DE3226167A1 - Solar energy conversion system - Google Patents

Solar energy conversion system

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DE3226167A1 DE19823226167 DE3226167A DE3226167A1 DE 3226167 A1 DE3226167 A1 DE 3226167A1 DE 19823226167 DE19823226167 DE 19823226167 DE 3226167 A DE3226167 A DE 3226167A DE 3226167 A1 DE3226167 A1 DE 3226167A1
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Abstract

In a solar converter unit, combined conversion of focused solar radiation into electrical and usable thermal energy is implemented, solar cells positioned in the solar converter supplying electrical energy and the fluid flowing through the solar converter absorbing thermal energy in the following stages; radiation which is incident as heat, is absorbed by the solar cells but is not converted into electrical energy, radiation absorption in the fluid which is incident as heat whose spectral absorption is matched in a manner which is complementary to the spectral sensitivity of the solar cells, and absorbed radiation, which is incident as heat, on structures of the solar converter. Apart from slight thermal and radiation losses, the concentrated solar radiation is completely used in the production of electrical and thermal energy.

Description

Pat.#ntbcsc#reib#ng:Pat. # Ntbcsc # rub # ng:

Die Erfindung betrifft eine Sonnenenergie-Umwandlungsanlage gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.The invention relates to a solar energy conversion system according to the preamble of claim 1.

Eine Sonnenenergie-Umwandlungsanlage mit einem strahlenbündelnden System, wobei die gebündelten Strahlen von Solarzellen und mindestens einem Wärmeabsorber aufgenommen werden, ist aus DF-OS 28 555 53 bekannt. Dabei wird die auf die Solarzellen gerichtete gebündelte Solarstrahlung durch einen vor den Solarzellen befindlichen Sekundärspiegel in einen von den Solarzellen in elektrische Energie umsetzbaren, durchgelassenen spektralen Anteil und in einen komplementären, reflektierten spektralen Anteil getrennt. Der reflektierte Anteil wird. auf einen getrennten thermischen Absorber konzentriert urd in Wärme umgesetzt.A solar energy conversion system with a beam bundling System in which the bundled rays from solar cells and at least one heat absorber are included, is known from DF-OS 28 555 53. This is done on the solar cells Directed bundled solar radiation through one located in front of the solar cells Secondary mirror in one of the solar cells convertible into electrical energy, transmitted spectral component and into a complementary, reflected spectral Share separately. The reflected portion will. on a separate thermal Absorber concentrated and converted into heat.

Durch die Abspaltung des von den Solarzellen nicht oder nur gering nutzbaren spektralen Anteils werden die Solarzellen unter sonst gleichen Randbedingungen thermisch entlastet und erreichen dadurch einen temperaturbedingt höheren Wirkungsgrad der Umsetzung Strahlungsenergie -elektrische Energie der Solarzellen. Aus der spektralen Empfindlichkeitsverteilung der eingesetzten Solarzellen resultiert die zu fordernde spektrale Transmission bzw.Due to the splitting off of the solar cells not at all or only slightly The solar cells become usable spectral portion under otherwise identical boundary conditions thermally relieved and thus achieve a higher degree of efficiency due to the temperature the implementation of radiation energy - electrical energy of the solar cells. From the spectral The sensitivity distribution of the solar cells used results in the one to be demanded spectral transmission or

Reflexion des Sekundärspiegels, daraus folgen die vom Sekundärspiegel durchgelassenen bzw. reflektierten Leistungsanteile der gebündelten Solarstrahlung.Reflection of the secondary mirror, resulting from that of the secondary mirror transmitted or reflected power components of the bundled solar radiation.

Unabhängig von der Relation dieser Leistungsanteile wird von dem a1lf die Solarzellen fallenden Leistungsanteil nur ein dem Umsetzungswirkungsgrad entsprechender zellen-und temperaturabhängiger Bruchteil von 15 bis 20 in elektrische Energie umgesetzt, der komplemetäre Anteil von 80 bis 85% bleibt ungenutzt.Regardless of the relationship between these performance shares, the a1lf the solar cells falling power share only a corresponding to the conversion efficiency cell- and temperature-dependent fraction of 15 to 20 converted into electrical energy, the complementary share of 80 to 85% remains unused.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die durch optische Systeme aufwendig gebündelte Solarstrahlung in kombivierter elektrisch/thermischer Umsetzung zu einem mög- lichst hohen Anteil zu nutzen.The invention is based on the object by optical systems Elaborately bundled solar radiation in a combined electrical / thermal implementation to a possible to use as high a share as possible.

Diese Aufgabe wird durch die in Anspruch 1 gekennzeichneten Merkmale gelöst.This object is achieved by the features characterized in claim 1 solved.

In der erfindungsgemäßen Sonnenenergie-Umwandlungsanlage wird in der als Solarwandler bezeichneten Einheit eine kombiniew*e Umsetzung der gebündelten Solarstrahlung in elektrische und thermische Energie realisiert.In the solar energy conversion system according to the invention is in the A unit called a solar converter is a combined implementation of the bundled Solar radiation converted into electrical and thermal energy.

Im Unterschied zur Anlage nach dem beschriebenen Stand der Technik, bei der eine getrennte elektrisch/thermische Nutzung der durch Sekundärspiegel gesplitteten spektralen Anteile in getrennten einheiten ohne Nutzung des aufgrund des physikalisch begrenzten Umsetzungswirkungsgrades thermisch an den Solarzellen anfallenden energetischen Anteils erfolgt, wird beim erfindungsgemäßen System in einer abgeschlossenen Solarwandler-Finheit die auf diese treffende gebündelte Solarstrahlung in elektrische Energie umgewandelt und der nicht in elektrische Energie umgewandelte Anteil in nutzbare ,thermische Energie umgesetzt. Im Unterschied zur Anlage nach dem beschriebenen Stand der Technik erfolgt beim erfindungsgemäßen System eine energetische Teilabspaltung durch spektral selektive Strahlenabsorption des-Fluids in einen thermischen Anteil, wobei das Fluid daneben als Wärmeträger uni zur Zellenkühlung unter Nutzung der an den Solarzellen anfallenden thermischen Energie verwendet wird.In contrast to the system according to the state of the art described, in which a separate electrical / thermal use of the split by secondary mirrors spectral components in separate units without using the due to the physical limited conversion efficiency thermal energetic accumulating on the solar cells In the system according to the invention, it takes place in a closed solar converter finness the bundled solar radiation that hits this is converted into electrical energy and the portion not converted into electrical energy into usable, thermal energy Energy implemented. In contrast to the system according to the state of the art described In the system according to the invention, an energetic partial splitting off takes place by spectral selective radiation absorption of the fluid in a thermal fraction, the fluid next to it as a heat transfer medium for cell cooling using the on the solar cells accruing thermal energy is used.

Im angeführten System nach dem Stand der Technik sind im spektral selektiven, als Sekundärspiegel ausgebildeten Element die durchgelassenen und reflektierten spektralen Anteile relevant, während der absorbierte Anteil dieser Elemente gering -ist; hingegen ist im erfindungsgemäßen System als spektral selektives Element das Fluid durch die spektralen Anteile der Transmission, der Absorption und Streuung kennzeichnend.In the cited system according to the state of the art, the spectral selective element designed as a secondary mirror, the transmitted and reflected elements spectral components are relevant, while the absorbed proportion of these elements is low -is; on the other hand, in the system according to the invention, the spectrally selective element is that Fluid through the spectral components of transmission, absorption and scattering characteristic.

Bei der erfindungsgemäßen Soiinenenergie-Umwandlungsanlage wird die auf den Solarwandler fallende gebündelte Strahlung bis auf thermische und Strahlungs-Verluste an den Aussenflächen des# Solarwandlers und der Fluid-Leitungen, sowie bis auf den aus dem Eintrittsfenster der primär gebündelten Strahlung austretenden Streustrahlenanteil vollständig in elektrische und nuztbare thermische Energie umgesetzt.In the solar energy conversion system according to the invention, the Bundled radiation falling on the solar converter except for thermal and radiation losses on the outer surfaces of the # solar converter and the fluid lines, as well as up to the Part of the scattered radiation emerging from the entrance window of the primarily bundled radiation completely converted into electrical and usable thermal energy.

Unter Einsatz von Solarzellen mit günstigem Temperaturverhalten des Zellen-Umsetzungswirkungsgrades Strahlungsenergie - elektrische Energie, z.B. auf Gallium-Arsenid-Basis, wird beim erfindungsgemäßen System gebündelte Solarstrahlung in elektrische Energie umgewandelt, wobei der nicht in elektrische Energie umgesetzte Anteil der in den Solarzellen absorbierten Strahlung an ein Fluid durch Wärmeübergang abgegeben wird und dieses Fluid den durch Eigenabsorption bestimmten spektralen Anteil, der komplementär zu dem von den Solarzellen in elektrische Energie umsetzbaren Anteil beschaffen sein soll, absorbiert, und das Fluid weiterhin durch Wärmeübergang den an der Wandung des Solarwandlers, am Abflußrohr und an der Abflußrohr und Solarwandler mechanisch verbindenden Radialstruktur in Wärme umgesetzten Strahlungsanteil aufnimmt.Using solar cells with favorable temperature behavior of the Cell conversion efficiency Radiant energy - electrical energy, e.g. on Gallium arsenide base, is focused solar radiation in the system according to the invention converted into electrical energy, the non-converted into electrical energy Share of the radiation absorbed in the solar cells in a fluid through heat transfer is released and this fluid the spectral determined by self-absorption Proportion that is complementary to that which can be converted into electrical energy by the solar cells Share should be absorbed, and the fluid continues through heat transfer the ones on the wall of the solar converter, on the drain pipe and on the drain pipe and solar converter mechanically connecting radial structure absorbs radiation fraction converted into heat.

D'as Fluid erfährt im Solarwandler eine dreistufige Temperaturerhöhung, an den SBarellen beim Niveau der Ein# trittstemperatur, im zentralen Fluii-Bereich bei höherem Temperatirniveau, und im Bereich der Radialstruktur und des Abf lußrohrs bei weiter erhöntem Temperaturniveau, so daß für die Solarzellen ein temperaturbedingt höherer Umsetzungs-Wirkungsgrad,bei bestimmtem erreichtem Temperaturniveau der gesamten nutzbaren thermischen Energie, durch das erfindungsgemäße System erreicht wird.The fluid experiences a three-stage temperature increase in the solar converter, at the barrels at the level of the inlet temperature, in the central fluii area at a higher temperature level, and in the area of the radial structure and the drainpipe at a further increased temperature level, so that for the solar cells a temperature-related higher conversion efficiency, with a certain reached temperature level of the entire usable thermal energy, is achieved by the system according to the invention.

Die erfindungsgem e Sonnenenergie-Umwandlungsanlage kann z.. vorteilhaft zur Erzeugung von elektrischer Energie unter Auskopplung der Prozesswärme an eine Ammoniak-Wasser- Absorberkühlmaschine zur Klimatisierung und Kühlung eingesetzt werden. Das über den Solarwandler gepumpte Fluid wird z.B. von 430 K Eintrittstemperatur auf 460 K Austrittstemperatur gebracht und gibt über einen integrierten Wärmeübertrager Prözesswärme ab oder belädt mit entsprechenden Temperaturen einen temperatur-geschichteten Speicher. Betriebs-Eintritts- und -Lustritts-Temperaturen am Solarwandler orientieren sich an der erforderlichen Arbeitstemperatur des angekoppelten Prozesses, der Leistungsanpassung und den Leistungsübertragern.The solar energy conversion system according to the invention can, for example, be advantageous for generating electrical energy by extracting the process heat to a Ammonia water Absorption cooling machine for air conditioning and cooling can be used. The fluid pumped via the solar converter is e.g. from 430 K The inlet temperature is brought to 460 K outlet temperature and there is an integrated Heat exchanger process heat from or loads one with corresponding temperatures temperature-stratified storage. Operating inlet and outlet temperatures on the solar converter are based on the required working temperature of the connected Process, the power adjustment and the power transmitters.

Die für den Umsetzungswirkungsgrad Strahlungsleistung -elektrische Leistung der Solarzellen bestimmende Solarzellen-Temperatur bestimmt sich aus den Betriebs-Eintritts- und -A'ustritts-Temperaturen des Fluids am Solarwandler, der Relation der an den Solarzellen anfallenden thermischen Leistung gegenüber der im Fluid durch RigenabsorptiDn und an den vorderen Solarwandlerelementen anfallenden thermischen Leistung, und dem Wärmeübergangsvorgang an den Grenzflächen vluid/Solarzellen. Durch die erfindungsgemäße Konstruktion und Ausgestaltung wird die Solarzellen-Temperatur nahe an der Fluid-Eintritts-Temperatur gehalten.The radiation power -electric for the conversion efficiency The solar cell temperature, which determines the performance of the solar cells, is determined by the Operating inlet and outlet temperatures of the fluid at the solar converter, the Relation of the thermal power generated by the solar cells compared to the im Fluid through RigenabsorptiDn and accumulating on the front solar converter elements thermal power, and the heat transfer process at the vluid / solar cell interfaces. The solar cell temperature is determined by the construction and configuration according to the invention kept close to the fluid entry temperature.

Eine vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung ist in den Unteransprüchen gekennzeichnet.An advantageous embodiment of the invention is set out in the subclaims marked.

Die Erfindung wird nachstehend anhand der in den Zeichnungen Fig..1 und Fig.2 dargestellten A#usführungsform erläutert.The invention is explained below with reference to the drawings Fig..1 and Fig. 2 illustrated embodiment explained.

Fig.1 zeigt schematisch einen Schnitt durch den Solarwandler mit den wichtigsten Details, sowie eine Skizzierung der wirksamen Strahlenbündel.Fig.1 shows schematically a section through the solar converter with the most important details, as well as a sketch of the effective bundle of rays.

Die Fluidzuführuni: zum kugelförmigen Solarwandler erfolgt durch das Zuführungsrohr ',0, dessen Oeffnungen 31, 32, 33 und die abschließendo strahlendur'chäsige Fluidführung @@ so b@mes@@n sind,daßdiedaß jeweiligen Fluid-Teilströme zu den in der Wabenstruktur-Kugelschale 23 gehalterten Solarzellen 22 einen entsprechenden Wärmeübergang gewährleisten, und auüerdern im zentralen Fluid-Bereich des Solarwandlers die erforderliche Strömung in Richtung auf das Fluid-Abflußrohr 19 gegeben ist.The fluid supply: to the spherical solar converter takes place through the Feed pipe ', 0, its openings 31, 32, 33 and finally the radiating diameter Fluid guide @@ so b @ mes @@ n are that the respective Fluid partial flows to the solar cells 22 held in the honeycomb structure spherical shell 23 a corresponding one Ensure heat transfer and take place in the central fluid area of the solar converter the required flow in the direction of the fluid discharge pipe 19 is given.

Die Wabenstruktur-Kugelschale 23 ist konzentrisch zum Mittelpunkt des engsten Strahlenbündels 15, mit einer kreisförmigen Öffnung für das Fluid-Zuführungsrohr ausgebildet und durch elastische Verbindungsteile 29 an der Wandung des Solarwandlers gehaltert. Durch entsprechende Verschiebung der Wabenstruktur-Kugelschale 23 zur Eintrittsseite des Fluids kann eine Anpassung der Strömungsquerschnitte im Bereich Wabenstruktur-Kugelschale zu Solarwandler-Wandung realisiert werden.The honeycomb structure spherical shell 23 is concentric with the center of the narrowest beam 15, with a circular opening for the fluid supply tube formed and by elastic connecting parts 29 on the wall of the solar converter held. By shifting the honeycomb structure spherical shell 23 to The inlet side of the fluid can adapt the flow cross-sections in the area Honeycomb structure spherical shell to solar converter wall can be realized.

Die Wabenstruktur-Kugelschale 23 trägt die einzelnen Solarzellen 22, die ihrerseits zu Gruppen elektrisch seriell verschaltet sind. Die Stromleitungen von den Solarzellen 22 nach außen erfolgen durch die metallischen elastischen Verbindungsteile 29.The honeycomb structure spherical shell 23 carries the individual solar cells 22, which in turn are electrically connected in series to form groups. The power lines from the solar cells 22 to the outside through the metallic elastic connecting parts 29

Die Wabenstruktur-Kugelschale 23 ist in einer zweckmäßigen Ausführung aus Keramikmaterial mit integrierten metallischen Leitern zum Verschalten der Solarzellen 22 aufgebaut. Die einzelnen Solarzellen 22 sind zweckmäßig zur mechanischen Stabilisierung auf metallischen Basisplatten, mit Ri#penstrukturen, zur Fluidströmung ausgerichtet, wahlweise über dünne Keramikplättchen zur elektrischen Isolierung, aufgebaut. Die einzelnen Solarzellen 22 sind jeweils über die metallischen Basisplatten auf polygon oder kreisförmig begrenzten Waben befestigt, wobei die Basisplatte jeweils einen der Solarzellen-Anschlüsse darstellt, während der zweite Solarzellenanschluß an die Basisplatte der nächsten seriell geschalteten Solarzelle geführt ist. Durchbrüche 28 in der Waben#truktur-Kugelschale 23 und in Auflagebereich der Sölarzellen-Basisplatten zur tragenden Wabenstruktur vergrößern die Wärmeaustauschfläche zu den Solarzellen 22 und verbessern den Wärmeübergang zum Fluid.The honeycomb structure spherical shell 23 is in an expedient embodiment Made of ceramic material with integrated metallic conductors for connecting the solar cells 22 built. The individual solar cells 22 are useful for mechanical stabilization on metallic base plates, with rib structures, aligned to the fluid flow, optionally built up using thin ceramic plates for electrical insulation. the individual solar cells 22 are each on the metallic base plates on polygon or circularly bounded honeycombs, the base plate each one the solar cell connector represents, while the second solar cell connector represents the base plate of the next solar cell connected in series is guided. Breakthroughs 28 in the honeycomb structure spherical shell 23 and in the support area of the solar cell base plates to the load-bearing honeycomb structure increase the heat exchange surface to the solar cells 22 and improve the heat transfer to the fluid.

Der kugelförmige Solarwandler ist im Eintrittsbereich der gebündelten Solarstrahlung von einem strahlungsdurchlässigen, als Kugelschale 21 ausgebildeten Fenster 21 abgeschlossen. Das Fenster 21 wird durch die Radialstruktur 20, welche das tragende Fluid-Abflußrohr 19 mit dem Innenbereich des Solarwandlers über eine Anzahl zur Einfallsrichtung der gebündelten Strahlung fluchtender sichelförmiger metallischer Träger verbindet, mechanisch entlastet.The spherical solar converter is in the entry area of the bundled Solar radiation from a radiation-permeable, designed as a spherical shell 21 Window 21 completed. The window 21 is through the radial structure 20, which the supporting fluid drainage pipe 19 with the interior of the solar converter via a Number of crescent-shaped crescent lines aligned with the direction of incidence of the bundled radiation metallic carrier connects, mechanically relieved.

Zweckmäßig wird der Solarwandler fertigungstechnisch in eine erste Halbkugel, welche die zum Fluid-Abflußrohr 19 verbindende Radialstruktur 20 und die strahlungsdurch-# lässige Kugelschale 21 enthält, und# eine zweite Halbkugel mit dem Fluid-Zuführungsrohr 30, der Fluid-Teilung mittels der Öffnungen 31, 32, 33 dem strahlendurchlässhgen Fluid-Umlenker 27 und der Wabenstruktur-Kugelschale 23 mit den Solarzellen 22 gegliedert.In terms of production technology, the solar converter is expediently converted into a first Hemisphere, which to the fluid discharge pipe 19 connecting the radial structure 20 and the radiation-permeable spherical shell 21 contains, and # a second hemisphere with the fluid supply pipe 30, the fluid division by means of the openings 31, 32, 33 the radiolucent fluid deflector 27 and the honeycomb structure spherical shell 23 divided with the solar cells 22.

Die einfallende gebündelte Solarstrahlung ist in Fig.1 mit den Strahlen 10, 11, 12, 13, 14 skizziert, wobei die Strahlen 11 an der äußeren Grenze des Fensters 21 zur A#ßenfläche 26 des Solarwandlers in den Innenbereich des Solarwandlers eintreten, während die Strahlen 12 auf die Außenfläche 26 treffen und absorbiert werden. Die Strahlen 13 treten an der inneren Grenze des Fensters 21 zum Fluid-Abflußrohr 19 in den Innenbereich des Solarwandlers, die Strahlen 14 werden an der Außenwandung des Fluid-Abflußrohrs 19 absorbiert. Strahlen, die auf die Stirnflächen der Radialstruktur 20 und streifend auf deren Seitenflächen fallen, werden ebenfalls absorbiert.The incident bundled solar radiation is shown in Fig.1 with the rays 10, 11, 12, 13, 14 outlined, with the rays 11 at the outer limit of the window 21 to the outer surface 26 of the solar converter enter the inner area of the solar converter, while the rays 12 strike the outer surface 26 and are absorbed. the Jets 13 enter the inner boundary of the window 21 to the fluid drainage pipe 19 in the inner area of the solar converter, the rays 14 are on the outer wall of the fluid discharge pipe 19 is absorbed. Rays that hit the faces of the radial structure 20 and graze on their side surfaces are also absorbed.

Die- Strahlen 10 und 13 treffen nach Fig.1 in einem Brennpunkt zusammen, in Wirklichkeit wird das Gesamtstrahlenbündel in einem Brennfleck 15 konzentriert, wobei die Strahlen 11 in Fig.1 eine entsprechende Atweicäung vom idealen Strahlenverlauf darstelLen. Bei idealer Systemnachführung zur Sonne wird die Ausdehnung des Brennflecks durch die Divergenz der auf das konzentrierende System einfallenden solaren Strahlung und durch die Ungenauig- keiten les Spiegelparaboloids als konzentrierendem System bestimc t. Dazu kommt nun beim erfindungsgemäßen System die Streuung der Strahlung im Fluid. In Fig.1 sollen durch die gestrichelten Linien 17 Positionen bestimmter Streu.The rays 10 and 13 meet at a focal point according to FIG. in reality the entire bundle of rays is concentrated in a focal spot 15, the rays 11 in FIG. 1 a corresponding modification of the ideal ray path represent. With ideal system tracking to the sun, the extent of the focal spot is due to the divergence of the solar radiation incident on the concentrating system and through the inaccurate keiten les mirror paraboloids as concentrating System determines. In addition, in the system according to the invention, there is now the spread of the Radiation in the fluid. In FIG. 1, 17 positions are indicated by the dashed lines certain litter.

strahlenintensität bezeichnet werden, die so bemessen ist, daß die in den äußersten Solarzellen 22 erhaltene Strahlungsdichte gegenüber der mittleren Strahlungsdichte aller Zellen akzeptabel ist. Der nicht auf Solarzellen 22 fallende Anteil der Streustrahlen 18 wird hauptsächlich an den Innenflächen 25 des Solarwandlers absorbiert.radiation intensity are designated, which is so dimensioned that the The radiation density obtained in the outermost solar cells 22 compared to the average Radiance of all cells is acceptable. The one that does not fall on solar cells 22 Part of the scattered rays 18 is mainly on the inner surfaces 25 of the solar converter absorbed.

Die vom zentralen Fluidbereich auf das strahlendurchlassige Fenster 21 erfolgende Rückstreuung wird durch die Radialsvrllktur 20 zu einem Anteil absorbiert, der sich aus den mittleren projizierten Flächen der sichelförmigen Teile der Radialstruktur 20 und der mittleren Distanz zu den Streuzentren ergibt.Those from the central fluid area to the radiolucent window 21 backscattering is absorbed by the radial structure 20 to a certain extent, that results from the mean projected areas of the crescent-shaped parts of the radial structure 20 and the mean distance to the scattering centers results.

Anstelle des in Fig.1 dargestellten Strahlungsverlaufs am Solarwandler zeigt Fig.2 einen skizzierten Strömungsverlaufs des Fluids im Solarwandler.Instead of the radiation path shown in Fig. 1 on the solar converter FIG. 2 shows a sketched flow profile of the fluid in the solar converter.

Das im Zuführungsrohr 30 strömende Fluid wird durch die oeffnungen 31, 32, 33 in entsprechende Teilströme gegliedert, die Solarzellen 22 werden über Öffnungen 32, deren Basisplatten werden über Offnuncer. 31 angeströmt, über die Dürchbrüche 28 wird die Wabenstruktur-Kugelschale 23 umströmt, um einen möglichst guten Wärmeübergang zu erreichen. Mittels der für die Solarstrahlung durchlässigen Fluid-Umlenkung 27 wird die Anströmung der Solarzellen 22 von der Vorderseite verstärkt. Durch den über die Öffnung 33 erfolgenden zentralen Fluid-Teiltrom werden die im zentralen Bereich erforderlichen Strömungsgeschwindig keiten gewährleistet.The fluid flowing in the supply pipe 30 is passed through the openings 31, 32, 33 divided into corresponding partial flows, the solar cells 22 are over Openings 32, the base plates of which are opened via openers. 31 flowed over the Through openings 28, the honeycomb structure spherical shell 23 flows around one as possible to achieve good heat transfer. By means of the permeable to solar radiation Fluid deflection 27, the flow to the solar cells 22 from the front is increased. Through the central fluid partial flow taking place through the opening 33, the im central area required flow velocities guaranteed.

Im zentralen Fluld-Bereich ergibt sich die pro Volumeneinheit resultierende Eigenabsorption der gebündelten und der gestreuten Strahlung entsprechend der Strahlungsdichte und der Konzentration der strahlungsabsorbierenden Bestandteile des Fluids.The resulting per volume unit is obtained in the central fluid area Self-absorption of the bundled and scattered radiation according to the radiation density and the concentration of the radiation-absorbing components of the fluid.

Die lokal erforderliche minimale Fluidgeschwindigkeit wird abgestimmt auf die im Fluid lokal umgesetzte Strahlung leistung, die Basistemperatur und die Grenztemperatur des Fluids.The locally required minimum fluid velocity is coordinated on the locally converted radiation power in the fluid, the base temperature and the Limit temperature of the fluid.

Die Anströmung der Radialstruktur 20, des Strahleneintrittsfenster 21 und des Fluid-Abflußrohrs 19 gewähr leistet einen entsprechenden Wärmeübergang und damit die Nutzung der in Wärme umgesetzten absorbierten Strahlung als Temperaturerhöhung des aus dem zentralen Bereich des Solarwandlers anströmenden Fluids.The flow towards the radial structure 20, the radiation entrance window 21 and the fluid drain pipe 19 ensures a corresponding heat transfer and thus the use of the absorbed radiation converted into heat as a temperature increase of the fluid flowing from the central area of the solar converter.

DWs verwendete Fluid muß im eingesetzten Temperaturbereich beständig sein, muß mit den Solarzellen m&terialverträglich sein, muß elektrisch nichtleitend sein.The fluid used by DW must be stable in the temperature range used must be material compatible with the solar cells, must be electrically non-conductive be.

Die spektrale Eigenabsorption des Fluids darf über die durch die Solarwandler-Dimension bestimmte Weglänge den von den Solarzellen 22 in elektrische Energie umsetzbaren spektralen Anteil nur wenig schwächen.The spectral self-absorption of the fluid is allowed to exceed that by the solar converter dimension certain path length which can be converted into electrical energy by the solar cells 22 only slightly weaken the spectral component.

Der von den Solarzellen 22 nicht nutzbare spektrale Anteil der durch das Fenster 21 in den Solarw.r.dler eingetretenen Solarstrahlung soll durch das Fluid möglichst stark über die durch die Solarwandler-Dimensior bestimmte Weglänge geschwächt werden, wobei durch Zusatz entsyrechender Farbstoffe zum Fluid eine Anpassung an die zur spektralen Empfindlichkeitskurve der Solarzellen 22 komplementäre Kurve erfolgt.The spectral portion of the by the solar cells 22 not usable the window 21 in the Solarw.r.dler entered solar radiation should through the Fluid as much as possible over the path length determined by the solar converter dimension are weakened, with an adaptation by adding corresponding dyes to the fluid to the curve complementary to the spectral sensitivity curve of the solar cells 22 he follows.

Claims (4)

Sonnenenergie-Umwandlungsanlage Patentansprüche: Sonnenenergie#Jmwandlungsanlage mit einem strahlenbündelnden System, wobei die gebündelten Strahlen von Solarzellen und mindestens einem Wärmeabsorber auf,enommen werden, dadurch gekennzeichnet, daß die gebündelte Solarstrahlung in der Begrenzung durch die Strahlen (10) und (13) ein strahlungsdurchlässiges Fenster (21) des Solarwandlers passiert, im Fluid des Solarwandlers den engsten Querschnitt (15) erreicht, und deråenige spektrale Strahlungsanteil, welcher von den Solarzellen (22) nicht in elektrische Energie umsetzbar ist, vom Fluid möglichst stark absorbiert wird, während der von den Solarzqllen (22) in elektrische Energie umsetzbare spektrale Strahlungsanteil möglichst ungeschwächt das Fluid durchluft, daß das wieder divergiererde Strahlenbündel (1@) auf die in einer Wabenstrutur-Kugelschale (23) gehalterten Solarzellen (22) fällt, wobei die von den Solarzellen ( 22) möglichst vollständig absorbierte auftreffende Strahlung mit dem Zellenwirkungsgrad in elektrische Energie umgewandelt wird und der nicht in elektrische Energie umgewandelte absorbierte Anteil als Wärme anfällt, daß die auf die Innenwandung (25) des Solarwandlers treffende vom Fluidbereich ausgehende Streustrahlung (18), die auf die Außenwandung (26) des Solarwandlers auerhalb des durchlässigen Fensters (21) treffende, primär gebündelte Solarstrahlung (12), die auf das Fluid-Abflurohr (19) treffende, primär gebündelte Solarstrahlung (14), die auf die Radialstruktur (20) treffenden primär gebündelten Strahlungsanteile und die vom Fluid auf die clie Radialstruktur (20) und das Fluid-Abf lußrohr (19) rücesreute Strahlung möglichst vollständig absorbiert werden, daß das Fluid, in einem Kreislauf, mittels einer Pumpe in Gang gehalten, von einem Wärmeübertrager zur kuskopplung thermischer Energie aus dem Kreislauf- kommend, durch das Zuflußrohr (30) in den Solarwandler eintritt und den von den Solarzellen (?2) nicht in elektrische Energie, sondern in Wärme umgewandelten Anteil der vcn den Solarzellen (22) absorbierten Strahlung unter Temper&turerhöhung aufnimmt, anschließend den zentralen Bereich des Solarwandlers durchläuft und dort die Energie der im Fluid selbst absorbierten Strahlung sowie Wärme der an der Innenwandung (25) des Solarwandlers absorbierten Strahlung und der an der Außenwand (26) absorbierten Strahlung unter Temperaturerhöhung auf nimmt, schließlich von der Radialstruktur (20) und dem anschließenden Abflußrohr (19) die von diesen absorbierte Strahlung als Wärme unter weiterer Temperaturerhöhung- aufnimmt und wieder zum Wärmeübertrager des Kreislaufs transportiert wird, daß das über das Zuflußrohr (30) in den Solarwandler strömende Fluid in eine ersten anteil durch Öffnungen (31) die Druckseite der Wabenstruktur-Kugelschale (23) und die Trager der Solarzellen (22) anströmt und von dort teilweise durch Öffungen (28) der Wabensuruktur-Kugelschale (23) auf die Zellenseite durchtritt, in einem zweiten Anteil iber Offnungen (32) durch die strahlendurchlässige Fluidführung (27) gelenkt, die Vorderseiten der Solarzellen (22) anströmt, und ein dritter Anteil über die Öffnung (33) den zentralen Bereich des Solarwandlers in Achsenrichtung abströmt, wobei die Aufteilung der Fluid-Teilströme so bemessen ist, dass an den Solarzellen (22) ein möglichst guter Wärmeübergang erfolgt und gleichzeitig für das Fluid im zentralen Bereich des Solarwandlers die erforderliche Strömungsgeschwindigkeit gegeben ist.Solar energy conversion system Patent claims: Solar energy conversion system with a bundling system, where the bundled rays from solar cells and at least one heat absorber, characterized in that the bundled solar radiation in the limitation by the rays (10) and (13) a radiation-permeable window (21) of the solar converter happens in the fluid of the Solar converter reaches the narrowest cross-section (15), and the amount of spectral radiation, which cannot be converted into electrical energy by the solar cells (22), from Fluid is absorbed as strongly as possible, while the solar jars (22) are converted into electrical Energy convertible spectral radiation component flows through the fluid as unattenuated as possible, that the again diverging bundle of rays (1 @) on the spherical shell in a honeycomb structure (23) held solar cells (22) falls, with the solar cells (22) as possible fully absorbed incident radiation with the cell efficiency in electrical Energy is converted and the absorbed that is not converted into electrical energy Part of the amount of heat that occurs on the inner wall (25) of the solar converter scattered radiation (18) emanating from the fluid area, which is incident on the outer wall (26) of the Solar converter outside the permeable window (21) hitting, primarily bundled Solar radiation (12) that hits the fluid drainage pipe (19) and is primarily focused Solar radiation (14) that is primarily focused on the radial structure (20) Radiation components and those from the fluid to the the radial structure (20) and the fluid discharge pipe (19) completely absorbed rücesreute radiation that the fluid is kept running in a circuit by means of a pump, of a heat exchanger for coupling thermal energy from the circulatory coming, through the supply pipe (30) enters the solar converter and from the Solar cells (? 2) do not convert into electrical energy, but into heat of the radiation absorbed by the solar cells (22) with an increase in temperature picks up, then passes through the central area of the solar converter and there the energy of the radiation absorbed in the fluid itself and the heat on the inner wall (25) of the solar converter absorbed radiation and the absorbed on the outer wall (26) Radiation with a rise in temperature takes up, eventually from the radial structure (20) and the subsequent drain pipe (19) the radiation absorbed by these as heat with a further increase in temperature - absorbs and returns to the heat exchanger of the circuit is transported that the via the supply pipe (30) in the solar converter flowing fluid in a first portion through openings (31) the pressure side of the honeycomb structure spherical shell (23) and the carrier of the solar cells (22) flows towards and from there partially through openings (28) the honeycomb structure spherical shell (23) passes through to the cell side, in one second part via openings (32) through the radiolucent fluid guide (27) steered, the front sides of the solar cells (22) flows, and a third part the central area of the solar converter in the axial direction via the opening (33) flows out, the division of the fluid partial flows is such that at the Solar cells (22) the best possible heat transfer takes place and at the same time for the fluid in the central area of the solar converter has the required flow velocity given is. 2.) Sonnenenergie-Umwandlungsanlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Solarwandler kugelförmig ausgebildet ist, daß das strahlungsdurchlässige Fenster (21) des Solarwandlers als Kugelsegment ausgebildet ist und den Innenbereich des Solarwandlers abschließt.2.) Solar energy conversion system according to claim 1, characterized in that that the solar converter is spherical, that the radiation-permeable Window (21) of the solar converter is designed as a spherical segment and the interior of the solar converter completes. 3,) Sonnenenergie-Umwandlungsanlage nach Anspruch 1 und 2 dadurch gekennzeichnet, daß das Fluid-Abführun#srohr (19) in der Symmetrieachse eines Paraboloid-Spiegels als strahlenbündelndem System verläuft und über eine zur Einfallsrichtung der gebündelten Strahlung flucht ende Radialstruktur (20) den Solarwandler trägt und zum Zentrum des strahlenbündelnden Systems auf dessen Tragestruktur abstützt, daß das vom Wärmeübertrager des Fluid-Kreislaufs an die Zuflußöffnung (24) des Solarwandlers führende Fluid-Zuführungsrohr (30) den Solarwandler zum unteren Teil der Tragestruktur des strahlenbündelnden Systems abstützt.3,) solar energy conversion system according to claim 1 and 2 thereby characterized in that the fluid discharge tube (19) is in the axis of symmetry of a paraboloid mirror runs as a beam bundling system and over one to the direction of incidence of the bundled Radiation aligned radial structure (20) carries the solar converter and to the center the beam bundling system is supported on its support structure that the heat exchanger of the fluid circuit to the inflow opening (24) of the solar converter leading fluid supply pipe (30) the solar converter to the lower part of the supporting structure of the beam bundling System. 4.) Sonnenenergie-Ümwandlungsanlage nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Wabenstruktur-Kugelschale (23) mit den Solarzelfflen (22) über elastische Träger (29) im Solarwandler gehaltert ist und bei starken Drucunterschieden zwischen beiden Seiten ausgelenkt wird.4.) solar energy conversion system according to claim 1 to 3, characterized characterized in that the honeycomb structure spherical shell (23) with the solar cells (22) is held in the solar converter by means of elastic supports (29) and when there are strong differences in pressure is deflected between both sides.
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