ITRM930491A1

ITRM930491A1 - Concentratore a due fasi delle radiazioni solari su cellule solari

Info

Publication number: ITRM930491A1
Application number: IT000491A
Authority: IT
Inventors: Adolf Goetzberger
Original assignee: Fraunhofer Ges Forschung
Priority date: 1992-07-30
Filing date: 1993-07-23
Publication date: 1995-01-23
Also published as: ES2078846A2; GR930100268A; ES2078846B1; ITRM930491A0; IT1265329B1; DE4225130C2; GR1002335B; DE4225130A1; ES2078846R

Description

" Concentratore a due.'fasi delle radiazioni solari

su cellule solari ".

L'invenzione riguarda una .disposizione di concentrazione a due fasi secondo la definizione principale della rivendicazione 1, del tipo di quella, per esempio, gi? nota dal predetto DE 37 41 477. Il concentratore indicato in tale brevetto ?, per?, un cosiddetto concentratore Compound e, di conseguenza, ? molto voluminoso e .quindi pesante; inoltre la concentrazione non ? molto elevata, in quanto si aggira intorno al fattore 10.

Il compito della presente invenzione ? quello di aumentare la concentrazione di un tale concentratore a due fasi.

Secondo quanto descritto nella presente invenzione, questo obiettivo viene raggiunto mediante una disposizione del concentratore secondo quanto descritto nella rivendicazione 1. Strutturazione vantaggiose della disposizione sono descritte nelle rivendicazioni successive.

La disposizione, secondo il predetto livello attuale della tecnica del documento DE-PS 37 41 477 della depositante, alla quale si fa qui espressamente riferimento per quanto concerne le espressioni tecniche che non vengono qui spiegate pi? dettagliatamente, ha, pertanto, un fattore di concentrazione relativamente modesto in quanto in quel caso la concentrazione dipende sostanzialmente dall'indice di rifrazione del materiale del concentratore.

Il vantaggio della nuova disposizione di concentratore consiste in modo particolare nel fatto che si rende necessario effettuare una sistemazione soltanto intorno ad un'asse, segnatamente quella polare," cio? per la luce diurna. Poich? la disposizione ? preferibilmente montata in modo tale che il giorno dell'equilibrio giorno e notte la radiazione solare cada all'incirca verticalmente sulla disposizione, soltanto la radiazione su un bordo non perviene sul secondo concentratore sottostante. Con la disposizione dello specchio 4 su questo bordo si ottiene che anche la radiazione che oscilla in dipendenza della stagione cio? in un angolo di 23,5?, pervenga concentratore 2.

Mediante una strutturazione del concentratore secondo quanto descritto nella rivendicazione 2 si ottiene che la struttura venga realizzata in modo sostanzialmente pi? leggero e, di conseguenza, diventi pi? economica. Anche l'esecuzione del concentratore 1 come specchio scanalato parabolico ? relativamente semplice.

La strutturazione del concentratore 2 da un CPC (Compound Parabolic Concentrator ) non ? qui molto rilevante per quanto concerne il peso in quanto le misure vengono qui mantenute entro limiti molto modesti e possono, pertanto, essere trascurati rispetto al peso complessivo della struttura.

Secondo le descrizioni contenute nelle rivendicazioni 5 e 6 vengono previsti angoli di apertura 2 particolarmente vantaggiosi che danno una concentrazione massima soltanto per il caso della rivendicazione 6, come dimostrer? la seguente valutazione.

Per la struttura della disposizione del concentratore l'angolo della declinazione massima - che in astronomia viene chiamata anche eclittica - gioca un ruolo determinante. L'angolo gioca qui un ruolo particolarmente importante in quanto la sistemazione deve avvenire soltanto intorno ad un'asse, ovvero la polare, cio? quella in direzione nord-sud.

Secondo la Figura 1 si pu? vedere che l'apertura del disco solare ammonta a 0,54?. Nel caso in cui il concentratore 2 sia disposto al di sotto del concentratore 1 nell'angolo di 23,5? si ha qui - come concentrazione massima teoricamente possibile per la prima fase lineare la seguente formula:

Per la seconda fase la concentrazione massima possibile ? bidimensionale:

In tal modo si ha concentrazione massima

di

Nella relativit? dovrebbe presumibilmente all'incirca soltanto la met? concentrazione teorica la quale, per?, ? notevolmente superiore rispetto ai sistemi a gestione, monoassiale attualmente conosciuti, con una concentrazione inferiore a 100.

In tal modo ? possibile impiegare economicamente anche cellule solari GaAs.

Nei punti che seguono l'invenzione sar? spiegata sulla base delle Figure 1 e 2.

La Figura 1 mostra una disposizione di concentrazione con lenti di Fresnel e la Figura 2 mostra uno specchio scanalato parabolico e un 3-D CPC come seconda fase.

La Figura 1 mostra una disposizione di concentrazione secondo l'invenzione, in cui le misure sono state determinate soltanto in modo relativo l'una rispetto all'altra e non su .spala:~L'asse della -si'st'emazione (aggiornamento) , che si viene a trovare in direzione nord-sud, si trova sulla verticale centrale dei concentratori 1 e 2 proiettati, cos? come la cellula solare 3 si trova al di sotto della cellula solare -3 e, di conseguenza, ? un'asse longitudinale del concentratore. Con il numero 1 ? indicato il primo concentratore, in questo caso una lente lineare di Fresnel, con il numero 2 sono indicate lenti quadrate di Fresnel che vengono a trovarsi l'una accanto all'altra e che si trovano parallele rispetto al concentratore 1. In questa rappresentazione prospettica le lenti quadrate di Fresnel sembrano rettangolari. Sotto questi secondi concentratori si trovano poi le cellule solari 3. Ai due lati longitudinali della disposizione del concentratore sono disposti specchi 4 i quali comportano che non si rende necessario sistemare (aggiornare, spostare) la disposizione con periodicit? stagionale e consente la deviazione dei relativi raggi all'interno della disposizione. La Figura lb mostra questa disposizione in una sezione nord-sud. Poich? la disposizione del concentratore viene montata in modo tale che per l'equilibrio giorno e notte la radiazione solare colpisce verticalmente la disposizione, la Figura lb mostra la radiazione il 21 dicembre. L'angolo di incidenza oscilla quindi nell'arco dell'anno tra 23,5?.

La Figura le mostra la sezione est-ovest. Con lo spostamento intorno all'asse 5 che si trova verticalmente sulla carta, il sole viene a trovarsi sempre verticalmente sul concentratore.

Il mezzo angolo di apertura sulla cellula solare 3 al di sotto della seconda fase di concentratore 2 ? nettamente maggiore a 30?. Un valore praticabile si colloca tra 70? e 90?.

Questa disposizione del concentratore pu?, per esempio, presentare le seguenti dimensioni:

con una dimensione delle cellule solari di 5x5 miti la lente di Fresnel quadrata ha le misure di 12,5x12,5 mm2, da cui si ha per la lente lineare di Fresnel una larghezza di 1060 mm. La distanza focale ammonta a circa 1300 mm e, di conseguenza, l'altezza complessiva del concentratore a due fasi ? pari a circa 1,5 m. La lunghezza del concentratore pu? essere scelta a piacimento. Poich? il concentratore viene montato obliquamente, una lujighe'Z'za compresa tra? 2 e 5 m dovrebbe apparire praticabile.

La Figura 2a mostra uno specchio scanalato parabolico 1 e il sovrastante 3-D CPC 2 e 3, nonch? lo specchio laterale 4. Anche qui l'asse dell'aggiustamento si trova sulla verticale centrale della disposizione 1, 2 e 3, naturalmente al di sotto dello specchio scanalato parabolico 1.

La Figura 2b mostra nuovamente una sezione nord-sud e l'incidenza il 21 dicembre.

La Figura 2c mostra nuovamente la sezione est-ovest

Per questo caso di impiego si hanno, per esempio, le seguenti misure:

con cellule solari di una grandezza di 5x5 mm2 il CPC avr? un'apertura di 12,5x12,5 mm2, con un'altezza di circa 30 mm; la larghezza dello specchio scanalato parabolico ammonta nuovamente a 1060 mm, e la distanza focale ammonta a circa 1300 mm. Anche in questo caso l'altezza complessiva del concentratore a due fasi ammonta a circa 1,5 m. Anche in questo caso la lunghezza pu? essere scelta a piacimento e dovrebbe oscillare tra 2 e 5 metri.

Claims

Rivendicazioni 1. Disposizione di concentrazione ad aggiustamento a due fasi con diverse cellule solari per la concentrazione della radiazione solare sulle cellule solari, caratterizzata dal fatto, che la disposizipne viene aggiustata in senso polare su un'unica asse e dal fatto che il mezzo angolo di apertura ?2 del secondo concentratore ( 2 ) al di sotto del primo concentratore ( 1) ammonta da circa 20 a 30 ? e la parima concentrazione avviene linearmente , mentre la seconda concentrazione avviene bidimensionalmente.
2. Disposizione di concentratore secondo la rivendicazione 1, caratterizzata dal fatto, che il concentratore (1) e/o (2) ? costituito da un sistema di lenti, per esempio lenti di Fresnel lineari o quadrate, ed ? costituito da vetro o da un altro materiale trasparente.
3. Disposizione di concentratore secondo la rivendicazione 1, caratterizzata dal fatto, che il concentratore -1 ? uno specchio scanalato parabolico.
4. Concentratore secondo la rivendicazione 1, caratterizzato dal fatto, che il concentratore ( 2 ) ? costituito da un concentratore parabolico omogeneo (CPC) .
5. Concentratore secondo una delle rivendicaz ioni comprese da a 4 , caratterizzato dal fatto, che il mezzo angolo di apertura ? 2 ammonta da 22 a 25?.
6. Disposizione di concentratore secondo la rivendicazione 5, caratterizzata dal fatto, che il mezzo angolo di apertura ammonta a circa 23,5?.
7. Disposizione di concentratore secondo le rivendicazioni comprese da 1 a 6, caratterizzata dal fatto, che sul lato longitudinale della disposizione di concentratore sono disposti specchi (4) per la deviazione della radiazione marginale incidente, sul secondo concentratore (2).