DE4433476A1

DE4433476A1 - Verfahren zur Erhöhung der Effektivität photovoltaischer Anlagen

Info

Publication number: DE4433476A1
Application number: DE4433476A
Authority: DE
Inventors: Peter Dipl Ing Busch
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1994-07-27
Filing date: 1994-09-20
Publication date: 1995-03-23

Description

1. Anwendungsgebiet

Die Erfindung betrifft ein Verfahren, das geeignet ist, mit geringstem materiellen Aufwand den Leistungsertrag photovoltaischer Anlagen wesentlich zu steigern. Nach dieser Verfahrensweise können sowohl neue Anlagen errichtet werden als auch bestehende Anlagen nachgerüstet werden.

2. Stand der Technik

Um die Effektivität photovoltaischer Anlagen zu steigern, sind mehrere Wege bekannt geworden.

Da die Leistung von photovoltaischen Anlagen mit zunehmender Temperatur des Halbleitermaterials sinkt, was sich bei voller Sonneneinstrahlung nicht vermeiden läßt, wurden Versuche zur Kühlung unternommen. Der Funktionsnachweis konnte erbracht werden, z. B. durch Verwendung von kühlenden Wasserfilmen. Der Aufwand für solche Vorrichtungen steht zur Zeit jedoch in keinem Verhältnis zum resultierenden Nutzen.

Weiterhin wurde versucht, mittels klassischer optischer Konzentrationsvorrichtungen, wie Spiegeln und Linsen, das einfallende Sonnenlicht zu konzentrieren und so mit kleineren, billigen Solarzellen auszukommen. Dieser Weg hat sich nicht bewährt, da so die Zellen stark erwärmt werden, was wiederum einen starken Leistungsabfall zur Folge hat.

Ein weiterer Weg ist der, das einfallende Sonnenlicht wellenlängenselektiv zu behandeln, d. h. Wellenlängenbereich, die außerhalb der Empfindlichkeit der Solarzelle liegen und nur in schädliche Wärme umgewandelt werden, werden ausgeblendet. An der TH Aachen hofft man dieses Ziel dadurch zu erreichen, daß man vor die photovoltaische Anlage holographische Linsen positioniert, die das einfallende Sonnenlicht wellenlängenselektiv konzentrieren, d. h. es entstehen Brennpunkte, in denen jeweils nur ein enger Wellenlängenbereich konzentriert wird. Dort werden dann Solarzellen mit entsprechender spektralen Empfindlichkeit angebracht. Abgesehen von der Tatsache, daß Solarzellen mit solch verschiedenen spektralen Empfindlichkeiten nicht aus industrieller Fertigung zur Verfügung stehen, ist die Verwendung von holographischen Elementen sehr teuer. Damit werden die spezifischen Investitionskosten pro kWp nicht gesenkt. Außerdem ist eine Sonnenstandsnachführung unerläßlich. Bestehende Anlagen lassen sich auch nicht nachrüsten.

3. Ziel der Erfindung

Das Ziel der Erfindung besteht darin, ein Verfahren zu schaffen, welches die Effektivität photovoltaischer Anlagen ohne nennenswerte, zusätzliche Erwärmung der Solarzellen durch Konzentration des Sonnenlichtes erhöht. Der materielle Aufwand dafür soll so gering sein, daß die spezifischen Investitionskosten pro kWp spürbar sinken. Weiterhin soll nur eine geringe Abhängigkeit vom Sonnenstand entstehen.

4. Darlegung des Wesens

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Erhöhung der Effektivität photovoltaischer Anlagen gemäß dem Ziel der Erfindung zu schaffen. Erfindungsgemäß wird die Aufgabe dadurch gelöst, daß Sonnenlicht mittels eines Reflektionssystems (Spiegel) auf die photovoltaische Anlage konzentriert wird, dessen reflektierende Flächen aus farbigen Spiegeln bestehen. Dies kann zum Beispiel mittels farbiger Spiegelfolien erfolgen die ab ca. 2,-DM/m² im Handel erhältlich sind. Solche farbigen Spiegel reflektieren nur einen bestimmten Wellenlängenbereich des einfallenden Lichtes. Stimmt dieser Bereich mit der Empfindlichkeit der Solarzelle überein, wird der größte Teil dieses Lichtanteils in elektrische Energie und nicht in Wärme umgewandelt. Ist das Reflektionssystem als Rinnentyp ausgeführt, ist die Abhängigkeit vom Sonnenstand gering.

5. Ausführungsbeispiel

Fig. 1 zeigt eine photovoltaische Anlage 1, die mit einem Konzentrationssystem auf der Basis von planen Spiegeln (farbig) 2 ausgestattet ist. Der Anstellwinkel der Spiegelflächen ist derart, daß das einfallende Licht 3 nach hinten, d. h. auf die photovoltaische Anlage 1 konzentriert wird. Mit einer solchen Versuchsanlage mit blauer Spiegelfolie konnten dauerhafte Leistungssteigerungen um 70% erreicht werden. Die Farbe der verwendeten Spiegel muß natürlich in jedem Fall mit der spektralen Empfindlichkeit der verwendeten Solarzellen abgestimmt werden.

Bei geregelten Anlagen ergibt sich zusätzlich der Vorteil, daß Morgens die Anlage ab einer bestimmten Lichtintensität früher zu- und Abends später abschaltet als Anlagen ohne Konzentrationsanlage, so daß die gewonnene elektrische Arbeit über einen bestimmten Zeitraum größer wird, als nach dem jeweiligen optischen Konzentrationsfaktor zu erwarten wäre.

Claims

1. Verfahren zur Erhöhung der Effektivität photovoltaischer Anlagen dadurch gekennzeichnet, daß Licht mittels eines beliebigen Reflektionssystems, dessen reflektierende Flächen aus farbigen Spiegeln bestehen, auf die photovoltaische Anlage konzentriert wird.

2. Verfahren zur Erhöhung der Effektivität photovoltaischer Anlagen nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die farbigen Spiegelflächen den Wellenlängenbereich des Lichtes vorzugsweise reflektieren, der der größten Empfindlichkeit der verwendeten photovoltaischen Zellen entspricht.