WO2008141621A2 - Photovoltaic device comprising solar cells that are laterally mounted on optical elements - Google Patents

Photovoltaic device comprising solar cells that are laterally mounted on optical elements Download PDF

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WO2008141621A2
WO2008141621A2 PCT/DE2008/000831 DE2008000831W WO2008141621A2 WO 2008141621 A2 WO2008141621 A2 WO 2008141621A2 DE 2008000831 W DE2008000831 W DE 2008000831W WO 2008141621 A2 WO2008141621 A2 WO 2008141621A2
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optical
solar cell
solar
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optical element
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Erich W. Merkle
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Solartec Ag
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Publication date
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    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L31/00Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
    • H01L31/04Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof adapted as photovoltaic [PV] conversion devices
    • H01L31/054Optical elements directly associated or integrated with the PV cell, e.g. light-reflecting means or light-concentrating means
    • H01L31/0543Optical elements directly associated or integrated with the PV cell, e.g. light-reflecting means or light-concentrating means comprising light concentrating means of the refractive type, e.g. lenses
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
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    • H01L31/054Optical elements directly associated or integrated with the PV cell, e.g. light-reflecting means or light-concentrating means
    • H01L31/0547Optical elements directly associated or integrated with the PV cell, e.g. light-reflecting means or light-concentrating means comprising light concentrating means of the reflecting type, e.g. parabolic mirrors, concentrators using total internal reflection
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F24HEATING; RANGES; VENTILATING
    • F24SSOLAR HEAT COLLECTORS; SOLAR HEAT SYSTEMS
    • F24S23/00Arrangements for concentrating solar-rays for solar heat collectors
    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
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    • Y02E10/00Energy generation through renewable energy sources
    • Y02E10/50Photovoltaic [PV] energy
    • Y02E10/52PV systems with concentrators

Definitions

  • the invention relates to a photovoltaic device (PV device) for the direct conversion of solar energy into electrical energy according to the appended claim 1.
  • PV device photovoltaic device
  • the invention also relates to a manufacturing method for such a photovoltaic device (solar module) with at least one solar cell for direct conversion of light in electrical power.
  • Thin-film solar cells are often used to convert solar radiation into electricity.
  • High efficiency with over 39% conversion of solar radiation can be achieved through the use of high performance PV cells from higher value semiconductor (MI-IV) semiconductor materials such as silicon dioxide.
  • MI-IV semiconductor
  • GaAs GalliumArsenide
  • Such cells based on semiconductor material can be constructed stepwise as single, tandem, triple cells or multiple stack cells and thereby use solar radiation with a broader frequency spectrum.
  • the large-scale production of such cells is very expensive. It was therefore chosen the approach to focus the incident solar radiation on a very small area of, for example, below a few hundred square millimeters or even below one square millimeter. Only for this small area then a solar cell is necessary.
  • the material input can then be less than 1% compared to the large-scale use of such cells.
  • the concentration makes it possible to use the high luminous efficacy of high-performance PV cells of currently over 39%.
  • a PV device for concentrating solar radiation (hundred to a thousandfold concentration) on microsolar cells made of semiconductor material has a closed housing, in the interior of which at least one optical device and at least one associated microsolar cell are arranged.
  • the at least one optical device concentrates the incident light more than 100 times each on an associated micro-solar cell with a smaller area than a few hundred square millimeters.
  • the at least one optical device can be moved independently of the associated micro-solar cell and of the stationary housing and thus tracked to the sun.
  • the unit of a micro solar cell and optical device can be moved independently of the surrounding housing and thus track the sun.
  • the micro-solar cells used therein is in each case surrounded by a heat sink, which is intended to dissipate the accumulated heat from the associated micro-solar cell.
  • the type of mounting of the micro-solar cells in the interior of a housing, despite existing heat sinks around the micro-solar cells leads to problems in the necessary heat dissipation, which remains trapped in the case, as well as contamination of the inside of the PV device and the sensitive micro-solar cells.
  • micro-solar cells are very sensitive to environmental influences, even dust particles and small particles of dirt or moisture can impair their function.
  • photovoltaic devices As basically only the connection of several photovoltaic devices allows an economical use of such a photovoltaic device, these are preferably combined to form a solar system.
  • the solar cells used therein must each be positioned very precisely on the optical axis and / or in the focus of the associated concentrating optical element, which concentrates the incident solar radiation on the smaller surface thereof.
  • the lens systems usually used have a high weight, which leads to a difficult tracking to the sun and increased production costs because of the large amounts of material used.
  • the convertible solar radiation has wave frequencies v whose photon energy hv is above the energy gap of the semiconductor materials used in the solar cells. This usable by the solar cell part of the radiation is rather shortwave.
  • the part of the incident solar radiation, which is not converted by the solar cells into electricity, is rather long-wave and makes itself felt as heat.
  • heat which is caused during operation of the solar cells or by the incident heat radiation, by means of the environment Air cooling or via heat sink derived. It is also known, for example from document DE 40166665 A1, to avoid high concentrations of the incident solar radiation in order to avoid overheating of the solar cells used therein.
  • sol-gel processes there are a variety of hydrolysis and polymerization reactions that result in the formation of a colloidal solution. Particles having a small diameter of a few hundred nanometers and previously dissolved in a liquid then condense to a gel.
  • the chemical change makes the above-mentioned gel films photosensitive.
  • the characteristic absorption band shifts to shorter wavelengths with a maximum at 334 nm.
  • the shift of the characteristic absorption band causes a change in the solubility of the above-mentioned gel films.
  • These UV-irradiated gel films become alcohol soluble.
  • These photosensitive gel films are each coated on a silicon dioxide substrate and the exposure to UV radiation is in each case through a mask. Subsequently, these gel films are leached in alcohol. Finally, surface relief gratings with a period of 2 ⁇ m and a depth of 80 nm are obtained.
  • Such photosensitive gel films have proven to be advantageous in the production of micro-optical elements.
  • the invention has for its object to build a photovoltaic device so that a high efficiency of the solar cells is maintained over a longer time.
  • the invention proposes a photovoltaic device with the features mentioned in claim 1.
  • Advantageous embodiments can be found in the subclaims.
  • the solar cell completely converts the first spectrum of incident solar radiation into electrical energy.
  • the incident radiation in a second spectral range, which is not convertible from the solar cell into electrical energy, is thereby from the first optical element by means of a on the side facing the sun of the first optical
  • solar cells convert the incident solar radiation into heat in a spectral range which they can not convert into electrical energy, in this case the incident solar radiation in the second spectral range.
  • the first optical element only deflects the first spectral range of the incident solar radiation that can be converted by the solar cell into electrical energy, an undesired increase in the temperature of the solar cell is avoided. Since the efficiency of a solar cell decreases with an increase in the temperature thereof, a high efficiency of the solar cell over a longer time is obtained.
  • the incident solar radiation in the second spectral range is deflected away from the surface of the solar cell to a solar cell-free target area already on the side of the first optical element facing the sun, the incident solar radiation in the second spectral range becomes the entire immediate vicinity of the solar cell deflected away. This avoids heating of the solar cell, which would convert solar radiation impinging on it into heat in the second spectral range. Thus, a heating of the solar cell due to the incident long-wave heat radiation is avoided, which would otherwise collect in the areas of the first optical element, which are located in the immediate vicinity of the solar cell, and would mitgewarm the solar cell.
  • a photovoltaic device according to the invention By attaching the solar cell on a side surface of the first optical element, the structure of a photovoltaic device according to the invention compared to the structure of a conventional photovoltaic device with optical elements that focus the incident solar radiation on each mounted on its side facing away from the sun solar cells is facilitated. Consequently, the manufacturing costs of a photovoltaic device according to the invention decrease.
  • a PV device according to the invention eliminates the overhead, which in the usual systems by the case required, very accurate positioning of the solar cells on the optical Axis and / or in the focus of the associated first optical element is required.
  • the first optical element is planar.
  • the first optical element can be constructed very accurately.
  • the construction of a planar first optical element requires less effort than the construction of a first optical element having curved refractive surfaces.
  • the first optical element On the lateral surface of the first optical element can also be several, such solar cells may be present, each of which can convert the incident solar radiation in the first spectral range into electrical energy.
  • the efficiency of the photovoltaic device according to the invention is increased.
  • the first optical elements are present in the photovoltaic device according to the invention.
  • the photovoltaic device according to the invention comprises a plurality of the first optical elements, wherein a plurality of the first optical elements deflect the incident solar radiation in the first spectral range for a plurality of different angles of incidence respectively to the associated solar cell.
  • the photovoltaic device according to the invention can also operate without tracking, since at different positions in the sun, the incident solar radiation is deflected by the first optical elements onto the at least one associated solar cell.
  • the photovoltaic device according to the invention may comprise a plurality of the first optical elements, wherein a plurality of the first optical Elements which deflect vertically incident solar radiation in the first spectral range in each case to the associated solar cell.
  • a photovoltaic device according to the invention is tracked to the sun and provides high power throughout the day as the solar cells are irradiated throughout the day while the sun is shining.
  • the first optical element preferably has at least one laterally mounted solar cell with a smaller area than the light entry surface of this first optical element.
  • the incident radiation in the first spectral range is concentrated on the surface of the solar cell by means of the first optical element.
  • the effectively utilized area of the solar cell can be substantially reduced, which leads to a minimization of the purchasing or manufacturing costs of the solar cells used.
  • first optical elements in particular all the first optical elements, are preferably formed on a common light entry body and / or light exit body.
  • inventive first optical elements can be handled and designed more easily. This leads to a reduction in the manufacturing cost of such a photovoltaic device according to the invention.
  • the first hologram structure of the first optical element is preferably designed such that it deflects the incident solar radiation in the second spectral range at at least one obtuse angle with respect to the straight line perpendicular to the sun-facing side of the first optical element and transmits the incident solar radiation in the first spectral range.
  • Solar cell can be avoided, as so from the at least one solar cell into heat convertible part of the incident solar radiation on this first does not hit at all.
  • the incident heat radiation in the first optical element can not collect, since it is already deflected back on its side facing the sun back into the outside environment.
  • the incident solar radiation in the second spectral range which can not be converted into electrical energy by the associated solar cell and thus also the incident heat radiation is redirected back into the outside environment. Consequently, the incident solar radiation in the second spectral range and thus also the incident long-wave heat radiation in the immediate vicinity of the solar cell not even advised. This prevents overheating of the solar cell.
  • the first hologram structure preferably has a plurality of superimposed, in particular planar hologram layers, the incident solar radiation in at least a portion of the second spectral range, which is not convertible by the solar cell into electrical energy, under or at an obtuse angle to that of the sun to deflect the vertical side of the first optical element perpendicular straight line and transmit the incident solar radiation in the convertible from the associated solar cell into electrical energy first spectral range.
  • Such a realization of the first hologram structure is particularly simple and cost-effective and allows a very accurate deflection of the incident sun radiation in the second spectral range which can not be converted into electrical energy by the associated solar cell, since a hologram layer precisely matched to this is provided for each such subrange of the second spectrum ,
  • the first hologram structure can transmit the incident solar radiation in the first spectral range and the incident solar radiation in the second spectral range at different acute angles to the to the sun-facing side of the first optical element vertical straight line deflect to a solar cell-free target area, the side facing away from the sun of the first optical element in the lateral distance from the at least one solar cell having side surface of the first optical element under the first optical element, in particular immediately below this is present
  • bundling of the incident solar radiation in the second spectral range, in particular of the incident heat radiation, onto the same solar cell-free target region can also be achieved by means of the first optical hologram structure.
  • the solar cell-free target area on the side facing away from the sun of the first optical element under this, in particular directly below this, in the lateral distance from the solar cell having side surface of the first optical element is present. Due to the fact that the solar cell-free target area is located at a distance from the solar cell, no heat can accumulate in the vicinity of the solar cell which would otherwise heat the solar cell. Here, too, an overheating of the solar cell is avoided.
  • the first hologram structure has a plurality of superimposed hologram layers, each of which has a plurality of hologram regions of different hologram nature, the hologram regions of a hologram layer perpendicularly directing the incident solar radiation in a subregion of the second spectral region at different acute angles with respect to the side of the first optical element facing the sun Just in each case deflect to a same target area, which is on the side facing away from the sun of the first optical element in the lateral distance from the at least one solar cell having side surface of the first optical element under the first optical element, in particular directly below it, and solar radiation in the first and the remaining second spectral range passes.
  • a heat conductor plate or an absorber body is mounted under the carrier body of the at least one first optical element, which in particular have a piping system.
  • the absorber body in particular has a selective absorber.
  • a selective absorber has a particularly high absorption capacity (absorptivity) for the spectral range of solar radiation, in which most of the energy is radiated while the radiation is more infrared
  • Heat radiation is minimized by a low emissivity.
  • Simple absorber bodies such as black paint, on the other hand, absorb solar radiation as good as they give off heat radiation.
  • heat radiation When the sun's rays strike an absorber body, short-wave, high-energy radiation is converted into long-wave radiation (heat radiation). Heat that is not absorbed directly by the absorber or emitted by the latter as an emission is reflected back by a reflecting disk which is always present in conventional absorber bodies. The thermal radiation is thus trapped in the absorber body.
  • the first hologram structure is formed so that the solar cell-free target area forms a portion of the heat conductor plate or the absorber body.
  • the heated absorber body or the heated heatpipe plate transfers the heat to a fluid flowing through the piping system connected to the absorber body or to the heatpipe plate
  • Heat transfer medium such. Water or oil. This transports the collected heat energy to a thermal utilization such as e.g. a consumer or a heat storage.
  • the incident heat and the use of an absorber body and the incident solar radiation in the second spectral range with shorter wavelengths are fed by means of flowing through the piping heat transfer medium of the existing solar cell-free target areas of thermal utilization and exploited by this.
  • the heat from the immediate vicinity of the solar cells is dissipated and avoided overheating this.
  • the first optical element comprises a second hologram structure and an optical device, wherein the second hologram structure transmits the incident solar radiation in the second spectral range, is present at the sun-facing side of the first optical element and the incident solar radiation in the first spectral range at least at an acute angle relative to the perpendicular to the sun-facing side of the first optical element deflects straight line and the optical device, the deflected by the second hologram structure solar radiation of the solar cell in concentrated form.
  • the second hologram structure may also be present on the side of the first optical element facing away from the sun and redirect the incident solar radiation in the first spectral range under at least one obtuse angle relative to the straight line on the side of the first optical element facing away from the sun. Also in this case, solar radiation deflected by the second hologram structure is supplied to the solar cell in concentrated form by means of the optical device in concentrated form.
  • a second hologram structure for deflecting the incident solar radiation in the first spectral range is particularly preferred since such a hologram structure can be realized in a particularly simple and cost-effective manner.
  • the loss of solar radiation incident on such a hologram structure is minimal due to interactions therewith.
  • the second hologram structure preferably comprises a plurality of superimposed, in particular planar hologram layers which deflect the incident solar radiation in each case at an acute angle to the associated solar cell at an acute angle with respect to the side of the first optical element facing the sun and solar radiation in the second Let spectral range through.
  • Such a realization of the second hologram structure is particularly simple and inexpensive and allows a very accurate deflection of the incident solar radiation in the first spectral range convertible from the associated solar cell into electrical energy, since for each subarea of this first spectral range a precise one coordinated hologram layer is provided.
  • the optical device comprises a transparent layer, which transmits the solar radiation, which is deflected by the second hologram structure, to the solar cell by means of total reflection.
  • the second hologram structure is present on the side of the first optical element facing the sun and has the transparent planar layer on the side facing away from the sun.
  • the material of this layer is selected with a refractive index such that on the side of this layer facing away from the sun a total reflection of the solar radiation deflected by the second hologram structure occurs in the entire first spectral range.
  • the solar radiation reflected on the side of the transparent layer facing away from the sun is then totally reflected on the side of the transparent layer facing the sun and thus supplied in concentrated form to the solar cell.
  • the second hologram structure may also be present on the side of the first optical element facing away from the sun and have the transparent planar layer on the side facing the sun.
  • the material of this layer is similar to previously selected with a refractive index such that on the sun-facing side of this layer, total reflection of the solar radiation deflected by the second hologram structure occurs in the entire first spectral range. The reflected on the side of the transparent layer facing the sun
  • the first hologram structure present on the side of the first optical element facing the solar side, the incident solar radiation in that of the associated solar cell does not redirect to electrical energy convertible second spectral range back to the outside environment, to avoid that the transparent layer this incident solar radiation in the second spectral range by total reflection of the associated solar cell passes. Since the solar cell would convert the incident solar radiation into heat in the second spectral range, the solar cell is protected from superfluous heating by the presence of the first hologram structure.
  • the optical device has a first and a second optical device.
  • the first optical device reflects the solar radiation deflected by the second hologram structure
  • the second optical device further reflects the solar radiation reflected by the first optical device.
  • the first optical device also reflects the solar radiation reflected by the second optical device.
  • the first and / or the second optical device can be realized particularly simply in each case by means of a third hologram structure, which transmits the impinging solar radiation in the second spectral range and which reflects the impinging solar radiation in the first spectral range.
  • the third hologram structure comprises a plurality of hologram layers superimposed on one another which in each case reflect the solar radiation impinging on them in a partial region of the first spectral region and transmit the solar radiation impinging on them in the other first and second spectral regions.
  • Such a realization of the third hologram structure is particularly simple and cost-effective and enables a very accurate reflection of the incident solar radiation in the first spectral range, since a hologram layer which is very precisely matched to this is provided for each subregion of the first spectrum.
  • the second optical hologram structure and the second optical device are provided on the side of the first optical device facing away from the sun, and the first optical device comprises a semitransparent mirror which reflects the solar radiation deflected by the second hologram structure and the solar radiation reflected by the second optical device ,
  • the second optical hologram structure and the first optical device are provided on the sun-facing side of the first optical device, and the second optical device has a mirror that further reflects the solar radiation reflected by the first optical device.
  • the second optical hologram structure and the second optical device may be provided on the sun-facing one of the first optical devices.
  • the first optical device can have a mirror which reflects the solar radiation deflected by the second hologram structure and reflected by the second optical device.
  • the second optical device may comprise a semitransparent mirror which reflects the solar radiation reflected by the first optical structure.
  • mirrors or semi-transparent mirrors allows a particularly simple and cost-effective implementation of the first and / or second optical device.
  • the first hologram structure present on the side of the first optical element facing the sun deflects the incident solar radiation in the second spectral range back into the external environment, because this radiation is also deflected by reflection on the mirror on the solar cell would be converted into heat by it.
  • the solar cell would be heated.
  • the solar cell is mounted in direct contact with a side surface of the first optical element and in particular has a surface which equals the lateral surface of the first optical element.
  • a second optical element is present between the at least one solar cell and the lateral surface of the first optical element, which deflects the solar radiation impinging on the side surface of the first optical element having the solar cell in the first spectral range in such a way that this impinges evenly on the surface of at least one solar cell.
  • the second optical element has at least one fourth hologram structure which deflects the solar radiation impinging on the side surface of the first optical element having the solar cell in the first spectral range in such a way that it impinges uniformly on the surface of the solar cell.
  • a uniform distribution of the solar radiation impinging on the solar cell onto the surface of the solar cell is particularly advantageous since in this way the values of the electrical current generated by the solar cell can be accurately predicted and are so easy to handle. In addition, a local overload of the at least one solar cell can be avoided.
  • the at least one solar cell has a surface that is different from the associated side surface of the first optical element.
  • the surface of the solar cell may be larger than the associated side surface of the first optical element.
  • the existing second optical element behaves like a scattering lens.
  • the at least one solar cell has an area which is smaller than the lateral area of the first optical element.
  • the existing second optical element behaves like a converging lens and focuses the incident on the associated side surface of the first optical element solar radiation in the first spectral range on the smaller surface of the solar cell.
  • a very large concentration of the incident solar radiation in the first spectral range can be achieved by first deflecting the incident solar radiation in the first spectral range by means of the first optical element on a side surface and thereby concentrated and then by means of the second optical element on the smaller relative to the side surface Area of the associated solar cell is concentrated. So solar cells can be used with a very small area. The purchase or production costs of the solar cells used are reduced.
  • At least one of the hologram structures of the first and / or the second optical element comprises at least one gel photosensitive film having at least one diffraction grating having a given period and depth.
  • the diffraction gratings of such at least one hologram structure can be realized very accurately and inexpensively. In this case, a very accurate deflection of the incident on this solar radiation can be achieved.
  • Fig. 1 is a schematic sectional view of an inventive Photovoltaic device according to a first embodiment with at least a first optical element with a transparent layer.
  • Fig. 2 is a schematic sectional view of an inventive
  • Photovoltaic device having at least a first, a second optical element, which behaves like a converging lens, a heat conductor plate and a piping system.
  • FIG. 1 shows a first embodiment of the photovoltaic device or the solar module 10 according to the invention.
  • Each solar module 10 has a plurality of first optical elements 15, which each have a solar cell 25 on a first side surface 20.
  • the solar cell 25 can convert the incident solar radiation into electrical energy in a first, rather short-wave spectral range 30.
  • the incident solar radiation in the remaining second spectral range 35 can only be converted by the solar cell 25 into heat.
  • the incident solar radiation in the second spectral range 35 is rather longwave.
  • the first optical element 15 On its side facing the sun, the first optical element 15 has a first planar hologram structure 40, which in particular reflects the incident, rather long-wave solar radiation in the second spectral range 35 at an obtuse angle (> 90 °, ⁇ 180 °) back into the external environment and lets through the rather short-wave, incident solar radiation in the first spectral range.
  • a first planar hologram structure 40 which in particular reflects the incident, rather long-wave solar radiation in the second spectral range 35 at an obtuse angle (> 90 °, ⁇ 180 °) back into the external environment and lets through the rather short-wave, incident solar radiation in the first spectral range.
  • Solar radiation in the first spectral range 30 is then produced by means of a side of the first hologram structure 40 facing away from the sun mounted second hologram structure 45 at an acute angle (0, ⁇ 90 °) relative to the perpendicular to the second hologram 45 straight line deflected.
  • an optical device 50 comprising a transparent layer.
  • the material or the material mixture of the transparent layer encompassed by the optical device 50 is selected so that the solar radiation deflected by the second hologram structure 45 is totally reflected in the first spectral range 30 on the side facing away from the sun of the transparent layer covered by the optical device 50 , After the total reflection, the solar radiation in the first spectral region 30 is totally reflected again at the sun-facing transparent layer encompassed by the optical device 50, then again at the side facing away from the sun from the optical one
  • Device 50 covered transparent layer reflects u.s.w. and so the solar cell 25 fed.
  • the concentrated solar radiation in the first spectral region 30 is efficiently converted into electrical energy by the solar cell 25.
  • the incident solar radiation in the second spectral range 35 is deflected back into the external environment by the first hologram structure 40, does not reach the solar cell 25 and can not be converted into heat by this.
  • overheating of the solar cell 25 is avoided and its working temperature is maintained in a range in which the solar cell 25 efficiently converts solar energy into electric power.
  • the efficiency and the life of the solar cell 25 are increased.
  • the first existing optical elements 15 are mounted on their side facing the sun on a transparent light entrance plate 60, which forms the common light entrance body of the photovoltaic device 10, and which is passed by the incident solar radiation 29, before each of these 29 is split by a first optical element 15 in different spectral ranges 30, 35.
  • the first existing optical elements 15 are attached to their side facing away from the sun on a common carrier body 61.
  • the first optical element 15 has, on its side facing the sun, the first hologram structure 40 which, in this embodiment of the invention, has a plurality of hologram regions 41, 42 with different holographic properties, the incident solar radiation in the second spectral range 35 to a solar cell-free target area 70, which is present under the first optical element 15, in the lateral distance from the solar cell 25.
  • All existing first optical elements 15 are connected at their side facing away from the sun with a heat conductor plate 75.
  • the solar cell-free target areas 70, which are each assigned to a first optical element 15, form subregions of the heat conductor plate 75.
  • a pipeline system 80 is connected to the side of the heat conductor plate 75 facing away from the sun and is present in particular under the solar cell-free target areas 70.
  • the pipe system 80 via the heat conductor plate 75 and then from a flowing through the piping 80 heat transfer medium such as water or Oil (not shown) at a thermal use (not shown) to be transported.
  • the incident solar radiation in the second spectral range 35 can thus from a be exploited thermal utilization.
  • a first optical device 50 comprising a semitransparent mirror is mounted, which is passed by the solar radiation transmitted by the first hologram structure 40 in the first spectral region 30.
  • a second hologram structure 45 which redirects the solar radiation 30 impinging on it in the first spectral range at an obtuse angle with respect to the straight line perpendicular to the second hologram structure 45 and on the impinging solar radiation in the first second spectral range 35 passes.
  • the solar radiation deflected by the second hologram structure 45 in the first spectral range 30 is then reflected at the mirrored, sun-facing side of a semitransparent mirror comprised by a first optical device 50, transmitted by the second hologram structure 45, from a side facing the sun of the second hologram structure 45 present and of a second optical
  • Means 90 reflected third hologram structure 90 is reflected, then reflected again on the side facing away from the sun of the first optical device 50 included semitransparent mirror 50, etc., and so the solar cell 25 fed.
  • the third hologram structure comprised by the second optical device 90 is designed such that the third hologram structure transmits the incident solar radiation in the first spectral range 30 and the solar radiation deflected by the second hologram structure 45 in the first spectral range 30.
  • the second hologram structure 45 deflects the incident solar radiation in the first spectral region 30 under a blunt Angle relative to the perpendicular to the fifth hologram structure 85 straight line, which differs substantially from the angle formed between the direction of incidence of solar radiation in the first spectral range 30 and the perpendicular to the second hologram 45 straight line.
  • the solar radiation in the first spectral region 30 reaches the first side surface 20 of the first optical element 15, on which there is a second optical element 95, which behaves like a converging lens in this embodiment.
  • the solar radiation impinging on the second optical element 95 in the first spectral range 35 is bundled by this 95 onto the surface of the solar cell 25 and then efficiently converted by this 25 into electrical energy.
  • the solar cell 25 has an area which is smaller than the light entry area and the first side area of the first optical element 15 and also as the light entry area of the second optical element 95.
  • the purchase or production costs of the solar cells 25 used can be reduced become.
  • the solar radiation impinging on the third hologram structure covered by the second optical device 90 in the second spectral range 35 is transmitted by the third hologram structure and impinges on the heat conductor plate 75 present on the side of the second optical device 90 facing away from the sun.
  • the incident solar radiation in the second spectral range 35 does not reach the solar cell 25 and can not be converted into heat by it.
  • overheating of the solar cell 25 is avoided and its working temperature is maintained in a range in which the solar cell 25 efficiently converts solar energy into electric power.
  • the efficiency and the life of the solar cell 25 are increased.

Abstract

The invention relates to a photovoltaic device for directly converting solar energy into electric energy, comprising at least one solar cell and at least one first optical element that is associated with the solar cell, said element deflecting the incident solar rays, in a first spectral range that can be converted into electric energy by the solar cell, to the solar cell that is mounted on a lateral surface of the first optical element and the incident solar rays, in a second spectral range that can not be converted into electric energy by the solar cell, deflects away from the surface of the solar cell to a target area that is devoid of solar cells.

Description

PHOTOVOLTAIK-VORRICHTUNG MIT AN OPTISCHEN ELEMENTEN SEITLICH ANGEBRACHTEN SOLARZELLEN PHOTOVOLTAIC DEVICE WITH SIDE-APPLIED SOLAR CELLS ON OPTICAL ELEMENTS
Die Erfindung betrifft eine Photovoltaik-Vorrichtung (PV-Vorrichtung) zur direkten Umwandlung von Sonnenenergie in elektrische Energie gemäß dem beigefügten Anspruch 1. Die Erfindung betrifft auch ein Herstellverfahren für eine solche photovoltaische Vorrichtung (Solarmodul) mit mindestens einer Solarzelle zum direkten Umwandeln von Licht in elektrische Energie.The invention relates to a photovoltaic device (PV device) for the direct conversion of solar energy into electrical energy according to the appended claim 1. The invention also relates to a manufacturing method for such a photovoltaic device (solar module) with at least one solar cell for direct conversion of light in electrical power.
Im Bereich der Nutzung der Solarenergie ist seit ca. 50 Jahren bekannt, dass Sonnenenergie durch Silizium auch direkt in elektrischen Strom umgewandelt werden kann. Bei den heute üblichen Solarzellen wird meist mono- oder multikristallines Silizium verwendet. Diese Solarzellen aus Silizium wandeln nur einen Teil des Spektrums der auftreffenden Strahlung in elektrischen Strom um.In the field of solar energy use, it has been known for some 50 years that solar energy can also be converted directly into electricity by silicon. Monocrystalline or multicrystalline silicon is usually used in the solar cells customary today. These silicon solar cells convert only part of the spectrum of the incident radiation into electrical current.
Dabei werden häufig auch Dünnschichtsolarzellen zur Umwandlung der Sonnenstrahlung in elektrischen Strom verwendet.Thin-film solar cells are often used to convert solar radiation into electricity.
Eine höhere Effizienz mit über 39 % Umwandlung der Solarstrahlung kann durch den Einsatz von Hochleistungs-PV-Zellen aus höherwertigen Halbleiterverbindungen (MI-IV- Halbleitermaterial) wie z.B. GalliumArsenid (GaAs) erzielt werden.Higher efficiency with over 39% conversion of solar radiation can be achieved through the use of high performance PV cells from higher value semiconductor (MI-IV) semiconductor materials such as silicon dioxide. GalliumArsenide (GaAs) can be achieved.
Solche Zellen auf Halbleitermaterialbasis können stufenartig als Single-, Tandem-, Tripelzellen oder Mehrfach-Stapelzellen aufgebaut werden und nutzen dadurch Sonnenstrahlung mit einem breiteren Frequenzspektrum. Die großflächige Produktion solcher Zellen ist jedoch sehr kostenintensiv. Es wurde daher den Ansatz gewählt, die einfallende Sonnenstrahlung auf eine sehr kleine Fläche von z.B. unter einige hundert Quadratmillimetern oder sogar von unter einem Quadratmillimeter zu konzentrieren. Nur für diese kleine Fläche ist dann eine Solarzelle notwendig. Der Materialeinsatz kann dann bei unter 1 % gegenüber dem großflächigen Einsatz solcher Zellen liegen. Durch die Konzentration lässt sich die hohe Lichtausbeute von Hochleistungs-PV-Zellen von zur Zeit über 39 % nutzen.Such cells based on semiconductor material can be constructed stepwise as single, tandem, triple cells or multiple stack cells and thereby use solar radiation with a broader frequency spectrum. However, the large-scale production of such cells is very expensive. It was therefore chosen the approach to focus the incident solar radiation on a very small area of, for example, below a few hundred square millimeters or even below one square millimeter. Only for this small area then a solar cell is necessary. The material input can then be less than 1% compared to the large-scale use of such cells. The concentration makes it possible to use the high luminous efficacy of high-performance PV cells of currently over 39%.
Aus dem Dokument DE 103 20 663 A1 ist eine PV- Vorrichtung zum Konzentrieren von Sonnenstrahlung (hundert bis tausendfache Konzentration) auf Mikrosolarzellen aus Halbleitermaterial bekannt. Die PV-Vorrichtung weist ein geschlossenes Gehäuse auf, in dessen Inneren mindestens eine optische Einrichtung und mindestens eine zugeordnete Mikrosolarzelle angeordnet sind. Die mindestens eine optische Einrichtung konzentriert das einfallende Licht über das 100-fache jeweils auf eine zugeordnete Mikrosolarzelle mit einer kleinere Fläche als einigen hundert Quadratmillimetern. Zur Nachführung an dem Sonnenstand kann die mindestens eine optische Einrichtung unabhängig von der zugeordnete Mikrosolarzelle und von dem ortsfesten Gehäuse bewegt und so an die Sonne nachgeführt werden. Auch kann die Einheit aus einer Mikrosolarzelle und optischer Einrichtung unabhängig von dem umgebenden Gehäuse bewegt und so der Sonne nachgeführt werden. Da der Wirkungsgrad der Mikrosolarzelle mit zunehmender Temperatur sinkt, ist die darin verwendete Mikrosolarzellen jeweils mit einem Kühlkörper umgeben, der die anfallende Wärme von der zugeordneten Mikrosolarzelle abführen soll. Die Anbringungsart der Mikrosolarzellen in Inneren eines Gehäuses führt trotz vorhandenen Kühlkörpern um die Mikrosolarzellen zu Problemen bei der notwendigen Wärmeabführung, die dabei im Gehäuse gefangen bleibt, sowie zu Verunreinigungen der Innenseite der PV-Vorrichtung und der empfindlichen Mikrosolarzellen.From the document DE 103 20 663 A1, a PV device for concentrating solar radiation (hundred to a thousandfold concentration) on microsolar cells made of semiconductor material is known. The PV device has a closed housing, in the interior of which at least one optical device and at least one associated microsolar cell are arranged. The at least one optical device concentrates the incident light more than 100 times each on an associated micro-solar cell with a smaller area than a few hundred square millimeters. For tracking on the position of the sun, the at least one optical device can be moved independently of the associated micro-solar cell and of the stationary housing and thus tracked to the sun. Also, the unit of a micro solar cell and optical device can be moved independently of the surrounding housing and thus track the sun. Since the efficiency of the micro-solar cell decreases with increasing temperature, the micro-solar cells used therein is in each case surrounded by a heat sink, which is intended to dissipate the accumulated heat from the associated micro-solar cell. The type of mounting of the micro-solar cells in the interior of a housing, despite existing heat sinks around the micro-solar cells leads to problems in the necessary heat dissipation, which remains trapped in the case, as well as contamination of the inside of the PV device and the sensitive micro-solar cells.
Solche Mikrosolarzellen sind sehr empfindlich gegen Umwelteinflüsse, bereits Staubkörner und kleine Schmutzpartikel oder Feuchtigkeit können ihre Funktion beeinträchtigen.Such micro-solar cells are very sensitive to environmental influences, even dust particles and small particles of dirt or moisture can impair their function.
Da grundsätzlich nur die Verbindung mehrerer Photovoltaik-Vorrichtungen einen wirtschaftlichen Einsatz einer solchen Photovoltaik-Vorrichtung ermöglicht, werden diese vorzugsweise zu einer Solaranlage zusammengefasst.As basically only the connection of several photovoltaic devices allows an economical use of such a photovoltaic device, these are preferably combined to form a solar system.
Nachteilig ist bei bekannten Solarmodulen oder Photovoltaik-Vorrichtungen, dass die darin verwendeten Solarzellen jeweils sehr genau auf der optischen Achse und/oder in dem Fokus des zugeordneten konzentrierenden optischen Elements positioniert werden muss, welches die einfallende Sonnenstrahlung auf die kleinere Fläche dieser konzentriert. Die dabei üblicherweise eingesetzten Linsensysteme haben ein hohes Gewicht, was zu einer erschwerten Nachführung an die Sonne und zu erhöhten Herstellungskosten wegen der großen eingesetzten Materialmengen führt.It is disadvantageous in known solar modules or photovoltaic devices that the solar cells used therein must each be positioned very precisely on the optical axis and / or in the focus of the associated concentrating optical element, which concentrates the incident solar radiation on the smaller surface thereof. The lens systems usually used have a high weight, which leads to a difficult tracking to the sun and increased production costs because of the large amounts of material used.
Üblicherweise kann von den dabei verwendeten Solarzellen nur ein Teil der einfallenden Strahlung in Strom umgewandelt werden. Die umwandelbare Sonnenstrahlung weist Wellenfrequenzen v auf, deren Photonenenergie hv über der Energielücke der in den Solarzellen eingesetzten Halbleitermaterialien liegt. Dieser von den Solarzellen nutzbare Teil der Strahlung ist eher kurzwellig.Usually, only a part of the incident radiation can be converted into electricity by the solar cells used in the process. The convertible solar radiation has wave frequencies v whose photon energy hv is above the energy gap of the semiconductor materials used in the solar cells. This usable by the solar cell part of the radiation is rather shortwave.
Der Teil der einfallenden Sonnenstrahlung, der von den Solarzellen nicht in Strom umgewandelt wird, ist eher langwellig und macht sich als Wärme bemerkbar.The part of the incident solar radiation, which is not converted by the solar cells into electricity, is rather long-wave and makes itself felt as heat.
Da der Wirkungsgrad von Solarzellen mit einer Erhöhung der Temperatur absinkt, ist bei solchen Solarmodulen die Arbeitstemperatur der Solarzellen wegen der großen Wärmemengen, die während ihres Betriebs entstehen, oder wegen der einfallenden Wärmestrahlung (IR-Strahlung) schwer in einem Bereich zu halten, in dem die Solarzellen effektiv arbeiten können.Since the efficiency of solar cells decreases with an increase in temperature, in such solar modules, the working temperature of the solar cells due to the large amounts of heat that arise during their operation, or due to the incident heat radiation (IR radiation) difficult to keep in a range in the the solar cells can work effectively.
Üblicherweise wird Wärme, die beim Betrieb der Solarzellen oder durch die einfallende Wärmestrahlung verursacht wird, an die Umgebung mittels Luftkühlung oder über Kühlkörper abgeleitet. Bekannt ist es auch, wie z.B. aus dem Dokument DE 40166665 A1 hohe Konzentrationen der einfallenden Sonnenstrahlung zu vermeiden, um eine Überhitzung der darin verwendeten Solarzellen zu umgehen.Usually, heat, which is caused during operation of the solar cells or by the incident heat radiation, by means of the environment Air cooling or via heat sink derived. It is also known, for example from document DE 40166665 A1, to avoid high concentrations of the incident solar radiation in order to avoid overheating of the solar cells used therein.
Weiterhin sind aus dem Stand der Technik Hologrammstrukturen mit Beugungsgitter bekannt.Furthermore, hologram structures with diffraction gratings are known from the prior art.
In dem Artikel „Fabrication of relief gratings on high photosensitive Siθ2/Zrθ2 gel film by UV exposure" von XuXiang, ZhouBin, LiuChunze, XuChao, WuGuangming, NiXingyuan, ShenJun, der in „The 2nd SPIE International Symposium on Advanced Optical Manufacturing and Testing Technologies", Shanghai, China, 2005, Proc. of SPIE Vol. 6149, S. 61490N-1 - 61490N-6 veröffentlicht ist, ist ein SiO2ZZrO2-GeI-FiIm offenbart, der mit ß-Diketonen chemisch verändert wird und der mittels eines Sol-Gel-Prozesss mit Tetraethyl-Ortosilikat vermischt wird.XuXiang, ZhouBin, LiuChunze, XuChao, WuGuangming, NiXingyuan, ShenJun, who participated in "The 2 nd SPIE International Symposium on Advanced Optical Manufacturing." The article entitled "Fabrication of high-sensitivity photosensitive SiO 2 / Zrθ 2 gel film by UV exposure" and Testing Technologies ", Shanghai, China, 2005, Proc. of SPIE Vol. 6149, pp. 61490N-1 - 61490N-6, a SiO 2 ZZrO 2 -GeI film is disclosed, which is chemically modified with β-diketones and which is prepared by means of a sol-gel process with tetraethyl Ortosilicate is mixed.
Im Sol-Gel-Prozess können sehr dünne Beschichtungen realisiert werden. Bei Sol-Gel-Prozessen kommt es zu einer Vielzahl von Hydrolyse- und Polymerisationsreaktionen, die die Herausbildung einer kolloidalen Lösung zur Folge haben. Partikel, die einen geringen Durchmesser von wenigen hundert Nanometern aufweisen und vorher in einer Flüssigkeit gelöst wurden, Kondensieren daraufhin zu einem Gel.In the sol-gel process very thin coatings can be realized. In sol-gel processes, there are a variety of hydrolysis and polymerization reactions that result in the formation of a colloidal solution. Particles having a small diameter of a few hundred nanometers and previously dissolved in a liquid then condense to a gel.
Durch die chemische Veränderung werden die oben genannten Gel-Filme photosensitiv. Während der Bestrahlung dieser Gel-Filme mit UV-Licht mit einer Wellenlänge von 335 nm verschiebt sich das charakteristische Absorptionsband mit einem Maximum bei 334 nm zu kürzeren Wellenlängen. Durch die Verschiebung des charakteristischen Absorptionsbandes wird eine Änderung der Löslichkeit der oben genannten Gel-Filme hervorgerufen. Diese mit UV-Licht bestrahlen Gel-Filme werden alkohollöslich. Diese photosensitiven Gel-Filme werden jeweils auf einem Siliziumdioxidsubstrat überzogen und die Belichtung mit UV-Strahlung erfolgt jeweils durch eine Maske. Anschließend werden diese Gel-Filme in Alkohol ausgelaugt. Letztendlich werden Oberflächenreliefgitter mit einer Periode von 2 μm und einer Tiefe von 80 nm erhalten. Solche photosensitive Gel-Filme haben sich als vorteilhaft bei der Herstellung von mikrooptischen Elementen erwiesen.The chemical change makes the above-mentioned gel films photosensitive. During irradiation of these gel films with UV light having a wavelength of 335 nm, the characteristic absorption band shifts to shorter wavelengths with a maximum at 334 nm. The shift of the characteristic absorption band causes a change in the solubility of the above-mentioned gel films. These UV-irradiated gel films become alcohol soluble. These photosensitive gel films are each coated on a silicon dioxide substrate and the exposure to UV radiation is in each case through a mask. Subsequently, these gel films are leached in alcohol. Finally, surface relief gratings with a period of 2 μm and a depth of 80 nm are obtained. Such photosensitive gel films have proven to be advantageous in the production of micro-optical elements.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Photovoltaik-Vorrichtung so aufzubauen, dass ein hoher Wirkungsgrad der Solarzellen über eine längere Zeit erhalten bleibt.The invention has for its object to build a photovoltaic device so that a high efficiency of the solar cells is maintained over a longer time.
Zur Lösung der Aufgabe schlägt die Erfindung eine Photovoltaik-Vorrichtung mit den in Anspruch 1 genannten Merkmalen vor. Vorteilhafte Ausgestaltungen finden sich in den Unteransprüchen.To solve the problem, the invention proposes a photovoltaic device with the features mentioned in claim 1. Advantageous embodiments can be found in the subclaims.
Mit der erfindungsgemäßen Photovoltaikvorrichtung wird ein hoher Wirkungsgrad der Solarzellen über eine längere Zeit durch eine Stabilisierung der Arbeitstemperatur der Solarzellen in einem Bereich, in dem die Solarzellen effizient arbeiten können, erhalten.With the photovoltaic device of the present invention, high solar cell efficiency is obtained over a long period of time by stabilizing the working temperature of the solar cells in a range in which the solar cells can operate efficiently.
Bei der erfindungsgemäßen Photovoltaik-Vorrichtung erfolgt mittels mindestens eines ersten optischen Elements eine Umlenkung der einfallenden Sonnenstrahlung in einem ersten Spektralbereich auf mindestens eine zugeordnete, an einer Seitenfläche des optischen Elements angebrachteIn the photovoltaic device according to the invention, by means of at least one first optical element, a deflection of the incident solar radiation in a first spectral range to at least one associated, attached to a side surface of the optical element
Solarzelle. Dabei wandelt die Solarzelle den ersten Spektrum der einfallenden Sonnenstrahlung gänzlich in elektrische Energie um. Die einfallende Strahlung in einem zweiten Spektralbereich, der von der Solarzelle nicht in elektrische Energie umwandelbar ist, wird dabei von dem ersten optischen Element mittels einer auf der der Sonne zugewandten Seite des ersten optischenSolar cell. The solar cell completely converts the first spectrum of incident solar radiation into electrical energy. The incident radiation in a second spectral range, which is not convertible from the solar cell into electrical energy, is thereby from the first optical element by means of a on the side facing the sun of the first optical
Elements vorhandenen ersten Hologrammstruktur von der Fläche der seitlich angebrachten Solarzelle weg auf einen solarzellenfreien Zielbereich umgelenkt. Bekanntlich wandeln Solarzellen die einfallenden Sonnenstrahlung in einem Spektralbereich, den sie nicht in elektrische Energie umwandeln können, hier die einfallende Sonnenstrahlung in dem zweiten Spektralbereich, in Wärme um. Dadurch dass, das erste optische Element nur den von der Solarzelle in elektrische Energie umwandelbaren ersten Spektralbereich der einfallenden Sonnenstrahlung auf diese umlenkt, wird eine unerwünschte Erhöhung der Temperatur der Solarzelle vermieden. Da der Wirkungsgrad einer Solarzelle mit einer Erhöhung der Temperatur dieser sinkt, wird so eine hohe Effizienz der Solarzelle über eine längere Zeit erhalten.Element existing first hologram structure from the surface of the side-mounted solar cell away on a solar cell-free target area diverted. As is known, solar cells convert the incident solar radiation into heat in a spectral range which they can not convert into electrical energy, in this case the incident solar radiation in the second spectral range. Because the first optical element only deflects the first spectral range of the incident solar radiation that can be converted by the solar cell into electrical energy, an undesired increase in the temperature of the solar cell is avoided. Since the efficiency of a solar cell decreases with an increase in the temperature thereof, a high efficiency of the solar cell over a longer time is obtained.
Dadurch dass die einfallende Sonnenstrahlung im zweiten Spektralbereich mittels der ersten Hologrammstruktur schon an der der Sonne zugewandten Seite des ersten optischen Elements weg von der Fläche der Solarzelle auf einen solarzellenfreien Zielbereich umgelenkt wird, wird aus der gesamten unmittelbaren Umgebung der Solarzelle die einfallende Sonnenstrahlung im zweiten Spektralbereich weggelenkt. So wird eine Erhitzung der Solarzelle vermieden, die auf sie auftreffende Sonnenstrahlung im zweiten Spektralbereich in Wärme umwandeln würde. So wird auch eine Erwärmung der Solarzelle infolge der einfallende langwelligere Wärmestrahlung vermieden, die sich sonst auch in den Bereichen des ersten optischen Elements sammeln würden, die sich in der unmittelbaren Umbebung der Solarzelle befinden, und die Solarzelle miterwärmen würden.Because the incident solar radiation in the second spectral range is deflected away from the surface of the solar cell to a solar cell-free target area already on the side of the first optical element facing the sun, the incident solar radiation in the second spectral range becomes the entire immediate vicinity of the solar cell deflected away. This avoids heating of the solar cell, which would convert solar radiation impinging on it into heat in the second spectral range. Thus, a heating of the solar cell due to the incident long-wave heat radiation is avoided, which would otherwise collect in the areas of the first optical element, which are located in the immediate vicinity of the solar cell, and would mitgewarm the solar cell.
Durch die Anbringung der Solarzelle auf einer Seitenfläche des ersten optischen Elements wird der Aufbau einer erfindungsgemäßen Photovoltaik- Vorrichtung gegenüber dem Aufbau einer üblichen Photovoltaik-Vorrichtung mit optischen Elementen, die die einfallenden Sonnenstrahlung jeweils auf an ihrer der Sonne abgewandten Seite angebrachte Solarzellen bündeln, erleichtert. Folglich sinken die Herstellungskosten einer erfindungsgemäßen Photovoltaik-Vorrichtung. Bei einer erfindungsgemäßen PV-Vorrichtung entfällt der Aufbauaufwand, der bei den üblichen Systemen durch die dabei erforderliche, sehr genaue Positionierung der Solarzellen auf der optischen Achse und/oder im Fokus des zugeordneten ersten optischen Elements erforderlich ist.By attaching the solar cell on a side surface of the first optical element, the structure of a photovoltaic device according to the invention compared to the structure of a conventional photovoltaic device with optical elements that focus the incident solar radiation on each mounted on its side facing away from the sun solar cells is facilitated. Consequently, the manufacturing costs of a photovoltaic device according to the invention decrease. In a PV device according to the invention eliminates the overhead, which in the usual systems by the case required, very accurate positioning of the solar cells on the optical Axis and / or in the focus of the associated first optical element is required.
Bei der erfindungsgemäßen Photovoltaik-Vorrichtung ist das erste optische Element eben ausgebildet. So kann das erste optische Element sehr genau konstruiert werden. Die Konstruktion eines ebenen ersten optischen Elements bedarf weniger Aufwand als die Konstruktion eines ersten optischen Elements, die gebogenen lichtbrechenden Flächen aufweist.In the photovoltaic device according to the invention, the first optical element is planar. Thus, the first optical element can be constructed very accurately. The construction of a planar first optical element requires less effort than the construction of a first optical element having curved refractive surfaces.
An der seitlichen Fläche des ersten optischen Elements können auch mehrere, solche Solarzellen vorhanden sein, die jeweils die einfallende Sonnenstrahlung im ersten Spektralbereich in elektrische Energie umwandeln können. So wird die Effizienz der erfindungsgemäßen Photovoltaik- Vorrichtung erhöht.On the lateral surface of the first optical element can also be several, such solar cells may be present, each of which can convert the incident solar radiation in the first spectral range into electrical energy. Thus, the efficiency of the photovoltaic device according to the invention is increased.
Um eine effizientere Ausnutzung der einfallenden Sonnenstrahlung zu erreichen, sind vorzugsweise mehrere der ersten optischen Elemente mit jeweils mindestens einer seitlich angebrachten Solarzelle in der erfindungsgemäßen Photovoltaik-Vorrichtung vorhanden.In order to achieve more efficient utilization of the incident solar radiation, preferably several of the first optical elements, each with at least one laterally mounted solar cell, are present in the photovoltaic device according to the invention.
Vorzugsweise weist die erfindungsgemäße Photovoltaik-Vorrichtung eine Vielzahl der ersten optischen Elemente auf, wobei mehrere der ersten optischen Elemente die einfallende Sonnenstrahlung in dem ersten Spektralbereich für mehrere unterschiedliche Einfallswinkel jeweils auf die zugeordnete Solarzelle umlenken. Dadurch kann die erfindungsgemäße Photovoltaik-Vorrichtung auch ohne Nachführung arbeiten, da bei verschiedenen Sonnenständen die einfallende Sonnenstrahlung von den ersten optischen Elementen jeweils auf die mindestens eine zugeordnete Solarzelle umgelenkt wird.Preferably, the photovoltaic device according to the invention comprises a plurality of the first optical elements, wherein a plurality of the first optical elements deflect the incident solar radiation in the first spectral range for a plurality of different angles of incidence respectively to the associated solar cell. As a result, the photovoltaic device according to the invention can also operate without tracking, since at different positions in the sun, the incident solar radiation is deflected by the first optical elements onto the at least one associated solar cell.
Auch kann die erfindungsgemäße Photovoltaik-Vorrichtung eine Vielzahl der ersten optischen Elemente aufweisen, wobei mehrere der ersten optischen Elemente die senkrecht einfallende Sonnenstrahlung in dem ersten Spektralbereich jeweils auf die zugeordnete Solarzelle umlenken. Solch eine erfindungsgemäßen Photovoltaik-Vorrichtung wird an die Sonne nachgeführt und erbringt eine hohe Leistung über den ganzen Tag, da die Solarzellen über den ganzen Tag, solange die Sonne scheint, bestrahlt werden.Also, the photovoltaic device according to the invention may comprise a plurality of the first optical elements, wherein a plurality of the first optical Elements which deflect vertically incident solar radiation in the first spectral range in each case to the associated solar cell. Such a photovoltaic device according to the invention is tracked to the sun and provides high power throughout the day as the solar cells are irradiated throughout the day while the sun is shining.
Vorzugsweise weist das erste optische Element mindestens eine seitlich angebrachte Solarzelle mit einer kleineren Fläche als Lichteintrittsfläche dieses ersten optischen Elements auf. Dabei wird die einfallende Strahlung in dem ersten Spektralbereich auf die Fläche der Solarzelle mittels des ersten optischen Elements konzentriert. So kann die effektiv ausgenutzte Fläche der Solarzelle wesentlich reduziert werden, was zu einer Minimierung der Einkaufs- oder Herstellungskosten der verwendeten Solarzellen führt.The first optical element preferably has at least one laterally mounted solar cell with a smaller area than the light entry surface of this first optical element. In this case, the incident radiation in the first spectral range is concentrated on the surface of the solar cell by means of the first optical element. Thus, the effectively utilized area of the solar cell can be substantially reduced, which leads to a minimization of the purchasing or manufacturing costs of the solar cells used.
Bei der erfindungsgemäßen Photovoltaik-Vorrichtung sind vorzugsweise mehrere der ersten optischen Elemente insbesondere alle ersten optischen Elemente an einem gemeinsamen Lichteintrittskörper und/oder Lichtaustrittskörper ausgebildet. Dadurch können solche erfindungsgemäße, erste optische Elemente leichter gehandhabt und konstruiert werden. Das führt zu einer Reduzierung der Herstellungskosten einer solchen erfindungsgemäßen Photovoltaik-Vorrichtung.In the case of the photovoltaic device according to the invention, several of the first optical elements, in particular all the first optical elements, are preferably formed on a common light entry body and / or light exit body. As a result, such inventive first optical elements can be handled and designed more easily. This leads to a reduction in the manufacturing cost of such a photovoltaic device according to the invention.
Vorzugsweise ist die erste Hologrammstruktur des ersten optischen Elements so ausgebildet, dass sie die einfallende Sonnenstrahlung in dem zweiten Spektralbereich unter mindestens einem stumpfen Winkel gegenüber der auf die der Sonne zugewandten Seite des ersten optischen Elements senkrechten Gerade umlenkt und die einfallende Sonnenstrahlung im ersten Spektralbereich durchlässt.The first hologram structure of the first optical element is preferably designed such that it deflects the incident solar radiation in the second spectral range at at least one obtuse angle with respect to the straight line perpendicular to the sun-facing side of the first optical element and transmits the incident solar radiation in the first spectral range.
So kann eine Erhöhung der Arbeitstemperatur der mindestens einenThus, an increase in the working temperature of at least one
Solarzelle vermieden werden, da so die von der mindestens einer Solarzelle in Wärme umwandelbaren Teil der einfallenden Sonnenstrahlung auf diese erst gar nicht auftrifft. Durch die Anbringung der ersten Hologrammstruktur an der der Sonne zugewandten Seite des ersten optischen Element kann sich die einfallende Wärmestrahlung in dem ersten optischen Element nicht sammeln, da sie schon an seiner der Sonne zugewandten Seite zurück in die Außenumgebung umgelenkt wird. Dabei wird die einfallende Sonnenstrahlung in dem von der zugeordneten Solarzelle nicht in elektrische Energie umwandelbaren zweiten Spektralbereich und damit auch die einfallende Wärmestrahlung zurück in die Außenumgebung umgelenkt. Folglich kann die einfallende Sonnenstrahlung im zweiten Spektralbereich und damit auch die einfallende langwelligere Wärmestrahlung in die unmittelbaren Umgebung der Solarzelle erst gar nicht geraten. So wird eine Überhitzung der Solarzelle vermieden.Solar cell can be avoided, as so from the at least one solar cell into heat convertible part of the incident solar radiation on this first does not hit at all. By attaching the first hologram structure to the sun-facing side of the first optical element, the incident heat radiation in the first optical element can not collect, since it is already deflected back on its side facing the sun back into the outside environment. In this case, the incident solar radiation in the second spectral range which can not be converted into electrical energy by the associated solar cell and thus also the incident heat radiation is redirected back into the outside environment. Consequently, the incident solar radiation in the second spectral range and thus also the incident long-wave heat radiation in the immediate vicinity of the solar cell not even advised. This prevents overheating of the solar cell.
Die erste Hologrammstruktur weist vorzugsweise mehrere übereinander überlagerte, insbesondere ebene Hologrammschichten auf, die einfallende Sonnenstrahlung in mindestens einem Teilbereich des zweiten Spektralbereichs, der von der Solarzelle nicht in elektrische Energie umwandelbar ist, unter einem oder jeweils unter einem stumpfen Winkel gegenüber der auf die der Sonne zugewandten Seite des ersten optischen Elements senkrechten Gerade umlenken und die einfallende Sonnenstrahlung in dem von der zugeordneten Solarzelle in elektrische Energie umwandelbaren ersten Spektralbereich durchlassen. Solch eine Realisierung der ersten Hologrammstruktur ist besonders einfach und kostengünstig und ermöglicht eine sehr genaue Umlenkung der einfallenden Sonnestrahlung in dem von der zugeordneten Solarzelle nicht in elektrische Energie umwandelbaren zweiten Spektralbereich, da für jeden solchen Teilbereich des zweiten Spektrums eine genau auf diesen abgestimmte Hologrammschicht vorgesehen ist.The first hologram structure preferably has a plurality of superimposed, in particular planar hologram layers, the incident solar radiation in at least a portion of the second spectral range, which is not convertible by the solar cell into electrical energy, under or at an obtuse angle to that of the sun to deflect the vertical side of the first optical element perpendicular straight line and transmit the incident solar radiation in the convertible from the associated solar cell into electrical energy first spectral range. Such a realization of the first hologram structure is particularly simple and cost-effective and allows a very accurate deflection of the incident sun radiation in the second spectral range which can not be converted into electrical energy by the associated solar cell, since a hologram layer precisely matched to this is provided for each such subrange of the second spectrum ,
Auch kann die erste Hologrammstruktur die einfallende Sonnenstrahlung im ersten Spektralbereich durchlassen und die einfallende Sonnenstrahlung im zweiten Spektralbereich unter unterschiedlichen spitzen Winkel gegenüber der auf die der Sonne zugewandten Seite des ersten optischen Elements senkrechten Gerade auf einen solarzellenfreien Zielbereich umlenken, der auf der Sonne abgewandten Seite des ersten optischen Elements im seitlichen Abstand von der die mindestens eine Solarzelle aufweisenden Seitenfläche des ersten optischen Element unter dem ersten optischen Element, insbesondere unmittelbar unter diesem vorhanden istAlso, the first hologram structure can transmit the incident solar radiation in the first spectral range and the incident solar radiation in the second spectral range at different acute angles to the to the sun-facing side of the first optical element vertical straight line deflect to a solar cell-free target area, the side facing away from the sun of the first optical element in the lateral distance from the at least one solar cell having side surface of the first optical element under the first optical element, in particular immediately below this is present
Mittels der ersten optischen Hologrammstruktur kann folglich auch eine Bündelung der einfallenden Sonnenstrahlung im zweiten Spektralbereich, insbesondere der einfallenden Wärmestrahlung auf denselben solarzellenfreien Zielbereich erreicht werden. Dabei ist der solarzellenfreien Zielbereich auf der der Sonne abgewandten Seite des ersten optischen Elements unter diesem, insbesondere unmittelbar unter diesem, im seitlichen Abstand von der die Solarzelle aufweisende Seitenfläche des ersten optischen Elements vorhanden. Dadurch, dass sich der solarzellenfreie Zielbereich im Abstand von der Solarzelle befindet, kann sich in der Umgebung der Solarzelle keine Wärme sammeln, die die Solarzelle sonst erwärmen würde. Auch hier wird so eine Überhitzung der Solarzelle vermieden.Consequently, bundling of the incident solar radiation in the second spectral range, in particular of the incident heat radiation, onto the same solar cell-free target region can also be achieved by means of the first optical hologram structure. In this case, the solar cell-free target area on the side facing away from the sun of the first optical element under this, in particular directly below this, in the lateral distance from the solar cell having side surface of the first optical element is present. Due to the fact that the solar cell-free target area is located at a distance from the solar cell, no heat can accumulate in the vicinity of the solar cell which would otherwise heat the solar cell. Here, too, an overheating of the solar cell is avoided.
Die erste Hologrammstruktur weist insbesondere mehrere überlagerte Hologrammschichten auf, die jeweils mehrere Hologrammbereiche mit unterschiedlicher Hologrammbeschaffenheit aufweisen, wobei die Hologrammbereiche einer Hologrammschicht die einfallende Sonnenstrahlung in einem Teilbereich des zweiten Spektralbereich unter unterschiedlichen spitzen Winkel gegenüber der auf die der Sonne zugewandten Seite des ersten optischen Elements senkrechten Gerade jeweils auf einen selben Zielbereich umlenken, der auf der Sonne abgewandten Seite des ersten optischen Elements im seitlichen Abstand von der die mindestens eine Solarzelle aufweisenden Seitenfläche des ersten optischen Element unter dem ersten optischen Element, insbesondere unmittelbar unter diesem vorhanden ist, und Sonnenstrahlung in dem ersten und dem restlichen zweiten Spektralbereich durchlässt. So kann für jeden Teilbereich des zweiten Spektralbereichs jeweils eine Hologrammschicht vorhanden sein, die auf den zugeordneten Teilbereich des zweiten Spektralbereichs genau abgestimmt ist. Mittels dieses Aufbaus der ersten Hologrammstruktur wird die einfallende Sonnenstrahlung im zweiten Spektralbereich sehr genau auf denselben solarzellenfreien Zielbereich umgelenkt.In particular, the first hologram structure has a plurality of superimposed hologram layers, each of which has a plurality of hologram regions of different hologram nature, the hologram regions of a hologram layer perpendicularly directing the incident solar radiation in a subregion of the second spectral region at different acute angles with respect to the side of the first optical element facing the sun Just in each case deflect to a same target area, which is on the side facing away from the sun of the first optical element in the lateral distance from the at least one solar cell having side surface of the first optical element under the first optical element, in particular directly below it, and solar radiation in the first and the remaining second spectral range passes. So can for each subsection of the second Spectral range in each case a hologram layer be present, which is precisely tuned to the associated portion of the second spectral range. By means of this construction of the first hologram structure, the incident solar radiation in the second spectral range is deflected very precisely to the same solar cell-free target region.
Durch die Anbringung der ersten Hologrammstruktur an der der Sonne zugewandten Seite des ersten optischen Elements wird eine Umlenkung der einfallenden Sonnenstrahlung in dem von der Solarzelle nicht in elektrische Energie umwandelbaren zweiten Spektralbereich auf einen solarzellenfreien Zielbereich schon an der der Sonne zugewandten Seite des ersten optischen Element durchgeführt. So wird erreich, dass die einfallende Sonnenstrahlung in dem zweiten Spektralbereich und folglich auch die einfallende Wärmestrahlung den an der Solarzelle angrenzenden Teil des zugeordneten ersten optischen erst gar nicht erreicht, da sie vorher umgelenkt wird. Folglich kann die einfallende Sonnenstrahlung in dem zweiten Spektralbereich die Fläche der Solarzelle nicht erreichen und von dieser in Wärme umgewandelt werden. So wird auch vermieden, dass sich die einfallende langwelligere Wärmestrahlung in der unmittelbaren Umgebung der Solarzelle sammelt und diese erwärmt.By attaching the first hologram structure on the side of the first optical element facing the sun, a deflection of the incident solar radiation in the second spectral range which can not be converted into electrical energy by the solar cell is carried out on a solar cell-free target area already on the side of the first optical element facing the sun , It is thus achieved that the incident solar radiation in the second spectral range and consequently also the incident thermal radiation do not even reach the part of the associated first optical unit adjacent to the solar cell, since it is deflected beforehand. Consequently, the incident solar radiation in the second spectral range can not reach the surface of the solar cell and be converted by it into heat. This also avoids that the incident long-wave heat radiation collects in the immediate vicinity of the solar cell and heats it.
Bei einer besondere Ausführung der Erfindung ist unter dem Trägerkörper des mindestens einen ersten optischen Elements eine Wärmeleiterplatte oder einen Absorberkörper angebracht, die insbesondere ein Rohrleitungssystem aufweisen.In a particular embodiment of the invention, a heat conductor plate or an absorber body is mounted under the carrier body of the at least one first optical element, which in particular have a piping system.
Der Absorberkörper weist insbesondere einen selektiven Absorber auf. Ein selektiver Absorber hat eine besonders hohe Aufnahmefähigkeit (Absorptionsgrad) für den Spektralbereich des Sonnenstrahlung, in dem die meiste Energie eingestrahlt wird, während die Abstrahlung infraroterThe absorber body in particular has a selective absorber. A selective absorber has a particularly high absorption capacity (absorptivity) for the spectral range of solar radiation, in which most of the energy is radiated while the radiation is more infrared
Wärmestrahlung durch einen geringen Emissionsgrad minimiert wird. Einfache Absorberkörper wie z.B. schwarze Farbe nehmen dagegen Sonnenstrahlung so gut auf wie sie Wärmestrahlung abgeben. Beim Auftreffen der Sonnenstrahlen auf einem Absorberkörper wird kurzwellige, energiereiche Strahlung in langwellige Strahlung (Wärmestrahlung) umgewandelt. Wärme, die nicht direkt vom Absorber aufgenommen oder von diesem als Emission wieder abgestrahlt wird, wird durch eine bei üblichen Absorberkörpern immer vorhandene Reflexionsscheibe zurück reflektiert. Die Wärmestrahlung ist somit im Absorberkörper gefangen.Heat radiation is minimized by a low emissivity. Simple absorber bodies such as black paint, on the other hand, absorb solar radiation as good as they give off heat radiation. When the sun's rays strike an absorber body, short-wave, high-energy radiation is converted into long-wave radiation (heat radiation). Heat that is not absorbed directly by the absorber or emitted by the latter as an emission is reflected back by a reflecting disk which is always present in conventional absorber bodies. The thermal radiation is thus trapped in the absorber body.
Vorzugsweise ist die erste Hologrammstruktur so ausgebildet, dass der solarzellenfreie Zielbereich einen Teilbereich der Wärmeleiterplatte oder des Absorberkörpers ausbildet.Preferably, the first hologram structure is formed so that the solar cell-free target area forms a portion of the heat conductor plate or the absorber body.
Der erhitzte Absorberkörper oder die erhitzte Wärmeleiterplatte überträgt die Wärme auf ein durch das mit dem Absorberkörper oder mit der Wärmeleiterplatte verbundenen Rohrleitungssystem fließendeThe heated absorber body or the heated heatpipe plate transfers the heat to a fluid flowing through the piping system connected to the absorber body or to the heatpipe plate
Wärmeträgermedium wie z.B. Wasser oder Öl. Diese transportiert die gesammelte Wärmeenergie zu einer thermischen Nutzung wie z.B. einem Verbraucher oder einem Wärmespeicher.Heat transfer medium such. Water or oil. This transports the collected heat energy to a thermal utilization such as e.g. a consumer or a heat storage.
Die einfallende Wärme und bei der Verwendung eines Absorberkörpers auch die einfallende Sonnenstrahlung im zweiten Spektralbereich mit kürzeren Wellenlängen werden mittels des durch das Rohrleitungssystem fließenden Wärmeträgermediums von den vorhandenen solarzellenfreien Zielbereichen der thermischen Nutzung zugeleitet und von dieser ausgenutzt. Die Wärme aus der unmittelbaren Umgebung der Solarzellen wird dabei abgeführt und eine Überhitzung dieser vermieden.The incident heat and the use of an absorber body and the incident solar radiation in the second spectral range with shorter wavelengths are fed by means of flowing through the piping heat transfer medium of the existing solar cell-free target areas of thermal utilization and exploited by this. The heat from the immediate vicinity of the solar cells is dissipated and avoided overheating this.
Insbesondere umfasst das erste optische Element eine zweite Hologrammstruktur und eine optische Vorrichtung, wobei die zweite Hologrammstruktur die einfallende Sonnenstrahlung im zweiten Spektralbereich durchlässt, an der der Sonne zugewandten Seite des ersten optischen Elements vorhanden ist und die einfallende Sonnenstrahlung im ersten Spektralbereich unter mindestens einem spitzen Winkel gegenüber der auf der der Sonne zugewandten Seite des ersten optischen Elements senkrechten Gerade umlenkt und die optische Vorrichtung die von der zweiten Hologrammstruktur umgelenkte Sonnenstrahlung der Solarzelle in konzentrierter Form zuleitet.In particular, the first optical element comprises a second hologram structure and an optical device, wherein the second hologram structure transmits the incident solar radiation in the second spectral range, is present at the sun-facing side of the first optical element and the incident solar radiation in the first spectral range at least at an acute angle relative to the perpendicular to the sun-facing side of the first optical element deflects straight line and the optical device, the deflected by the second hologram structure solar radiation of the solar cell in concentrated form.
Auch kann die zweite Hologrammstruktur an der der Sonne abgewandten Seite des ersten optischen Elements vorhanden sein und die einfallende Sonnenstrahlung im ersten Spektralbereich unter mindestens einem stumpfen Winkel gegenüber der auf der der Sonne abgewandten Seite des ersten optischen Elements senkrechten Gerade umlenken. Auch in diesem Fall wird von der zweiten Hologrammstruktur umgelenkte Sonnenstrahlung mittels der optischen Vorrichtung in konzentrierter Form der Solarzelle zugeleitet.The second hologram structure may also be present on the side of the first optical element facing away from the sun and redirect the incident solar radiation in the first spectral range under at least one obtuse angle relative to the straight line on the side of the first optical element facing away from the sun. Also in this case, solar radiation deflected by the second hologram structure is supplied to the solar cell in concentrated form by means of the optical device in concentrated form.
Die Verwendung einer zweiten Hologrammstruktur zur Umlenkung der einfallenden Sonnenstrahlung im ersten Spektralbereich ist besonders bevorzugt, da eine solche Hologrammstruktur besonders einfach und kostengünstig realisierbar ist. Dabei ist der Verlust an der auf eine solche Hologrammstruktur auftreffenden Sonnenstrahlung durch Wechselwirkungen mit dieser minimal.The use of a second hologram structure for deflecting the incident solar radiation in the first spectral range is particularly preferred since such a hologram structure can be realized in a particularly simple and cost-effective manner. The loss of solar radiation incident on such a hologram structure is minimal due to interactions therewith.
Die zweite Hologrammstruktur umfasst vorzugsweise mehrere übereinander überlagerte, insbesondere ebene Hologrammschichten, die die einfallende Sonnenstrahlung in dem ersten Spektralbereich jeweils unter einem spitzen Winkel gegenüber der auf die der Sonne zugewandten Seite des ersten optischen Elements senkrechten Gerade auf die zugeordnete Solarzelle umlenken und Sonnenstrahlung in dem zweiten Spektralbereich durchlassen. Solch eine Realisierung der zweiten Hologrammstruktur ist besonders einfach und kostengünstig und ermöglicht eine sehr genaue Umlenkung der einfallenden Sonnenstrahlung in dem von der zugeordneten Solarzelle in elektrische Energie umwandelbaren ersten Spektralbereich, da für jeden Teilbereich dieses ersten Spektralbereichs eine genau auf diesen abgestimmte Hologrammschicht vorgesehen ist.The second hologram structure preferably comprises a plurality of superimposed, in particular planar hologram layers which deflect the incident solar radiation in each case at an acute angle to the associated solar cell at an acute angle with respect to the side of the first optical element facing the sun and solar radiation in the second Let spectral range through. Such a realization of the second hologram structure is particularly simple and inexpensive and allows a very accurate deflection of the incident solar radiation in the first spectral range convertible from the associated solar cell into electrical energy, since for each subarea of this first spectral range a precise one coordinated hologram layer is provided.
Insbesondere umfasst die optische Vorrichtung eine transparente Schicht, die die von der zweiten Hologrammstruktur umgelenkte Sonnenstrahlung der Solarzelle mittels von Totalreflektion zuleitet.In particular, the optical device comprises a transparent layer, which transmits the solar radiation, which is deflected by the second hologram structure, to the solar cell by means of total reflection.
Insbesondere ist die zweite Hologrammstruktur an der der Sonne zugewandten Seite des ersten optischen Elements vorhanden und weist auf der der Sonne abgewandten Seite die transparente ebene Schicht auf. Das Material dieser Schicht ist mit einem solchen Brechungsindex ausgewählt, dass an der der Sonne abgewandten Seite dieser Schicht eine Totalreflexion der von der zweiten Hologrammstruktur umgelenkten Sonnenstrahlung in dem gesamten ersten Spektralbereich auftritt. Die an der der Sonne abgewandten Seite der transparenten Schicht reflektierte Sonnenstrahlung wird dann weiten an der der Sonne zugewandten Seite der transparenten Schicht total reflektiert und so der Solarzelle in konzentrierter Form zugeleitet.In particular, the second hologram structure is present on the side of the first optical element facing the sun and has the transparent planar layer on the side facing away from the sun. The material of this layer is selected with a refractive index such that on the side of this layer facing away from the sun a total reflection of the solar radiation deflected by the second hologram structure occurs in the entire first spectral range. The solar radiation reflected on the side of the transparent layer facing away from the sun is then totally reflected on the side of the transparent layer facing the sun and thus supplied in concentrated form to the solar cell.
Auch kann die zweite Hologrammstruktur an der der Sonne abgewandten Seite des ersten optischen Elements vorhanden sein und auf der der Sonne zugewandten Seite die transparente ebene Schicht aufweisen. Das Material dieser Schicht ist ähnlich wie vorhin mit einem solchen Brechungsindex ausgewählt, dass an der der Sonne zugewandten Seite dieser Schicht eine Totalreflexion der von der zweiten Hologrammstruktur umgelenkten Sonnenstrahlung in dem gesamten ersten Spektralbereich auftritt. Die an der der Sonne zugewandten Seite der transparenten Schicht reflektierteThe second hologram structure may also be present on the side of the first optical element facing away from the sun and have the transparent planar layer on the side facing the sun. The material of this layer is similar to previously selected with a refractive index such that on the sun-facing side of this layer, total reflection of the solar radiation deflected by the second hologram structure occurs in the entire first spectral range. The reflected on the side of the transparent layer facing the sun
Sonnenstrahlung wird dann weiten an der der Sonne abgewandten Seite der transparenten Schicht total reflektiert und so der Solarzelle in konzentrierter Form zugeleitet.Solar radiation is then totally reflected on the side of the transparent layer facing away from the sun and thus supplied in concentrated form to the solar cell.
Bei dieser Ausführungsform der Erfindung wird bevorzugt, dass die auf der der Sonne zugewandten Seite der ersten optischen Element vorhandene erste Hologrammstruktur die einfallende Sonnenstrahlung Strahlung in dem von der zugeordneten Solarzelle nicht in elektrische Energie umwandelbaren zweiten Spektralbereich zurück in die Außenumgebung umlenkt, um zu vermeiden, dass die transparente Schicht diese einfallende Sonnenstrahlung im zweiten Spektralbereich durchTotalreflexion der zugeordneten Solarzelle zuleitet. Da die Solarzelle die einfallende Sonnenstrahlung im zweiten Spektralbereich in Wärme umwandeln würde, ist die Solarzelle durch das Vorhandensein der ersten Hologrammstruktur von einer überflüssigen Erhitzung geschützt.In this embodiment of the invention, it is preferred that the first hologram structure present on the side of the first optical element facing the solar side, the incident solar radiation in that of the associated solar cell does not redirect to electrical energy convertible second spectral range back to the outside environment, to avoid that the transparent layer this incident solar radiation in the second spectral range by total reflection of the associated solar cell passes. Since the solar cell would convert the incident solar radiation into heat in the second spectral range, the solar cell is protected from superfluous heating by the presence of the first hologram structure.
Bei einer besonders bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Photovoltaik-Vorrichtung weist die optische Vorrichtung eine erste und eine zweite optische Einrichtung auf. Dabei reflektiert die erste optische Einrichtung die von der zweiten Hologrammstruktur umgelenkte Sonnenstrahlung und die zweite optische Einrichtung reflektiert die von der ersten optischen Einrichtung reflektierte Sonnenstrahlung weiter. Die erste optische Einrichtung reflektiert dabei auch die von der zweiten optischen Einrichtung reflektierte Sonnenstrahlung weiter.In a particularly preferred embodiment of the photovoltaic device according to the invention, the optical device has a first and a second optical device. In this case, the first optical device reflects the solar radiation deflected by the second hologram structure, and the second optical device further reflects the solar radiation reflected by the first optical device. The first optical device also reflects the solar radiation reflected by the second optical device.
Dabei kann die erste und/oder die zweite optische Einrichtung besonders einfach jeweils mittels einer dritten Hologrammstruktur realisiert werden, die die auftreffende Sonnenstrahlung im zweiten Spektralbereich durchlässt und die die auftreffende Sonnenstrahlung im ersten Spektralbereich reflektiert.In this case, the first and / or the second optical device can be realized particularly simply in each case by means of a third hologram structure, which transmits the impinging solar radiation in the second spectral range and which reflects the impinging solar radiation in the first spectral range.
Die dritte Hologrammstruktur umfasst insbesondere mehrere übereinander überlagerte Hologrammschichten auf, die die auf sie auftreffende Sonnenstrahlung in einem Teilbereich des ersten Spektralbereich jeweils reflektieren und die auf sie auftreffende Sonnenstrahlung im sonstigen ersten und im zweiten Spektralbereich durchlassen. Solch eine Realisierung der dritten Hologrammstruktur ist besonders einfach und kostengünstig und ermöglicht eine sehr genaue Reflektion der auftreffenden Sonnenstrahlung im ersten Spektralbereich, da für jeden Teilbereich des ersten Spektrums eine auf diesen sehr genau abgestimmte Hologrammschicht vorgesehen ist. Insbesondere sind die zweite optische Hologrammstruktur und die zweite optische Einrichtung auf der der Sonne abgewandten Seite der ersten optischen Einrichtung vorhanden und die erste optische Einrichtung umfasst einen halbdurchlässigen Spiegel, der die von der zweiten Hologrammstruktur umgelenkte Sonnestrahlung und die von der zweiten optischen Einrichtung reflektierten Sonnenstrahlung reflektiert.In particular, the third hologram structure comprises a plurality of hologram layers superimposed on one another which in each case reflect the solar radiation impinging on them in a partial region of the first spectral region and transmit the solar radiation impinging on them in the other first and second spectral regions. Such a realization of the third hologram structure is particularly simple and cost-effective and enables a very accurate reflection of the incident solar radiation in the first spectral range, since a hologram layer which is very precisely matched to this is provided for each subregion of the first spectrum. In particular, the second optical hologram structure and the second optical device are provided on the side of the first optical device facing away from the sun, and the first optical device comprises a semitransparent mirror which reflects the solar radiation deflected by the second hologram structure and the solar radiation reflected by the second optical device ,
Vorzugsweise sind die zweite optische Hologrammstruktur und die erste optische Einrichtung auf der der Sonne zugewandten Seite der ersten optischen Einrichtung vorhanden und die zweite optische Einrichtung weist einen Spiegel auf, der die von der ersten optischen Einrichtung reflektierte Sonnenstrahlung weiter reflektiert.Preferably, the second optical hologram structure and the first optical device are provided on the sun-facing side of the first optical device, and the second optical device has a mirror that further reflects the solar radiation reflected by the first optical device.
Auch können die zweite optische Hologrammstruktur und die zweite optische Einrichtung auf der der Sonne zugewandten der ersten optischen Einrichtung vorhanden sein. Dabei kann die erste optische Einrichtung einen Spiegel aufweisen, der die von der zweiten Hologrammstruktur umgelenkte und von der zweiten optischen Einrichtung reflektierte Sonnenstrahlung reflektiert. Insbesondere kann bei dieser Annordnung die zweite optische Einrichtung einen halbdurchlässigen Spiegel umfassen, der die von der ersten optischen Struktur reflektierte Sonnenstrahlung reflektiert.Also, the second optical hologram structure and the second optical device may be provided on the sun-facing one of the first optical devices. In this case, the first optical device can have a mirror which reflects the solar radiation deflected by the second hologram structure and reflected by the second optical device. In particular, in this arrangement, the second optical device may comprise a semitransparent mirror which reflects the solar radiation reflected by the first optical structure.
Die Verwendung von Spiegeln beziehungsweise von halbdurchlässigen Spiegeln ermöglicht eine besonders einfache und kostengünstige Realisierung der ersten und/oder zweiten optischen Einrichtung.The use of mirrors or semi-transparent mirrors allows a particularly simple and cost-effective implementation of the first and / or second optical device.
Bei dieser Ausführungen der Erfindung, bei denen die erste oder die zweite optische Einrichtung einen Spiegel umfassen, wird besonders bevorzugt, dass die auf der der Sonne zugewandten Seite des ersten optischen Elements vorhandene erste Hologrammstruktur die einfallende Sonnenstrahlung im zweiten Spektralbereich zurück in die Außenumgebung umlenkt, da diese Strahlung durch Reflexion an dem Spiegel auf die Solarzelle auch umgelenkt werden würde und von dieser dabei in Wärme umgewandelt werden würde. Dabei würde die Solarzelle erhitzt werden.In these embodiments of the invention, in which the first or the second optical device comprises a mirror, it is particularly preferred that the first hologram structure present on the side of the first optical element facing the sun deflects the incident solar radiation in the second spectral range back into the external environment, because this radiation is also deflected by reflection on the mirror on the solar cell would be converted into heat by it. The solar cell would be heated.
Vorzugsweise ist die Solarzelle in unmittelbarem Kontakt mit einer seitlichen Fläche des ersten optischen Elements angebracht und weist insbesondere eine Fläche auf, die der seitlichen Fläche des ersten optischen Elements gleicht.Preferably, the solar cell is mounted in direct contact with a side surface of the first optical element and in particular has a surface which equals the lateral surface of the first optical element.
Bei einer besonderen Ausführungsform der Erfindung ist zwischen der mindestens einer Solarzelle und der seitlichen Fläche des ersten optischen Elements ein zweites optisches Element vorhanden, das die auf die die Solarzelle aufweisende Seitenfläche des ersten optischen Elements auftreffende Sonnenstrahlung in dem ersten Spektralbereich in der Weise umlenkt, dass diese gleichmäßig auf die Fläche der mindestens einer Solarzelle auftrifft. Insbesondere weist das zweite optische Element mindestens eine vierte Hologrammstruktur auf, die die auf die die Solarzelle aufweisende Seitenfläche des ersten optischen Elements auftreffende Sonnenstrahlung in dem ersten Spektralbereich in der Weise umlenkt, dass diese gleichmäßig auf die Fläche der Solarzelle auftrifft. Eine gleichmäßige Verteilung der auf die Solarzelle auftreffenden Sonnenstrahlung auf die Fläche der Solarzelle ist besonders vorteilhaft, da so die Werte des von der Solarzelle erzeugten elektrischen Stroms genau vorhersagbar und so gut handhabbar sind. Außerdem kann so eine lokale Überlastung der mindestens einen Solarzelle vermieden werden.In a particular embodiment of the invention, a second optical element is present between the at least one solar cell and the lateral surface of the first optical element, which deflects the solar radiation impinging on the side surface of the first optical element having the solar cell in the first spectral range in such a way that this impinges evenly on the surface of at least one solar cell. In particular, the second optical element has at least one fourth hologram structure which deflects the solar radiation impinging on the side surface of the first optical element having the solar cell in the first spectral range in such a way that it impinges uniformly on the surface of the solar cell. A uniform distribution of the solar radiation impinging on the solar cell onto the surface of the solar cell is particularly advantageous since in this way the values of the electrical current generated by the solar cell can be accurately predicted and are so easy to handle. In addition, a local overload of the at least one solar cell can be avoided.
Bei einer besonderen Ausführungsform der Erfindung weist die mindestens eine Solarzelle eine Fläche auf, die verschieden von der zugeordneten Seitenfläche des ersten optischen Elements ist. Insbesondere kann die Fläche der Solarzelle größer als die zugeordnete Seitenfläche des ersten optischen Elements sein. Dabei verhält sich das vorhandene zweite optische Element wie eine Streulinse. Durch eine Verminderung von sehr hohen Konzentrationen der auf die mindestens eine Solarzelle umgelenkte Sonnenstrahlung im ersten Spektralbereich kann eine Überlastung der Solarzelle vermieden werden und ihre Leistung genau kontrolliert werden. Durch eine Vermeidung der Überlastung der Solarzelle wird die Lebensdauer dieser erhöht.In a particular embodiment of the invention, the at least one solar cell has a surface that is different from the associated side surface of the first optical element. In particular, the surface of the solar cell may be larger than the associated side surface of the first optical element. The existing second optical element behaves like a scattering lens. By reducing very high concentrations of the deflected to the at least one solar cell Solar radiation in the first spectral range, an overload of the solar cell can be avoided and their performance can be precisely controlled. By avoiding the overload of the solar cell, the life of this is increased.
Bei einer besonders bevorzugten Ausführungsform der Erfindung weist die mindestens eine Solarzelle eine Fläche auf, die kleiner als die seitliche Fläche des ersten optischen Elements ist. Das vorhandene zweite optische Element verhält sich dabei wie eine Sammellinse und bündelt die auf die zugeordnete Seitenfläche des ersten optischen Elements auftreffende Sonnenstrahlung im ersten Spektralbereich auf die kleinere Fläche der Solarzelle. Dabei kann eine sehr große Konzentration der einfallenden Sonnenstrahlung im ersten Spektralbereich erreicht werden, indem die einfallende Sonnenstrahlung im ersten Spektralbereich erst mittels des ersten optischen Elements auf eine Seitenfläche umgelenkt und dabei konzentriert wird und dann mittels des zweiten optischen Elements weiter auf die gegenüber der Seitenfläche kleinere Fläche der zugeordneten Solarzelle konzentriert wird. So können Solarzellen mit einer sehr kleinen Fläche eingesetzt werden. Dabei werden die Einkaufs- oder Herstellungskosten der verwendeten Solarzellen verringert.In a particularly preferred embodiment of the invention, the at least one solar cell has an area which is smaller than the lateral area of the first optical element. The existing second optical element behaves like a converging lens and focuses the incident on the associated side surface of the first optical element solar radiation in the first spectral range on the smaller surface of the solar cell. In this case, a very large concentration of the incident solar radiation in the first spectral range can be achieved by first deflecting the incident solar radiation in the first spectral range by means of the first optical element on a side surface and thereby concentrated and then by means of the second optical element on the smaller relative to the side surface Area of the associated solar cell is concentrated. So solar cells can be used with a very small area. The purchase or production costs of the solar cells used are reduced.
Bei einer besonderen Ausführungsform der Erfindung weist mindestens eine der Hologrammstrukturen des ersten und/oder des zweiten optischen Elements mindestens einen photosensitiven Gel-Film mit mindestens einem Beugungsgitter mit einer gegebenen Periode und Tiefe auf. Die Beugungsgitter solch mindestens einer Hologrammstruktur sind dabei sehr genau und kostengünstig realisierbar. Dabei kann eine sehr genaue Umlenkung des auf diese auftreffende Sonnenstrahlung erzielt werden.In a particular embodiment of the invention, at least one of the hologram structures of the first and / or the second optical element comprises at least one gel photosensitive film having at least one diffraction grating having a given period and depth. The diffraction gratings of such at least one hologram structure can be realized very accurately and inexpensively. In this case, a very accurate deflection of the incident on this solar radiation can be achieved.
Einige Ausführungsbeispiele der Erfindung werden nachfolgend anhand der beigefügten Zeichnung näher erläutert. Darin zeigt:Some embodiments of the invention are explained below with reference to the accompanying drawings. It shows:
Fig. 1 eine schematische Schnittansicht einer erfindungsgemäßen Photovoltaik-Vorrichtung gemäß einer ersten Ausführungsform mit mindestens einem ersten optischen Element mit einer transparenten Schicht.Fig. 1 is a schematic sectional view of an inventive Photovoltaic device according to a first embodiment with at least a first optical element with a transparent layer.
Fig. 2 eine schematische Schnittansicht einer erfindungsgemäßenFig. 2 is a schematic sectional view of an inventive
Photovoltaik-Vorrichtung gemäß einer zweiten Ausführungsform mit mindestens einem ersten, einem zweiten optischen Element, das sich wie eine Sammellinse verhält, einer Wärmeleiterplatte und einem Rohrleitungssystem.Photovoltaic device according to a second embodiment having at least a first, a second optical element, which behaves like a converging lens, a heat conductor plate and a piping system.
In Figur 1 ist eine erste Ausführungsform der erfindungsgemäßen Photovoltaik-Vorrichtung oder des Solarmoduls 10 dargestellt.FIG. 1 shows a first embodiment of the photovoltaic device or the solar module 10 according to the invention.
Jedes Solarmodul 10 weist mehrere erste optische Elemente 15 auf, die jeweils an einer ersten Seitenfläche 20 eine Solarzelle 25 aufweisen.Each solar module 10 has a plurality of first optical elements 15, which each have a solar cell 25 on a first side surface 20.
Die Solarzelle 25 kann die einfallende Sonnenstrahlung in einem ersten, eher kurzwelligen Spektralbereich 30 in elektrische Energie umwandeln. Dabei kann die einfallende Sonnenstrahlung in dem restlichen, zweiten Spektralbereich 35 von der Solarzelle 25 nur in Wärme umgewandelt werden. Die einfallende Sonnenstrahlung in dem zweiten Spektralbereich 35 ist dabei eher langwellig.The solar cell 25 can convert the incident solar radiation into electrical energy in a first, rather short-wave spectral range 30. In this case, the incident solar radiation in the remaining second spectral range 35 can only be converted by the solar cell 25 into heat. The incident solar radiation in the second spectral range 35 is rather longwave.
An seiner der Sonne zugewandten Seite weist das erste optische Element 15 eine erste ebene Hologrammstruktur 40 auf, die die einfallende, eher langwellige Sonnenstrahlung im zweiten Spektralbereich 35 unter einem stumpfen Winkel (> 90°, < 180°) zurück in die Außenumgebung umlenkt insbesondere reflektiert und die eher kurzwellige, einfallende Sonnenstrahlung in dem ersten Spektralbereich durchlässt.On its side facing the sun, the first optical element 15 has a first planar hologram structure 40, which in particular reflects the incident, rather long-wave solar radiation in the second spectral range 35 at an obtuse angle (> 90 °, <180 °) back into the external environment and lets through the rather short-wave, incident solar radiation in the first spectral range.
Die von der ersten Hologrammstruktur 40 durchgelassene, kurzwelligeThe transmitted by the first hologram structure 40, short-wave
Sonnenstrahlung in dem ersten Spektralbereich 30 werden dann mittels einer auf der der Sonne abgewandten Seite der ersten Hologrammstruktur 40 angebrachten zweiten Hologrammstruktur 45 unter einem spitzen Winkel (0, < 90°) gegenüber der auf die zweite Hologrammstruktur 45 senkrechten Gerade umgelenkt.Solar radiation in the first spectral range 30 is then produced by means of a side of the first hologram structure 40 facing away from the sun mounted second hologram structure 45 at an acute angle (0, <90 °) relative to the perpendicular to the second hologram 45 straight line deflected.
An der der Sonne abgewandten Seite der zweiten Hologrammstruktur 45 ist eine optische Vorrichtung 50 vorhanden, die eine transparente Schicht umfasst. Das Material oder die Materialmischung der von der optischen Vorrichtung 50 umfassten transparenten Schicht ist so ausgewählt, dass die von der zweiten Hologrammstruktur 45 umgelenkte Sonnenstrahlung in dem ersten Spektralbereich 30 an der der Sonne abgewandten Seite der von der optischen Vorrichtung 50 umfassten transparenten Schicht total reflektiert wird. Nach der totalen Reflektion, wird die Sonnenstrahlung in dem ersten Spektralbereich 30 an der der Sonne zugewandten der von der optischen Vorrichtung 50 umfassten transparenten Schicht wieder total reflektiert, dann erneut an der der Sonne abgewandten Seite der von der optischenOn the side of the second hologram structure 45 facing away from the sun there is an optical device 50 comprising a transparent layer. The material or the material mixture of the transparent layer encompassed by the optical device 50 is selected so that the solar radiation deflected by the second hologram structure 45 is totally reflected in the first spectral range 30 on the side facing away from the sun of the transparent layer covered by the optical device 50 , After the total reflection, the solar radiation in the first spectral region 30 is totally reflected again at the sun-facing transparent layer encompassed by the optical device 50, then again at the side facing away from the sun from the optical one
Vorrichtung 50 umfassten transparenten Schicht reflektiert u.s.w. und so der Solarzelle 25 zugeleitet. Die konzentrierte Sonnenstrahlung in dem ersten Spektralbereich 30 wird von der Solarzelle 25 effizient in elektrische Energie umgewandelt.Device 50 covered transparent layer reflects u.s.w. and so the solar cell 25 fed. The concentrated solar radiation in the first spectral region 30 is efficiently converted into electrical energy by the solar cell 25.
Die einfallende Sonnenstrahlung in dem zweiten Spektralbereich 35 wird von der ersten Hologrammstruktur 40 zurück in die Außenumgebung umgelenkt, erreicht die Solarzelle 25 nicht und kann von dieser 25 nicht in Wärme umgewandelt werden. So wird eine Überhitzung der Solarzelle 25 vermieden und ihre Arbeitstemperatur in einem Bereich gehalten, in dem die Solarzelle 25 effizient Sonnenenergie in elektrischen Strom umwandelt. Dabei werden die Effizienz und die Lebensdauer der Solarzelle 25 erhöht.The incident solar radiation in the second spectral range 35 is deflected back into the external environment by the first hologram structure 40, does not reach the solar cell 25 and can not be converted into heat by this. Thus, overheating of the solar cell 25 is avoided and its working temperature is maintained in a range in which the solar cell 25 efficiently converts solar energy into electric power. The efficiency and the life of the solar cell 25 are increased.
Die ersten vorhandenen optische Elemente 15 sind an ihrer der Sonne zugewandten Seite an einer transparenten Lichteintrittsplatte 60 angebracht, der den gemeinsamen Lichteintrittskörper der Photovoltaik- Vorrichtung 10 bildet, und welchen von der einfallenden Sonnenstrahlung 29 passiert wird, bevor diese 29 jeweils von einem ersten optischen Element 15 in verschiedenen Spektralbereichen 30, 35 aufgespaltet wird.The first existing optical elements 15 are mounted on their side facing the sun on a transparent light entrance plate 60, which forms the common light entrance body of the photovoltaic device 10, and which is passed by the incident solar radiation 29, before each of these 29 is split by a first optical element 15 in different spectral ranges 30, 35.
Die ersten vorhandenen optischen Elemente 15 sind an ihrer der Sonne abgewandten Seite an einem gemeinsamen Trägerkörper 61 befestigt.The first existing optical elements 15 are attached to their side facing away from the sun on a common carrier body 61.
Bei einer in Fig. 2 dargestellten zweiten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Photovoltaik-Vorrichtung 10 weist das erste optische Element 15 auf seiner der Sonne zugewandten Seite die erste Hologrammstruktur 40 auf, die bei dieser Ausführungsform der Erfindung mehrere Hologrammbereiche 41 , 42 mit unterschiedlicher holografischer Beschaffenheit aufweist, die die einfallende Sonnenstrahlung in dem zweiten Spektralbereich 35 auf einen solarzellenfreien Zielbereich 70, der unter dem ersten optischen Element 15, im seitlichen Abstand von der Solarzelle 25 vorhanden ist.In a second embodiment of the photovoltaic device 10 according to the invention shown in FIG. 2, the first optical element 15 has, on its side facing the sun, the first hologram structure 40 which, in this embodiment of the invention, has a plurality of hologram regions 41, 42 with different holographic properties, the incident solar radiation in the second spectral range 35 to a solar cell-free target area 70, which is present under the first optical element 15, in the lateral distance from the solar cell 25.
Alle vorhandenen ersten optischen Elemente 15 sind an deren der Sonne abgewandten Seite mit einer Wärmeleiterplatte 75 verbunden. Die solarzellenfreien Zielbereiche 70, die jeweils einem ersten optischen Element 15 zugeordnet sind, bilden Teilbereiche der Wärmeleiterplatte 75.All existing first optical elements 15 are connected at their side facing away from the sun with a heat conductor plate 75. The solar cell-free target areas 70, which are each assigned to a first optical element 15, form subregions of the heat conductor plate 75.
Ein Rohrleitungssystem 80 ist mit der der Sonne abgewandten Seite der Wärmeleiterplatte 75 verbunden und ist insbesondere unter den solarzellenfreien Zielbereiche 70 vorhanden. So kann die auf den ersten Zielbereichen 70 gebündelte einfallende Sonnenstrahlung im zweiten Spektralbereich 35 und so auch die auf den ersten Zielbereichen 70 gebündelte eher langwelligere einfallende Wärmestrahlung das Rohrleitungssystem 80 über die Wärmeleiterplatte 75 erreichen und dann von einem durch das Rohrleitungssystem 80 durchfließendes Wärmeträgermedium wie Wasser oder Öl (nicht dargestellt) an einer thermischen Nutzung (nicht dargestellt) transportiert werden. Die einfallende Sonnenstrahlung in dem zweiten Spektralbereich 35 kann so von einer thermischen Nutzung ausgenutzt werden.A pipeline system 80 is connected to the side of the heat conductor plate 75 facing away from the sun and is present in particular under the solar cell-free target areas 70. Thus, the concentrated on the first target areas 70 incident solar radiation in the second spectral range 35 and thus also focused on the first target areas 70 rather long-wave incident heat radiation, the pipe system 80 via the heat conductor plate 75 and then from a flowing through the piping 80 heat transfer medium such as water or Oil (not shown) at a thermal use (not shown) to be transported. The incident solar radiation in the second spectral range 35 can thus from a be exploited thermal utilization.
Auf der der Sonne abgewandten Seite der zweite Hologrammstruktur 45 ist einen halbdurchlässigen Spiegel umfassende erste optische Einrichtung 50 angebracht, der von der von der ersten Hologrammstruktur 40 durchgelassene Sonnenstrahlung in dem ersten Spektralbereich 30 passiert wird.On the side of the second hologram structure 45 facing away from the sun, a first optical device 50 comprising a semitransparent mirror is mounted, which is passed by the solar radiation transmitted by the first hologram structure 40 in the first spectral region 30.
An der der Sonne abgewandten Seite des ersten optischen Elements 15 ist eine zweite Hologrammstruktur 45 vorhanden, die die auf sie auftreffende Sonnenstrahlung 30 in dem ersten Spektralbereich unter einem stumpfen Winkel gegenüber der auf die zweite Hologrammstruktur 45 senkrechten Gerade umlenkt und auf die auftreffende Sonnenstrahlung in dem zweiten Spektralbereich 35 durchlässt.On the side of the first optical element 15 facing away from the sun, there is a second hologram structure 45, which redirects the solar radiation 30 impinging on it in the first spectral range at an obtuse angle with respect to the straight line perpendicular to the second hologram structure 45 and on the impinging solar radiation in the first second spectral range 35 passes.
Die von der zweiten Hologrammstruktur 45 umgelenkte Sonnenstrahlung in dem ersten Spektralbereich 30 wird dann an der verspiegelten, der Sonne abgewandten Seite eines von einer ersten optischen Einrichtung 50 umfasste halbdurchlässigen Spiegels reflektiert, von der zweiten Hologrammstruktur 45 durchgelassen, von einer an der der Sonne zugewandten Seite der zweiten Hologrammstruktur 45 vorhandenen und von einer zweiten optischenThe solar radiation deflected by the second hologram structure 45 in the first spectral range 30 is then reflected at the mirrored, sun-facing side of a semitransparent mirror comprised by a first optical device 50, transmitted by the second hologram structure 45, from a side facing the sun of the second hologram structure 45 present and of a second optical
Einrichtung 90 umfassten dritte Hologrammstruktur 90 reflektiert, dann erneut an der der Sonne abgewandten Seite des von der ersten optischen Einrichtung 50 umfassten halbdurchlässigen Spiegels 50 reflektiert u.s.w. und so der Solarzelle 25 zugeleitet. Die von der zweiten optischen Einrichtung 90 umfasste dritte Hologrammstruktur ist dabei so ausgebildet, dass die dritte Hologrammstruktur die einfallende Sonnenstrahlung im ersten Spektralbereich 30 und die von der zweiten Hologrammstruktur 45 umgelenkte Sonnenstrahlung im ersten Spektralbereich 30 durchlässt. Um störende Wechselwirkungen zwischen der zweiten Hologrammstruktur 45 und der von der zweiten optischen Einrichtung 90 umfassten dritten Hologrammstruktur zu vermeiden, lenkt die zweite Hologrammstruktur 45 die einfallende Sonnenstrahlung in dem ersten Spektralbereich 30 unter einem stumpfen Winkel gegenüber der auf die fünfte Hologrammstruktur 85 senkrechten Gerade um, der sich wesentlich von dem Winkel unterscheidet, der zwischen der Einfallsrichtung der Sonnenstrahlung im ersten Spektralbereich 30 und der auf die zweite Hologrammstruktur 45 senkrechten Gerade gebildet ist.Means 90 reflected third hologram structure 90 is reflected, then reflected again on the side facing away from the sun of the first optical device 50 included semitransparent mirror 50, etc., and so the solar cell 25 fed. The third hologram structure comprised by the second optical device 90 is designed such that the third hologram structure transmits the incident solar radiation in the first spectral range 30 and the solar radiation deflected by the second hologram structure 45 in the first spectral range 30. In order to avoid disturbing interactions between the second hologram structure 45 and the third hologram structure included in the second optical device 90, the second hologram structure 45 deflects the incident solar radiation in the first spectral region 30 under a blunt Angle relative to the perpendicular to the fifth hologram structure 85 straight line, which differs substantially from the angle formed between the direction of incidence of solar radiation in the first spectral range 30 and the perpendicular to the second hologram 45 straight line.
Schließlich erreicht die Sonnenstrahlung in dem ersten Spektralbereich 30 die erste Seitenfläche 20 des ersten optischen Elements 15, an der ein zweites optisches Element 95 vorhanden ist, das sich bei dieser Ausführungsform wie eine Sammellinse verhält. Die auf das zweite optische Element 95 auftreffende Sonnenstrahlung in dem ersten Spektralbereich 35 wird von diesem 95 auf die Fläche der Solarzelle 25 gebündelt und dann von dieser 25 effizient in elektrische Energie umgewandelt.Finally, the solar radiation in the first spectral region 30 reaches the first side surface 20 of the first optical element 15, on which there is a second optical element 95, which behaves like a converging lens in this embodiment. The solar radiation impinging on the second optical element 95 in the first spectral range 35 is bundled by this 95 onto the surface of the solar cell 25 and then efficiently converted by this 25 into electrical energy.
Die Solarzelle 25 weist in diesem Fall eine Fläche auf, die jeweils kleiner ist als die Lichteintrittsfläche und die erste Seitenfläche des ersten optischen Elements 15 und auch als die Lichteintrittsfläche des zweiten optischen Elements 95. So können die Einkaufs- oder Herstellungskosten der eingesetzten Solarzellen 25 reduziert werden.In this case, the solar cell 25 has an area which is smaller than the light entry area and the first side area of the first optical element 15 and also as the light entry area of the second optical element 95. Thus, the purchase or production costs of the solar cells 25 used can be reduced become.
Die auf die von der zweiten optischen Einrichtung 90 umfassten dritte Hologrammstruktur auftreffende Sonnenstrahlung in dem zweiten Spektralbereich 35 wird von der dritten Hologrammstruktur durchgelassen und trifft auf die an der der Sonne abgewandten Seite der zweiten optischen Einrichtung 90 vorhandenen Wärmeleiterplatte 75 auf.The solar radiation impinging on the third hologram structure covered by the second optical device 90 in the second spectral range 35 is transmitted by the third hologram structure and impinges on the heat conductor plate 75 present on the side of the second optical device 90 facing away from the sun.
Durch diesen Aufbau erreicht die einfallende Sonnenstrahlung in dem zweiten Spektralbereich 35 die Solarzelle 25 nicht und kann von dieser 25 nicht in Wärme umgewandelt werden. So wird eine Überhitzung der Solarzelle 25 vermieden und ihre Arbeitstemperatur in einem Bereich gehalten, in dem die Solarzelle 25 effizient Sonnenenergie in elektrischen Strom umwandelt. Dabei werden die Effizienz und die Lebensdauer der Solarzelle 25 erhöht. BezugszeichenlisteBy virtue of this construction, the incident solar radiation in the second spectral range 35 does not reach the solar cell 25 and can not be converted into heat by it. Thus, overheating of the solar cell 25 is avoided and its working temperature is maintained in a range in which the solar cell 25 efficiently converts solar energy into electric power. The efficiency and the life of the solar cell 25 are increased. LIST OF REFERENCE NUMBERS
10 Photovoltaik-Vorrichtung10 photovoltaic device
15 erstes optisches Element 20 erste Seitenfläche des ersten optischen Elements15 first optical element 20 first side surface of the first optical element
25 Solarzelle25 solar cell
29 einfallende Sonnenstrahlung29 incident solar radiation
30 Sonnenstrahlung in dem ersten Spektralbereich 35 Sonnenstrahlung in dem zweiten Spektralbereich 40 erste Hologrammstruktur30 solar radiation in the first spectral range 35 solar radiation in the second spectral range 40 first hologram structure
41 , 42 Bereiche der ersten Hologrammstruktur 40 mit unterschiedlicher holografischer Beschaffenheit41, 42 areas of the first hologram structure 40 of different holographic nature
45 zweite Hologrammstruktur45 second hologram structure
50 optische Vorrichtung 55 erste optische Einrichtung50 optical device 55 first optical device
60 gemeinsame Lichteintrittsplatte60 common light entry plate
61 gemeinsamen Trägerkörper 70 solarzellenfreier Zielbereich 75 Wärmeleiterplatte 80 Rohrleitungssystem61 common carrier body 70 solar cell-free target area 75 heat conductor plate 80 piping system
90 zweite optische Einrichtung90 second optical device
95 zweites optisches Element 95 second optical element

Claims

PATENTANSPRÜCHE
1. Photovoltaik- Vorrichtung (10) zur direkten Umwandlung von Sonnenenergie in elektrische Energie mit mindestens einer Solarzelle (25) und mindestens einem der Solarzelle (25) zugeordneten ersten optischen Element (15), das die einfallende Sonnenstrahlung in einem ersten Spektralbereich (30), das dem Spektralbereich gleicht, das von der Solarzelle (25) in elektrische Energie umwandelbar ist, auf die an einer seinen Seitenflächen (20) angebrachte Solarzelle (25) umlenkt und auf seiner der Sonne zugewandten Seite eine erste Hologrammstruktur (40) aufweist, die die einfallende Strahlung in einem zweiten Spektralbereich (35), das dem Spektralbereich gleicht, das von der Solarzelle (25) nicht in elektrischen Strom umwandelbar ist, weg von der Fläche der Solarzelle (25) auf einen solarzellenfreien Zielbereich (70) umlenkt.1. Photovoltaic device (10) for direct conversion of solar energy into electrical energy with at least one solar cell (25) and at least one of the solar cell (25) associated first optical element (15), the incident solar radiation in a first spectral range (30) , which is similar to the spectral range, which is convertible by the solar cell (25) into electrical energy, which deflects on one of its side surfaces (20) mounted solar cell (25) and on its side facing the sun has a first hologram structure (40) the incident radiation in a second spectral region (35), which is similar to the spectral region which is not convertible by the solar cell (25) into electrical current, deflects away from the surface of the solar cell (25) to a solar cell-free target region (70).
2. Photovoltaik-Vorrichtung nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass sie eine Vielzahl von Solarzellen (25) und eine Vielzahl von ersten optischen Elementen (15) aufweist, die jeweils eine Lichteintrittsfläche aufweisen, die wesentlich größer als die Fläche einer Solarzelle (25) ist, wobei jeder Solarzelle (25) mindestens eines der ersten optischen Elemente (15) zugeordnet ist oder jedem ersten optischen Element (15) mehrere jeweils Sonnenstrahlung im gleichen ersten Spektralbereich (30) nutzende Solarzellen zugeordnet sind.2. Photovoltaic device according to claim 1, characterized in that it comprises a plurality of solar cells (25) and a plurality of first optical elements (15), each having a light entrance surface which is substantially larger than the surface of a solar cell (25). is, wherein each solar cell (25) is associated with at least one of the first optical elements (15) or each first optical element (15) are associated with each solar radiation in the same first spectral range (30) using solar cells.
3. Photovoltaik-Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, die mehreren optischen ersten Elemente (15) an einem gemeinsamen Lichteintrittskörper (60) und/oder Lichtaustrittskörper ausgebildet sind. 3. Photovoltaic device according to claim 1 or 2, characterized in that the plurality of optical first elements (15) are formed on a common light entry body (60) and / or light exit body.
4. Photovoltaik-Vorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Hologrammstruktur (40) die einfallende Sonnenstrahlung im ersten Spektralbereich (30) durchlässt und die einfallende Sonnenstrahlung in dem zweiten Spektralbereich (35) unter mindestens einem stumpfen Winkel gegenüber der auf die der Sonne zugewandten Seite des ersten optischen Elements (15) senkrechten Gerade umlenkt oder die einfallende Sonnenstrahlung in dem zweiten Spektralbereich (35) unter unterschiedlichen spitzen Winkel gegenüber der auf die der Sonne zugewandten Seite des ersten optischen Elements (15) senkrechten Gerade auf den selben, solarzellenfreien Zielbereich (70) umlenkt, der auf der der Sonne abgewandten Seite des ersten optischen Elements im seitlichen Abstand von der die Solarzelle (25) aufweisenden Seitenfläche (20) des ersten optischen Elements (15) unter dem ersten optischen Element (15), insbesondere unmittelbar unter diesem vorhanden ist.4. Photovoltaic device according to one of the preceding claims, characterized in that the first hologram structure (40) transmits the incident solar radiation in the first spectral range (30) and the incident solar radiation in the second spectral range (35) at least at an obtuse angle to the on the sun-facing side of the first optical element (15) deflects vertical straight line or the incident solar radiation in the second spectral range (35) at different acute angle to the sun on the facing side of the first optical element (15) perpendicular straight to the same , solar cell-free target area (70) which deflects on the side facing away from the sun of the first optical element in the lateral distance from the solar cell (25) side surface (20) of the first optical element (15) below the first optical element (15), especially immediately below this is present.
5. Photovoltaik-Vorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das erste optische Element (15) eine optische Vorrichtung (50) und eine zweite Hologrammstruktur (45) aufweist, wobei die zweite Hologrammstruktur (45) die einfallende Sonnenstrahlung im zweiten Spektralbereich (35) durchlässt, an der der Sonne zugewandten Seite des ersten optischen Elements (15) vorhanden ist und die einfallende Sonnenstrahlung im ersten Spektralbereich (30) unter mindestens einem spitzen Winkel gegenüber der auf der der Sonne zugewandten Seite des ersten optischen Elements (15) senkrechten Gerade umlenkt oder an der der Sonne abgewandten Seite des ersten optischen Elements (15) vorhanden ist und die einfallende Sonnenstrahlung im ersten Spektralbereich (30) unter mindestens einem stumpfen Winkel gegenüber der auf der der Sonne abgewandten Seite des ersten optischen Elements (15) senkrechten Gerade umlenkt und die optische Vorrichtung (50) die von der zweiten Hologrammstruktur (40) umgelenkte Sonnenstrahlung im ersten Spektralbereich (30) der Solarzelle (25) zuleitet.5. Photovoltaic device according to one of the preceding claims, characterized in that the first optical element (15) has an optical device (50) and a second hologram structure (45), wherein the second hologram structure (45) the incident solar radiation in the second spectral range (35) passes on the side facing the sun of the first optical element (15) and the incident solar radiation in the first spectral range (30) at at least one acute angle with respect to the side of the first optical element (15) facing the sun. vertically deflected or on the side facing away from the sun of the first optical element (15) is present and the incident solar radiation in the first spectral range (30) at least an obtuse angle with respect to the side facing away from the sun of the first optical element (15) Just deflects and the optical device (50) from the second hologram Structure (40) redirected solar radiation in the first Spectral range (30) of the solar cell (25) zuleitet.
6. Photovoltaik-Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die optische Vorrichtung (50) eine transparente Schicht aufweist, die die von der zweiten Hologrammstruktur (45) umgelenkte Sonnenstrahlung im ersten Spektralbereich (30) der Solarzelle (25) mittels totaler Reflektion zuleitet.6. Photovoltaic device according to claim 5, characterized in that the optical device (50) has a transparent layer which directs the deflected by the second hologram structure (45) solar radiation in the first spectral range (30) of the solar cell (25) by means of total reflection ,
7. Photovoltaik-Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass das die optische Vorrichtung (50) eine erste optische Einrichtung (55) und eine zweite optische Einrichtung (90) umfasst, wobei die erste optische Einrichtung (55) die von der zweiten Hologrammstruktur (55) umgelenkte Sonnenstrahlung im ersten Spektralbereich (30) reflektiert und die zweite optische Einrichtung (90) die von der ersten optischen Einrichtung reflektierte Sonnenstrahlung im ersten Spektralbereich (30) weiter reflektiert und wobei die erste optische Einrichtung (55) auch die von der zweiten optischen Einrichtung (90) reflektierte Sonnenstrahlung im ersten Spektralbereich (30) weiter reflektiert.7. A photovoltaic device according to claim 5, characterized in that the optical device (50) comprises a first optical means (55) and a second optical means (90), wherein the first optical means (55) of the second hologram structure (55) reflects deflected solar radiation in the first spectral range (30) and the second optical device (90) reflects the solar radiation reflected by the first optical device in the first spectral range (30) further and wherein the first optical device (55) also of the second optical device (90) reflected solar radiation in the first spectral range (30) further reflected.
8. Photovoltaik-Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die erste optische Einrichtung (55) und/oder die zweite optische Einrichtung (90) eine dritte Hologrammstruktur umfasst/jeweils umfassen, die Sonnestrahlung im zweiten Spektralbereich (95) durchlässt und die auftreffende Sonnenstrahlung im ersten Spektralbereich (30) reflektiert/jeweils reflektieren.8. A photovoltaic device according to claim 7, characterized in that the first optical device (55) and / or the second optical device (90) comprises / each comprise a third hologram structure, the sun radiation in the second spectral range (95) passes through and the incident Solar radiation in the first spectral range (30) reflected / reflect each.
9. Photovoltaik-Vorrichtung nach einem der Ansprüche 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass die zweite optische Hologrammstruktur (45) und die zweite optische Einrichtung (90) auf der der Sonne abgewandten Seite der ersten optischen Einrichtung (55) vorhanden sind, dass die erste optische Einrichtung (55) einen halbdurchlässigen Spiegel umfasst, der die von der zweiten Hologrammstruktur (45) umgelenkte Sonnestrahlung im ersten Spektralbereich (30) und die von der zweiten optischen Einrichtung (90) reflektierten Sonnenstrahlung im ersten Spektralbereich (30) reflektiert.9. Photovoltaic device according to one of claims 7 or 8, characterized in that the second optical hologram structure (45) and the second optical Means (90) are provided on the side of the first optical device (55) facing away from the sun, in that the first optical device (55) comprises a semitransparent mirror which transmits the solar radiation deflected by the second hologram structure (45) in the first spectral range (30). and reflecting the solar radiation reflected by the second optical device (90) in the first spectral region (30).
10. Photovoltaik-Vorrichtung nach einem der Ansprüche 7, 8 oder 9 dadurch gekennzeichnet, dass die zweite optische Hologrammstruktur (45) und die erste optische Einrichtung (55) auf der der Sonne zugewandten Seite der ersten optischen Einrichtung (55) vorhanden sind und dass die zweite optische Einrichtung (90) einen Spiegel umfasst, die von der ersten optischen Einrichtung (55) reflektierte Sonnenstrahlung im ersten Spektralbereich (30) reflektiert.10. Photovoltaic device according to one of claims 7, 8 or 9, characterized in that the second optical hologram structure (45) and the first optical device (55) on the side facing the sun of the first optical device (55) are present and that the second optical device (90) comprises a mirror which reflects solar radiation reflected by the first optical device (55) in the first spectral region (30).
11. Photovoltaik-Vorrichtung nach einem der Ansprüche 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass die zweite optische Hologrammstruktur (45) und die zweite optische Einrichtung (90) auf der der Sonne zugewandten der ersten optischen Einrichtung (55) vorhanden sind und dass die erste optische Einrichtung (55) einen Spiegel aufweist, der die von der zweiten Hologrammstruktur (45) umgelenkte und die von der zweiten optischen Einrichtung reflektierte Sonnenstrahlung im ersten Spektralbereich (30) reflektiert, und/oder dass die zweite optische Einrichtung (90) einen halbdurchlässigen Spiegel umfasst, der die von der ersten optischen Struktur (55) reflektierte Sonnenstrahlung im ersten Spektralbereich (30) reflektiert.11. Photovoltaic device according to one of claims 7 or 8, characterized in that the second optical hologram structure (45) and the second optical device (90) on the sun facing the first optical device (55) are present and that the first optical means (55) comprises a mirror which deflects the solar radiation reflected by the second hologram structure (45) and reflected by the second optical means in the first spectral region (30) and / or the second optical means (90) comprises a semitransparent mirror which reflects the solar radiation reflected by the first optical structure (55) in the first spectral range (30).
12. Photovoltaik-Vorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen der Solarzelle (25) und der seitlichen Fläche (20) des ersten optischen Elements (15) ein zweites optisches Element (95) vorhanden ist, das die auf die die Solarzelle (25) aufweisende Seitenfläche (20) des ersten optischen Elements (15) auftreffende Sonnenstrahlung in dem ersten Spektralbereich (30) in der Weise umlenkt, dass diese gleichmäßig auf die Fläche der Solarzelle (25) auftrifft.12. Photovoltaic device according to one of the preceding claims, characterized in that between the solar cell (25) and the lateral surface (20) of the first optical element (15), a second optical element (95) is present, which on the the Solar cell (25) having side surface (20) of the first optical element (15) incident solar radiation in the first spectral range (30) deflects in such a way that it impinges uniformly on the surface of the solar cell (25).
13. Photovoltaik- Vorrichtung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass die mindestens eine Solarzelle (25) eine Fläche aufweist, die verschieden von der Seitenfläche (20) des ersten optischen Elements (15) ist, an der die Solarzelle (25) angebracht ist.The photovoltaic device according to claim 12, wherein the at least one solar cell has a surface different from the side surface of the first optical element to which the solar cell is attached ,
14. Photovoltaik- Vorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens eine Hologrammstruktur des ersten (15) und/oder des zweiten optischen Elements (95) mindestens ein Beugungshologramm mit einem gegebenen Beugungswinkel aufweist.14. Photovoltaic device according to one of the preceding claims, characterized in that at least one hologram structure of the first (15) and / or the second optical element (95) has at least one diffraction hologram with a given diffraction angle.
15. Photovoltaik- Vorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens eine der Hologrammstrukturen des ersten (15) und/oder des zweiten optischen Elements (95) mindestens einen photosensitiven Gel-Film mit mindestens einem Beugungsgitter mit einer gegebenen Periode und Tiefe umfasst.A photovoltaic device according to any one of the preceding claims, characterized in that at least one of the hologram structures of the first (15) and / or the second optical element (95) comprises at least one photosensitive gel film having at least one diffraction grating having a given period and depth includes.
16. Photovoltaik- Vorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine Wärmeleiterplatte (75) oder einen Absorberkörper für Solarthermiezwecke mit der der Sonne abgewandten Seite des ersten optischen Elements (15) verbunden ist, wobei der Absorberkörper vorzugsweise einen selektiven Absorber aufweist.16. Photovoltaic device according to one of the preceding claims, characterized in that a heat conductor plate (75) or an absorber body for solar thermal purposes with the side facing away from the sun of the first optical element (15) is connected, wherein the absorber body preferably comprises a selective absorber.
17. Photovoltaik- Vorrichtung nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, dass ein Rohrleitungssystem (80) auf der der Sonne abgewandten Seite der Wärmeleiterplatte (75) oder des Absorberkörpers angebracht ist und zum Ableiten von in der Photovoltaikvorrichtung (10) durch einfallender Sonnenstrahlung (29) entstehender Wärme mittels eines Wärmeträgermediums und zum Zuleiten des so erwärmten Wärmeträgermediums zu einer thermischen Nutzung dient.17. Photovoltaic device according to claim 16, characterized in that in that a pipeline system (80) is mounted on the side of the heat conductor plate (75) or absorber body facing away from the sun and for dissipating heat arising in the photovoltaic device (10) by incident solar radiation (29) by means of a heat transfer medium and for supplying the thus heated heat transfer medium is used for thermal utilization.
18. Photovoltaik- Vorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens eine Solarzelle (25) eine Mikrosolarzelle ist, insbesondere mit einer Flächenausdehnung von gleich oder weniger als ca. 100 mm2.18. Photovoltaic device according to one of the preceding claims, characterized in that at least one solar cell (25) is a micro solar cell, in particular with an areal extent of equal to or less than about 100 mm 2 .
19. Photovoltaik-Vorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Solarzelle (25) eine Mehrschichtzelle aus Halbleiterverbindungen, insbesondere eine Tandem oder Tripeizellen aus Ill-V-Halbleiterverbindungen, ist.19. Photovoltaic device according to one of the preceding claims, characterized in that the solar cell (25) is a multi-layer cell of semiconductor compounds, in particular a tandem or triplets of III-V semiconductor compounds.
20. Verfahren zum Herstellen einer Photovoltaik-Vorrichtung (10) nach mindestens einem der vorangehenden Ansprüche.20. A method for producing a photovoltaic device (10) according to at least one of the preceding claims.
21. Solaranlage mit einer Mehrzahl von Photovoltaik-Vorrichtungen (10) nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 19. 21. Solar system with a plurality of photovoltaic devices (10) according to at least one of claims 1 to 19.
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