WO2013135259A1 - Solarkonzentrator - Google Patents

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WO2013135259A1
WO2013135259A1 PCT/EP2012/005008 EP2012005008W WO2013135259A1 WO 2013135259 A1 WO2013135259 A1 WO 2013135259A1 EP 2012005008 W EP2012005008 W EP 2012005008W WO 2013135259 A1 WO2013135259 A1 WO 2013135259A1
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WO
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light
solar concentrator
support frame
facing
outcoupling
Prior art date
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PCT/EP2012/005008
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French (fr)
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Wolfram Wintzer
Lars Arnold
Hagen Goldammer
Original Assignee
Docter Optics Gmbh
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Publication date
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    • C03—GLASS; MINERAL OR SLAG WOOL
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    • Y02E10/50—Photovoltaic [PV] energy
    • Y02E10/52—PV systems with concentrators

Definitions

  • the invention relates to a solar concentrator made of a transparent material, wherein the solar concentrator comprises a light input surface, a light output surface and a light guide section arranged between the light input surface and the light outcoupling surface, in particular tapering in the direction of the light outcoupling surface, which light guide element is connected between the light input surface and the light output surface by a light guide section.
  • Surface is limited.
  • PCT / EP2010 / 005755 discloses a solar concentrator with a solid body of a transparent material comprising a light input surface and a light outcoupling surface, wherein the solid body between the light input surface and the light outcoupling surface comprises a light guide portion tapering in the direction of the light outcoupling surface which is between the light input surface and the light outcoupling surface is delimited by a light guide part surface, and wherein the light guide part surface merges with a continuous first derivative in the light outcoupling surface.
  • a solar concentrator with a solid body made of a transparent material comprising a light input surface and a bright pressed light output surface
  • the massive body between the light incoupling surface and the light outcoupling surface comprises a support frame and a, in particular in the direction of the light output surface tapered, Licht beleitteil which is advantageously limited between the light input surface and the light outcoupling surface by a Licht barnleitteil surface
  • the support frame one of the light outcoupling surface facing surface of the support frame with a step, so that the outer part of the light outcoupling surface facing surface of the support frame relative to or an inner part of the light outcoupling surface facing surface of the support frame is offset in the direction of Lichtauskoppel constitutional and / or over or an inner part of the light outcoupling surface facing surface of Support frame protrudes in the direction of the light output surface.
  • a solar concentrator with a solid body made of a transparent material comprising a light input surface and a bright pressed light output surface, wherein the solid body between the light input surface and the light outcoupling a support frame and, in particular in the direction of the light outcoupling surface, Licht beleitteil which is advantageously delimited between the light incoupling surface and the light outcoupling surface by a light transmission part surface, wherein the support frame comprises a surface facing the light outcoupling surface with an outer subarea and at least one inner subarea, and wherein the outer subarea, in particular by means of a step, relative to the inner sub-surface is offset in the direction of the light outcoupling surface and / or protrudes beyond the inner sub-surface in the direction of the light outcoupling surface.
  • Transparent material is in the sense of the invention, in particular glass.
  • Transparent material is in the sense of the invention, in particular silicate glass.
  • Transparent material is in the context of the invention, in particular glass, as described in PCT / EP2008 / 010136.
  • Glass according to the invention comprises in particular
  • a üchtleiterteil surface according to the invention is inclined in particular relative to the optical axis of the solar concentrator by at least 3 °.
  • An optical axis of the solar concentrator is in particular one or the orthogonal of the light output surface.
  • the light guide part surface may be coated.
  • blank presses are to be understood in particular to press an optically active surface in such a way that a subsequent reworking of the contour of this optically effective surface can be dispensed with or is omitted or not provided for. It is thus provided in particular that the light output surface is not ground after the press molding.
  • a support frame according to the invention may in particular also be a flange *
  • a support frame in the sense of the invention may in particular be designed to be completely or partially circumferential.
  • the stage runs in particular substantially parallel to the optical axis of the solar concentrator.
  • the outer part of the light outcoupling surface facing surface of the support frame relative to the inner part of the light outcoupling surface facing surface of the support frame in the direction of the light outcoupling surface by not more than 0.3 mm, in particular by not more than 0.1 mm , offset.
  • the outer part of the light-outcoupling surface facing surface of the support frame projects beyond the inner part of the light-outcoupling surface facing surface of the Support frame in the direction of the light output surface by not more than 0.3 mm, in particular by not more than 0.1 mm out.
  • the outer partial surface relative to the inner partial surface in the direction of the light output surface is not offset by more than 0.3 mm, in particular by not more than 0.1 mm.
  • the outer partial surface protrudes beyond the inner partial surface in the direction of the light outcoupling surface by not more than 0.3 mm, in particular by not more than 0.1 mm.
  • the height of the step is not more than 0.3 mm, advantageously not more than 0.1 mm.
  • the light guide part surface merges with a continuous first derivative in the light output surface.
  • the light guide part surface merges with a curvature in the Lichtauskoppel formulation whose (the curvature) radius of curvature is not greater than 0.25 mm, in particular not greater than 0.15 mm, advantageously not greater than zero ,1 mm.
  • the radius of curvature is greater than 0.04 mm.
  • the invention is the, in particular curved, transition from the light guide part surface in the Lichtauskoppel preparation bright pressed.
  • the light input surface is bright-pressed.
  • the light incidence surface is convex or planar.
  • the light coupling surface may be aspherical or spherical.
  • the light output surface is convex (curved).
  • the convex light output surface is curved with a radius of curvature of more than 30 mm.
  • the convex light output surface is curved such that its (maximum) contour deviation from the ideal plane or the Lichtauskoppelebene is less than 100 ⁇ .
  • An ideal plane in the sense of the invention is in particular a plane through the transition of the Licht malleitteil- surface in the Lichtauskoppel composition.
  • a Lichtauskoppelebene in the context of the invention is in particular a plane through the transition of Licht micleitteil- surface in the Lichtauskoppel dynamics.
  • a Lichtauskoppelebene in the context of the invention is in particular a plane parallel to the plane through the transition of Licht malleitteil- surface in the Lichtauskoppel dynamics by the apex (the curvature) of the Lichtauskoppel composition.
  • a Lichtauskoppelebene in the sense of the invention is in particular a plane orthogonal to the tapered Licht beleitteil by the apex (the curvature) of the light outcoupling surface.
  • a Lichtauskoppelebene in the sense of the invention is in particular a plane orthogonal to the optical axis of the solar concentrator by the apex (the curvature) of the light outcoupling surface.
  • the convex light output surface is curved such that its (maximum) contour deviation from the ideal plane or the Lichtauskoppelebene more than 1 ⁇ ⁇ , in particular more than 40 ⁇ is.
  • the light output surface is flat.
  • a plane light output surface can cause a shrinkage-related, in particular concave, contour deviation. Have chung of an ideal level, which may be, for example, up to 20 ⁇ or even up to 40 ⁇ .
  • the support frame comprises a, in particular completely blank-pressed, outer edge.
  • An outer edge in the sense of the invention is in particular the part of the solar concentrator that is furthest away from the optical axis of the solar concentrator.
  • An outer edge in the sense of the invention is in particular that part of the solar concentrator which has the greatest radial extent. It is provided in particular that the support frame projects beyond the light guide part at least in part in a direction orthogonal to the optical axis of the solar concentrator, and / or that the support frame projects at least partially radially to the optical axis of the solar concentrator via the light guide part.
  • all surfaces of the solar concentrator are bright-pressed.
  • the light guide part surface comprises at least one notch. In a further advantageous embodiment of the invention, the light guide part surface comprises at least two separate indentations. In a further advantageous embodiment of the invention, the Lichtleiterteil- surface comprises at least four separate indentations.
  • the notch or indentations in the light coupling surface facing half of Lichtleitererteil- surface is arranged.
  • the notch or indentations are arranged exclusively in the light coupling surface facing half of the light guide part surface.
  • the notch or indentations (in particular exclusively) are arranged in the third of the light guide part surface facing the light incoupling surface.
  • the notch widens or widens the indentations in the direction of the light guide part surface.
  • the notch opens in a support frame of the solar concentrator.
  • the surface of the light guide part or its cross section in the region of the notch or at the edge of a turning point.
  • the notch or notches have a continuously concave curved cross-section.
  • the light guide part passes by means of a concave curved (blanked) transition region in the support frame.
  • the Lichtleitererteil- surface by means of a / the concave curved (blanked) transition area in the support frame over.
  • the solid body between the light guide member and the support frame comprises a concave curved (blanked) transition region.
  • the concave curvature of the (blank-pressed) transition region with a radius of curvature of at least 0.3 mm, in particular of at least 0.5 mm, in particular of at least 1 mm, curved.
  • the invention also relates to a solar module comprising an aforementioned solar concentrator of a transparent material, wherein the solar concentrator is connected with its light output surface with a photovoltaic element and / or facing a photovoltaic element.
  • the solar module comprises a heat sink on which the photovoltaic element is arranged.
  • a holder for the solar concentrator is arranged on the heat sink.
  • the solar module comprises a holder for the solar concentrator.
  • the holder fixes the solar concentrator on a support frame of the solar concentrator.
  • the solar module has a lens (primary solar concentrator) for directing sunlight onto the light coupling surface of the solar concentrator.
  • the invention also relates to a method for generating electrical energy, wherein sunlight is coupled into the light coupling surface of a solar concentrator of an aforementioned solar module, in particular by means of a primary solar concentrator.
  • FIG. 1 shows an exemplary embodiment of a solar concentrator according to the invention
  • FIG. 2 shows the solar concentrator according to FIG. 1 in a detail
  • FIG. 3 shows the solar concentrator according to FIG. 1 in a plan view
  • FIG. 1 shows an exemplary embodiment of a solar concentrator according to the invention
  • FIG. 2 shows the solar concentrator according to FIG. 1 in a detail
  • FIG. 3 shows the solar concentrator according to FIG. 1 in a plan view
  • FIG. 4 shows the solar concentrator according to FIG. 1 in a sectional view corresponding to the section line A-A in FIG. 3, FIG.
  • FIG. 5 shows a detail from FIG. 4
  • Fig. 6 shows the solar concentrator according to FIG. 1 in a view from below and
  • FIG. 7 shows an exemplary embodiment of a solar module with a solar concentrator according to FIG. 1.
  • Fig. 1 shows an embodiment of a solar concentrator 1 according to the invention in a cross-sectional view.
  • the solar concentrator 1 comprises a light-coupling 2 and a blank-molded light output surface 3 as well as a between the light-coupling 2 and the light coupling 3 is arranged j n the direction of the LichtauskoppelfJowne 3 tapered light guide part 4.
  • Reference numeral 5 denotes a light conductor part-surface which the light guide member 4 between the light-coupling 2 and the light output surface 3 limited.
  • the light guide part surface 5 - as shown in detail in Fig. 2 - with a curvature 8 in the light outcoupling surface 3, whose radius of curvature is about 0.1 mm.
  • the convex light output surface 3 is curved with a radius of curvature of more than 30 mm or such that the Maximum of their contour deviation 31 from the ideal plane or the Lichtauskoppelebene 30 is less than 100 ⁇ .
  • Fig. 3 shows the solar concentrator 1 in a plan view and Fig. 4 shows the solar concentrator in a sectional view corresponding to the section line A-A in Fig. 3.
  • Fig. 6 shows the solar concentrator 1 in a view from below.
  • the solar concentrator 1 has a plurality of notches 91 of the light guide part surface 5. The notches extend as far as the support frame 6.
  • the light transmission part surface 5 or its cross-sectional curve has an inflection point 92 in the region of the notch 91.
  • FIG. 5 shows an enlarged detail of the support frame 6 from FIG. 4.
  • the support frame 6 comprises a surface 63 facing the light outcoupling surface 3 with an outer partial surface 66 and an inner partial surface 65.
  • the outer partial surface 66 is defined by a step 64 of the height H to offset to 0.3 mm relative to the inner surface 65 in the direction of the light output surface 3 or projects due to the step 64 of the height H up to 0.3 mm beyond the inner surface 65 in the direction of the light output surface 3 addition.
  • the outer partial surface extends (extension B or radial extension B) radially or orthogonally to the optical axis 100 of the solar concentrator between 0.5 mm and 2.5 mm.
  • Fig. 7 shows an embodiment for a solar module 40 with a erfindungsge ⁇ MAESSEN solar concentrator.
  • the solar module 40 comprises a heat sink 41 on which a photovoltaic element 42 and a holder 44 for the solar concentrator 1 are arranged.
  • the light output surface 3 is connected to the photovoltaic element 42 by means of an adhesive layer 43.
  • the solar module 40 additionally comprises a primary solar concentrator 45 designed as a Fresnel lens for aligning sunlight 50 with the light coupling surface 2 of the solar concentrator 1 arranged or designed or designed as a secondary solar concentrator 1.
  • the sunlight introduced via the light coupling surface 2 into the solar concentrator 1 exits via the light coupling-out surface 3 of the solar concentrator 1 and impinges on the photovoltaic element 42.

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Abstract

Die Erfindung betrifft einen Solarkonzentrator (1) mit einem massiven Körper aus einem transparenten Material, der eine Lichteinkoppelfläche (2) und eine blankgepresste Lichtauskoppelfläche (3) umfasst, wobei der massive Körper zwischen der Lichteinkoppelfläche (2) und der Lichtauskoppelfläche (3) einen Tragrahmen (61 ) sowie einen, insbesondere sich in Richtung der Lichtauskoppelfläche (3) verjüngenden, Lichtdurchleitteil (4) umfasst, der vorteilhafterweise zwischen der Lichteinkoppelfläche (2) und der Lichtauskoppelfläche (3) durch eine Lichtdurchleitteil-Oberfläche (5) begrenzt ist, wobei der Tragrahmen (61) eine der Lichtauskoppelfläche (3) zugewandte Fläche (63) mit einer äußeren Teilfläche (66) und zumindest einer inneren Teilfläche (65) umfasst, und wobei die äußere Teilfläche, insbesondere mittels einer Stufe (64), gegenüber der inneren Teilfläche (65) in Richtung der Lichtauskoppelfläche (3) versetzt ist und/oder über die inneren Teilfläche (66) in Richtung der Lichtauskoppelfläche (3) hinausragt.

Description

Solarkonzentrator
Die Erfindung betrifft einen Solarkonzentrator aus einem transparenten Material, wobei der Solarkonzentrator eine Lichteinkoppelfläche, eine Lichtauskoppelfläche und einen zwischen der Lichteinkoppelfläche und der Lichtauskoppelfläche angeordneten, insbesondere sich in Richtung der Lichtauskoppelfläche verjüngenden, Lichtleiterteil umfasst, der zwischen der Lichteinkoppelfläche und der Lichtauskoppelfläche durch eine Lichtleiterteil-Oberfläche begrenzt ist.
Die PCT/EP2010/005755 offenbart einen Solarkonzentrator mit einem massiven Körper aus einem transparenten Material, der eine Lichteinkoppelfläche und eine Lichtauskoppelfläche umfasst, wobei der massive Körper zwischen der Lichteinkoppelfläche und der Lichtauskoppelfläche einen sich in Richtung der Lichtauskoppelfläche verjüngenden Lichtleiterteil umfasst, der zwischen der Lichteinkoppelfläche und der Lichtauskoppelfläche durch eine Lichtleiterteil-Oberfläche begrenzt ist, und wobei die Lichtleiterteil-Oberfläche mit einer stetigen ersten Ableitung in die Lichtauskoppelfläche übergeht.
Es ist Aufgabe der Erfindung, die Kosten für die Herstellung von Solarkonzentratoren bzw. Sekundär-Solarkonzentratoren zu senken. Dazu ist insbesondere eine Vergrößerung des Anteils der Gutstücke bei der Herstellung wünschenswert.
Vorgenannte Aufgabe wird durch einen Solarkonzentrator mit einem massiven Körper aus einem transparenten Material gelöst, der eine Lichteinkoppelfläche und eine blankgepresste Lichtauskoppelfläche umfasst, wobei der massive Körper zwischen der Lichteinkoppelfläche und der Lichtauskoppelfläche einen Tragrahmen sowie einen, insbesondere sich in Richtung der Lichtauskoppelfläche verjüngenden, Lichtdurchleitteil umfasst, der vorteilhafterweise zwischen der Lichteinkoppelfläche und der Lichtauskoppelfläche durch eine Lichtdurchleitteil-Oberfläche begrenzt ist, und wobei der Tragrahmen eine der Lichtauskoppelfläche zugewandte Fläche des Tragrahmens mit einer Stufe umfasst, so dass der äußere Teil der der Lichtauskoppelfläche zugewandten Fläche des Tragrahmens gegenüber dem oder einem inneren Teil der der Lichtauskoppelfläche zugewandten Fläche des Tragrahmens in Richtung der Lichtauskoppelfläche versetzt ist und/oder über dem oder einem inneren Teil der der Lichtauskoppelfläche zugewandten Fläche des Tragrahmens in Richtung der Lichtauskoppelfläche hinausragt.
Vorgenannte Aufgabe wird zudem durch einen Solarkonzentrator mit einem massiven Körper aus einem transparenten Material gelöst, der eine Lichteinkoppelfläche und eine blankgepresste Lichtauskoppelfläche umfasst, wobei der massive Körper zwischen der Lichteinkoppelfläche und der Lichtauskoppelfläche einen Tragrahmen sowie einen, insbesondere sich in Richtung der Lichtauskoppelfläche verjüngenden, Lichtdurchleitteil umfasst, der vorteilhafterweise zwischen der Lichteinkoppelfläche und der Lichtauskoppelfläche durch eine Lichtdurchleitteil-Oberfläche begrenzt ist, wobei der Tragrahmen eine der Lichtauskoppelfläche zugewandte Fläche mit einer äußeren Teilfläche und zumindest einer inneren Teilfläche umfasst, und wobei die äußere Teilfläche, insbesondere mittels einer Stufe, gegenüber der inneren Teilfläche in Richtung der Lichtauskoppelfläche versetzt ist und/oder über die innere Teilfläche in Richtung der Lichtauskoppelfläche hinausragt.
Transparentes Material ist im Sinne der Erfindung insbesondere Glas. Transparentes Material ist im Sinne der Erfindung insbesondere Silikatglas. Transparentes Material ist im Sinne der Erfindung insbesondere Glas, wie es in der PCT/EP2008/010136 beschrieben ist. Glas im Sinne der Erfindung umfasst insbesondere
0,2 bis 2 Gew.-% AI2O3,
0,1 bis 1 Gew.-% Li2O,
0,3, insbesondere 0,4, bis 1 ,5 Gew.-% Sb2O3, insbesondere 2 bis 4 Gew.-% BaO,
60 bis 75 Gew.-% Si02,
3 bis 12 Gew.-% Na2O,
3 bis 12 Gew.-% K2O und
3 bis 12 Gew.-% CaO.
Eine üchtleiterteil-Oberfläche im Sinne der Erfindung ist insbesondere gegenüber der optischen Achse des Solarkonzentrators um zumindest 3° geneigt. Eine optische Achse des Solarkonzentrators ist insbesondere eine bzw. die Orthogonale der Lichtauskoppelfläche. Die Lichtleiterteil-Oberfläche kann beschichtet sein.
Unter Blankpressen soll im Sinne der Erfindung insbesondere verstanden werden, eine optisch wirksame Oberfläche derart zu pressen, dass eine anschließende Nachbearbeitung der Kontur dieser optisch wirksamen Oberfläche entfallen kann bzw. entfällt bzw. nicht vorgesehen ist. Es ist somit insbesondere vorgesehen, dass die Lichtauskoppelfläche nach dem Blankpressen nicht geschliffen wird.
Ein Tragrahmen im Sinne der Erfindung kann insbesondere auch ein Flansch sein* Ein Tragrahmen im Sinne der Erfindung kann insbesondere vollständig oder teilweise umlaufend ausgestaltet sein.
In weiterhin vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung verläuft die Stufe insbesondere im Wesentlichen parallel zu der optischen Achse des Solarkonzentrators.
In weiterhin vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung ist der äußere Teil der der Lichtauskoppelfläche zugewandten Fläche des Tragrahmens gegenüber dem inneren Teil der der Lichtauskoppelfläche zugewandten Fläche des Tragrahmens in Richtung der Lichtauskoppelfläche um nicht mehr als 0,3 mm, insbesondere um nicht mehr als 0,1 mm, versetzt. In weiterhin vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung ragt der äußere Teil der der Lichtauskoppelfläche zugewandten Fläche des Tragrahmens über den inneren Teil der der Lichtauskoppelfläche zugewandten Fläche des Tragrahmens in Richtung der Lichtauskoppelfläche um nicht mehr als 0,3 mm, insbesondere um nicht mehr als 0,1 mm, hinaus.
In weiterhin vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung ist die äußere Teilfläche gegenüber der inneren Teilfläche in Richtung der Lichtauskoppelfläche um nicht mehr als 0,3 mm, insbesondere um nicht mehr als 0,1 mm, versetzt. In weiterhin vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung ragt die äußere Teilfläche über die innere Teilfläche in Richtung der Lichtauskoppelfläche um nicht mehr als 0,3 mm, insbesondere um nicht mehr als 0,1 mm, hinaus. In weiterhin vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung beträgt die Höhe der Stufe nicht mehr als 0,3 mm, vorteilhafterweise nicht mehr als 0,1 mm.
In weiterhin vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung erstreckt sich die äußere Teilfläche radial bzw. orthogonal zur optischen Achse des Solarkonzentrators um nicht weniger als 0,5 mm, insbesondere um nicht weniger als 1 mm, vorteilhafterweise um nicht weniger als 1 ,5 mm. In weiterhin vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung erstreckt sich die äußere Teilfläche radial bzw. orthogonal zur optischen Achse des Solarkonzentrators um nicht mehr als 2,5 mm. In weiterhin vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung ist die äußere Teilfläche eine Ringfläche. In weiterhin vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung beträgt die Dicke (= B in Fig. 5) der Ringfläche nicht weniger als 0,5 mm, insbesondere nicht weniger als 1 mm, vorteilhafterweise nicht weniger als 1 ,5 mm. In weiterhin vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung beträgt die Dicke (= B in Fig. 5) der Ringfläche nicht mehr als 2,5 mm.
In vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung geht die Lichtleiterteil-Oberfläche mit einer stetigen ersten Ableitung in die Lichtauskoppelfläche über. In weiterhin vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung geht die Lichtleiterteil-Oberfläche mit einer Krümmung in die Lichtauskoppelfläche über, deren (der Krümmung) Krümmungsradius nicht größer ist als 0,25 mm, insbesondere nicht größer ist als 0,15 mm, vorteilhafterweise nicht größer ist als 0,1 mm. In weiterhin vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung ist der Krümmungsradius größer als 0,04 mm. In weiterhin vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung ist der, insbesondere gekrümmte, Übergang von der Lichtleiterteil-Oberfläche in die Lichtauskoppelfläche blankgepresst.
In weiterhin vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung ist die Lichteinkoppelfläche blankgepresst. In weiterhin vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung ist die Lichteinkoppelfläche konvex oder plan. Die Lichteinkoppelfläche kann asphärisch oder sphärisch geformt sein.
In einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung ist die Lichtauskoppelfläche konvex (gekrümmt). In einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung ist die konvexe Lichtauskoppelfläche mit einem Krümmungsradius von mehr als 30 mm gekrümmt. In einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung ist die konvexe Lichtauskoppelfläche derart gekrümmt, dass ihre (maximale) Konturabweichung von der idealen Ebene bzw. der Lichtauskoppelebene weniger als 100 μιη beträgt. Eine ideale Ebene im Sinne der Erfindung ist insbesondere eine Ebene durch den Übergang der Lichtdurchleitteil- Oberfläche in die Lichtauskoppelfläche. Eine Lichtauskoppelebene im Sinne der Erfindung ist insbesondere eine Ebene durch den Übergang der Lichtdurchleitteil- Oberfläche in die Lichtauskoppelfläche. Eine Lichtauskoppelebene im Sinne der Erfindung ist insbesondere eine zur Ebene durch den Übergang der Lichtdurchleitteil- Oberfläche in die Lichtauskoppelfläche parallele Ebene durch den Scheitelpunkt (der Krümmung) der Lichtauskoppelfläche. Eine Lichtauskoppelebene im Sinne der Erfindung ist insbesondere eine zum verjüngenden Lichtdurchleitteil orthogonale Ebene durch den Scheitelpunkt (der Krümmung) der Lichtauskoppelfläche. Eine Lichtauskoppelebene im Sinne der Erfindung ist insbesondere eine zur optischen Achse des Solarkonzentrators orthogonale Ebene durch den Scheitelpunkt (der Krümmung) der Lichtauskoppelfläche. In einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung ist die konvexe Lichtauskoppelfläche derart gekrümmt, dass ihre (maximale) Konturabweichung von der idealen Ebene bzw. der Lichtauskoppelebene mehr als 1 μιη, insbesondere mehr als 40 μιτη, beträgt. In einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung ist die Lichtauskoppelfläche plan. Eine plane Lichtauskoppelfläche kann eine insbesondere schrumpfungsbedingte, insbesondere konkave, Konturabwei- chung von einer idealen Ebene aufweisen, die zum Beispiel bis zu 20 μιτι oder sogar bis 40 μιη betragen kann.
In vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung umfasst der Tragrahmen einem, insbesondere vollständig blankgepressten, Außenrand. Ein Außenrand im Sinne der Erfindung ist insbesondere der Teil des Solarkonzentrators, der am weitesten von der optischen Achse des Solarkonzentrators entfernt ist. Ein Außenrand im Sinne der Erfindung ist insbesondere der Teil des Solarkonzentrators, der radial die größte Ausdehnung besitzt. Es ist insbesondere vorgesehen, dass der Tragrahmen zumindest zum Teil in einer zu der optischen Achse des Solarkonzentrators orthogonalen Richtung über das Lichtleiterteil hinausragt, und/oder dass der Tragrahmen zumindest zum Teil radial zu der optischen Achse des Solarkonzentrators über das Lichtleiterteil hinausragt.
In weiterhin vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung sind sämtliche Oberflächen des Solarkonzentrators blankgepresst.
In weiterhin vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung umfasst die Lichtleiterteil-Oberfläche zumindest eine Einkerbung. In weiterhin vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung umfasst die Lichtleiterteil-Oberfläche zumindest zwei getrennte Einkerbungen. In weiterhin vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung umfasst die Lichtleiterteil- Oberfläche zumindest vier getrennte Einkerbungen.
In weiterhin vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung ist die Einkerbung oder sind die Einkerbungen in der der Lichteinkoppelfläche zugewandten Hälfte der Lichtleiterteil- Oberfläche angeordnet. In weiterhin vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung ist die Einkerbung oder sind die Einkerbungen ausschließlich in der der Lichteinkoppelfläche zugewandten Hälfte der Lichtleiterteil-Oberfläche angeordnet. In weiterhin vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung ist die Einkerbung oder sind die Einkerbungen (insbesondere ausschließlich) in dem der Lichteinkoppelfläche zugewandten Drittel der Lichtleiterteil-Oberfläche angeordnet. In weiterhin vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung weitet sich die Einkerbung oder weiten sich die Einkerbungen in Richtung der Lichtleiterteil-Oberfläche auf.
In weiterhin vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung mündet die Einkerbung in einem Tragrahmen des Solarkonzentrators. In weiterhin vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung weist die Oberfläche des Lichtleiterteils bzw. deren Querschnitt im Bereich der Einkerbung bzw. an deren Rand einen Wendepunkt auf.
In weiterhin vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung weist die Einkerbung oder weisen die Einkerbungen einen stetig konkav gekrümmten Querschnitt auf.
In weiterhin vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung geht der Lichtleiterteil mittels eines konkav gekrümmten (blankgepressten) Übergangsbereichs in den Tragrahmen über. In weiterhin vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung geht die Lichtleiterteil- Oberfläche mittels eines/des konkav gekrümmten (blankgepressten) Übergangsbereichs in den Tragrahmen über. In weiterhin vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung umfasst der massive Körper zwischen dem Lichtleiterteil und dem Tragrahmen einen konkav gekrümmten (blankgepressten) Übergangsbereich. In weiterhin vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung ist die konkave Krümmung des (blankgepressten) Übergangsbereichs mit einem Krümmungsradius von zumindest 0,3 mm, insbesondere von zumindest 0,5 mm, insbesondere von zumindest 1 mm, gekrümmt. In weiterhin vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung ist die konkave Krümmung des (blankgepressten) Übergangsbereichs mit einem Krümmungsradius von höchstens 20 % der Erstreckung des Lichtleiterteils in Richtung der optische Achse des Solarkonzentrators, insbesondere von höchstens 2mm, gekrümmt.
Die Erfindung betrifft zudem ein Solarmodul, das einen vorgenannten Solarkonzentrator aus einem transparenten Material umfasst, wobei der Solarkonzentrator mit seiner Lichtauskoppelfläche mit einem Fotovoltaikelement verbunden und/oder einem Fotovoltaikelement zugewandt ist. In weiterhin vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung umfasst das Solarmodul einen Kühlkörper, auf dem das Fotovoltaikelement angeordnet ist. In weiterhin vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung ist auf dem Kühlkörper eine Halterung für den Solarkonzentrator angeordnet. In weiterhin vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung umfasst das Solarmodul eine Halterung für den Solarkonzentrator. In weiterhin vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung fixiert die Halterung den Solarkonzentrator an einem Tragrahmen des Solarkonzentrators. In weiterhin vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung weist das Solarmodul eine Linse (Primär-Solarkonzentrator) zur Ausrichtung von Sonnenlicht auf die Lichteinkoppelfläche des Solarkonzentrators auf.
Die Erfindung betrifft zudem ein Verfahren zum Erzeugen elektrischer Energie, wobei in die Lichteinkoppelfläche eines Solarkonzentrators eines vorgenannten Solarmoduls, insbesondere mittels eines Primär-Solarkonzentrators, Sonnenlicht eingekoppelt wird.
Weitere Vorteile und Einzelheiten ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen. Dabei zeigen:
Fig. 1 ein Ausführungsbeispiel für einen erfindungsgemäßen Solarkonzentrator, Fig. 2 den Solarkonzentrator gemäß Fig. 1 in einer ausschnittsweisen Darstellung, Fig. 3 den Solarkonzentrator gemäß Fig. 1 in einer Draufsicht,
Fig. 4 den Solarkonzentrator gemäß Fig. 1 in einer Schnittdarstellung entsprechend der Schnittlinie A-A in Fig. 3,
Fig. 5 einen Ausschnitt aus Fig. 4
Fig. 6 den Solarkonzentrator gemäß Fig. 1 in einer Ansicht von unten und
Fig. 7 ein Ausführungsbeispiel für ein Solarmodul mit einem Solarkonzentrator gemäß Fig. 1.
Fig. 1 zeigt ein Ausführungsbeispiel für einen erfindungsgemäßen Solarkonzentrator 1 in einer Querschnittsdarstellung. Der Solarkonzentrator 1 umfasst eine Lichteinkoppelfläche 2 und eine blankgepresste Lichtauskoppelfläche 3 sowie einen zwischen der Lichteinkoppelfläche 2 und der Lichtauskoppelfläche 3 angeordneten sich jn Richtung der LichtauskoppelfJäche 3 verjüngenden Lichtleiterteil 4. Bezugszeichen 5 bezeichnet eine Lichtleiterteil-Oberfläche, die den Lichtleiterteil 4 zwischen der Lichteinkoppelfläche 2 und der Lichtauskoppelfläche 3 begrenzt. Dabei geht die Lichtleiterteil-Oberfläche 5 - wie detailliert in Fig. 2 dargestellt - mit einer Krümmung 8 in die Lichtauskoppelfläche 3 über, deren Krümmungsradius in etwa 0,1 mm beträgt. In vorteilhafter Ausgestaltung ist die konvexe Lichtauskoppelfläche 3 mit einem Krümmungsradius von mehr als 30 mm bzw. derart gekrümmt, dass das Maximum ihrer Konturabweichung 31 von der idealen Ebene bzw. der Lichtauskoppelebene 30 weniger als 100 μιτι beträgt.
Fig. 3 zeigt den Solarkonzentrator 1 in einer Draufsicht und Fig. 4 zeigt den Solarkonzentrator in einer Schnittdarstellung entsprechend der Schnittlinie A-A in Fig. 3. Fig. 6 zeigt den Solarkonzentrator 1 in einer Ansicht von unten. Der Solarkonzentrator 1 weist im oberen Teil des Solarkonzentrators 1 eine Mehrzahl von Einkerbungen 91 der Lichtleiterteil-Oberfläche 5 auf. Die Einkerbungen erstrecken sich dabei bis zum Tragrahmen 6. Die Lichtdurchleitteil-Oberfläche 5 bzw. deren Querschnittskurve weist im Bereich der Einkerbung 91 einen Wendepunkt 92 auf.
Zwischen der Lichteinkoppelfläche 2 und der Lichtleiterteil-Oberfläche 5 weist der Solarkonzentrator 1 einen Tragrahmen 6 mit einem blankgepressten Außenrand 61 auf. Fig. 5 zeigt einen vergrößerten Ausschnitt des Tragrahmens 6 aus Fig. 4. Der Tragrahmen 6 umfasst eine der Lichtauskoppelfläche 3 zugewandte Fläche 63 mit einer äußeren Teilfläche 66 und einer inneren Teilfläche 65. Die äußere Teilfläche 66 ist mittels einer Stufe 64 der Höhe H bis zu 0,3 mm gegenüber der inneren Teilfläche 65 in Richtung der Lichtauskoppelfläche 3 versetzt bzw. ragt aufgrund der Stufe 64 der Höhe H bis zu 0,3 mm über die innere Teilfläche 65 in Richtung der Lichtauskoppelfläche 3 hinaus. Die äußere Teilfläche erstreckt sich (Erstreckung B bzw. radiale Erstreckung B) radial bzw. orthogonal zur optischen Achse 100 des Solarkonzentrators zwischen 0,5 mm und 2,5 mm.
Fig. 7 zeigt ein Ausführungsbeispiel für ein Solarmodul 40 mit einem erfindungsge¬ mäßen Solarkonzentrator 1 . Das Solarmodul 40 umfasst einen Kühlkörper 41 auf dem ein Fotovoltaikelement 42 und eine Halterung 44 für den Solarkonzentrator 1 angeordnet sind. Die Lichtauskoppelfläche 3 ist mittels einer Klebeschicht 43 mit dem Fotovoltaikelement 42 verbunden. Das Solarmodul 40 umfasst zudem einen als Fresnelllinse ausgestalteten Primär-Solarkonzentrator 45 zur Ausrichtung von Sonnenlicht 50 auf die Lichteinkoppelfläche 2 des als Sekundär-Solarkonzentrator angeordneten bzw. ausgestalteten bzw. vorgesehenen Solarkonzentrators 1 . Das über die Lichteinkoppelfläche 2 in den Solarkonzentrator 1 eingeleitete Sonnenlicht tritt über die Lichtauskoppelfläche 3 des Solarkonzentrators 1 aus und trifft auf das Fotovoltaikelement 42.

Claims

P AT E N T AN S P R Ü C H E
1. Solarkonzentrator (1) mit einem massiven Körper aus einem transparenten Material, der eine Lichteinkoppelfläche (2) und eine blankgepresste Lichtauskoppelfläche (3) umfasst, wobei der massive Körper zwischen der Lichteinkoppelfläche (2) und der Lichtauskoppelfläche (3) einen Tragrahmen (61) sowie einen, insbesondere sich in Richtung der Lichtauskoppelfläche (3) verjüngenden, Lichtdurchleitteil (4) umfasst, der vorteilhafterweise zwischen der Lichteinkoppelfläche (2) und der Lichtauskoppelfläche (3) durch eine Lichtdurchleit- teil-Oberfläche (5) begrenzt ist, und wobei der Tragrahmen (61 ) eine der Lichtauskoppelfläche (3) zugewandte Fläche (63) des Tragrahmens (61) mit einer Stufe (64) umfasst, so dass der äußere Teil der der Lichtauskoppelfläche (3) zugewandten Fläche (63) des Tragrahmens (61) gegenüber dem inneren Teil der der Lichtauskoppelfläche (3) zugewandten Fläche (63) des Tragrahmens (61) in Richtung der Lichtauskoppelfläche (3) versetzt ist und/oder über dem oder einem inneren Teil der der Lichtauskoppelfläche (3) zugewandten Fläche (63) des Tragrahmens (61) in Richtung der Lichtauskoppelfläche (3) hinausragt.
2. Solarkonzentrator (1) mit einem massiven Körper aus einem transparenten Material, der eine Lichteinkoppelfläche (2) und eine blankgepresste Lichtauskoppelfläche (3) umfasst, wobei der massive Körper zwischen der Lichteinkoppelfläche (2) und der Lichtauskoppelfläche (3) einen Tragrahmen (61 ) sowie einen, insbesondere sich in Richtung der Lichtauskoppelfläche (3) verjüngenden, Lichtdurchleitteil (4) umfasst, der vorteilhafterweise zwischen der Lichteinkoppelfläche (2) und der Lichtauskoppelfläche (3) durch eine Lichtdurchleit- teil-Oberfläche (5) begrenzt ist, wobei der Tragrahmen (61) eine der Lichtauskoppelfläche (3) zugewandte Fläche (63) mit einer äußeren Teilfläche (66) und zumindest einer inneren Teilfläche (65) umfasst, und wobei die äußere Teilfläche, insbesondere mittels einer Stufe (64), gegenüber der inneren Teilfläche (65) in Richtung der Lichtauskoppelfläche (3) versetzt ist und/oder über die inneren Teilfläche (66) in Richtung der Lichtauskoppelfläche (3) hinausragt.
3. Solarkonzentrator (1) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Höhe der Stufe (64) nicht mehr als 0,3 mm beträgt.
4. Solarkonzentrator (1) nach Anspruch 1 , 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Lichtleiterteil-Oberfläche (5) zumindest eine Einkerbung (91) um- fasst.
5. Solarkonzentrator (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Lichtleiterteil-Oberfläche (5) zumindest zwei getrennte Einkerbungen (91) umfasst.
6. Solarkonzentrator (1) nach einem der Ansprüche 4 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Einkerbung (91) oder die Einkerbungen (91) in der der Lichteinkoppelfläche (2) zugewandten Hälfte der Lichtleiterteil-Oberfläche (5) angeordnet ist oder sind.
7. Solarkonzentrator (1 ) nach einem der Ansprüche 4 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Einkerbung (91) oder die Einkerbungen (91) ausschließlich in der der Lichteinkoppelfläche (2) zugewandten Hälfte der Lichtleiterteil-Oberfläche (5) angeordnet ist oder sind.
8. Solarkonzentrator (1) nach einem der Ansprüche 4 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Einkerbung (91) oder die Einkerbungen (91) in dem der Lichteinkoppelfläche (2) zugewandten Drittel der Lichtleiterteil- Oberfläche (5) angeordnet ist oder sind.
9. Solarmodul, dadurch gekennzeichnet, dass ein Solarkonzentrator (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche mit seiner Lichtauskoppelfläche (3) mit einem Fotovoltaikelement verbunden und/oder einem Fotovoltaikelement zugewandt ist.
10. Verfahren zum Erzeugen elektrischer Energie, dadurch gekennzeichnet, dass in die Lichteinkoppelfläche (2) eines Solarkonzentrators (1) eines Solarmoduls gemäß Anspruch 9 Sonnenlicht eingekoppelt wird.
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