DE3205439A1

DE3205439A1 - Solarkonzentrator mit hohlspiegeln

Info

Publication number: DE3205439A1
Application number: DE19823205439
Authority: DE
Inventors: Bernd 5630 Remscheid Melchior
Original assignee: Imchemie Kunststoff 5632 Wermelskirchen GmbH; Imchemie Kunststoff GmbH
Current assignee: VOLKSBANK REMSCHEID EG 5630 REMSCHEID DE
Priority date: 1981-03-02
Filing date: 1982-02-16
Publication date: 1983-08-25

Description

Solarkonzentrator mit Hohlspiegeln
Die Erfindung betrifft einen Solarkonzentrator mit Hohlspiegeln, die die Sonnenstrahlung auf ein zwischen dem Spiegel und der Sonne befindliches Halbleiterphotoelement konzentrieren und die von massiven Blöcken durchsichtigen Materials gebildet sind, deren Unterseiten konvex gebogen und verspiegelt sind, wobei in oder auf der Oberseite der Blöcke die Photoelemente angeordnet sind, auf der Oberseite ein Rohr zur Abführung der Wärme befestigt ist und zwischen den Photoelementen und dem Rohr eine profilförmige Halterung für das Rohr angeordnet ist, nach Patent ....... (Patentanmeldung P 31 07 888.5).
Es ist bekannt, Photoelemente oberhalb von Hohlspiegeln zu befestigen und diese einzeln elektrisch anzuschließen.
Montage und Anschluß der Kontakte erfordern einen hohen Arbeitsaufwand und lassen eine schnelle Demontage, insbesondere für ein Auswechseln, nicht zu. Darüber hinaus sind elektrische Sammelleitungen oder gebündelte Leitungen erforderlich, um den erzeugten elektrischen Strom zu einer Sammelstelle zu transportieren. In dem Fall, in dem die Photoelemente gekühlt werden müssen, sind zusätzliche Kühlleitungen erforderlich, die Montage und Anschluß der Photoelemente erschweren und darüber hinaus einen zusätzlichen Platzbedarf haben.
Aufgabe der Erfindung ist es, preiswerte Anschlüsse für Photoelemente bei Solarkonzentratoren zu schaffen, die leicht montierbar und demontierbar sind, darüber hinaus Montage und Demontage der Photoelemente vereinfachen und sowohl elektrische Anschlüsse schaffen als auch die Wärme abtransportieren.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß das Rohr zwei voneinander elektrisch isolierte, sich längs erstreckende, elektrisch leitende Profile aufweist, die jeweils an einem Pol der Photoelemente angeschlossen sind.
Die zwei voneinander elektrisch isolierten Profile bilden zwei getrennte elektrische Leiter, so daß ein zusätzliches elektrisches zwei- oder mehrpoliges Kabel zum Anschluß der Photoelemente nicht erforderlich ist.
Mindestens eines der beiden Profile kann ein Hohlprofil sein und wird dann von einem Kühlmittel durchflossen, so daß die Profile neben einer elektrischen Verbindung die Aufgabe wahrnehmen, die Photoelemente zu kühlen. Darüber hinaus können die Photoelemente direkt an mindestens einem der beiden Profile befestigt sein, so daß den Profilen auch eine Tragfunktion für die Photoelemente zukommt. Die Profile sind leicht mon- tierbar und demontierbar, so daß eine preiswerte Herstellung und eine einfache Reparatur gewährleistet ist.
Ein Anlöten von Kontakten kann entfallen. Mit einem einzigen Profilpaar können zahlreiche Photoelemente befestigt, miteinander verbunden, elektrisch angeschlossen und gekühlt werden.
Dabei wird vorgeschlagen, daß ein insbesondere im Querschnitt rechteckförmiges Hohlprofil das erste, sich längs erstreckende Profil des Rohres bildet, und auf einer der insbesondere ebenen Seitenwandungen des ersten Profils das zweite Profil isoliert befestigt ist. Auch kann das zweite Profil durch einen elektrisch isolierenden Kleber auf dem ersten Profil befestigt sein.
Eine einfache und preiswerte Herstellung wird dann erzielt, wenn das zweite Profil bandförmig ist.
Vorzugsweise wird vorgeschlagen, daß die auf der Oberseite des Blockes befestigte Halterung zwei elektrisch leitende, gegeneinander isolierte Profile aufweist, die zwischen sich einen von oben hin offenen Zwischenraum bilden, in dem das Rohr einliegt, und daß das erste Halterungsprofil am einen Rohrprofil und das zweite Halterungsprofil am anderen Rohrprofil anliegt. Hierdurch wird eine konstruktiv besonders einfache, preiswerte und sichere Befestigung der Profile auf dem Kollektor geschaffen. Diese im Querschnitt U-förmige, nach oben hin offene Halterung erlaubt ein Einsetzen der Profile auch dann noch, wenn die Halterung am Kollektor befestigt ist, so daß eine leichte Montage und Demontage gegeben ist. Schon nach dem Einsetzen insbesondere der klemmenden Halterung der Profile in der Halterung ist der elektrische Kontakt zwischen Profilen und Halte- rungsteilen gegeben. Darüber hinaus lassen diese Halterungen es zu, daß die Profile sich in den Halterungen in Längsrichtung bewegen können, so daß ein temperaturabhängiges Dehnen und Schrumpfen der Profile und/oder der Kollektoren als auch der Halterungen möglich ist.
Vorzugsweise wird vorgeschlagen, daß der Querschnitt des Zwischenraumes dem Querschnitt des Rohres entspricht.
Eine sehr einfache und preiswerte Bauweise wird dann erzielt, wenn beide Halterungsprofile L-förmig sind und deren untere Schenkel elektrisch isoliert aufeinander liegen.
Eine einfache, sichere und geschützte Befestigung der Photoelemente wird dadurch erreicht, daß die Halterung auf der Unterseite eine zur Rohrunterseite führende Öffnung aufweist, in der das Halbleiterphotoelement einliegt. Dabei ist auch ein einfacher, sicherer und mit geringem Arbeitsaufwand herstellbarer elektrischer Anschluß des Photoelementes zu den Teilen der Halterung möglich. Dabei kann die Öffnung nur in dem Schenkel des Halterungsprofils angebracht sein, der näher zur Kollektoroberseite liegt. Hierdurch kann die dem Kollektor abgewandte Seite des Photoelementes direkt auf einem Schenkel der Halterungsprofile aufliegen, so daß eine Anschlußleitung nicht erforderlich ist, sondern schon allein ein elektrisch leitender Kleber ausreicht.
Ferner wird vorgeschlagen, daß das Halbleiterphotoelement mit seiner Oberseite an der Unterseite des Rohres elektrisch leitend, insbesondere durch einen leitenden Kleber, befestigt ist. Auch kann die Unterseite des Halbleiterphotoelementes an dem äußeren zweiten Rohrprofil elektrisch angeschlossen sein.
Eine optimale Nutzung des Sonnenlichts wird dadurch erzielt, daß zwischen der Unterseite des Halbleiterphotoelements und der Oberseite des Blocks eine den optischen Kontakt schaffende durchsichtige Schicht liegt.
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in den Zeichnungen dargestellt und wird im folgenden näher beschrieben. Es zeigen: Fig. 1 eine Seitenansicht des Kollektors mit Rohr, Halterung und Photoelement im Schnitt; Fig. 2 vier Kollektoren mit paarweise angeschlossenen Photoelementen; und Fig. 3 eine Untersicht einer auf einen Kollektor noch nicht aufgesetzten Halterung mit eingelegtem Rohr.
Der Solarkonzentrator (Sonnenkollektor) besteht aus einem Block 15 aus durchsichtigem Material, wie Glas oder klarem Kunststoff, insbesondere Acrylglas, und weist eine konvex gekrümmte Unterseite 2 und eine flache ebene Oberseite 3 auf. Die in etwa rechteckförmige Oberseite 3 steht im Gebrauch rechtwinklig zur Haupteinstrahlungsrichtung, so daß die Strahlen von der Oberfläche möglichst wenig reflektiert werden. Die Oberseite 3 ist mit einer kratzfesten dünnen Schicht versehen.
Die Unterseite ist zumindest in einem zur Oberseite 3 rechtwinkligen Schnitt parabelförmig. Darüber hinaus kann die Unterseite 2 zweifach gekürmmt sein, so daß sie einen Teil eines Paraboloids bildet. Der Block kann von einem Segment bzw. einer Kuppel eines Paraboloids gebildet sein oder aber eine Scheibe aus einer Paraboloidkuppel (-Segment) sein, deren zueinander parallele Seitenflächen parallel zur Paraboloidachse liegen und den gleichen Abstand zu dieser Achse haben. Dabei steht die Fläche der Oberseite 3 rechtwinklig zur Paraboloidachse 16. Da die Dicke der Scheibe erheblich gefinger ist als die Länge der Oberseite 3, können diese Scheibensegmente derart nebeneinander aneinandergereiht werden, daß die Seitenflächen 17 der Blöcke 15 aneinander liegen und zur Deckung gelangen.
Die Unterseite 2 ist durch Aufdampfen von Silber verspiegelt und bildet damit einen mit durchsichtigem Material gefüllten Hohlspiegel, der die einfallenden Sonnenstrahlen innerhalb des Materials des Blocks zur Absorberfläche 8 hin reflektiert. Die Absorberfläche wird von einer Sonnenzelle (Halbleiterphotoelement) oder einem geschwärzten Wärmeleitelement gebildet. Die Absorberfläche 8 liegt mittig auf der Achse 16 und rechtwinklig zu dieser, aber nicht genau im Brennpunkt des Hohlspiegels, sondern gegenüber dem Brennpunkt in Richtung der Achse 16 zum Spiegel hin versetzt, damit die Strahlen die Absorberfläche 8 nicht punktförmig, sondern in einer Fläche treffen. Damit diese durch die Strahlen gebildete Fläche der Absorberfläche 8 entspricht, werden bei einem scheibenförmigen Block entsprechend den Figuren 1 oder 2 die äußeren Bereiche 18, die von der Achse 16 weiter entfernt liegen, mit einem geringeren Krümmungsradius versehen als der exakte Parabelverlauf, so daß die Fläche, auf der die Strahlen auftreffen, in Längsrichtung der Oberseite 3 gestreckt wird und damit die Form der etwa quadratischen Absor- berfläche 8 erhält. Durch eine solche Aufweitung der Parabelform kann es sich auch erübrigen, die Absorberfläche außerhalb des Brennpunktes zu legen.
Der Block 15 braucht nicht unbedingt nur eine zur Paraboloidachse parallele Scheibe zu sein, sondern kann auch ein quadratischer, regelmäßig fünfeckiger oder regelmäßig sechseckiger Ausschnitt aus einem Paraboloid sein, wobei dann die Oberseite 3 quadratisch, fünfeckig oder sechseckig ist und die Seitenflächen 17 sich rechtwinklig an die Seiten der Oberseite anschließen.
Die Paraboloidachse 16 liegt dabei immer mittig im Block und rechtwinklig zur Oberseite. In dieser Art geformte Blöcke lassen sich zur Bildung größerer Flächen aneinandersetzen, ohne unbenutzte Zwischenräume zu bilden.
Auf der Oberseite 3 des Blocks 15 aus durchsichtigem Material sind Halterungen 19 mittig befestigt, die ein Rohr 11 in regelmäßigen Abständen halten. Hierzu besteht die Halterung 19 aus zwei jeweils L-förmigen Halterungsprofilen 19a und 19b, deren untere waagerechte Schenkel mit einem geringen Abstand zueinander aufeinanderliegen, wobei dieser Abstand durch einen elektrisch isolierenden Kleber 28 ausgefüllt ist. Die beiden L-förmigen Halterungsprofile bilden damit zusammen ein nach oben hin offenes U-Profil, dessen innerer Abstand der Breite des Rohrs 11 entspricht, so daß das Rohr 11 einklemmend gehalten ist.
Das zweite Halterungsprofil 19b weist in dem zur Oberseite 3 parallelen und zur Oberseite 3 näher liegenden Schenkel eine rechtwinklige Öffnung 29 auf, die das Halbleiterphotoelement 8 aufnimmt, wobei das Photo- element mit seiner dem Block 15 abgewandten Seite auf dem parallelen Schenkel des Halterungsprofils 19a aufliegt und dort insbesondere durch einen elektrisch leitenden Kleber 30 befestigt ist Die dem Block 15 zugewandte Seite des Photoelements 8 kann über eine Leitung,eine Lötstelle oder einen leitenden Streifen mit dem zweiten Halterungsprofil 19b elektrisch leitend verbunden sein. Zwischen dieser Seite des Photoelements und der Oberseite 3 des Blocks 15 befindet sich eine durchsichtige Schicht 31, die den optischen Kontakt herstellt und aus Silikonkautschuk bestehen kann.
Das Rohr 11 ist im Ausführungsbeispiel im Querschnitt rechteckförmig, kann aber auch andere Querschnittformen besitzen. Es weist ein erstes Profil 11a auf, das von einem im Querschnitt rechteckförmigen, insbesondere quadratischen Hohlprofil 11a gebildet wird. An der Seitenwandung des Profils 11a ist ein bandförmiges zweites Profil 11b durch einen elektrisch isolierten Kleber 11c befestigt. Beide Profile 11a und 11b bestehen aus Metall, so daß sie elektrisch leitend sind. Die Profile 11a und 11b sind an zumindest einem der beiden Enden an Verbraucher oder weiterführende Leitungen angeschlossen, und das Profil 11a ist von einem wärmetransportierenden Fluid, insbesondere einer Flüssigkeit, durchströmt. Leerseite

Claims

Ansprüche 1. Solarkonzentrator mit Hohispiegeln, die die Sonnenstrahlung auf ein zwischen dem, Spiegel und der Sonne befindliches Halbleiterphotoelement konzentrieren und die von massiven Blöcken durchsichtigen Materials gebildet sind, deren Unterseiten konvex gebogen und verspiegelt sind, wobei in oder auf der Oberseite der Blöcke die Photoelemente angeordnet sind, auf der Oberseite ein Rohr zur Abfjihrung der Wärme befestigt ist und zwischen den Photoelementen und dem Rohr eine profilförmige Halterung r das Rohr angeordnet ist, nach Patent ........... (Patentanmeldung P 31 07 888.5), d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t- , daß das Rohr (11) zwei voneinander elektrisch isolierte, sich längs erstreckende, elektrisch leitende Profile (11a, lib) aufweist, die jeweils an einem Pol der Photoelemente (8) angeschlossen sind.
2. Solarkonzentrator nach Anspruch 1, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß ein insbesondere im Querschnitt rechteckförmiqes Hohlprofil das erste, sich längs erstreckende Profil (via) des Rohres bildet, und auf einer der insbesondere ebenen Seitenwandungen des ersten Profils das zweite Profil (11b) isoliert befestigt ist.
3. Solarkonzentrator nach Anspruch 1 oder 2, d a -d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß das zweite Profil (1lb) durch einen elektrisch isolierenden Kleber (iic) auf dem ersten Profil (11a) befestigt ist.
4. Solarkonzentrator nach einem der Ansprüche 1 bis 3, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß das zweite Profil (1lb) bandförmig ist.
5. Solarkonzentrator nach einem der Ansprüche 1 bis 4, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß die auf der Oberseite (3) des Blockes (15) befestigte Halterung zwei elektrisch leitende, gegeneinander isolierte Profile (19a, 19b) aufweist, die zwischen sich einen von oben hin offenen Zwischenraum bilden, in dem das Rohr (11) einliegt, und daß das erste Halterungsprofil (19a) am einen Rohrprofil (11a) und das zweite Halterungsprofil (19b) am anderen Rohrprofil (leib) anliegt.
6. Solarkonzentrator nach Anspruch 5, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß der Querschnitt des Zwischenraumes dem Querschnitt des Rohres (11) entspricht.
7. Solarkonzentrator nach Anspruch 5 oder 6, d a -d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß beide Halterungsprofile (19a, 19b) L-förmig sind und deren untere Schenkel elektrisch isoliert aufeinander liegen.
8. Solarkonzentrator nach einem der Ansprüche 1 bis 7, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß die Halterung (19) auf der Unterseite eine zur Rohrunterseite führende Öffnung (29) aufweist, in der das Halbleiterphotoelement (8) einliegt.
9. Solarkonzentrator nach Anspruch 8, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß die Öffnung (29) nur in dem Schenkel des Halterungsprofils (19b) angebracht ist, der näher zur Kollektoroberseite liegt.
10. Solarkonzentrator nach Anspruch 8 oder 9, d a -d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß das Halbleiterphotoelement (8) mit seiner Oberseite an der Unterseite des Rohres (11) elektrisch leitend, insbesondere durch einen leitenden Kleber (30), befestigt ist.
11. Solarkonzentrator nach einem der Ansprüche 8 bis 10, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß die Unterseite des Halbleiterphotoelements (8) an dem äußeren zweiten Rohrprofil (11b) elektrisch angeschlossen ist.
12. Solarkonzentrator nach einem der Ansprüche 5 bis 11, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß zwischen der Unterseite des Halbleiterphotoelements (8) und der Oberseite (3) des Blocks (15) eine den optischen Kontakt schaffende durchsichtige Schicht (31) liegt.