DE202008010452U1 - Photovoltaic module and photovoltaic system - Google Patents
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Abstract
Fotovoltaikmodul (1) mit
a) mindestens einer Fotovoltaikzelle (30) mit einem begrenzten Sensitivitätsbereich,
b) einer transparenten Aufnahmevorrichtung (20), welche
– zumindest die einstrahlungsaktive Oberseite (31) der mindestens einen Fotovoltaikzelle (30) überdeckt, und die
– einen lichtdurchlässigen Wärmeträger (21) mit wellenlängenverschiebenden Eigenschaften enthält, wobei die auf das einfallende Sonnenlicht (A) einwirkenden wellenlängenverschiebenden Eigenschaften auf den begrenzten Sensitivitätsbereich der Fotovoltaikzelle (30) so abgestimmt sind, dass das vom lichtdurchlässigen Wärmeträger (21) umgesetzte Licht (B) von der Fotovoltaikzelle (30) nutzbar ist, und mit
c) Mitteln (40) zur Konstanthaltung des lichtdurchlässigen Wärmeträgers (21) möglichst in einem für die mindestens eine Fotovoltaikzelle (30) wirkungsgradoptimalen Temperaturbereich.Photovoltaic module (1) with
a) at least one photovoltaic cell (30) with a limited sensitivity range,
b) a transparent receiving device (20), which
- At least the einstrahlungsaktive top (31) of the at least one photovoltaic cell (30) covers, and the
- contains a translucent heat transfer medium (21) with wavelength-shifting properties, wherein the wavelength-shifting properties acting on the incident sunlight (A) are adapted to the limited sensitivity range of the photovoltaic cell (30) such that the light (B) converted by the translucent heat transfer medium (B) from the photovoltaic cell (30) is usable, and with
c) means (40) for keeping constant the translucent heat carrier (21) as possible in a for the at least one photovoltaic cell (30) optimal efficiency temperature range.
Description
Die Erfindung betrifft ein Fotovoltaikmodul. Die Erfindung betrifft auch eine Fotovoltaikanlage, welche aus zumindest einem derartigen Fotovoltaikmodul, in der Regel aber Vielzahl von zusammen geschalteten Fotovoltaikmodulen besteht.The The invention relates to a photovoltaic module. The invention relates also a photovoltaic system, which consists of at least one such Photovoltaic module, but usually variety of interconnected Photovoltaic modules exists.
Fotovoltaikzellen dieser Art, auch Solarzellen genannt, und diese in der Art eines Gehäuses enthaltende Fotovoltaikmodule dienen zur Erzeugung von elektrischem Strom durch Umwandlung von Fotonen in Elektronen. In der Praxis erzielen diese Wirkungsgrade, welche derzeit in einem Bereich von ca. 5–25% liegen.photovoltaic cells This type, also called solar cells, and these in the manner of a Housing containing Photovoltaic modules are used to generate electricity through Conversion of photons into electrons. In practice, these achieve Efficiencies, which are currently in a range of about 5-25%.
Der Grund für diese relativ geringen Wirkungsgrade liegt zum einen darin, dass Solarzellen herkömmlicher Bauart häufig nur für einen schmalen Bereich aus dem Spektrum des Sonnenlichts empfindlich sind. Solche schmalen Bereiche werden auch optische Bandlücken genannt. Es können also lediglich die dazugehörigen Wellenlängen aus dem gesamten Spektrum des von der Erdatmosphäre durchgelassenen Sonnenlichts zur Elektronenerzeugung genutzt werden, während alle übrigen Wellenlängen verloren gehen. So gibt es Solarzellen, welche ein Maximum der Sensibilität z. B. im Wellenlängenbereich des blauen Lichtes aufweisen, d. h. bei ca. 465 nm. Andere Solarzellen wiederum verfügen über ein Sensibilitätsmaximum z. B. im Wellenlängenbereich des grünen Lichts, also etwa bei 540 nm. Alle diese Wellenlängenbereiche stellen aber nur kleine Ausschnitte aus dem gesamten Spektrum des sichtbaren Lichts von ca. 380–780 nm dar.Of the reason for These relatively low efficiencies, on the one hand, are that Solar cells conventional Type often only for a narrow range from the spectrum of sunlight sensitive are. Such narrow regions are also called optical band gaps. It can So only the associated wavelength from the entire spectrum of sunlight transmitted by the Earth's atmosphere are used for electron generation while all other wavelengths are lost walk. So there are solar cells, which have a maximum of sensitivity z. B. in the wavelength range of the blue light, d. H. at about 465 nm. Other solar cells In turn, they have a sensitivity maximum z. B. in the wavelength range of green Light, that is about 540 nm. All these wavelength ranges but only small sections of the entire spectrum of visible light from about 380-780 nm dar.
Ein weiterer Grund für die in Praxis relativ geringe Effektivität von Solarzellen liegt darin, dass deren Wirkungsgrad mit der Temperatur abnimmt. So nimmt der Wirkungsgrad z. B. einer Siliziumsolarzelle bei einem Temperaturanstieg um 10 Grad etwa um 4,4% ab. In der Praxis hat dies zur Folge, dass z. B. so genannte Solardächer an zwar strahlungsintensiven aber auch warmen Sommertagen in einem ungünstigen Arbeitspunkt mit schlechtem Wirkungsgrad betrieben werden.One another reason for the relatively low efficiency of solar cells in practice lies in that their efficiency decreases with temperature. So he takes Efficiency z. B. a silicon solar cell at a temperature rise by 10 degrees about 4.4%. In practice this has the consequence that z. B. so-called solar roofs on radiation-intensive but also warm summer days in one unfavorable Operating point to be operated with poor efficiency.
Zur Lösung dieser Probleme ist es bekannt, Solarzellen derart aufzubauen, dass diese für mehr als eine Wellenlängenfarbe des Sonnenlichts sensibel ist. So sind z. B. bei Tandemzellen mehrere Schichten von Solarzellen, welche jeweils ein Sensibilitätsmaximum in einem anderen Wellenlängenbereich des Lichtes aufweisen, übereinander angeordnet. Weiterhin können als so genannte lichtabsorbierende elektronenleitende Materialien, auch ETM electron transport material genannt, Halbleiter verwendet werden, welche im Vergleich zu kristallinen Siliziumzellen temperaturbeständiger sind und somit einen geringen Leistungsabfall bei Erwärmung aufweisen. Ein Halbleitermaterial dieser Art ist z. B. Galliumarsenid.to solution It is known from these problems to construct solar cells in such a way that this for more than one wavelength color of sunlight is sensitive. So z. B. in tandem cells several layers of solar cells, which each have a maximum of sensitivity in another Wavelength range of the light, one above the other arranged. Furthermore you can as so-called light-absorbing electron-conducting materials, also called ETM electron transport material, used in semiconductors which are more temperature resistant compared to crystalline silicon cells and thus have a low power loss when heated. A semiconductor material This type is z. Gallium arsenide.
Diese Solarzellen weisen allerdings alle den Nachteil auf, dass deren Herstellung im Vergleich zu Zellen auf Siliziumbasis erheblich kostenaufwändiger ist.These However, solar cells all have the disadvantage that their Compared to silicon-based cells, production is significantly more costly.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde ein Fotovoltaikmodul und eine aus derartigen Modulen zusammengestellte Fotovoltaikanlage anzugeben, welche einen im Vergleich zu herkömmlichen Solarzellen bzw. Solarzellenanlagen deutlich höheren Wirkungsgrad aufweist.Of the Invention is based on the object of a photovoltaic module and a indicate photovoltaic system composed of such modules, which one compared to conventional solar cells or solar cell systems significantly higher Efficiency has.
Diese Aufgabe wird gelöst durch das im Anspruch 1 angegebene Fotovoltaikmodul, und durch die im Anspruch 16 angegebene Fotovoltaikanlage.These Task is solved by the photovoltaic module specified in claim 1, and by the In claim 16 specified photovoltaic system.
Das erfindungsgemäße Fotovoltaikmodul enthält mindestens eine Fotovoltaikzelle mit einem begrenzten Sensitivitätsbereich. Weiterhin ist eine transparente Aufnahmevorrichtung vorhanden, welche zumindest die einstrahlungsaktive Oberseite der mindestens einen Fotovoltaikzelle überdeckt, und die einen lichtdurchlässigen Wärmeträger mit wellenlängenverschiebenden Eigenschaften enthält, wobei die auf das einfallende Sonnenlicht einwirkenden wellenlängenverschiebenden Eigenschaften auf den begrenzten Sensitivitätsbereich der Fotovoltaikzelle so abgestimmt sind, dass das vom lichtdurchlässigen Wärmeträger umgesetzte Licht von der Fotovoltaikzelle nutzbar ist. Schließlich sind Mittel zur Konstanthaltung des lichtdurchlässigen Wärmeträgers möglichst in einem für die mindestens eine Fotovoltaikzelle wirkungsgradoptimalen Temperaturbereich vorhanden.The Photovoltaic module according to the invention contains at least a photovoltaic cell with a limited range of sensitivity. Furthermore, a transparent receiving device is present, which at least the irradiation-active upper side of the at least one Photovoltaic cell covered, and the one translucent With heat transfer medium wavelength shifting Contains properties, wherein the wavelength-shifting energy acting on the incident sunlight Properties on the limited sensitivity range of the photovoltaic cell are tuned so that the translucent heat transfer medium converted light from the Photovoltaic cell is usable. Finally, means for keeping constant the translucent Heat carrier as possible in a for the at least one photovoltaic cell efficiency-optimal temperature range available.
Das erfindungsgemäße Fotovoltaikmodul bietet den Vorteil, dass einerseits Wellenlängebereiche des einfallenden Sonnenlichts, welche von der jeweils eingesetzten Fotovoltaikzelle auf Grund von deren begrenztem Sensitivitätsbereich nicht direkt genutzt werden können, von dem lichtumwandlungsaktiven Wärmeträger in nutzbare, also im Sensitivitätsbereich der Fotovoltaikzelle liegende Wellenlängen umgewandelt werden. Mit Hilfe der Erfindung kann somit nahezu das gesamte Lichtwellenlängenspektrum des einfallenden Sonnenlichts zur Erzeugung von elektrischer Energie genutzt werden. Zusätzlich bietet aber der lichtumwandlungsaktive Wärmeträger den besonderen Vorteil, dass hiermit die Fotovoltaikzelle auch auf einer wirkungsgradoptimalen, niedrigen Temperatur gehalten werden kann, z. B. bei 5–6 Grad Celsius. Im Sommer kann also die Temperatur der Fotovoltaikzelle durch Kühlung des Wärmeträgers, bzw. im Winter durch entsprechende Beheizung im optimalen Bereich gehalten werden.The inventive photovoltaic module offers the advantage that on the one hand wavelength ranges of the incident Sunlight, which of the photovoltaic cell used not used directly due to their limited sensitivity range can be from the light conversion active heat carrier into usable, ie in the sensitivity range the photovoltaic cell lying wavelengths are converted. With Help of the invention can thus almost the entire spectrum of light wavelengths of incident sunlight for generating electrical energy be used. additionally but offers the light conversion active heat transfer the particular advantage that hereby the photovoltaic cell is also optimized for optimum efficiency, low temperature can be maintained, for. At 5-6 degrees Celsius. In summer, therefore, the temperature of the photovoltaic cell by cooling the heat carrier, or kept in winter by appropriate heating in the optimum range become.
Auf Grund dieser Kombinationswirkung des lichtumwandlungsaktiven Wärmeträgers können mit dem erfindungsgemäßen Fotovoltaikmodul abhängig vom jeweiligen konstruktiven Aufbau des Moduls Wirkungsgrade von deutlich über 50% erzielt werden. Dabei wird der Aufbau des Fotovoltaikmodul besonders von Art und Wirkung der eingesetzten Wärmedämmung bestimmt, um zumindest das lichtumwandlungsaktive Substrat der Fotovoltaikzelle in einem wirkungsgradoptimalen niedrigen Temperaturbereich halten und damit den bei einer Erwärmung der Fotovoltaikzelle normalerweise starken Anstieg des Innenwiderstandes vermeiden zu können.Due to this combination effect of light-conversion active heat carrier can be achieved with the photovoltaic module according to the invention depending on the particular structural design of the module efficiencies of well over 50%. In this case, the structure of the photovoltaic module is particularly determined by the nature and effect of the thermal insulation used to hold at least the lichtumwandlungsaktiv substrate of the photovoltaic cell in a low-efficiency optimal temperature range and thus to avoid the normally rising in a heating of the photovoltaic cell increase in internal resistance can.
Das erfindungsgemäße Fotovoltaikmodul ermöglicht den Einsatz von Fotovoltaikzellen, die nur einen begrenzten Sensitivitätsbereich aufweisen, aber kostengünstig und in großen Stückzahlen herstellbar sind. Für das erfindungsgemäße Fotovoltaikmodul sind somit im Prinzip alle Fotovoltaikzellen einsetzbar, auch wenn diese nur in einem nicht sehr breitbandigen Wellenlängenbereich des sichtbaren Sonnenlichtspektrums aktiv sein sollten. So können z. B. auf Silizium basierende Fotovoltaikzellen eingesetzt werden, welche im blauen bzw. grünen Bereich des sichtbaren Spektrums aktiv sind. Von diesen können Sonnenlichtphotonen nur aus den zum Sensitivitätsbereich gehörigen Wellenlängenanteilen des gesamten Lichtspektrums zur Umwandlung in Elektronen und damit in elektrische Energie genutzt werden. Besonders geeignet sind somit zum Beispiel normale polykristalline, monokristalline, amorphe oder Dünnschicht Siliziumzellen. Natürlich können auch andere Fotovoltaikzellen Verwendung finden. Andererseits ist es nicht notwendig aufwendige, in Mehrschichtverfahren hergestellte oder GaAs Fotovoltaikzellen einzusetzen.The Inventive photovoltaic module allows the use of photovoltaic cells, which have a limited sensitivity range but inexpensive and in big ones numbers can be produced. For the photovoltaic module according to the invention Thus, in principle, all photovoltaic cells are used, even if these only in a not very broadband wavelength range of the visible solar spectrum should be active. So z. B. silicon-based photovoltaic cells are used, which in blue or green Range of the visible spectrum are active. Of these, sunlight can be photons only from the to the sensitivity range related Wavelength components the entire light spectrum for conversion into electrons and thus be used in electrical energy. Thus, it is particularly suitable for example, normal polycrystalline, monocrystalline, amorphous or thin Silicon cells. Naturally can also find other photovoltaic cells use. On the other hand it is not necessary consuming, produced in multi-layer process or GaAs photovoltaic cells.
So können bei einer ersten Ausführung der Erfindung die wellenlängenverschiebenden Eigenschaften des lichtdurchlässigen Wärmeträgers durch zu mindest einen Zusatz so eingestellt werden, dass eine Vergrößerung von bestimmten Wellenlängen des einfallenden Sonnenlichtes bewirkt wird. Vorteilhaft kann dabei der mindestens eine Zusatz des lichtdurchlässigen Wärmeträgers so ausgewählt werden, dass dieser eine Umwandlung von kurzen Wellenlängenanteilen des einfallenden Sonnenlichts in von der Fotovoltaikzelle nutzbares Licht mit längeren bzw. langen Wellenlängenanteilen bewirkt. In der Praxis besonders bedeutsam ist es, wenn der mindestens eine Zusatz des lichtdurchlässigen Wärmeträgers eine Umwandlung von UV Wellenlängenanteilen des einfallenden Sonnenlichts in Licht mit blauen, grünen und/oder gelben Wellenlängenanteilen bewirkt. Derartige Wellenlängenbereiche sind für eine Vielzahl von herkömmlichen Fotovoltaikzellen gut nutzbar, da deren Sensibilitätsbereiche dort Wirkungsgradoptima aufweisen. In der Praxis können hierzu z. B. fluoreszierende und/oder phosphoreszierende Zusätze für den lichtdurchlässigen Wärmeträger eingesetzt werden.So can in a first execution the invention, the wavelength-shifting Properties of the translucent By heat carrier by at least an addition can be set so that an increase of certain wavelengths of the incident sunlight is effected. It can be advantageous the at least one addition of the translucent heat carrier is selected such that this is a conversion of short wavelengths of the incident Sunlight in usable by the photovoltaic cell light with longer or long Wavelength components causes. In practice, it is particularly important if the at least one Addition of the translucent Heat carrier one Conversion of UV wavelengths of incident sunlight in light with blue, green and / or yellow wavelengths causes. Such wavelength ranges are for a variety of conventional Photovoltaic cells are well usable because their sensitivity ranges There have optimal efficiency. In practice, this can be done z. B. fluorescent and / or phosphorescent additives used for the translucent heat transfer medium become.
Der lichtdurchlässige Wärmeträger im erfindungsgemäßen Fotovoltaikmodul erzeugt somit einen Photonenstrom mit verschobenen Wellenlängenspektralanteilen, welche auf den begrenzten Sensitivitätsbereich der jeweils eingesetzten Fotovoltaikzelle abgestimmt sind.Of the translucent Heat transfer medium in the photovoltaic module according to the invention thus generates a photon current with shifted wavelength spectral components, which on the limited sensitivity range of each used Photovoltaic cell are tuned.
Bei dem erfindungsgemäßen Fotovoltaikmodul wird weiterhin ein lichtdurchlässiger Wärmeträger mit wellenlängenverschiebenden Eigenschaften eingesetzt. Dabei handelt es sich um ein lichtdurchlässiges Medium, das zumindest eine hohen spezifischen Wärmekapazität aufweist. Weiterhin kann dieses Medium vorteilhaft auch eine hohe Wärmeleitfähigkeit aufweisen, und gegebenenfalls zusätzlich über eine große spezifische Schmelzenthalpie bzw. einen großen Wärmeübergangskoeffizient verfügen. Solche Eigenschaften können durch Zugabe von Metallionen, z. B. Kupferionen, hervorgerufen werden.at the photovoltaic module according to the invention will continue to be a translucent With heat transfer medium wavelength shifting Properties used. It is a translucent medium, which has at least a high specific heat capacity. Furthermore, can this medium advantageously also have a high thermal conductivity, and optionally in addition, over a large specific Enthalpy of fusion or a large Heat transfer coefficient feature. Such properties can by adding metal ions, eg. As copper ions are caused.
Weiterhin hat es sich als vorteilhaft erwiesen, wenn der lichtdurchlässige Wärmeträger einen Siedepunkt von etwa 5 Grad Celsius aufweist.Farther It has proved to be advantageous if the translucent heat transfer medium Boiling point of about 5 degrees Celsius.
Als besonders geeignet haben sich lichtdurchlässige Wärmeträger erwiesen, welche eine Kühl- und/oder Korrosionsschutzflüssigkeit als Grundstoff aufweisen. Die Lichtumwandlungsaktivität des Wärmeträgers, also dessen wellenlängenverschiebende Eigenschaft, kann durch Zugabe von anderen Bestandteilen hervorgerufen und in der Wirkung eingestellt werden. Dies wird nachfolgend noch näher erläutert werden.When Translucent heat transfer media have proven particularly suitable which have a cooling and / or Corrosion protection fluid as a base material. The light conversion activity of the heat carrier, ie its wavelength shifting Property can be caused by the addition of other ingredients and be adjusted in effect. This will be explained in more detail below.
Mit diesen kann ein als transparente Aufnahmevorrichtung dienender Fluidbehälter gefüllt sein, welcher z. B. auf die Fotovoltaikzelle so aufgelegt sein kann, dass zumindest die einstrahlungsaktive Oberseite der mindestens einen Fotovoltaikzelle überdeckt ist. Bei einer anderen Ausführung kann die Fotovoltaikzelle auch vollständig im Inneren der Aufnahmevorrichtung, welche z. B. als ein Glasbehälter ausgeführt ist, quasi schwimmend im lichtdurchlässigen Wärmeträger gelagert sein. Diese Ausführung erleichtert es einerseits, die Fotovoltaikzelle mit Hilfe des lichtdurchlässigen Wärmeträgers auf einen wirkungsgradoptimalen Temperaturbereich abzukühlen, z. B. auf 5–6 Grad Celsius. Weist der Wärmeträger zusätzlich eine elektrische Leitfähigkeit auf, so kann besonders bei dieser Ausführung die Kontaktierung der Fotovoltaikzelle erheblich verbessert werden, indem die so genannte Dunkelzone der Fotovoltaikzelle vermieden wird, welche üblicherweise durch Kontaktleiterbahnen auf der Zellenoberseite entsteht.With this can be filled as a transparent receiving device serving fluid container, which z. B. may be placed on the photovoltaic cell so that at least covers the irradiation-active upper side of the at least one photovoltaic cell is. In another embodiment the photovoltaic cell can also be completely inside the receiving device, which z. B. is designed as a glass container, almost floating in the translucent Stored heat transfer medium be. This version facilitates on the one hand, the photovoltaic cell with the help of the translucent heat carrier on to cool an optimum efficiency temperature range, z. For example, 5-6 Centigrade. Does the heat transfer in addition one electric conductivity on, so can especially in this embodiment, the contacting of Photovoltaic cell can be significantly improved by the so-called Dark zone of the photovoltaic cell is avoided, which is usually created by contact tracks on the cell top.
Weiterhin kann der lichtdurchlässige Wärmeträger den Fluidbehälter auch in einer wassergebundenen Form z. B. als ein Gel vollständig ausfüllen.Farther can the translucent Heat carrier the fluid container also in a water-bound form z. B. complete as a gel.
Es hat sich gezeigt, dass als lichtdurchlässige Wärmeträger hervorragend lichtaktive flüssige Wärmetransportmedien in Form von lichtumwandlungsaktiven Kühl- und/oder Korrosionsschutzflüssigkeiten eingesetzt werden können, welche zur aktiven Kühlung zumindest von Komponenten mit hoher Verlustleistung in Computeranlagen vorgesehen sind.It has shown that as a translucent heat transfer excellent light-active liquid heat transport media in the form of light conversion active cooling and / or corrosion protection fluids can be used which for active cooling at least of components with high power loss in computer systems are provided.
Die Wirkungsweise des erfindungsgemäßen Fotovoltaikmoduls wurde im Labor an verschiedenen Ausführungen praktisch bestätigt. Dabei wurden beispielhaft lichtumwandlungsaktive Kühlflüssigkeit der Firma „Aquatuning GmbH, DE-33689 Bielefeld, Beckheide 13” verwendet. Eine zum jeweils eingesetzten lichtumwandlungsaktiven Kühlmittel passende Fotovoltaikzellen wurden beispielsweise aus einem „ARCO Solar Sample Circuit Set” der Firma „ARCO Solar Inc., Camarillo CA 93010 USA” entnommen.The Mode of operation of the photovoltaic module according to the invention was practically confirmed in the laboratory on different versions. there were exemplified light conversion active cooling liquid company "Aquatuning GmbH, DE-33689 Bielefeld, Beckheide 13 ". One to each used light conversion active coolant suitable photovoltaic cells for example from an "ARCO Solar Sample Circuit Set "the Company "ARCO Solar Inc., Camarillo CA 93010 USA ".
Bei einem ersten Anwendungsbeispiel wurde der Fluidbehälter mit einem lichtumwandlungsaktiven klaren Kühlmittel der Firma „Aquatuning” vom Typ „AT-Protect-UV-blue (Art. Nr. 30026) befüllt und auf ca. 5 Grad abgekühlt. Dieses Kühlmittel wandelt den UV Wellenlängenanteil des sichtbaren Lichts, welcher eine Wellenlänge von ca. 300–430 nm aufweist, in ein blaues Licht mit einer Wellenlänge von ca. 430–500 nm um. Dieses umgewandelte Licht kann dann von einer monokristallinen Standard Solarzelle der Firma „ARCO Solar” vom Typ „6 Volt Battery Charging” optimal genutzt werden, da diese Solarzelle den höchsten Wirkungsgrad, also das Sensibilitätsmaximum, weitgehend im blauem Wellenlängenbereich des Lichtspektrums aufweist.at In a first application example, the fluid container with a light conversion active clear coolant of the company "Aquatuning" type "AT-Protect UV blue (Art. No. 30026) and cooled to about 5 degrees. This coolant converts the UV wavelength component of visible light, which has a wavelength of about 300-430 nm in a blue light with a wavelength of about 430-500 nm around. This converted light can then be from a monocrystalline Standard solar cell of the company "ARCO Solar "from Type "6 Volt Battery Charging "optimal be used because this solar cell the highest efficiency, so the Sensitivity maximum, largely in the blue wavelength range of the light spectrum.
Bei einem weiteren Anwendungsbeispiel wurde der Fluidbehälter mit einem lichtumwandlungsaktiven klaren Korrosionsschutz- und Kühlmittel der Firma „Aquatuning” vom Typ „UV Green FluoProtect (Art. Nr. 30002) befüllt und auf ca. 5 Grad abgekühlt. Dieses Mittel wandelt den UV Wellenlängenanteil des sichtbaren Lichts in ein grünes Licht mit einer Wellenlänge von ca. 540 nm um. Dieses umgewandelte Licht kann dann von einer monokristallinen Standard Solarzelle Solarzellen der Firma „ARCO Solar” vom Typ „Charging 2 Series Ni-CAD Battery” optimal genutzt werden, da diese Solarzelle den höchsten Wirkungsgrad, also das Sensibilitätsmaximum, weitgehend im grünen Wellenlängenbereich des Lichtspektrums aufweist.at Another example of use was the fluid container with a light conversion active clear corrosion inhibitor and coolant of Company "Aquatuning" type "UV Green FluoProtect (Item No. 30002) and cooled to about 5 degrees. This agent converts the UV wavelength portion of visible light in a green Light with one wavelength from about 540 nm. This converted light can then be from a monocrystalline standard solar cell solar cells of the company "ARCO Solar" type "Charging 2 Series Ni-CAD Battery "optimal be used because this solar cell the highest efficiency, so the Sensitivity maximum, largely in the green Wavelength range of Having light spectrum.
Weiterhin wurde der Fluidbehälter beispielsweise mit einem lichtumwandlungsaktiven roten Kühlmittel der Firma „Aquatuning” vom Typ „AT-Protect-UV-red (Art. Nr. 30028) befüllt und auf ca. 5 Grad abgekühlt. Dieses Mittel wandelt den UV Wellenlängenanteil des sichtbaren Lichts in ein rotes Licht mit einer Wellenlänge von ca. 625–780 nm um. Dieses umgewandelte Licht kann dann von einer monokristallinen Standard Solarzelle Solarzellen der Firma „ARCO Solar” vom Typ „Charging 1 Series Ni-CAD Battery Powering ventilator Motor” optimal genutzt werden, da diese Solarzelle den höchsten Wirkungsgrad, also das Sensibilitätsmaximum, weitgehend im roten Wellenlängenbereich des Lichtspektrums aufweist.Farther became the fluid container for example, with a light conversion active red coolant the company "Aquatuning" of the type "AT-Protect-UV-red" (Art. Nr. 30028) and cooled to about 5 degrees. This agent converts the UV wavelength portion of visible light in a red light with a wavelength of about 625-780 nm around. This converted light can then be from a monocrystalline Standard solar cell solar cells of the company "ARCO Solar" type "Charging 1 Series Ni-CAD Battery Powering Fan Motor "Optimal be used because this solar cell the highest efficiency, so the Sensitivity maximum, largely in the red wavelength range of the light spectrum.
Bei einer anderen Ausführung des erfindungsgemäßen Fotovoltaikmoduls weist der lichtdurchlässige Wärmeträger zur Einstellung der wellenlängenverschiebenden Eigenschaften mindestens einen Zusatz auf, welcher eine Verkleinerung von Wellenlängen des einfallenden Sonnenlichtes bewirkt. Vorteilhaft kann dabei der mindestens eine Zusatz des lichtdurchlässigen Wärmeträgers so ausgewählt werden, dass dieser eine Umwandlung von langen Wellenlängenanteilen des einfallenden Sonnenlichts in von der Fotovoltaikzel le nutzbares Licht mit kürzeren bzw. kurzen Wellenlängenanteilen bewirkt. In der Praxis besonders bedeutsam ist es, wenn der mindestens eine Zusatz des lichtdurchlässigen Wärmeträgers eine Umwandlung von IR Wellenlängenanteilen des einfallenden Sonnenlichts in nutzbares Licht mit blauen, grünen und/oder gelben Wellenlängenanteilen bewirkt.at another version the photovoltaic module according to the invention indicates the translucent Heat carrier for Setting the wavelength-shifting Features at least one addition on which a reduction of wavelength caused by the incident sunlight. Advantageously, the at least one addition of the translucent heat carrier be selected so that this is a conversion of long wavelengths of the incident Sunlight in the Fotovoltaikzel le usable light with shorter or short wavelengths causes. In practice, it is particularly significant if the at least an addition of the translucent Heat carrier one Conversion of IR wavelengths of incident sunlight in usable light with blue, green and / or yellow wavelengths causes.
So können z. B. Nanopartikel als ein Zusatz zur Einstellung der wellenlängenverschiebenden Eigenschaften eingesetzt werden. Wird eine Kühl- und/oder Korrosionsschutzflüssigkeit als Grundstoff z. B. mit Nanopartikeln in Form von Neodym Kristallen (Nd: YAG) versetzt, so hat dies eine wellenlängenhalbierende bzw. frequenzverdoppelnde Wirkung auf den langwelligen Spektralanteil des einfallenden Sonnenlichts. Langwellige, im Infrarotbereich liegende Lichtanteile des einfallenden Sonnenlichts mit einer Wellenlänge von etwa 1064 nm werden dabei in kurzwelliges Licht mit einer Wellenlänge von etwa 532 nm umgesetzt. Diese liegt im grünen Spektralbereich des sichtbaren Lichtspektrums und kann von Fotovoltaikzellen, welche ein in diesem Bereich liegendes Sensitivitätsmaximum aufweisen, unmittelbar genutzt werden.So can z. B. nanoparticles as an adjunct for adjusting the wavelength-shifting Properties are used. Is a cooling and / or corrosion protection fluid as a raw material z. With nanoparticles in the form of neodymium crystals (Nd: YAG), this has a wavelength bisecting or frequency doubling Effect on the long-wave spectral component of the incident sunlight. Long-wave, lying in the infrared range light components of the incident Sunlight with one wavelength of about 1064 nm are in short-wave light with a wavelength of converted about 532 nm. This lies in the green spectral range of the visible Spectrum of light and photovoltaic cells, which one in this Range lying sensitivity maximum have immediate use.
Es ist besonders vorteilhaft, wenn der lichtdurchlässige Wärmeträger durch Zugabe von geeigneten Zusätzen sowohl die Eigenschaft aufweist, kurzwellige Spektralbereiche des Sonnenlichts – insbesondere UV Spektren mit ca. 398 nm Wellenlänge – in längerwelliges z. B. grünes Licht mit ca. 532 nm Wellenlänge umzuwandeln, als auch die Eigenschaft aufweist, sehr langwellige Spektralbereiche des Sonnenlichts – insbesondere IR Spektren mit ca. 1064 nm Wellenlänge – in kürzerwelliges z. B. ebenfalls grünes Licht mit ca. 532 nm Wellenlänge umzuwandeln. Dieses kann von einer Fotovoltaikzelle mit einem im Bereich des grünen Lichtspektrums bei ca. 520–560 nm liegenden Selektivitätsmaximum optimal genutzt werden. Beispielhaft kann auch hier eine monokristalline Standardsolarzelle der Firma „ARCO Solar” vom Typ „Charging 2 Series Ni-Cad Batteries” eingesetzt werden.It is particularly advantageous if the translucent heat transfer medium by the addition of suitable additives both the property of short-wavelength spectral regions of sunlight - in particular UV spectra with about 398 nm wavelength - in longer-wave z. B. green light with about 532 nm wavelength, as well as the property has very long-wavelength spectral regions of sunlight - especially IR spectra with about 1064 nm wavelength - in shorter wavelength z. B. also convert green light with about 532 nm wavelength. This can opti from a photovoltaic cell with a lying in the range of the green light spectrum at about 520-560 nm selectivity maximum to be used. By way of example, a monocrystalline standard solar cell of the "ARCO Solar" type "Charging 2 Series Ni-Cad Batteries" can also be used here.
Der lichtdurchlässige Wärmeträger mit wellenlängenverschiebenden Eigenschaften kann also eine UV oder IR aktive Kühlflüssigkeit bzw. eine sowohl UV als auch IR aktive Kombiflüssigkeit darstellen.Of the translucent With heat transfer medium wavelength shifting Properties can therefore be a UV or IR active coolant or a UV as well as IR active combination fluid represent.
Gemäß einer weiteren Ausführung der Erfindung weist das Fotovoltaikmodul Mittel zur Reduzierung von Reflexen im Bereich der einstrahlungsaktiven Oberseite der Fotovoltaikzelle auf. Ist z. B. die transparente Aufnahmevorrichtung als ein Glaskörper ausgebildet, so kann z. B. die dem einfallenden Sonnenlicht zugewandte Fläche auf der Innenseite mit einer Antireflexbeschichtung versehen sein. Eine vergleichbare Wirkung wird durch eine Oberflächenaufrauung dieser Fläche bewirkt. Damit werden Reflexionsverluste des einfallenden Sonnenlichts, aber auch Streuverluste des im Wärmeträger wellenlängenverschobenen Lichts vermieden, und werden somit optimal auf die Fotovoltaikzelle umgelenkt.According to one further execution According to the invention, the photovoltaic module has means for reducing of reflections in the area of the irradiation-active upper side of the photovoltaic cell on. Is z. B. the transparent receiving device formed as a glass body, so z. B. on the incident sunlight facing surface the inside be provided with an anti-reflective coating. A comparable one Effect is through a surface roughening this area causes. This causes reflection losses of the incident sunlight, but also scattering losses of wavelength-shifted in the heat transfer medium Light avoided, and are thus optimally to the photovoltaic cell diverted.
Ein weiterer Vorteil des erfindungsgemäßen Fotovoltaikmoduls besteht darin, dass auf Grund der Konstanthaltung der Temperatur der Fotovoltaikzelle das Auftreten von Mikrorissen und damit die Alterung der Fotovoltaikzelle deutlich verlangsamt wird. Weiterhin üben die wellenlängenverschiebenden Eigenschaften des lichtdurchlässigen Wärmeträgers eine Schutzwirkung für die Fotovoltaikzelle aus, indem die Einwirkung von schädlichen und die Lebensdauer einschränkenden Spektralanteilen, insbesondere von kurzwelligen UV Spektralanteilen, stark gesenkt wird.One further advantage of the photovoltaic module according to the invention in that due to the keeping constant of the temperature of the photovoltaic cell the Occurrence of microcracks and thus the aging of the photovoltaic cell is significantly slowed down. Continue to practice the wavelength shifting Properties of the translucent Heat transfer a protective effect for the Photovoltaic cell made by the action of harmful and limiting the lifespan Spectral components, in particular of short-wave UV spectral components, is lowered sharply.
Eine Fotovoltaikanlage weist zumindest ein, in der Regel aber eine Vielzahl von erfindungsgemäßen Fotovoltaikmodulen der oben beschriebenen Art auf. Es enthält zumindest Mittel zur Zirkulation eines Kühlmediums für die Fotovoltaikmodule. In diese integriert sind Mittel zur Umsetzung der Wärmeener gie aus dem von den Fotovoltaikmodulen der Anlage kommenden Kühlmedium in mechanische Energie durch Verdampfung des Kühlmediums. Weiterhin sind Mittel zur Kühlung des Kühlmediums durch Kondensation und Mittel zur Umsetzung der mechanischen Energie in elektrische Energie vorhanden. Schließlich ist eine elektrische Speicher- und/oder Wandlereinheit, insbesondere ein batteriegepufferter Wechselrichter, für die von den Fotovoltaikmodulen der Anlage erzeugten elektrischen Energie vorhanden.A Photovoltaic system has at least one, but usually a variety of photovoltaic modules according to the invention of the type described above. It contains at least means for circulation a cooling medium for the Photovoltaic modules. Integrated into these are means of implementation the heat energy the coming from the photovoltaic modules of the system cooling medium in mechanical energy by evaporation of the cooling medium. Furthermore, funds for cooling of the cooling medium by condensation and means of converting the mechanical energy present in electrical energy. Finally, an electric Storage and / or converter unit, in particular a battery-buffered inverter, for the electrical energy generated by the photovoltaic modules of the plant available.
Bei den Mitteln zur Umsetzung der Wärmeenergie des Kühlmediums in mechanische Energie kann es sich z. B. um eine Wärmepumpe handeln.at the means of implementing the heat energy of the cooling medium in mechanical energy, it may be z. B. a heat pump act.
Bei einer besonders vorteilhaften Ausführung einer Fotovoltaikanlage ist in die Zirkulationsmittel eine Turbine zur Umsetzung der Wärmeenergie in mechanische Energie integriert. Diese weist einen Kondensator zur Kühlung des Kühlmediums durch Kondensation auf. An die Turbine ist schließlich ein Generator zur Erzeugung von elektrischer Energie angeschlossen. Ein solches System kommt vollständig ohne Fremdenergie aus, in dem das unter Druck stehende und einen niedrigen Siedepunkt bei ca. 5–6 Grad Celsius aufweisende Kühlmedium bei Eintritt in die Turbine entspannt wird und diese antreibt. Mit Hilfe eines Kondensators wird das Kühlmittel dann vollständig verflüssigt, und kann z. B. durch Unterstützung mit einer Passivkühlung wieder als Kältemittel in den Zirkulationskreislauf rückgespeist werden.at a particularly advantageous embodiment of a photovoltaic system is in the circulation means a turbine for the implementation of heat energy integrated into mechanical energy. This has a capacitor for cooling of the cooling medium by condensation. The turbine is finally a generator connected to generate electrical energy. Such System comes complete without external energy, in which the pressurized and one low boiling point at about 5-6 degrees Celsius having cooling medium is relaxed when entering the turbine and this drives. With Using a condenser, the coolant is then completely liquefied, and can z. B. by support with a passive cooling again as a refrigerant in fed back the circulation circuit become.
Je nach Ausführung kann es sich bei dem Kühlmittel z. B. um ein Alkohol-Wasser-Gemisch handeln, welches in einem vom lichtdurchlässigen Wärmeträger im Inneren der Fotovoltaikmodule getrennten Kreislauf zirkuliert. Andererseits ist auch möglich, dass der lichtdurchlässige und wellenlängenverschiebende Wärmeträger direkt als Kältemittel im Zirkulationskreislauf wirkt, und alle Fotovoltaikmodule und deren Fotovoltaikzellen großflächig umspült.ever after execution it can be with the coolant z. B. to act an alcohol-water mixture, which in a light-transmissive heat transfer inside the photovoltaic modules circulated separate circuit. on the other hand is possible, too, that the translucent and wavelength shifting Heat carrier directly as a refrigerant in the Circulation cycle acts, and all photovoltaic modules and their Photovoltaic cells washed over a large area.
Vorteilhafte Ausführungen der Erfindung derselben werden nachfolgend an Hand der Figuren näher erläutert. Dabei zeigenadvantageous versions The invention thereof will be explained in more detail with reference to the figures. there demonstrate
Das
in
Unterhalb
der transparenten Aufnahmeeinrichtung
Erfindungsgemäß weist
das beispielhafte Fotovoltaikmodul
In
In
den Zirkulationskreis des Kühlmediums
ist eine Turbine
Die
in der Turbine
Eine
Fotovoltaikanlage der in
- AA
- einfallendes Sonnenlicht mit den von der Erdatmosphäre durchgelassenen Wellenlängenspektralanteilenincident Sunlight with the wavelength spectral components transmitted by the Earth's atmosphere
- 11
- Fotovoltaikmodulphotovoltaic module
- 1010
- Einstrahlungsaktive Oberseite des ModulsActive radiation Top of the module
- 2020
- transparente Aufnahmeeinrichtung, insbesondere Fluidbehältertransparent Receiving device, in particular fluid container
- 2121
- lichtdurchlässiger Wärmeträger mit wellenlängenverschiebenden Eigenschaftentranslucent heat transfer medium with wavelength shifting properties
- 2222
- Reflektorflächereflector surface
- 3030
- Fotovoltaikzelle mit einem begrenzten Sensitivitätsbereich, z. B. eine monokristalline Standsolarzelle auf Siliziumbasisphotovoltaic cell with a limited range of sensitivity, z. B. a monocrystalline solar cell based on silicon
- 3131
- Einstrahlungsaktive Oberseite der FotovoltaikzelleActive radiation Top of the photovoltaic cell
- 4040
- Mittel zur Kühlung des lichtdurchlässigen Wärmeträgersmedium for cooling the translucent heat carrier
- BB
- umgewandeltes Licht mit mindestens einem vom lichtdurchlässigen Wärmeträger verschobenem Wellenlängenspektralanteilconverted Light with at least one of the translucent heat carrier shifted wavelength spectral component
- 5050
- FotovoltaikanlageFotovoltaikanlage
- 1a–1f1a-1f
- Fotovoltaikmodule der Fotovoltaikanlagephotovoltaic modules the photovoltaic system
- 5151
- Vorlaufleitung für eine Kühlmediumsupply line for one cooling medium
- 5252
- Zirkulationsleitungcirculation line
- 5353
- RücklaufleitungReturn line
- 5454
- Verkabelung der Spannungsausgänge der Fotovoltaikmodulecabling the voltage outputs the photovoltaic modules
- 5555
- elektrische Speicher- und/oder Wandlereinheit, z. B. ein Wechselrichter mit Batteriepufferelectrical Storage and / or converter unit, z. As an inverter with battery backup
- 5656
- Einspeiseleitung des Wechselrichters z. B. in ein elektrisches Energieverteilungsnetzfeeder of the inverter z. B. in an electrical power distribution network
- 5757
- Turbine mit nachgeschaltetem Kondensatorturbine with downstream capacitor
- 5858
- angekoppelter elektrischer Generatora coupled electric generator
- 5959
- Einspeiseleitung des Generators z. B. in ein elektrisches Energieverteilungsnetzfeeder of the generator z. B. in an electrical power distribution network
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