DE2814541A1

DE2814541A1 - Sonnenenergiewandler

Info

Publication number: DE2814541A1
Application number: DE19782814541
Authority: DE
Inventors: Francis Forrat
Original assignee: Commissariat a lEnergie Atomique CEA
Current assignee: Commissariat a lEnergie Atomique et aux Energies Alternatives CEA
Priority date: 1977-04-05
Filing date: 1978-04-04
Publication date: 1978-10-12
Also published as: JPS53125790A; FR2386905A1; IL54433A0; FR2386905B1; IL54433A; US4171003A

Description

ZJBJ 4541

Patentanwälte Dipl.-Ing. H. Weickmann, Dipl.-Phys. Dr.jvTFincke

Dipl.-Ing. F. A."Weickmann, Dipl.-Chem. B. Huber

Dr. Ing. H. Liska

• 3·

8 MÜNCHEN 86, DEN l\ ; ;j *β·ΙΛ

POSTFACH 860 820

MÖHLSTRASSE 22, RUFNUMMER 98 39 21/22

SP/cb

Case: B 6147.3-RS-

COMMISSARIAT A L¹ENERGIE ATOMIQUE
29, Rue de la Federation, 75015 Paris/Frankreich

Sonnenenergiewandler.

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Die Erfindung betrifft einen Sonnenenergiewandler zum Umwandeln von Sonnenenergie in elektrische Energie.

Es ist bekannt, daß ein Sonnenenergiewandler zum Umwandeln von Sonnenenergie in elektrische Energie allgemein und in schematischer Form eine Einrichtung zum Einfangen der Sonnenstrahlung und zum Richten derselben auf ein Fotoelement aufweist, das seinerseits die erstrebte Umwandlung bewirkt. Die verwendeten Fotoelemente können unterschiedliche Formen und Strukturen aufweisen. Unter den Fotoelementen, die von größtem Interesse sind, befinden sich Halbleiterfotoelemente, und zwar insbesondere solche, die von draht- bzw. fadenförmigen (für diesen Ausdruck wird nachstehend zusammenfassend der Begriff "drahtförmig" verwendet) Dioden mit Vielfach-pn-Übergän gen gebildet und parallel zur Ebene der pn-Übergänge beleuchtet werden. Das Interesse an diesen Dioden im Rahmen der vorliegenden Erfindung hängt zusammen mit ihrem geringen Reihenwiderstand, der ihnen einen guten Umwandlungswirkungsgrad verleiht.

Aber die Benutzung dieser Fotoelemente stößt trotzdem auf eine Schwierigkeit, die damit zusammenhängt, daß der größte Teil der Sonnenstrahlung (derjenige, der sich im sichtbaren Bereich befindet) in der Nähe der Oberfläche des Halbleiters absorbiert wird, dort gerade, wo störende bzw. parasitäre Oberflächenphänomene dazwischentreten, so daß sie den Wirkungsgrad der Umwandlung beschränken. In der Tiefe wäre der Wirkungsgrad besser, aber die Lichtintensität ist viel schwächer, und zwar in der Weise, daß die Spannung, die von den tiefen Schichten erzeugt wird, schwach bleibt und mit der Entfernung von der Oberfläche abnimmt. Außerdem wird durch einen "Kurven- bzw. Krümmungsfaktor", dessen Entstehung und Funktion aufgrund der nachfolgenden Ausführungen besser verständlich wird, noch der Gesamtwirkungsgrad der Umwandlung vermindert.

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. S-

Wenn man den sichtbaren Teil des eingefangenen Sonnenstrahlungsspektrums in eine Strahlung umwandelt, die im nahen Infrarot liegt (von 0,8/0,9 ,u bis 1,1/1,2 ,u etwa), und wenn man die Diode mit Mehrfach-pn-Übergängen mit Hilfe dieser Infrarotstrahlung beleuchtet, dann erhält man einen besseren Gesamtumwandlungswirkungsgrad, und zwar auch dann, wenn man in Betracht zieht, daß sich Verluste aufgrund der Frequenzwandlung ergeben. Das läßt sich durch die Tatsache erklären, daß die Infrarotstrahlung noch mehr in den Halbleiter eindringt, wodurch einerseits eier Anteil der inneren Schichten der Diode, deren Leistungsfähigkeit nicht oder wenig durch die Oberflächenphänomene beeinträchtigt wird, erhöht wird, und wodurch andererseits die Strom-Spannungs-Charakteristik der Diode eine quasi rechteckige Form erhält, und diese beiden Modifizierungen wirken alle beide im Sinne einer Verbesserung des Wirkungsgrades.

In dem Sonnenenergiewandler nach der vorliegenden Erfindung wird infolgedessen ein optischer Frequenzwandler benutzt, d- h. eine Einrichtung, welche die Frequenz einer optischen Strahlung modifizieren bzw. ändern kann. Genauer gesagt ist der Wandler, der in der erfindungsgemäßen Einrichtung benutzt wird, ein solcher, welcher aufgrund einer empfangenen sichtbaren Strahlung eine Strahlung abgibt, die auf einer größeren Wellenlärsge bzw. in einem größeren Wellenlängenbereich liegt.

Ein solcher Wandler ist schon in gewissen Sonnenenergiewandlern benutzt worden, die als Fotoelement eine Diode mit ebenem pnübergang verwenden, die senkrecht zur Ebene des pn-übergangs beleuchtet wird. Aber die Funktionsweise einer solchen beleuchteten Diode ist unter diesen Bedingungen unterschiedlich von derjenigen einer drahtförmigen Diode, insbesondere insofern, als im letzteren Fall der pn-übergang gleichförmig beleuchtet wird und in einer konstanten Tiefe liegt, wodurch der Einfluß von parasitären bzw. störenden Oberflächenphänomenen vermindert

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wird. Trotzdem wird hier vorausgesetzt, daß der pn-übergang relativ tief ist (weit über lOO,u), was zur Folge hat, daß die Ladungen, die relativ nahe der Oberfläche erzeugt worden sind, nicht miteinander vereinigt werden. Es sei in diesem Zusammenhang auf die Veröffentlichung von W. H. Weber und J. Lambe in der Zeitschrift "Applied Optics" vom Oktober 1976, Band 15, Nr. 10, Seite 2299 hingewiesen, die den Titel (in deutscher Übersetzung) hat "Lumineszierender Gewächshauskollektor für Sonnenstrahlung", diese Veröffentlichung wird durch diese Bezugnahme mit zum Of^enbarungsinhalt der vorliegenden Anmeldung gemacht.

Nach dem Stande der Technik sind die Frequenzwandler und die Sonnenstrahlungsauffang- bzw. -sammelsysteme unterschiedlich, und ihre Funktionen sind in weitem Umfange getrennt. Mit der vorliegenden Erfindung sollen diese Einrichtungen und Funktionen vereinigt bzw. kombiniert werden, um den ümwandlungswirkungsgrad der Anordnung (dieser Begriff soll auch den Begriff "Gesamtaufbau" mit umfassen) zu erhöhen. Zu diesem Zweck weist das verwendete Fotoelement eine Stäbchenform auf, und es ist mit einer fokussierenden und umformenden Struktur verbunden, die dieser Form angepaßt ist, d. h., daß diese Struktur linear ist.

Genauer gesagt wirü mit der vorliegenden Erfindung ein Sonnenenergiewandler zum Umwandeln von Sonnenenergie in elektrische Energie zur Verfügung gestellt, der eine Einrichtung zum Einfangen der Sonnenstrahlung und zum Richten derselben auf ein von einem Halbleiterstäbchen gebildetes Fotoelement durch ein Material, das transparent ist und die Sonnenstrahlung optisch in Infrarotstrahlung umwandelt, aufweist, und der sich dadurch auszeichnet, daß diese Einrichtung von einer fokussierenden bzw. bündelnden Struktur von linearer Form gebildet wird, die eine Trennlinie bzw. Trennpunktlinie hat, sowie durch eine Platte aus dem transparenten und umwandelnden Material, die in der Nähe der Brennlinie vorgesehen ist und die doppelte

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Punktion eines Lichtleiters und optischen Wandlers erfüllt, wobei das Halbleiterstäbchen längs eines der Längsränder dieser Platte vorgesehen ist.

Für den optischen Frequenzwandler können viele Materialien verwendet werden, die dafür bekannt sind, daß sie sichtbares Licht absorbieren und es, im allgemeinen durch einen Fluoreszenzmechanismus, im nahen Infrarot um 1 ,u herum bzw. in der Nähe oder im Umgebungsbereich von 1 ,u wieder aussenden. Es kann sich hierbei um mineralische Ionen oder um organische Moleküle handeln, die in einer Matrize aufgelöst sind, welche ein Festkörper, beispielsweise ein Glas, oder eine Flüssigkeit, mineralisch oder organisch, sein kann. Man kann beispielsweise ein Glas verwenden, das mit Ionen von Seltenen Erden, wie bei-

3+ 3+
spielsweise Nd oder Yb , dotiert ist. Man kann auch einen Körper verwenden, der sichtbare Strahlung absorbiert und ihre Erregungsenergie auf andere Körper überträgt, die sie durch Entregung freigeben, indem sie wieder eine Strahlung emittieren, die im Infrarot liegt.

Die Verwendung des optischen Wandlers hat zusätzlich zu dem Hauptvorteil, der in der Erhöhung des Umwandlungswirkungsgrads liegt, die er im Halbleiterstäbchen herbeiführt, einen zusätzlichen Vorteil, der darin besteht, daß diese Verwendung die Wiedergewinnung des. Teils der Sonnenenergie ermöglicht, der im Wandlermaterial als Wärme abgeführt wird, und das, ohne daß es notwendig ist, auf dem Niveau der Diode einzugreifen. Die Funktion der Umwandlung der Einrichtung nach der vorliegenden Erfindung in elektrische Energie verdoppelt sich infolgedessen eventuell durch eine Funktion der Umwandlung in Wärmeenergie, wobei die beiden Funktionen von gesonderten und unabhängigen Einrichtungen erfüllt werden.

Die Abführung der abgestrahlten Wärmeeinheiten im optischen Wandler kann durch das Umwandlungsmaterial selbst erfolgen,

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wenn es dazu bereit bzw. geeignet ist, oder es kann durch ein Hilfsströmungsitiittel erfolgen, das ein Wärmeträger ist. Eine Durchflußleistung in der Größenordnung von Liter/mn pro

m des bündelnden bzw. fokussierenden Spiegels führt allgemein zu einer Temperaturerhöhung in der Größenordnung von 2O°C. Die Wärme, die durch diesen Teil des Wandlers geliefert wird, ist auf ungefähr 60 bis 80°c.

Wenn man eine drahtförmige Diode mit Mehrfach-pn-Übergängen verwendet, dann kann diese in bekannter Weise von einem Draht gebildet werden, der irgendeinen geeigneten Querschnitt hat, insbesondere kreisförmigen, und der irgendeine geeignete Länge hat, beispielsweise in der Größenordnung von 1 Meter, und der außerdem einen Durchmesser von einigen mm besitzt, beispielsweise von 4 mm, wobei das Material vorzugsweise Silicium ist, dessen spezifischer Widerstand zwischen ungefähr 0,1 und 10 £t cm liegen kann. Die Diode weist eine abwechselnde Aufeinanderfolge von dotierten Zonen des Typs ρ und η auf, beispielsweise mit einer Periode von 25O,u. Eine solche Diode kann man durch Lötung bzw. Hartlötung eines Stapels von klassischen Dioden vom Typ ρ , ρ, η erhalten, die auf ihren beiden Seiten mit Nickel und mit Zinn metallisiert sind. Sie ermöglicht es, eine hohe Spannung, beispielsweise von 22Ο Volt, abzugeben.

Die Einrichtung zum Einfangen der Sonnenstrahlung und zum Richten derselben auf den optischen Wandler kann von jeder bekannten Art sein (beispielsweise ein zylindrischer Reflektor oder eine Linse). Sie kann fest mit einer Ausrichtungseinrichtung verbunden sein, die hinsichtlich des Orts und/oder des Azimuts bewegbar ist.

Die vorstehenden sowie weitere Vorteile und Merkmale der Erfindung werden nachfolgend unter Bezugnahme auf die Figuren 1 bis 6 der Zeichnung anhand einiger besonders bevorzugter

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Ausführungsbeispiele näher erläutert; es zeigen:

Fig. 1 einen Längsschnitt durch eine Diode mit Mehrfach-pn-Übergängen, der es ermöglicht, den Verhaltensunterschied zwischen den Oberflächenzonen und den tiefen Zonen zu veranschaulichen ;

Fig. 2 die Strom-Spannungs-Charakteristik der Diode nach Fig. 1;

Fig. 3 den schematischen Aufbau einer Ausfuhrungsform eines Sonnenenergiewandlers nach der Erfindung;

Fig. 4 den Aufbau einer drahtförmigen Diode mit Mehrfach-pn-Übergängen, und zwar in schematischer Weise;

Fig. 5 eine spezielle Ausführungsform mit zwei Dioden und zwei Wandlern, in der ein Wärmeträgerströmungsmittel zwischen den beiden Wandlern umgewälzt wird; und

Fig. 6 ein weiteres spezielles Ausführungsbeispiel, in dem die Diode und der Wandler durch Verdampfen von Freon gekühlt werden.

Es ist nicht unwichtig, zunächst auf den Ursprung der Erhöhung des Wirkungsgrads der Umwandlung von Halbleiterfotoelententen zurückzukommen, der durch die Verwendung eines Wandlennaterials für die Wellenlänge verursacht wird, und das sei nun anhand der Fig. 1 und 2 getan.

Die Fig. 1 zeigt in einem Längsschnitt sowie in schematischer Weise, ohne daß die Größenordnungen der Dimensionen eingehalten sind, eine Diode mit Mehrfach-pn-Übergängen.

In dieser Figur hat das Stäbchen mit den Mehrfach-pn-Übergängen

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das Bezugszeichen 2, und es wird von einer abwechselnden Aufeinanderfolge von dotierten Plalbleiterzonen vom Typ ρ bzw. vom Typ η gebildet, die mit 4 bzw. 6 bezeichnet sind, und diese Zonen begrenzen pn-Übergänge 8. Jeder pn-übergang wird im wesentlichen parallel zu seiner Ebene mit einer einfallenden Strahlung 10 beleuchtet. Er ist einem elektrischen Feld E ausgesetzt, das von der dotierten Zone ρ nach der dotierten Zone η gerichtet ist. Diese Struktur wiederholt sich periodisch, und es ist in Fig. 1 nur eine einzelne Diode dargestellt.

Ein solches Stäbchen kann irgendeinen Querschnitt haben. Es sei zur Vereinfachung hier angenommen, daß der Querschnitt rechteckig ist.

Zur Erläuterung der Funktionsweise einer solchen Diode ist es von Vorteil, sie so zu betrachten, als sei sie durch eine Parallelanordnung von Elementardxoden der gleichen Dicke ausgebildet worden. In Fig. 1 sind diese Dioden von Rechtecken begrenzt,die jeweils mit a, b etc. ... h, i bezeichnet sind. Bei jeder Elementardiode hängt die Zahl der Ladungen, die durch das elektrische Feld E gesammelt werden, das in dem pnübergang vorhanden ist, von der Lichtintensität ab, mit welcher der pn-übergang beleuchtet wird.

Diese Intensität hängt von dem Abstand y des pn-Übergangs zur Oberfläche ab (der die Absorption e~ festlegt, welcher die Strahlung unterworfen ist, wenn mit c* der Absorptionskoeffizient für eine gegebene Wellenlänge bezeichnet ist), sowie von der spektralen Verteilung der einfallenden Strahlung 10. Nun ist es bekannt, daß das Sonnenspektrum ein Maximum um den gelben Teil des sichtbaren Spektrums aufweist, und zwar mit einem Minimum Null um 0,3,u, und daß es sich bis in das nahe Infrarot erstreckt. Es ist außerdem bekannt, daß die Absorption des Siliciums im sichtbaren Bereich nicht

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die gleiche wie im nahen Infrarot ist, so daß die unterschiedlichen Schichten der Diode Strahlungen empfangen, die sich in der Intensität und in der Wellenlänge unterscheiden*

Diese Ungleichförmigkeit der Beleuchtung des pn-Übergangs wird durch experimentelle Ergebnisse verdeutlicht, die in der folgenden Tabelle wiedergegeben sind, welche für Silicium die ungefähre Eindringtiefe P einer Strahlung als Funktion von deren Wellenlänge 1\. wiedergibt, und zwar ausgedrückt in Mikron.

0,4 0,5 0,6 0,7 0,8 0,9

1,06 1,1

Aus dieser Tabelle ist beispielsweise ersichtlich, daß die Strahlung im blauen Ende des Spektrums, gegen λ = 0,5,U, in 5 Mikron absorbiert wird, wogegen die bei λ = 1,06 ,u (die Wellenlänge, die der Strahlung entspricht, welche von Ionen Nd emittiert wird) Tiefen von ungefähr 2,5 mm erreichen kann.

Diese Ergebnisse unterstreichen die Tatsache, daß eine Diode, die parallel zur Ebene des pn-Übergangs von einer Strahlung beleuchtet wird, welche die Spektralverteilung des Sonnenlichts hat, nicht gleichförmig beleuchtet wird, weil der Teil der Strahlung, der im Infrarot liegt, in der Lage ist, den pn-übergang bis zu Tiefen in der Größenordnung von einigen

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ο.	5/U
5	/^U
10	/U
20	/^U
50	/^U
170	/^U
500	/^U
2,	5 mm
5	mm

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mm zu erreichen, während der blaue Anteil in einigen Mikron vollständig gedämpft bzw. vermindert wird.

Aufgrund dieser Tatsache ist die vorteilhafte Funktion, die ein optischer Frequenzwandler erfüllt, verständlich.

Wenn dieser Wandler in der Lage ist, die sichtbare Strahlung zu absorbieren und eine Strahlung wieder auszusenden, die im nahen Infrarot liegt, beispielsweise in der Umgebung bzw. in der Gegend von 1 Mikron, dann kann diese Infrarotstrahlung im Ergebnis in die Diode bis in eine Tiefe von einiger, rom eindringen und zu einer viel homogeneren Beleuchtung führen, was einen ersten Faktor der Verbesserung des Xfirkungsgrades bildet. Andererseits wirkt ein zweiter Faktor im gleichen Sinne, und zwar führt dieser Faktor eine Modifizierung der Form der Strom-Spannungs-Charakteristik der Diode herbei, wie sie nunmehr anhand der Fig. 2 erläutert werden soll.

Diese Figur zeigt eine Reihe von Kurven, die in ein Koordinatensystem eingezeichnet sind, dessen eine Achse den Strom I (ausgedrückt in mA) und dessen andere Achse die Spannung V (ausgedrückt in mV) darstellt, und zwar für eine Diode, wie sie durch die Fig. 1 repräsentiert wird. Wenn man davon ausgeht, daß diese Diode durch die Parallelanordnung der Elementar-pn-Übergänge a, b, c etc. ... h, i der gleichen Abmessung aber von unterschiedlichen Tiefen ausgebildet ist, dann kann man die Gesamtcharakteristik I (V) dadurch in Kurvenform gewinnen, daß man diese Kurve Stück für Stück als Funktion von jeder der Elementardioden konstruiert. Das ist in Fig. 2 dargestellt, wo die Elementarcharakteristika mit den Bezugszeichen a', b', c', .... h', i' versehen sind, die den zugeordneten Elementardioden der Fig. 1 entsprechen.

Die Elementardioden liefern Spannungen, welche abnehmen, wenn ihr Abstand von der Oberfläche zunimmt, und zwar aufgrund der

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Oberflächenphänomene, die sehr störend eingreifen, so daß sie ihren Wirkungsgrad beschränken. Infolgedessen hat die Kurve, die sich aus der Parallelanordnung aller dieser Elementardioden ergibt, keine rechteckige Form, wie sie sich ergeben würde, wenn jede dieser Elementardioden gleich beleuchtet werden würde. Diese rechteckige Idealkurve ist in Fig. 2 bei 12 dargestellt.

Der Wirkungsgrad einer Diode hängt direkt vom Produkt der Spannung V mit dem Strom I in der Art ab, daß die Kurven gleichen Wirkungsgrades in dem Diagramm gemäß der Fig. 2 Hyperbeln sind, deren Asymptoten die Koordinatenachsen sind. Der maximale Wirkungsgrad, den man mit einer Diode erzielen kann, die durch Parallelanordnung der Elementardioden der Fig. 1 gebildet worden ist und die von dem Sonnenlicht beleuchtet sind, entspricht der Hyperbel H , die eine Tangente zu der Charakteristik darstellt. Dieser Wirkungsgrad ist, wie man ohne weiteres sieht, viel geringer als der Wirkungsgrad, welcher der Hyperbel H„ entspricht, die eine Tangente zu der Charakteristik 12 ist, welche man mit einem gleichförmig beleuchteten pn-übergang erzielt.

So zeigt die Fig. 1, daß die vorherige Umwandlung der einfallenden sichtbaren Strahlung in eine Infrarotstrahlung, welche es ermöglicht, die_ Gleichförmigkeit der Beleuchtung der pn-Übergänge zu verbessern und infolgedessen der Charakteristik eine Form zu geben, die sich der rechteckigen Idealform annähert, die Eigenschaft hat, den Umwandlungswirkungsgrad durch den Spielraum des "Faktors der Form" zu verbessern.

Andererseits wurde im Rahmen der vorliegenden Erfindung gefunden, daß in den Mehrfach-pn-Übergängen, die parallel zu den Lichtstrahlen sind, die Ladungen, welche in dem Halbleiter erzeugt werden, unabhängig von ihrem Abstand bezüglich der äußeren Oberfläche gesammelt werden, vorausgesetzt, daß die Dicke

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Ak

jeder Zone ρ oder η unterhalb der Diffusionslänge liegt, die um 125 ,u beträgt, wogegen in den pn-Übergängen, die senkrecht zu den Lichtstrahlen verlaufen, nur die Ladungen gesammelt werden, die in einer Scheibe bzw. Schnittzone des Siliciums erzeugt werden, welche auf dem pn-übergang zentriert und von 250 .u ist. Dieses Phänomen ist gemäß dem Stand der Technik bisher nicht wahrgenommen worden.

Nachdem die Erhöhung des Wirkungsgrades der Umwandlung vorstehend kurz erläutert worden ist, sei ein Ausführungsbeispiel eines Aufbaus eines Wandlers nach der Erfinduna nunmehr anhand der Fig. 3 bis 5 näher erläutert.

In Fig. 3 ist der schematische Aufbau eines Wandlers gemäß der vorliegenden Erfindung dargestellt. Ein solcher Wandler umfaßt einen Reflektor 20, insbesondere in Form eines parabolischen Zylinders, in dessen Brennpunkt bzw. -linie ein optischer Wandler 22 und ein Diodenstäbchen 24 mit Mehrfachpn-Übergängen angeordnet ist. Der Gesamtaufbau wird von einer Armatur 26 gehalten, die eine Drehbewegung ausführen kann, und ruht auf einem Sockel 28, der ebenfalls eine Drehbewegung ausführen kann. Mit diesen Einrichtungen kann der Reflektor 20 nach der Sonne ausgerichtet werden und der täglichen sowie jahreszeitlichen Wanderung der Sonne nachgeführt werden. Der Diodenstab 24 und infolgedessen die Brennlinie des Reflektors 20 sind vorzugsweise gemäß der Erdachse ausgerichtet. Die Anordnung wird durch Verbindungskabel 30 für Elektrizität und durch ein Strömungsmittel als Wärmeträger vervollständigt.

Die Fig. 4 zeigt schematisch den Aufbau der drahtförmigen Diode mit Mehrfach-pn-Übergängen, die vorzugsweise gemäß der Erfindung verwendet wird. Es handelt, sich um einen kleinen Stab, der von einer Schichtung von Übergängen des pn-Typs gebildet ist, die aus Silicium ausgebildet worden sind, das in geeigneter Weise dotiert ist. Der Querschnitt dieses Stabes

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24 kann beliebig sein, insbesondere kreisförmig, und er kann einen solchen Durchmesser haben, daß die Gleichförmigkeit der Beleuchtung sichergestellt wird. Wie man aus einer Bezugnahme auf die oben wiedergegebene Tabelle entnehmen kann, zeigt es sich, daß man bei Durchmessern in der Größenordnung von einigen mm eine Beleuchtung einer zufriedenstellenden Homogenität erhalten kann, wenn die Wellenlänge der einfallenden Strahlung um 1,06 ,u herum mittig-liegt. Es versteht sich von selbst, daß dieser Durchmesser unterschiedlich sein kann, wenn man eine Strahlung benutzt, die außerhalb der Zone von 1,06 .u liegt. In jedem Falle wird er dem Spektrum der Strahlung angepaßt, die von dem optischen Wandler wieder ausgesandt wird.

Die Fig. 5 zeigt eine spezielle Ausführungsform eines Wandlers nach der Erfindung, in der zwei Diodenstäbchen 32 und 34 verwendet werden, die mit zwei optischen Frequenzwandlern 36 bzw. 38 verbunden sind. Diese Wandler sind vorteilhafterweise aus Glas, das mit Neodym dotiert ist.

Der Zweck dieser Ausführungsform besteht darin, zwischen den beiden Wandlern 36 und 38 einen Kanal 40 auszubilden, in dem ein Strömungsmittel als Wärmeträger umgewälzt werden kann, beispielsweise Wasser, um die Wärmeeinheiten abzuführen, die in den Wandlern 36 und 38 abgestrahlt bzw. zerstreut werden. Diese Anordnung schaltet die Notwendigkeit aus, ein Strömungsmittel als Wärmeträger zu wählen, das die einfallende Strahlung nicht absorbiert. Die innere Seite 42 kann von einem metallischen Reflektor gebildet werden, während die äußeren Seiten 44 mit einer bei 1,06 ,u reflektierenden Schicht bedeckt sein können, so daß auf diese Weise ein Lichtleiter für die Strahlung von bzw. bei bzw. im Bereich von l,06,u gebildet wird.

In Fig. 6 ist eine weitere spezielle Ausführungsform nach

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.Af₀.

der Erfindung dargestellt, in der eine Diode 46 mit Mehrfachpn-Übergängen von zwei Wandlern 48 und 50 beleuchtet wird, die im Inneren eines Glasrohres 52 spezieller Konfiguration vorgesehen sind, das außerdem mit einer metallischen Ablagerung 54 bedeckt ist (die sich auf dessen dem Reflektor 20 abgewandten Seite befindet). Diese Anordnung bzw. der Gesamtaufbau wird von Freon 113 (oder einer anderen geeigneten Kühlflüssigkeit) gekühlt, das durch die Leitung 56 eingeführt wird. Diese Flüssigkeit verdampft, wobei sie eine Temperatur von 50°C aufrechterhält. Das gasförmige Freon kühlt danach die Wandler 48 und 50. Es kann wie ein Strömungsmittel, das ein Wärmeträger ist, für die Wärmeübertragung benutzt werden, oder zur Speisung eines Gasmotors.

Es sei in diesem Zusammenhang darauf hingewiesen, daß anstelle des Ausdrucks "Strömungsmittel, das als Wärmeträger dient" o. ä., wie er oben mehrfach benutzt wurde, auch der Ausdruck "wärmeabführendes Strömungsmittel" verwendet werden kann.

Gemäß der vorstehenden Beschreibung ist der bündelnde bzw. fokussierende Aufbau ein Spiegel. Es liegt jedoch auch im Rahmen der Erfindung, anstatt und an der Stelle dieses Spiegels eine Zylinderlinse und insbesondere eine Linse mit Stufen von der Art- der Fresnel-Linse zu verwenden. Die Stufen können auf bzw. an der Außenseite bzw. dem Äußeren vorgesehen sein, wobei dann eine ebene Oberfläche im Inneren vorgesehen ist, die nach dem Stäbchen zugewandt ist, oder die Stufen können auf bzw. am Inneren vorgesehen sein, wobei die ebene Oberfläche dann nach der Sonne zu gerichtet ist.

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Leerseife

Claims

PATENTANSPRÜCHE

l.J Sonnenenergiewandler 7.nm Umwandeln von Sonnenenergie in elektrische Energie, der eine Einrichtung zum Einfangen von Sonnenstrahlen und zum Richten derselben auf ein von einem Halbleiterstäbchen bzw. -stab gebildetes Fotoelement durch ein Material, das transparent ist und Sonnenstrahlung in Infrarotstrahlung optisch umwandelt, aufweist, dadurch gekennzeichnet , daß diese Einrichtung von einem fokussierenden bzw. bündelnden Aufbau (20) von linearer Form gebildet ist, der eine Brennlxnie hat bzw. einen selchen Aufbau aufweist, und daß diese Einrichtung weiter von einer Platte (22; 36, 38: 48, 50) dieses transparenten und umwandelnden Materials gebildet ist bzw. eine solche Platte aufweist, itfobei diese Platte in der Nähe der Brennlxnie vorgesehen ist und die doppelte Funktion eines Lichtleiters und optischen Wandlers erfüllt; und wobei ferner das Halbleiterstäbchen (24,- 32, 34; 46) längs wenigstens eines der Längsränder dieser Platte angeordnet ist.
2. Sonnenenergiewandler nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß das Fotoelement von einen Halbleiterstäbchen (24; 32, 34; 46) mit Mehrfach-pn-übergärsgen, die senkrecht zur Achse des Stäbchens sind, gebildet ist bzw. ein solches Stäbchen aufweist, wobei die Dioden im wesentlichen parallel zu den pn-Übergängen beleuchtet sind.
3. Sonnenenergiewandler nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß er außerdem eine Einrichtung (40, 56) zum Abführen der Wärmeeinheiten aufweist, die in dem optischen Wandler (22; 36, 38; 48, 50) zerstreut werden, und daß diese Einrichtung einen Kreis für die Umwälzung eines wärmeabführenden Strömungsmittels umfaßt.

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4. Sonnenenergiewandler nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet , daß das Material des optischen Wand lers (22; 36, 38; 48, 50) von einer Flüssigkeit gebildet ist, die durch die Einrichtung zum Abführen der Wärmeeinheiten umgexvälzt werden kann.
5. Sonnenenergiewandler nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet , daß er zwei Diodenstäbchen (32, 34) umfaßt, sowie zwei optische !«randler (36, 38), die zwischen sich einen Kanal (40) begrenzen, in dessen Innerem ein wärmeabführendes Strömungsmittel zirkuliert.

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