom umzuwandeln wie ihre Silizium-Konkurrenten. Während letztere einen Wirkungsgrad von etwa 30 Prozent schaffen, kommen organische Zellen auf knapp sechs Prozent. Zu den Vorteilen der organischen Photovoltaik zählen eine größere Farbvielfalt, bessere Leistung bei wenig oder indirektem Licht, günstige Rohstoffe und geringes Gewicht bei gleichzeitig relativ einfacher Fertigung mit Druck- und Beschichtungssystemen, die sich in größeren Mengen produzieren lassen.In addition, it is possible to use solar cells that work on the principle of artificial photosynthesis. Artificial photosynthesis is based on the following principle: a dye molecule (instead of chlorophyll) absorbs the light and thereby generates electrons, which then flow into the conducting path of a large-area semiconductor film and continue to move through an external circuit. Organic solar cells are not yet able to convert sunlight into electricity as efficiently as their silicon competitors. While the latter achieve an efficiency of around 30 percent, organic cells achieve just under six percent. The advantages of organic photovoltaics include a greater variety of colors, better performance in low or indirect light, cheap raw materials and low weight, while at the same time being relatively easy to manufacture using printing and coating systems that can be produced in larger quantities.

Ein besonderer Vorteil der vorgeschlagenen Vorrichtung besteht darin, dass sie proaktiv die Entwicklung verschiedener neuer Typen von Solarzellen anregt.A particular advantage of the proposed device is that it proactively stimulates the development of various new types of solar cells.

Die Vorteile dreidimensionaler Solarzellen mit fraktaler Anordnung werden besonders deutlich, wenn das Gerät mit sekundären optischen Elementen ausgestattet ist: Konzentratoren und Reflektoren.The advantages of three-dimensional solar cells with a fractal array are particularly evident when the device is equipped with secondary optical elements: concentrators and reflectors.

Konzentratoren (2) - Linsen, wie beispielsweise Fresnel-Linsen, können an der Seite und der Oberseite der vorgeschlagenen Vorrichtung angeordnet sein und die Menge des auf die Solarzellen fallenden Sonnenlichts erhöhen.Concentrators (2) - Lenses, such as Fresnel lenses, can be placed on the side and top of the proposed device and increase the amount of sunlight falling on the solar cells.

An der Unterseite des Geräts angeordnete Reflektoren (3) erhöhen die Menge an direkter Strahlung, die die Solarzellen erreicht. Der Einsatz von Konzentratoren und Reflektoren ermöglicht auch den effektiven Einsatz des vorgeschlagenen Moduls im Innenbereich.Reflectors (3) located on the bottom of the device increase the amount of direct radiation reaching the solar cells. The use of concentrators and reflectors also allows effective use of the proposed module indoors.

Ein weiterer Vorteil der vorgeschlagenen Vorrichtung gegenüber monotonen Flachsolarmodulen ist ihre visuelle Ästhetik.Another advantage of the proposed device compared to monotonous flat solar modules is its visual aesthetics.

Fraktale Figuren sind attraktiver für die visuelle Wahrnehmung, da sie viel besser mit der natürlichen Umgebung eines Menschen übereinstimmen. Die meisten natürlichen Formen sind fraktal (Berglandschaften, wellen, Wolken, Bäume, Küstenmuster, Schneeflocken, Blitze, viele Blumen usw.). Im Vergleich zu den euklidischen Formen herkömmlicher Module erhöht die fraktale Form die Akzeptanz des Solarmoduls.Fractal figures are more attractive to visual perception as they match a person's natural environment much better. Most natural shapes are fractal (mountains, waves, clouds, trees, coastal patterns, snowflakes, lightning, lots of flowers, etc.). Compared to the Euclidean shapes of traditional panels, the fractal shape increases the acceptance of the solar panel.

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNGQUOTES INCLUDED IN DESCRIPTION

Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.This list of documents cited by the applicant was generated automatically and is included solely for the better information of the reader. The list is not part of the German patent or utility model application. The DPMA assumes no liability for any errors or omissions.

Zitierte PatentliteraturPatent Literature Cited

  • DE 102004026420 A1 [0007]DE 102004026420 A1 [0007]
  • DE 20021870 U1 [0007]DE 20021870 U1 [0007]
  • DE 102017105710 A1 [0007]DE 102017105710 A1 [0007]
  • DE 000060006884 T2 [0007]DE 000060006884 T2 [0007]
  • WO 002003105239 A2 [0007]WO 002003105239 A2 [0007]
  • DE 102006034095 B4 [0008]DE 102006034095 B4 [0008]
  • WO 002019215549 A1 [0009]WO 002019215549 A1 [0009]
  • EP 000003331159 B1 [0009]EP 000003331159 B1 [0009]
  • DE 202018000394 U1 [0009]DE 202018000394 U1 [0009]
  • DE 102013206720 A1 [0009]DE 102013206720 A1 [0009]

Claims (4)

Die dreidimensionale Solaranlage mit mehreren Solarzellen, dadurch gekennzeichnet, dass die Anordnung von Solarzellen ein räumliches Fraktal ist (1). 1.1 die Anzahl der Iterationen eines solchen Fraktal reicht von 2 bis N, bevorzugt von 3 bis 8. 1.2 Die Hausdorff-Besikovich Dimension dieses Fraktals liegt zwischen 2,1 und 2,9 bevorzugt vom 2,3 bis 2,6. 1.3 die Selbstähnlichkeit eines solchen Fraktals kann nicht vollständig sein d.h. das Fraktal kann nicht deterministisch sein und erlaubt Abweichungen von der exakten Übereinstimmung bei jeder Ebene.The three-dimensional solar array with multiple solar cells, characterized in that the array of solar cells is a spatial fractal (1). 1.1 the number of iterations of such a fractal ranges from 2 to N, preferably from 3 to 8. 1.2 The Hausdorff-Besikovich dimension of this fractal is between 2.1 and 2.9, preferably from 2.3 to 2.6. 1.3 the self-similarity of such a fractal cannot be complete ie the fractal cannot be deterministic and allows deviations from the exact match at each level. die Form der einzelnen Solarzellen der Anlage kann dreidimensional sein, die bevorzugte Form ist eine Kugel oder eine Ellipse.the shape of the individual solar cells of the system can be three-dimensional, the preferred shape is a sphere or an ellipse. Die Anlage kann sekundäre optische Elemente enthalten. 3.1 Sekundäre optische Elemente können Reflektoren an der Anlageunterseite sein (3), 3.2 sowie Konzentratoren oben und/oder an den Seiten der Anlage (2).The system may contain secondary optical elements. 3.1 Secondary optical elements can be reflectors on the underside of the system (3), 3.2 and concentrators at the top and/or sides of the installation (2). Die Anlage kann Solarzellen mit verschiedene Arten von Photoelementen enthalten. 4.1 Solarzellen um diffuse Strahlung sowie Solarzellen um Direktstrahlung zu absorbieren. 4.2 Tandem-Solarzellen, die sowohl direkte als auch diffuse Strahlung absorbieren können. 4.3 Solarzellen mit künstliche Photosynthese.The system can contain solar cells with different types of photo elements. 4.1 Solar cells to absorb diffuse radiation and solar cells to absorb direct radiation. 4.2 Tandem solar cells capable of absorbing both direct and diffuse radiation. 4.3 Solar cells with artificial photosynthesis.
DE202023000086.6U 2023-01-04 2023-01-04 Photovoltaic system with a special arrangement of solar cells Active DE202023000086U1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE202023000086.6U DE202023000086U1 (en) 2023-01-04 2023-01-04 Photovoltaic system with a special arrangement of solar cells

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE202023000086.6U DE202023000086U1 (en) 2023-01-04 2023-01-04 Photovoltaic system with a special arrangement of solar cells

Publications (1)

Publication Number Publication Date
DE202023000086U1 true DE202023000086U1 (en) 2023-02-02

Family

ID=85284439

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
DE202023000086.6U Active DE202023000086U1 (en) 2023-01-04 2023-01-04 Photovoltaic system with a special arrangement of solar cells

Country Status (1)

Country Link
DE (1) DE202023000086U1 (en)

Citations (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE20021870U1 (en) 2000-12-28 2001-06-13 Smolka Peter Inexpensive, large, three-dimensional, solid solar cells with high effectiveness
WO2003105239A2 (en) 2002-06-07 2003-12-18 Daimlerchrysler Ag Solar cell and method for production thereof
DE60006884T2 (en) 1999-04-06 2004-05-19 Northrop Grumman Corp., Los Angeles D-shaped, unfoldable sun panel
DE102004026420A1 (en) 2004-05-29 2006-03-02 Gerd Lukoschus Method of increasing the surface size of solar and photovoltaic installations whereby the solar or photovoltaic element itself is formed as an arc or circular segmental element
DE102006034095B4 (en) 2006-07-20 2009-05-28 Leonhard Kurz Gmbh & Co. Kg Solar cell based on polymer
DE102013206720A1 (en) 2013-04-15 2014-10-16 Siemens Aktiengesellschaft Solar cell assembly, concentrator photovoltaic module and method of manufacturing the solar cell assembly
DE202018000394U1 (en) 2017-10-20 2018-04-03 Morph Green Tech UG (haftungsbeschränkt) Mobile foldable solar charger for charging mobile phones, tablets, laptops and more. small appliances
DE102017105710A1 (en) 2017-03-16 2018-09-20 Miro Prnjak solar system
WO2019215549A1 (en) 2018-05-07 2019-11-14 Ali Asiri Solar generator
EP3331159B1 (en) 2016-12-02 2020-08-19 Marcus Meier Solar cell assembly

Patent Citations (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE60006884T2 (en) 1999-04-06 2004-05-19 Northrop Grumman Corp., Los Angeles D-shaped, unfoldable sun panel
DE20021870U1 (en) 2000-12-28 2001-06-13 Smolka Peter Inexpensive, large, three-dimensional, solid solar cells with high effectiveness
WO2003105239A2 (en) 2002-06-07 2003-12-18 Daimlerchrysler Ag Solar cell and method for production thereof
DE102004026420A1 (en) 2004-05-29 2006-03-02 Gerd Lukoschus Method of increasing the surface size of solar and photovoltaic installations whereby the solar or photovoltaic element itself is formed as an arc or circular segmental element
DE102006034095B4 (en) 2006-07-20 2009-05-28 Leonhard Kurz Gmbh & Co. Kg Solar cell based on polymer
DE102013206720A1 (en) 2013-04-15 2014-10-16 Siemens Aktiengesellschaft Solar cell assembly, concentrator photovoltaic module and method of manufacturing the solar cell assembly
EP3331159B1 (en) 2016-12-02 2020-08-19 Marcus Meier Solar cell assembly
DE102017105710A1 (en) 2017-03-16 2018-09-20 Miro Prnjak solar system
DE202018000394U1 (en) 2017-10-20 2018-04-03 Morph Green Tech UG (haftungsbeschränkt) Mobile foldable solar charger for charging mobile phones, tablets, laptops and more. small appliances
WO2019215549A1 (en) 2018-05-07 2019-11-14 Ali Asiri Solar generator

Similar Documents

Publication Publication Date Title
DE112006002868B4 (en) Method for positioning a photovoltaic module
DE102007054124A1 (en) Architecturally designed solar cell and solar thermal panels
DE19907506A1 (en) Optical system of solar power generation module
EP2606288B1 (en) Central receiver solar system comprising a heliostat field and process to install a field of heliostats of such a system
DE102007044477A1 (en) Terrestrial solar arrangement
WO2009024509A2 (en) Solar cell construction
DE102009032544B4 (en) Lighting device with solar cell
DE102013220802A1 (en) Solar module and method for producing a solar module
AT511969B1 (en) DEVICE WITH A MULTIPLE OF ENERGY TRANSFORMER ELEMENTS
DE202023000086U1 (en) Photovoltaic system with a special arrangement of solar cells
DE102015216994A1 (en) Photovoltaic glass with independent light traps
DE10336543B4 (en) Solar power system
US20180076758A1 (en) Three-Dimensional Elongated Photovoltaic Cell Assemblies
WO2008151621A2 (en) Solar light display for outdoor use (solar media module)
DE102013005441A1 (en) Solar plant for being located on building roof for producing electrical energy, has solar element turned away from solar element pair, connected to another solar element in common groove and occupying angle that lies in specific range
DE202015100776U1 (en) Tower with a carrier body and wind turbine
WO2011110329A4 (en) Photovoltaic element with optically functional conversion layer for improving the conversion of the incident light and method for producing said photovoltaic element
DE102009033771A1 (en) Solar reflector for installation on e.g. flat saddle or monopitch roofs of building, has reflector surface reflecting sunlight on photovoltaic panels of photovoltaic systems, where reflector surface is designed as strewing reflector surface
DE202013003101U1 (en) photovoltaic device
DE102018215657B4 (en) Mirror panel for a solar power plant as well as a solar power plant
DE102013013808A1 (en) Solar module, manufacturing method of an at least partially radiation-permeable cover glass as a component of the solar module, and at least partially radiation-transparent cover glass as a component of the solar module
DE102012024686A1 (en) Partly transparent solar collector
DE10123262B4 (en) Device for the uniform illumination of photovoltaic cells
DE102021001887A1 (en) Device for generating electricity from wind energy on buildings or on fixed and moving parts and installations while minimizing the visual impairments for generating electricity from wind energy by combining a large number of small or very small turbines in a specific arrangement and abs. Exceptions (e.g. protected areas) in housings, which serve, among other things, to optimize the wind flow
DE202021101361U1 (en) Solar tracker

Legal Events

Date Code Title Description
R086 Non-binding declaration of licensing interest
R207 Utility model specification