Die Herausforderung
Ein konzentrierender Parabolspiegel hat nur einen Brennpunkt, auf den das Sonnenlicht bei zweiachsiger Nachführung zum jeweiligen Stand der Sonne fokussiert wird. Dieser Brennpunkt - treffender ist die Bezeichnung Brennfleck - weist Bereiche unterschiedlicher Strahlungsintensität auf. Die Anordnung von mehreren Solarzellen auf diesem einen Brennpunkt führt zu Schwierigkeiten hinsichtlich einer gleichmäßigen Belichtung der PV-Zellen sowie ihrer elektrischen Verschaltung und hinsichtlich der Zuführung eines Kühlmediums. Ist es möglich, den einen Brennpunkt eines Parabolspiegels räumlich zu entflechten und die eingestrahlte Energie z.B. auf sechs neue Brennpunkte zu verteilen, sodass einerseits eine optimale Ausrichtung der sechs jeweils auf Platinen montierten Mehrfachsolarzellen erfolgen kann und gleichzeitig ein Kühlmedium auf der strahlungsabgewandten Seite der Mehrfachsolarzellen zugeführt werden kann?
Die Erfindung
Bei dem RES-Sonnenkonzentrator dient eine Hohlkugellinse als optischer Verteiler innerhalb eines auf einen Brennpunkt fokussierenden Parabolspiegels. Die Hohlkugellinse besitzt eine sphärische äußere Oberfläche, während ein innerer Hohlraum z.B. von sechs Facetten umgeben wird, an denen sich das von dem Parabolspiegel auf seinen Brennpunkt konzentrierte Sonnenlicht bricht, sodass sechs neue Brennpunkte, die mit einem radialen Abstand konzentrisch zu dem Brennpunkt des Parabolspiegels angeordnet sind, entstehen. Auf diese Weise wird eine gleichmäßige Verteilung der konzentrierten Sonnenenergie auf z.B. sechs Brennpunkte erreicht. Die in den sechs neuen Brennpunkten angeordneten Mehrfachsolarzellen können problemlos untereinander verschaltet werden und übertragen die absorbierte Wärme an ihrer strahlungsabgewandten Seite auf ein Wärmeträgerfluid. Die Anzahl der inneren Facetten einer Hohlkugellinse ist frei wählbar und bestimmt über die gewünschte tausendfache Konzentration des Sonnenlichtes den Durchmesser des Parabolspiegels. Bei dem gezeigten Beispiel mit sechs Brennpunkten hat der Parabolspiegel einen Durchmesser von nur 60cm und weist einen evakuierten Glasbehälter auf, sodass die optischen, die elektrischen und die photovoltaischen Komponenten dauerhaft vor Verschmutzung und Umwelteinflüssen geschützt sind.
Die Vorteile
- Bis zu 1000-fache Konzentration des Sonnenlichts auf Mehrfachsolarzellen
- Erwarteter Wirkungsgrad: PV 36%, Thermie 45%
- Schutz der empfindlichen PV-Zellen in einem evakuierten Glasbehälter
- Lokale Fertigung der zweiachsig nachgeführten Aufhängekonstruktion
- Geringer Reinigungs- und Wartungsaufwand
- Langlebige Konstruktion
- Der Parabolspiegel kann durch eine Fresnellinse ersetzt werden
Die Anwendungen
- Modulare Bauweise für die Serienfertigung von Kollektormodulen mit z.B. 200 W, 300 W oder 500 W Leistung
- Stromerzeugung im kraftwerkstechnischen Maßstab
- Integration der Module in architektonische und stadträumliche Situationen
- Ausbildung eines CPVT-Systems für die Strom- und Wärmegewinnung
- Sonderausführung als Solarleuchte