DE29614805U1

DE29614805U1 - Solarmodul

Info

Publication number: DE29614805U1
Application number: DE29614805U
Authority: DE
Original assignee: Hne Elektronik & Co Satel GmbH
Current assignee: Hne Elektronik & Co Satel GmbH
Priority date: 1996-08-26
Filing date: 1996-08-26
Publication date: 1997-01-02
Anticipated expiration: 2006-08-27

Description

Die Erfindung betrifft ein Solarmodul. Solarmodule werden eingesetzt, um aus Sonnenlicht Energie zu erzeugen. Beispielsweise werden Solarzellen oder Wärmetauscher der Sonnenstrahlung ausgesetzt. Bei den Solarzellen wird mit dem photovoltarsehen Effekt die Lichtstrahlung in Strom umgewandelt. Bei Wärmetauschern werden beispielsweise Rohrleitungen dem Sonnenlicht ausgesetzt. In diesem zirkuliert Wasser, das sich erwärmt.

Um bei den Solarzellen eine hohe Stromerzeugung zu verwirklichen, wird das Sonnenlicht fokusiert. Bei dieser Vorgehensweise ist die Leistungsfähigkeit der Solarzelle durch die Wärmeeinwirkung des Sonnenlichts beschränkt.

Es ist Aufgabe der Erfindung, ein Solarmodul der eingangs erwähnten Art zu schaffen, bei dem der Wirkungsgrad verbessert ist.

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I" Diese Aufgabe der Erfindung wird dadurch gelöst, daß mit einer Licht- - Äufspaitungseinheit, die einfallendes Licht in Spektren zerlegt, die Strahlung zumindest eines Spektrums einer Energiegewinnungseinheit zugeführt ist.

Die Erfindung macht sich die Erkenntnis zugrunde, daß verschiedene Energiegewinnungseinheiten mit bestimmten Strahlungen arbeiten. So ist beispielsweise bei Wärmegewinnungsanlagen der Infrarot-Bereich ausgenutzt. Dieser Infrarot-Bereich beeinflußt jedoch Solarzellen nachteilig. Mit dem Infrarot-Bereich wird eine Erwärmung der Solarzellen herbeigeführt. Diese reduziert die Leistungsfähigkeit. Solarzellen nutzen zur Stromerzeugung nur den Solarbereich des Lichtes aus. Dadurch, daß die Licht-Aufspaltungseinheit nun das einfallende Sonnenlicht in seine Spektren zerlegt, können die einzelnen Spektren gezielt der bestimmten Energiegewinnungseinheit zugeführt werden. Damit kann der Wirkungsgrad des Solarmoduls erheblich gesteigert werden.

ist nach einer Ausgestaltung der Erfindung vorgesehen, daß das einfallende Licht optischen Elementen zugeleitet ist, und daß die optischen Elemente ein konzentriertes, parallelisiertes Strahlenbündel abgeben, das der Licht-Aufspaltungseinheit zugeführt ist, dann ist auf einfache Weise erreicht, daß der Energiegewinnungseinheit eine hohe Strahlungskonzentration zugeführt ist. Hierdurch kann der Wirkungsgrad des Solarmoduls noch weiter gesteigert werden. Die Solarzelle beispielsweise ist nicht mehr durch den Grad der Wärmeeinwirkung, sondern nur noch durch den Ohm'schen Effekt der Leitungsführung begrenzt.

Vorteilhafterweise ist hierbei nach der Erfindung vorgesehen, daß das einfallende Licht einer als optisches Element ausgebildeten ersten konvexen Linse zugeleitet ist, daß mit der ersten konvexen Linse das einfallende Licht zu

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einem auf einen Brennpunkt fokusierten Licht abgelenkt wird, und daß mit einer als optisches Element ausgebildeten zweiten konvexen Linse das fokusierte Licht zu einem parallelisierten Strahlenbündel umgewandelt wird, das der Energiegewinnungseinheit zugeführt ist, wobei dei beiden konvexen Linsen eine unterschiedliche Brennweite aufweisen. Es ist aber auch möglich, daß die optischen Elemente als konvexe Hohlspiegel ausgebildet sind. Mit diesen Anordnungen wird die Strahlung des einfallenden Lichtes je nach Wahl der Brennweite, der Linsen bzw. der Hohlspiegel und der hierfür verwendeten Materialien eine hohe Konzentrierung des einfallenden Lichtes erreicht.

Eine Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, daß das der Licht-Aufspaltungseinheit zugeführte einfallende Licht von einem Planspiegel umgelenkt ist. Hierbei kann der Planspiegel justierbar sein, so daß eine Korrektur der Einstrahlrichtung des einfallenden Lichtes zu der Licht-Aufspaitungseinheit durchgeführt werden kann.

Es ist aber auch möglich, mittels einer anderen, beliebig ausgestalteten Steuereinheit eine Ausrichtungskorrektur auf eine Veränderung der Einfallsrichtung des einfallenden Lichtes durchzuführen. Hierfür können beispielsweise Schrittmotoren verwendet sein, die das gesamte Solarmodul oder nur Teile, beispielsweise die Licht-Aufspaltungseinheit, bewegen. Insbesondere wird die Ausrichtung auf die Sonnenwanderung im Verlauf eines Tages abgestimmt sein.

Es ist denkbar, daß als Licht-Aufspaltungseinheit ein optisches Prisma oer ein optisches Gitter verwendet ist. Das optische Gitter hat gegenüber dem optischen Prisma den Vorteil, daß diskretere Strahlungsspektren erzeugt werden.

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X. I

FAIs Energiegewinnungseinheit kann eine Solarzelle bevorzugt in dem Spektrum "angeordnet sein, das von der Licht-Ausspaltungseinheit abgegeben ist und im Strahlungswellenbereich von 500 Nanometer bis 1 Mikrometer liegt.

Eine Wärmegewinnungseinheit ist bevorzugt in dem Spektrum, das durch den _v Infrarot-Bereich gebildet ist, lokalisiert.

- Nach einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung ist vorgesehen, daß das Spektrum, das von der Licht-Aufspaltungseinheit abgegeben ist und im Strahlungswellenbereich, der durch das sichtbare Licht bestimmt ist, liegt, einer Beleuchtungseinheit zugeführt ist. Beispielsweise ist es denkbar, dieses Spektrum über eine konvexe Linse oder einen Konvexspiegel fokusieren und in

; einen Lichtweilenleiter einzuspeisen. Über diesen Lichtwellenleiter kann das sichtbare Licht dann an die gewünschte Stelle transportiert werden.

Die Erfindung wird im folgenden anhand eines Ausführungsbeispiels, wie es in der Zeichnung gezeigt ist, näher erläutert.

In der Darstellung ist schematisch ein Solarmodul mit einer Licht-Aufspaltungseinheit 10 und einer Energiegewinnungseinheit 18 dargestellt. Die Lichtaufspaltungseinheit 10 ist vorliegend als optisches Glasprisma ausgebildet. Es ist jedoch auch möglich, ein optisches Gitter zu verwenden.

Einfallendes Sonnenlicht 13 wird mittels eines optischen Elementes 11, das vorliegend als konvexe Linse ausgebildet ist, zu dem fokusierten Licht 14 abgelenkt. Das fokusierte Licht 14 ist auf den Brennpunkt 15 gebündelt. In Lichtfortbewegungsrichtung hinter dem Brennpunkt 15 ist ein zweites optisches Element 12 angeordnet. Dieses optische Element 12 ist ebenfalls eine konvexe

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Linse. Die von diesem optischen Element 12 aufgefangenen Lichtstrahlen werden zu einem parallelen Strahlenbündel 16 zusammengeführt. Mit den beiden optischen Elementen 11, 12 kann also eine Konzentration des einfallenden Lichtes 13 zu dem parallelisierten Strahlenbündel 16 erfolgen. Anstatt der konvexen Linsen können als optische Elemente auch zwei konvexe Hohlspiegel verwendet werden. Auch mit diesen läßt sich aus dem einfallenden Licht 13 ein parallelisiertes Strahlenbündel erzeugen. Wichtig ist hierbei jedesmal, daß die beiden optischen-Elemente 11, 12 verschiedene Brennweiten aufweisen. Die Brennweite "des optischen Elementes 11 ist dabei stets größer als die Brennweite des optischen Elementes 12.

Das parällelisierte Strahlenbündel wird der Licht-Aufspaltungseinheit 10 zugeführt. Beim Durchtritt durch die Licht-Aufspaltungseinheit 10 wird das einfallende Licht 13 in seine Spektren 20 aufgeteilt. Diese Spektren stehen nun zur Verfügung, um Energiegewinnungseinheiten 18 zu betreiben. Im Ausführungsbeispiel ist lediglich eine Energiegewinnungseinheit 18 dargestellt. Diese soll eine Solarzelle darstellen. Die Solarzelle ist im Spektrum 20 angeordnet, das . eine Strahlung im Bereich zwischen 650 und 850 Nanometer Wellenlänge beinhaltet, in diesem Strahlungsbereich, auch Solarbereich genannt, kann die Solarzelle individuell nach ihrer Beschaffenheit und Ausgestaltung so angeordnet werden, daß sie mit der für sie optimalen Strahlung versorgt wird. Mit dieser Anordnung ist vermieden, daß Infrarot-Strahlung, welche im Bereich von 2,5 Mikrometer bis 800 Nanometer Wellenlänge angeordnet ist, auf die Solarzelle trifft. Eine Erwärmung der Solarzelle ist hierdurch ausgeschlossen. Die Solarzeile wird damit lediglich durch den Ohm'schen Effekt der Leitungsführung begrenzt.

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In einer Weiterführung der Erfindung ist es möglich, in dem Infrarot-Bereich eine Wärmegewinnungseinrichtung anzuordnen. Die Wärmegewinnungseinrichtung wird dann nur durch die für sie maßgebenden Wärmestrahlungen beaufschlagt. Pie Wärmegewinnungseinrichtung kann alternativ oder zusammen mit der Solarzelle betrieben werden. Werden die Wärmegewinnungseinrichtung und die Solarzelle zusammen betrieben, so ist stets eine räumliche Trennung des fl| Stromerzeugungsbereiches, der der Solarzelle zugeordnet ist, und des Wärmeerzeugungsbereiches geschaffen. Mit einer solchen Anordnung läßt sich die Energie des einfallenden Lichtes optimal ausnutzen.

Weiterhin kann vorgesehen sein, daß das Spektrum des sichtbaren Lichtes einer Beleuchtungseinrichtung zugeführt ist. Hierbei kann das sichtbare Licht beispielsweise gebündelt und über Lichtleitfasern an die gewünschten Beleuchtungsorte transportiert werden.

Um eine Ausrichtung des Solarmoduls auf den sich im Laufe eines Tages veränderten Einstrahlwinkels der Sonne ausrichten zu können, wird eine aus der Zeichnung nicht ersichtliche Steuereinheit verwendet. Diese richtet mit Schrittmotoren das Solarmodul kontinuierlich zur Sonne aus.

Claims

7 - 26. August 1996 Ansprüche

1. Solarmodul mit einer Licht-Aufspaltüngseinheit (10), die einfallendes Licht (13) in Spektren (20) zerlegt, bei dem die Strahlung zumindest eines Spektrums (20) einer Energiegewinnungseinheit (18) zugeführt ist.

2. Solarmodul nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,

daß das einfallende Licht (13) optischen Elementen (11,12) zugeleitet ist, und

daß die optischen Elemente (11,12) ein konzentriertes, parallelisiertes Strahlenbünde! (16) abgeben, das der Licht-Aufspaltungseinheit (10) zugeführt ist.

3. Solarmodul nach Anspruch 2,
dadurch gekennzeichnet,

daß das einfallende Licht (13) einer als optisches Element (11) ausgebildeten ersten konvexen Linse zugeleitet ist,

daß mit der ersten konvexen Linse das einfallende Licht (13) zu einem auf einen Brennpunkt (15) fokusierten Licht abgelenkt wird, und
daß mit einer als optisches Element (12) ausgebildetne zweiten konvexen Linse das fokusierte Licht (14) zu einem parallelisierten Strahlenbündel (16) umgewandelt wird, das der Energiegewinnungseinheit (10) zugeführt ist, wobei dei beiden konvexen Linsen eine unterschiedliche Brennweite aufweisen.

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4. Solarmodul nach Anspruch 2,
dadurch gekennzeichnet,

daß die optischen Elemente (11,12) als konvexe Hohlspiegel ausgebildet sind.

5. Solarmodui nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet,

daß das der Licht-Aufspaltungseinheit (10) zugeführte einfallende Licht (13) von einem Planspiegel umgelenkt ist.

6. Solarmodui nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet,

daß mittels einer Steuereinheit eine Ausrichtungskorrektur auf eine Veränderung der Einfallsrichtung des einfallenden Lichtes (13) durchführbar ist.

7. Solarmodul· nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet,

daß die Licht-Aufspaltungseinheit (10) ein optisches Prisma oer ein optisches Gitter ist.

8. Solarmodul nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet,

daß in dem Spektrum (20), das von der Licht-Aufspaltungseinheit (10) abgegeben ist und im Strahlungswelienbereich von 500 Nanometer bis 1 Mikrometer liegt, eine Solarzelle als Energiegewinnungseinheit (18) angeordnet ist.

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9. Solarmodul nach einem derAnsprüche 1 bis 8,
dadurch gekennzeichnet,

daß in dem Spektrum (20), das von der Licht-Aufspaltungseinheit (10) abgegeben ist und im Strahlungsweüenbereich, der durch den Infrarot-Bereich bestimmt ist, liegt, eine Wärmegewinnungseinheit angeordnet ist.

10. Solarmodul nach einem der Ansprüche 1 bis 9,
dadurch gekennzeichnet,

daß das Spektrum (20), das von der Licht-Aufspaitungseinheit (10) abgegeben ist und im Strahlungsweüenbereich, der durch das sichtbare Licht bestimmt ist, liegt, einer Beleuchtungseinheit zugeführt ist.

11. Soiarmodul nach Anspruch 10,
dadurch gekennzeichnet,

daß das von der Licht-Aufspaltungseinheit (10) abgegebene Spektrum (20), das den Strahlungswellenbereich des sichtbaren oder des Infrator-Bereiches bildet, mittels einer konvexen Linse oder eines Konvexspiegels mit logarithmischer Krümmung konzentriert ist.