Die Erfindung betrifft einen Sonnenkollektor, insbesondere einen Sonnenkollektor als Einzelelement oder als Modul einer

Solaranlage zur Strom- und Wärmegewinnung im

kraftwerkstechnischen Maßstab. Der Sonnenkollektor kann als Einzelelement oder als Mehrzahl von Modulen zum jeweiligen Stand der Sonne nachgeführt werden und konzentriert mittels einer zweistufigen Konzentratortechnik das Sonnenlicht in einer hohen Konzentration (z.B. 1000-fach) auf hocheffiziente PV-Zellen ( Photovoltaik-Zellen bzw. Solarzellen) mit einem hohen

Wirkungsgrad, z.B. um 40% und je nach Design sogar darüber. Die PV-Zellen können auf DCB-Boards (Direct Copper Bonded-Boards ) montiert werden und stehen auf ihrer strahlungsabgewandten Seite in einem wärmeleitenden Kontakt zu einem Wärmeübertrager, der dazu ausgebildet ist, die Solarzellen zu kühlen, indem die an den Solarzellen absorbierte Wärme auf ein Wärmeträgerfluid übertragen wird. Die erste Konzentratorstufe des

Sonnenkollektors fokussiert die tages- und jahreszeitlich bedingt in unterschiedlichen Winkeln einfallenden, als parallel angenommenen Strahlenbündel der Sonne hin auf einen Brennpunkt und besteht bevorzugt aus einem Parabolspiegel oder aus einem Fresnelspiegel oder aus einer Fresnellinse . Ein Fresnelspiegel ermöglicht eine flache Bauweise eines Sonnenkollektors.

Bevorzugt ermöglicht eine Nachführvorrichtung für den

Sonnenkollektor die Ausrichtung des Sonnenkollektors sowohl im Azimut- als auch im Höhenwinkel, wobei die optische Achse des Kollektors möglichst viel Zeit parallel zu den tages- und jahreszeitlich bedingt in unterschiedlichen Winkeln einfallenden parallelen Strahlenbündel der Sonne ausgerichtet ist. Die zweite Konzentratorstufe wird von einem konzentrisch zum Brennpunkt der ersten Konzentratorstufe angeordneten, transparenten Hohlkörper gebildet. Während die äußere Oberfläche des Hohlkörpers

insbesondere eine sphärische Oberfläche besitzt, besteht die innere Oberfläche insbesondere aus einer Vielzahl von

konzentrisch zu dem Brennpunkt der ersten Konzentratorstufe angeordneten Facetten, die durch Brechung die auf den Brennpunkt der ersten Konzentratorstufe zentrierten Strahlen als

konvergente Strahlenbündel auf eine der Anzahl der Facetten entsprechende Vielzahl von an der Oberfläche eines

Wärmeübertragers konzentrisch zum Brennpunkt der ersten

Konzentratorstufe angeordneten zweiten Brennpunkten zu

fokussieren. Eine innere Facette des hohlen Hohlkörpers wirkt dabei als Sammellinse und kann entweder als planebene Fläche oder als Freiformfläche oder als konvex gewölbte Fläche oder als Stufenlinse ausgebildet werden. Unabhängig von der jeweiligen Ausbildung einer Facette werden die zentrierten Lichtstrahlen an den Facetten des Hohlkörpers mit einem Einfallswinkel und einem Ausfallswinkel gebrochen und auf einen der zweiten Brennpunkte fokussiert. Für einen höheren Wirkungsgrad sind die zweiten Brennpunkte (Fl-Fn) jeweils zwischen dem ersten Brennpunkt und der zugeordneten Facette angeordnet. In den zweiten Brennpunkten der zweiten Konzentratorstufe ist jeweils entweder nur eine PV- Zelle angeordnet oder es sind jeweils mehrere, vorzugsweise in einem Raster angeordnete PV-Zellen einem Brennpunkt zugeordnet. Mit dem Abstand der zweiten Brennpunkte zu den Facetten wird die Größe der zweiten Brennpunkte definiert, wobei im Falle von nur einer PV-Zelle auf einen z.B. 3x3 mm ² großen Brennpunkt

fokussiert wird, der mit den Abmessungen der einen PV-Zelle übereinstimmt. Wird dagegen eine Mehrzahl von PV-Zellen in einer Rasteranordnung dem einen der zweiten Brennpunkte zugeordnet, ist der Abstand zwischen der Facette und den PV-Zellen so gewählt, dass z.B. ein etwa 1 cm ² großer Brennfleck ein Raster von neun jeweils 3x3 mm ² großer PV-Zellen belichtet. Erfindungsgemäße Sonnenkollektoren können der Strom- und

Wärmeerzeugung im kraftwerkstechnischen Maßstab dienen oder als netzunabhängige Solarleuchten eingesetzt werden.

Stand der Technik

Bekannte Konzentrator-Photovoltaik-Systeme (CPV) nutzen Linsen und Spiegel zur Bündelung des Lichts auf die Solarzellen und erreichen dabei einen Konzentrationsfaktor von 100-2000. Mit punktfokussierenden Modulen, wie z.B. dem am Fraunhofer ISE in Freiburg entwickelten Flatcon- oder Concentrix-System, das von der Firma Soitec, Bernin, Frankreich vermarktet wird, hat die Konzentrator-Photovoltaik die Wettbewerbsfähigkeit mit

herkömmlichen PV-Modulen erreicht, insbesondere in Ländern mit einer hohen Sonneneinstrahlung. In Konzentrator-Photovoltaik- Solarthermie-Systemen (CPVT = Concentrator Photovoltaics and Thermal, oder CVP) ist eine aktive Kühlung der PV-Zellen

vorgesehen. Die kombinierte Nutzung des Energieangebots der Sonne durch Photovoltaik und Solarthermie ermöglicht kombinierte Wirkungsgrade von mehr als 70%. Die aktive Kühlung der

Mehrfachsolarzellen ermöglicht außerdem eine niedrigere

Arbeitstemperatur, was zu einem erhöhten Arbeitswirkungsgrad führt. Bei einem bekannten CPVT-System ist eine Vielzahl von Solarzellen in einer Rasteranordnung auf einem

mediendurchströmten Wärmetauscher im Brennpunkt eines

Parabolspiegels angeordnet. Eine zweite Konzentratorstufe ist dabei nicht vorgesehen. Nachteilig dabei ist, dass die

eingestrahlte Energie nur sehr ungleichmäßig auf alle

Solarzellen verteilt werden kann und die Übertragung der absorbierten Wärme auf ein Wärmeträgerfluid ebenfalls

ungleichmäßig erfolgt. Ein wirksamer Schutz vor Korrosion und Verschmutzung für die PV-Zellen ist nicht gegeben, da sie den Einflüssen der Atmosphäre ausgesetzt sind.

Im Unterschied zu Silicium-Solarzellen bestehen Mehrfach- Solarzellen nicht nur aus einem Halbleitermaterial, sondern aus mehreren Halbleitermaterialien, insbesondere mehreren Verbundhalbleitermaterialien, die übereinander gestapelt jeweils einen anderen Wellenlängenbereich des Sonnenlichts nutzen, um Strom zu erzeugen. Die Halbleitermaterialien der Gruppen 3 und 5 des Periodensystems bestehen z.B. aus Germanium (Ge) , aus

Galliumarsenid (GaAs) und aus Galliumindiumphosphid (GalnP bzw. InGaP) und werden mittels der metallorganischen

Gasphasenepitaxie (MOVPE = Metalorganic Vapour Phase Epitaxy) in dünnen Schichten auf einem Wafer abgeschieden. Die Nutzung des Sonnenlichts vom blauen bis zum infraroten Spektralbereich ermöglicht einen Wirkungsgrad der Solarzellen größer als 40%. Am Fraunhofer-Institut für Solare Energiesysteme ISE (Fraunhofer ISE) in Freiburg konnte im Labor ein Wirkungsgrad der Zellen von 44,7% gemessen werden. Dabei ist zu beachten, dass der

Wirkungsgrad der Module bei etwa 32% und der Wirkungsgrad des gesamten CPV-Systems nur noch bei etwa 28% liegt. Damit zeichnen CPV- und CPVT-Systeme zurzeit im Vergleich zu der Silicium- basierten Photovoltaik durch einen etwa doppelt so großen

Wirkungsgrad aus. Bei der Firma AZUR SPACE Solar Power GmbH in Heilbronn, Deutschland, werden ebenfalls Mehrfach-Solarzellen in unterschiedlichen Größen, z.B. mit einer aktiven Fläche von 3x3 mm ² , 5,5x5,5 mm ² oder 10x10 mm ² als Standard hergestellt, deren Wirkungsgrad, abhängig von der Konzentration des Sonnenlichts und den Design- und Umweltparametern, ebenfalls über 40% liegt. Ein DCB-Board ist als spezielle Platine bekannt, bei der z.B. zwei dünne Kupferschichten mittels einer isolierenden

Keramikschicht untereinander verbunden und gegeneinander

isoliert werden. Ein DCB (direct copper bonded) -Board (Platine) erlaubt die Ausbildung eines elektrischen Schaltelements und die Ausbildung voneinander getrennter Plus- und Minuspole zum

Abgreifen des an der Solarzelle gewonnenen elektrischen Stroms. Auf einem DCB-Board kann entweder nur eine oder mehrere, z.B. in einer Reihe oder in einem Raster angeordnete PV-Zellen montiert werden. Der besondere Vorteil des DCB-Boards besteht in einer elektrisch-thermischen Verbindung über Kupfer, die eine optimale Ableitung der an den Solarzellen absorbierten Wärme ermöglicht. Ein DCB-Substrat ermöglicht die Ausbildung großflächiger

metallischer Leiterbahnstrukturen, die eine Verschaltung der Solarzellen eines Kollektormoduls parallel oder in Reihe

ermöglichen. Neben dem DCB-Board kann auch ein IMS-Substrat (IMS = insulated metal Substrate) zur Anwendung kommen, bei dem die dem Wärmeübertrager zugewandte Schicht aus Aluminium statt aus Kupfer besteht. In beiden Fällen wird das Substrat durch eine Klebeverbindung oder eine Lötverbindung vollflächig und

hohlraumfrei mit dem Wärmeübertrager verbunden, der seinerseits aus Kupfer oder Aluminium besteht.

Betriebswirtschaftliche Probleme können bei der Konzentrator- Photovoltaik entstehen, wenn ein zu geringer

Konzentrationsfaktor des Sonnenlichts verwendet wird. Für die Wirtschaftlichkeit von CPV-Systemen ist ein Konzentrationsfaktor größer als 800 Sonnen anzustreben. Ein bisher ungelöstes Problem stellt der dauerhafte Korrosionsschutz der witterungs- und feuchtigkeitsempfindlichen Schichten der PV-Zellen, insbesondere des Elements Germanium (Ge) dar. Bei der Flatcon-Technik sind die PV-Zellen zwar durch ein Kollektorgehäuse aus Glas vor dem unmittelbaren Einfluss der Witterung geschützt. Da das Gehäuse aber zur Ableitung von Feuchtigkeit belüftet werden muss, ist es der Atmosphäre ausgesetzt, sodass ein wirksamer Korrosionsschutz für die empfindlichen PV-Zellen und ihre elektrischen Kontakte auf Dauer nicht gegeben ist. Dazu kommen Beeinträchtigungen des optischen Systems durch Feinstäube und thermische Dilatation in Folge großer Temperaturunterschiede.

Bei großen Parabolspiegel, die das Sonnenlicht auf einen

Brennpunkt fokussieren, führen geringe Abweichungen der

Parallelität der Sonnenstrahlen zu einer ungleichmäßigen

Energieverteilung im Brennpunkt des Spiegels, was sich

nachteilig auf die Leistungsbilanz und die Kühlung der PV-Zellen auswirkt . Die US 4,048,983 zeigt einen rotationssymmetrisch aufgebauten solarthermischen Kollektor, der starr ausgerichtet ist und einen Parabolspiegel zur Konzentration des Sonnenlichts auf ein zentrales kolbenförmiges Absorberelement besitzt, das von einem Wärmeträgerfluid durchströmt wird. Zwischen dem Absorberelement und dem transparenten Hüllrohr ist ein Vakuum vorgesehen.

Die US 4,893,612 zeigt einen starr ausgerichteten und

rotationssymmetrisch ausgebildeten solarthermischen Kollektor, bei dem das Kollektorgehäuse eine Prismenanordnung besitzt die dazu ausgebildet ist, die in unterschiedlichen Winkeln

einfallenden Strahlenbündel der Sonne auf ein zentrales,

kolbenförmiges Empfängerelement zu konzentrieren, das von einem Wärmeträgerfluid durchströmt und von einem transparenten

Hüllrohr umgeben wird.

Die US 5,269,851 zeigt einen rotationssymmetrisch aufgebauten Sonnenkollektor, der starr ausgerichtet ist mit einem

Konzentratorelement , das von einem Parabolspiegel gebildet wird. Eine Vielzahl von Photovoltaikzellen ist in einer Ebene

senkrecht zur optischen Achse des Parabolspiegels angeordnet. Zwischen dem Parabolspiegel und den PV-Zellen dient eine

Prismenanordnung der Umlenkung unterschiedlich geneigter, an dem Parabolspiegel reflektierter Strahlenbündel auf die Solarzellen. Wasser als Wärmeträgerfluid leitet die an den Solarzellen absorbierte Wärme in einem Kreislaufsystem ab. Die

Prismenstruktur ist dazu ausgebildet, die von dem Parabolspiegel in unterschiedlichen Winkeln reflektierten Strahlenbündel gleichmäßig auf die in einer Ebene angeordneten Solarzellen zu verteilen .

Die US 2009/0159115 AI zeigt einen zweiachsig nachgeführten Sonnenkollektor, bei dem die an den PV-Zellen absorbierte Wärme auf ein Wärmeträgerfluid übertragen wird, wobei eine erste und eine zweite Konzentratorstufe vorgesehen sind. Bei diesem

Sonnenkollektor besteht die erste Konzentratorstufe aus einem Spiegel, der aus einer Vielzahl einzelner Flächen aufgebaut ist, die bei zweiachsiger Nachführung das Sonnenlicht auf eine

Vielzahl von konzentrisch zur optischen Achse des

Sonnenkollektors angeordneten Schalen fokussieren. Durch eine sekundäre Optik sind die Schalen dazu ausgebildet, das

Sonnenlicht auf Empfängerelemente, die aus PV-Zellen oder von wärmeabsorbierenden Flächen bestehen, zu fokussieren.

Die US 5,882,434 zeigt einen starr ausgerichteten

rotationssymmetrisch aufgebauten konzentrierenden

Sonnenkollektor, der ein primäres Konzentratorelement aus einem Parabolringspiegel mit einem Brennring hat. Ein sekundäres

Konzentratorelement, das aus einer Vielzahl kegelförmiger Röhren aus Glas besteht und auf der Oberfläche eines

kegelstumpfförmigen Absorberelements angeordnet ist,

konzentriert die von dem Parabolringspiegel reflektierten

Sonnenstrahlen auf streifenförmig an dem Kegelstumpf angeordnete Solarzellen. Zur Kühlung der Solarzellen werden die

transparenten Kegelrohre von Wasser durchströmt und können so als optische Sammellinsen wirken. Eine exakte Konzentration der zentrierten Strahlenbündel auf einzelne Brennpunkte ist mit den in dieser Druckschrift beschriebenen Maßnahmen nicht möglich.

Aufgabenste1lung

Ausgehend von dem dargestellten Stand der Technik liegt der Erfindung die Aufgaben zugrunde, einen neuen Sonnenkollektor bereit zu stellen.

Diese Aufgabe wird durch den Gegenstand des Anspruchs 1 gelöst.

Hierbei ergeben sich einer oder mehrere der nachfolgenden

Vorteile

- Gleichmäßige Verteilung der parallel einfallenden

Strahlenbündel der Sonne mittels einer zweistufigen Konzentratortechnik auf eine definierbare Anzahl von Brennpunkten in einer hohen Konzentration

- Anordnung von mindestens einer PV-Zelle jeweils in einem

Brennpunkt der zweiten Konzentratorstufe

- Optional gleichmäßige Verteilung und Übertragung der von den PV-Zellen absorbierten Wärme auf ein Wärmeträgerfluid

Weitere Aufgaben und vorteilhafte Eigenschaften der Erfindung gehen aus den Unteransprüchen hervor.

Konzentratortechnik

In einer bevorzugten Ausführungsvariante der Erfindung wird die erste Konzentratorstufe des Sonnenkollektors von einem

Parabolspiegel gebildet, der das Sonnenlicht auf einen

Brennpunkt fokussiert. In einer weiteren Ausführungsvariante der Erfindung wird die erste Konzentratorstufe von einer

Fresnellinse gebildet, die das Sonnenlicht ebenfalls auf einen Brennpunkt fokussiert. Bei einer weiteren Ausführungsvariante der Erfindung besteht die Primäroptik aus einstrahlungsseitig angeordneten Fresnellinsen . Im Falle einer lückenlosen Anordnung quadratischer Fresnellinsen in einem Raster treten in den

Eckbereichen der einzelnen Fresnellinsen Beugungsverluste auf. Die zweite Konzentratorstufe wird von einem konzentrisch zum Brennpunkt der ersten Konzentratorstufe angeordneten, hohlen und transparenten Hohlkörper mit inneren Facetten gebildet und bündelt die von der ersten Konzentratorstufe auf einen

Brennpunkt zentrierten Strahlen auf eine der Anzahl der Facetten entsprechende Vielzahl von konzentrisch zu dem Brennpunkt der ersten Konzentratorstufe angeordnete Brennpunkte. Eine Facette weist entweder eine überwiegend planebene Fläche oder eine konvex gewölbte Fläche oder im Falle einer Stufenlinse eine in zueinander konzentrisch angeordnete Stufen gegliederte Fläche auf. Freiformflächen an den Facetten können Abbildungsfehler bei der exakten Fokussierung der Sonnenstrahlen auf den einer Facette zugeordneten Brennpunkt korrigieren. Liegen die Facetten in einer Schicht des Hohlkörpers, sind sie parallel zur

optischen Achse des Sonnenkollektors angeordnet. Im Falle von zwei und mehr Schichten weisen die Facetten einen Neigungswinkel gegenüber der optischen Achse auf, wobei eine Facette jeweils senkrecht zu einem durch ihren optischen Mittelpunkt auf den Brennpunkt der ersten Konzentratorstufe zentrierten Lichtstrahl angeordnet ist. Für eine gleichmäßige Verteilung der

konvergenten Strahlenbündel auf die PV-Zellen kann eine

einstrahlungsseitig unmittelbar vor den PV-Zellen angeordnete, aus einer Linse oder einem Prisma bestehende tertiäre Optik sinnvoll sein. In einem Brennpunkt der zweiten Konzentratorstufe kann entweder nur eine PV-Zelle oder aber auch eine Vielzahl von PV-Zellen in einer Rasterangeordnung vorgesehen werden. Der Durchmesser eines erfindungsgemäßen Sonnenkollektors reicht von nur ca. 20 cm bis zu mehreren Metern. Ordnet man z.B. nur sechs Weltrekord-PV-Zellen, die jeweils eine Fläche von nur 5 mm ² haben, in den sechs Brennpunkten einer zweiten Konzentratorstufe an, hat die erste Konzentratorstufe bei einer angenommenen 1000- fachen Konzentration der Sonnenstrahlung einen Durchmesser von nur etwa 20 cm. Deshalb ist es möglich die erste

Konzentratorstufe in eine evakuierte transparente Hülle zu integrieren, sodass die empfindlichen PV-Zellen und ihre

einstrahlungsseitig angeordneten elektrischen Kontakte wirksam vor Verschmutzung und Korrosion geschützt sind und eine hohe Lebensdauer des Kollektors gewährleistet ist. Ein größerer

Sonnenkollektor mit z.B. 32 jeweils 5,5x5,5 mm ² großen PV-Zellen hat entsprechend einen Durchmesser von 1,20 m. Zum Schutz der PV-Zellen in einer evakuierten transparenten Hülle kann der kugelschichtförmige Hohlkörper der zweiten Konzentratorstufe zu einer kugelförmigen transparenten Hülle erweitert werden, die auch als Hohlkugel bezeichnet werden kann. Schließlich ist es auch möglich den Wärmeübertrager mit den PV-Zellen unmittelbar mit einer transparenten Hülle zu umgeben, wobei die zweite Konzentratorstufe außerhalb der transparenten Hülle liegt. Die zweite Konzentratorstufe besteht aus Glas und kann aus einem transparenten Kunststoff oder einem natronarmen Silikatglas, z.B. aus Borosilikatglas mit einer Brechzahl von 1,5-1,7 hergestellt werden.

Wärmeübertrager

Auf ihrer strahlungsabgewandten Seite sind die auf DCB-Boards montierten PV-Zellen vollflächig und hohlraumfrei mit einem Wärmeübertrager verbunden. Dazu werden die DCB-Boards z.B. auf einem Kupferring mit dem Wärmeübertrager durch Löten, Kleben, Schweißen oder mittels einer Schraub- oder Klemmverbindung mit Wärmeleitpaste verbunden. Besteht der Wärmeübertrager aus einer an beiden Enden offenen Röhre, kann der Kamineffekt in der Röhre genutzt werden, um die an den PV-Zellen absorbierte Wärme konvektiv auf die Umgebungsluft zu übertragen. Wird der

Wärmeübertrager von einem an einem Ende geschlossenen Kolben gebildet, ist ein flüssiges Wärmeträgerfluid vorgesehen, dass z.B. in einem Koaxialrohr mit Vor- und Rücklauf geführt wird, um die PV-Zellen zu kühlen und um die auf das Wärmeträgerfluid übertragene Wärme z.B. für die thermische Konditionierung eines Gebäudes zu nutzen. Im Falle einer Ringleitung ist ein Vor- und Rücklauf vorgesehen, um die PV-Zellen zu kühlen und die von den PV-Zellen absorbierte Wärme einem Nutzsystem, das z.B. von einem Adsorptions- oder Absorptionswärmetauscher gebildet wird, zuzuführen. Bei einer weiteren Ausführungsvariante der Erfindung ist ein Zweiphasen-Thermosiphon als Wärmeübertrager vorgesehen. Dabei enthält der mit einem Unterdruck beaufschlagte Arbeitsraum des Zweiphasen-Thermosiphons ein phasenwechselndes

Arbeitsmedium, das an einer Wärmesenke am oberen Ende eines kolbenförmigen Wärmeübertragers kondensiert und an der

Wärmequelle, die von den PV-Zellen am unteren Ende des

Zweiphasen-Thermosiphons gebildet wird, in die Gasphase

übergeht, um zur Wärmesenke aufzusteigen und erneut zu kondensieren. Das Arbeitsmedium des Zweiphasen-Thermosiphons besteht aus Alkohol oder Wasser oder aus einem natürlichen

Kältemittel. Das Wärmeträgerfluid besteht vorzugsweise aus mit einem Frostschutzmittel versetztem Wasser.

Ko11ektorgehäuse

In einer besonders vorteilhaften Ausführungsvariante der

Erfindung ist ein Kollektorgehäuse aus Glas vorgesehen, dessen untere Hälfte als Parabolspiegel und dessen obere Hälfte als transparente Abdeckung ausgebildet sind. Beide Hälften bestehen aus Glas und können, analog zum Herstellungsprozess einer

Flasche, in einem Press-Blas-Verfahren untereinander vakuumdicht verschweißt werden, sodass die erste und die zweite

Konzentratorstufe einschließlich der PV-Zellen und ihrer

elektrischen Verschaltung witterungsgeschützt innerhalb eines evakuierten Kollektorgehäuses angeordnet sind. Ein evakuiertes Kollektorgehäuse kann einen Durchmesser von ca. 20-100 cm haben. Ein vakuumdichtes Gehäuse für die PV-Zellen und ihre elektrische Verschaltung kann aber auch dadurch hergestellt werden, dass die transparente Hülle für den Wärmeübertrager von der zweiten

Konzentratorstufe gebildet wird, indem der Hohlkörper zu einem kolbenförmigen, den Wärmeübertrager in Form eines Kolbens oder einer Ringleitung vollständig umschließenden Gefäß erweitert wird. Auf diese Weise sind die PV-Zellen optimal vor

Witterungseinflüssen geschützt, andererseits ist sichergestellt, dass die an den PV-Zellen absorbierte Wärme ohne Wärmeverlust auf das Wärmeträgerfluid übertragen wird. Mit dieser Technik können über 90% der direkten Sonneneinstrahlung kombiniert genutzt werden. Die Größe des Kollektorgehäuses ist in diesem Fall keinen Einschränkungen unterworfen. Schließlich kann die transparente Hülle nur den Wärmeübertrager mit den PV-Zellen und ihrer elektrischen Verschaltung umschließen, wobei der

Hohlkörper der zweiten Konzentratorstufe als separates Element außerhalb der transparenten Hülle angeordnet ist. In den Zeichnungen nicht näher dargestellte Verbindungselemente aus Edelstahl stellen eine exakte Positionierung der ersten und der zweiten Konzentratorstufe zueinander sicher.

Verschaltung der PV-Zellen

Innerhalb des evakuierten Kollektorgehäuses sind die PV-Zellen jeweils über Anode und Kathode durch Elektroleitungen

untereinander verbunden und dabei in Reihe oder parallel

geschaltet. Über einen außerhalb des Vakuums liegenden Anschluss wird die Verbindung an einem Gleichspannungswandler hergestellt. In wirtschaftlicher und wärmetechnischer Hinsicht ist die einstrahlungsseitige Verschaltung der PV-Zellen besser als eine ebenfalls mögliche Verschaltung auf der strahlungsabgewandten Seite der PV-Zellen. Einstrahlungsseitig auf die DCB-Boards montierte Kontakte in Form einer Anode und einer Kathode

ermöglichen die Ausbildung einer Reihenschaltung für die PV- Zellen. Sammelleitungen, die vakuumdicht aus einem

Kollektorgehäuse herausgeführt werden, sind in die transparente Hülle eingeschweißt. Die Ausbildung eines in die transparente Hülle integrierten Elektroanschlusses für eine Steckverbindung ist ebenfalls möglich. Innerhalb einer Solaranlage, die aus einer Vielzahl von Sonnenkollektoren besteht, ist ein

Gleichspannungswandler vorgesehen, sodass der an der Solaranlage gewonnene Gleichstrom über einen Wechselrichter als Wechselstrom ins Netz einspeist werden kann.

Solaranlagen

Bei einer Solaranlage, die im kraftwerkstechnischen Maßstab Strom und Wärme erzeugt, ist es sinnvoll eine Mehrzahl von

Kollektormodulen in einem Kollektorgehäuse mit einer

transparenten Abdeckung aus Glas zusammenzufassen, um eine gemeinsame Ausrichtung der Mehrzahl von Kollektormodulen relativ zur Sonne zu ermöglichen. Ein einzelner erfindungsgemäßer

Sonnenkollektor kann als ein Modul einer Solaranlage ausgebildet werden. Die Zusammenfassung einer Vielzahl von Kollektormodulen durch eine gemeinsame Tragkonstruktion, bei der z.B. 100 Module gemeinsam zur Sonne ausgerichtet werden, die zusammen an einen Gleichspannungswandler angeschlossen sind und z.B. auf einem Mast mit einem Abstand zum Baugrund gehalten werden, stellt den wirtschaftlichen Betrieb einer Solaranlage sicher. Für den rationalisierten Betrieb von Solaranlagen im

kraftwerkstechnischen Maßstab kann eine Vielzahl von

Parabolspiegeln oder Fresnellinsen vorgesehen sein, die, lückenlos aneinandergereiht, die Apertur der Solaranlage

definieren. Schließlich können mehrere Sonnenkollektoren mit einem paraboloidförmigen Kollektorgehäuse an einem Mast gelagert werden .

Sonnenkollektor als Solarleuchte

In einer vorteilhaften Ausführungsvariante der Erfindung ist vorgesehen, den Sonnenkollektor als Solarleuchte auszubilden. Dazu sind z.B. vier Kollektormodule an einem Mast angelenkt und werden tagsüber der Sonne nachgeführt. Bei Nacht schwenken die Kollektoren beispielsweise in eine horizontale Stellung, wobei pro Kollektormodul eine dem Boden zugewandte Lichtquelle

vorgesehen ist, um eine Straße oder einen Platz zu beleuchten. Die Solarleuchte verfügt über einen in den Mast integrierten Energiespeicher, der einen netzunabhängigen Betrieb der

Solarleuchte ermöglicht. Als Lichtquelle kommen bevorzugt LEDs in Frage, die innerhalb oder außerhalb des Kollektorgehäuses angeordnet werden. Der stromsparende Betrieb mit LEDs ermöglicht eine positive Energiebilanz einer derartigen Solarleuchte, wobei im Kollektorbetrieb mehr Strom erzeugt wird, als durch den

Betrieb der Leuchte verbraucht wird.

Da der Wirkungsgrad von Mehrfach-Solarzellen in Zukunft noch steigen wird - zurzeit geht man von einer jährlichen

Leistungssteigerung von 1-2% aus - gewinnt die Photovoltaik mit Konzentratorsystemen zunehmend an Wettbewerbsfähigkeit gegenüber der Silicium-basierten Photovoltaik .

Die Figuren zeigen unterschiedliche Ausführungsmöglichkeiten und Anwendungen der Erfindung. Es zeigen:

Fig. 1 eine dem Stand der Technik entsprechende, auf ein DCB- Board montierte, hocheffiziente Solarzelle in isometrischer Darstellung,

Fig. 2 einen Sonnenkollektor mit sechs Brennpunkten in der isometrischen Übersicht,

Fig. 3 den Sonnenkollektor von Fig. 2 in einer perspektivischen Schnittdarstellung,

Fig. 4 den Sonnenkollektor von Fig. 2 in einem Meridianschnitt, Fig. 5 den Sonnenkollektor von Fig. 2 in einem horizontalen Detailschnitt,

Fig. 6 eine Ausführungsform des Sonnenkollektors mit acht

Brennpunkten in einer meridionalen Schnittperspektive,

Fig. 7 den Sonnenkollektor von Fig. 6 in einem horizontalen Detailschnitt,

Fig. 8 eine Ausführungsform des Sonnenkollektors mit acht

Brennpunkten in einer meridionalen Schnittperspektive,

Fig. 9 den Sonnenkollektor von Fig. 8 in einer vertikalen

Schnittperspektive,

Fig. 10 den Sonnenkollektor von Fig. 8 in einem meridionalen Detailschnitt,

Fig. 11 den Sonnenkollektor von Fig. 8 in einem horizontalen Detailschnitt,

Fig. 12 eine Ausführungsform des Sonnenkollektors mit 16

Brennpunkten in einer meridionalen Schnittperspektive,

Fig. 13 den Sonnenkollektor von Fig. 12 in einer vertikalen Schnittansieht,

Fig. 14 den Sonnenkollektor von Fig. 12 in einem meridionalen Detailschnitt, Fig. 15 eine Ausführungsform des Sonnenkollektors mit 32

Brennpunkten in einer meridionalen Schnittperspektive,

Fig. 16 den Sonnenkollektor von Fig. 15 in einem meridionalen, perspektivischen Detailschnitt,

Fig. 17 den Sonnenkollektor von Fig. 15 in einem meridionalen Detailschnitt,

Fig. 18 eine Ausführungsform des Sonnenkollektors, bei dem die erste Konzentratorstufe von einer Fresnellinse gebildet wird, in einer perspektivischen Übersicht,

Fig. 19 die zweite Konzentratorstufe des Sonnenkollektors von Fig. 18 in einer meridionalen Schnittperspektive,

Fig. 20 den Sonnenkollektor von Fig. 18 mit 16 Brennpunkten in einer meridionalen Schnittperspektive,

Fig. 21 den Sonnenkollektor von Fig. 18 in einem meridionalen Detailschnitt,

Fig. 22 eine aus einer Vielzahl von Sonnenkollektoren aufgebaute und auf einem Mast beweglich gelagerte Solaranlage in einer isometrischen AusSchnittsdarstellung,

Fig. 23 eine aus einer Vielzahl von Sonnenkollektoren aufgebaute Solaranlage in einer einstrahlungsseitigen Ansichtsperpektive, Fig. 24 die Solaranlage von Fig. 23, in einer isometrischen Rückansicht,

Fig. 25 eine Solarleuchte mit sechs beweglich an einem Mast gelagerten Sonnenkollektoren in einer perspektivischen Ansicht, Fig. 26 eine Solarleuchte mit vier beweglich an einem Mast gelagerten Sonnenkollektoren in einer perspektivischen Ansicht, und

Fig. 27 die Solarleuchte von Fig.26 in einer schematischen

Schnittansicht .

Fig. 1 zeigt ein dem Stand der Technik entsprechendes DCB-Board 120, auf dem eine PV-Zelle 12 als Mehrfachsolarzelle montiert ist. Eine Anode (-) und eine Kathode (+) sind als elektrisch von einander isolierte Kontakte mit dem DCB-Board 120 verbunden. Neben der PV-Zelle 12 sind auf dem DCB-Board 120 eine nicht näher bezeichnete Bypass-Diode sowie von einander isolierte Kontakte für die Anode (-) und die Kathode (+) montiert. Eine derartige PV-Zelle 12 wird beispielsweise von der Fa. AZUR SPACE Solar Power GmbH in Heilbronn, Deutschland, hergestellt und vertrieben .

Fig. 2 zeigt einen Sonnenkollektor 1 mit 6 Brennpunkten F1-F6 in denen jeweils eine auf einem DCB-Board montierte PV-Zelle 12 angeordnet ist, die auf ihrer strahlungsabgewandten Seite vollflächig mit einem Wärmeübertrager 2 verbunden ist. Die PV- Zellen 12 sind bevorzugt über einen Kupferring 121 einstückig mit dem Wärmeübertrager 2 verbunden. In der an beiden Enden zur Atmosphäre offenen Röhre 21 entsteht bei Wärmeeintrag seitens der PV-Zellen 12 ein Kamineffekt zur Übertragung der Wärme an die Umgebungsluft. In den Drehachsen x, y des zum jeweiligen Sonnenstand nachführbaren Sonnenkollektors 1 wird die erste Konzentratorstufe 10 von einem rotationssymmetrischen

Parabolspiegel 100 gebildet, der die parallelen Strahlen der Sonne Sp als zentrierte Strahlen Sz auf einen auf der optischen Achse O gelegenen Brennpunkt Z fokussiert. Die zweite

Konzentratorstufe 11 wird von einem Hohlkörper 110 mit einer sphärischen Oberfläche 111 und mit 6 inneren Facetten 112

gebildet, der als Linse wirkt und die konzentrierten

Strahlenbündel Sz als konvergente Strahlenbündel Sk auf 6 konzentrisch zum Brennpunkt Z der ersten Konzentratorstufe 10 angeordnete Brennpunkte F1-F6 fokussiert. Der Hohlkörper 110 ist als hohler Kugelschichtkörper ausgebildet, die Außenkontur entspricht also einer Schicht einer Kugel.

Fig. 3 zeigt den Sonnenkollektor 1 nach Fig. 2 in einer

meridionalen Schnittansicht. Das Kollektorgehäuse 13 des

Sonnenkollektors 1 besteht einstrahlungsseitig aus einer oberen transparenten Abdeckung 130 und einem unteren Parabolspiegel 100, die jeweils aus Glas gefertigt sind und untereinander ein mit einem Vakuum V beaufschlagtes Kollektorgehäuse 13 bilden. Konzentrisch und koaxial zur optischen Achse O wird das

Kollektorgehäuse 13 von einer an beiden Enden offenen Röhre 21 durchzogen, sodass die von den PV-Zellen 12 absorbierte Wärme über einen sich in der Röhre 21 einstellenden Kamineffekt auf die Umgebungsluft übertragen werden kann. Elektroleitungen 26 durchdringen das Kollektorgehäuse 13 vakuumdicht und bilden einen Elektroanschluss 260 für eine externe Steckverbindung mit Anode (-) und Kathode (+) . Die parallel einfallenden

Strahlenbündel Sp der Sonne werden von der ersten

Konzentratorstufe 10 in Form eines Parabolspiegels 100 als zentrierte Strahlen Sz auf den Brennpunkt Z der ersten

Konzentratorstufe 10 fokussiert. Die zweite Konzentratorstufe 11 wird von einem Hohlkörper 110 mit sechs inneren Facetten 112 gebildet. Die Facetten 112 bestehen aus planebenen Flächen 113 und wirken als Linsen zur Konzentration des Sonnenlichts auf die Brennpunkte F1-F6. Für eine exakte Fokussierung können

Teilbereiche der planebenen Flächen 113 als Freiformflächen ausgebildet sein.

Fig. 4 zeigt den Sonnenkollektor 1 nach Fig. 2 und Fig. 3 in einem Meridianschnitt entlang der optischen Achse O. Die in den Brennpunkten F1-F3 angeordneten und auf DCB-Boards 120

montierten PV-Zellen 12 sind jeweils in der Ansicht dargestellt. Die Anordnung der PV-Zellen 12 in den Brennpunkten sollte so genau erfolgen, dass ein überwiegender Teil der auf den

jeweiligen Brennpunkt fokussierten Strahlung auf die zugeordnete PV-Zelle 12 trifft und damit umgewandelt werden kann. Der

Meridianschnitt des Sonnenkollektors 1 zeigt das Zusammenwirken der ersten mit der zweiten Konzentratorstufe 10, 11. Beim

Eintritt eines zentrierten Strahls Sz in den hohlen Hohlkörper 110 der zweiten Konzentratorstufe 11 behält der zentrierte

Strahl Sz seine Richtung bei und trifft mit einem Einfallswinkel α auf die als planebene Fläche 113 ausgebildete Facette 112 des Hohlkörpers 110, wo er gebrochen wird und mit einem

Ausfallswinkel ß als ein Strahl eines konvergenten

Strahlenbündels Sk auf einen der Brennpunkte F1-F6 gebündelt wird .

Fig. 5 zeigt die zweite Konzentratorstufe 11 und den

Wärmeübertrager 2 des Sonnenkollektors 1 nach Fig. 2 bis Fig. 4 in einem Horizontalschnitt. Auch im Horizontalschnitt wirkt die sphärische Oberfläche 111 des Hohlkörpers 110 jeweils mit einer inneren Facette 112, die bei diesem Ausführungsbeispiel eine im Wesentlichen planebene Fläche 113 aufweist als Sammellinse zur Konzentration eines auf den Brennpunkt Z der ersten

Konzentratorstufe 10 konzentrierten Strahlenbündels Sz .

Exemplarisch ist ein Strahl des Strahlenbündels Sz hervorgehoben und zeigt den Strahlendurchgang durch den hohlen Hohlkörper 110 mit sphärischer Oberfläche 111 und inneren Facetten 112. Der mit einem Einfallswinkel <x auf die Facette 112 auftreffende Strahl des zentrierten Strahlenbündels Sz wird an der Facette 112

gebrochen und als Bestandteil eines konvergenten Strahlenbündels Sk auf den Brennpunkt F6 fokussiert. Insgesamt sechs PV-Zellen 12 sind in den Brennpunkten F1-F6 angeordnet und durch

Elektroleitungen 26 jeweils mit Anode (-) und Kathode (+) untereinander in Reihe geschaltet. Sechs DCB-Boards 120 sind auf einen außenseitig sechseckig und innenseitig rund ausgebildeten Kupferring 121 aufgelötet, der seinerseits auf den als Röhre 21 ausgebildeten Wärmeübertrager 2 aufgelötet ist.

Fig. 6 zeigt den Meridianschnitt eines Sonnenkollektors 1 mit einem kugelförmigen Kollektorgehäuse 13 entlang der optischen Achse O. Die auf einem achteckigen Ring liegenden PV-Zellen 12 und ein Längsabschnitt des als eine an beiden Enden offene Röhre 21 ausgebildeten Wärmeübertragers 2 sind in der isometrischen Ansicht dargestellt. Die Röhre 21 verläuft koaxial und konzentrisch zur optischen Achse O des Sonnenkollektors 1 und durchschneidet das von der Atmosphäre durch ein Vakuum V

abgeschottete Kollektorgehäuse 13. Die an den acht PV-Zellen 12 absorbierte Wärme wird durch einen beispielsweise außenseitig polygonal und innenseitig rund ausgebildeten Ring auf die Röhre 21 übertragen. Durch Wärmeleitung, Wärmestrahlung und Konvektion wird die Wärme auf die Umgebungsluft übertragen, wobei der konvektive Anteil durch den sich in der Röhre 21 einstellenden Kamineffekt überwiegt. Die meridionale Schnittperspektive zeigt das Zusammenwirken der ersten Konzentratorstufe 10 und der zweiten Konzentratorstufe 11 bei der Fokussierung der tages- und jahreszeitlich bedingt in unterschiedlichen Winkeln

einfallenden, parallelen Strahlenbündel Sp der Sonne auf die insgesamt acht PV-Zellen 12. Jede der acht Facetten 112 des Hohlkörpers 110 wirkt dabei als Sammellinse, sodass die von der ersten Konzentratorstufe 10 auf einen Brennpunkt zentrierten Strahlenbündel Sz jeweils als konvergentes Strahlenbündel Sk auf die PV-Zellen 12 konzentriert werden. Wie in Fig. 25 gezeigt kann ein derartiger über die Achsen x, y kontinuierlich dem Stand der Sonne folgender Sonnenkollektor 1 mit einem

kugelförmigen Kollektorgehäuse 13 an einem Mast gelagert werden.

Fig. 7 zeigt einen Horizontalschnitt durch den Brennpunkt Z der ersten Konzentratorstufe 10 und durch den konzentrisch zu dem Brennpunkt Z angeordneten Hohlkörper 110 mit acht Facetten 112. Das von der ersten Konzentratorstufe 10 auf den Brennpunkt Z zentrierte Strahlenbündel Sz wird von der zweiten

Konzentratorstufe 11 durch acht innere Facetten 112 auf acht Brennpunkte F1-F8 an der Oberfläche eines als Röhre 21

ausgebildeten Wärmeübertragers 2 fokussiert. Beim Durchgang durch die sphärische Oberfläche 111 des Hohlkörpers 110 ändern die zentrierten Strahlen Sz ihre Richtung nicht. Erst beim

Austritt aus dem Hohlkörper 110 an einer der acht Facetten 112, die jeweils als planebene Flächen 113 ausgebildet sind, werden die Strahlen Sz gebrochen und in acht konvergenten

Strahlenbündeln Sk auf die Brennpunkte F1-F8 fokussiert. Die Brechung eines Strahls Sz mit Einfallswinkel <x und

Ausfallswinkel ß ist in der Zeichnung exemplarisch

hervorgehoben. Um eine exakte Fokussierung der konvergenten Strahlenbündel Sk auf die Brennpunkte F1-F8 zu gewährleisten, können Teilbereiche einer planebenen Fläche 113 auch als

Freiformfläche ausgebildet sein. Wie in Fig. 6 gezeigt, sind in den Brennpunkten F1-F8 PV-Zellen 12 angeordnet, die jeweils auf ein DCB-Board 120 montiert sind. Die in Reihe geschalteten PV- Zellen 12 sind jeweils über Anode (-) und Kathode (+)

untereinander verbunden.

Fig. 8 zeigt einen Sonnenkollektor 1 mit einem kugelförmigen Kollektorgehäuse 13 in einer isometrischen Schnittansicht. Die erste Konzentratorstufe 10 aus einem Parabolspiegel 100 und die zweite Konzentratorstufe 11 aus einem Hohlkörper 110 mit inneren Facetten 112 konzentrieren die parallelen Strahlenbündel Sp auf acht Brennpunkte F1-F8 an der Oberfläche eines Wärmeübertragers 2. Der Wärmeübertrager 2 weist einen Kolben 22 auf, dessen oberes Ende zu einem Rhombenkuboktaeder erweitert ist. Auf den acht äquatorialen Flächen des Rhombenkuboktaeders sind insgesamt acht Solarzellen 12 angeordnet. Die Aufspaltung der parallel einfallenden Sonnenstrahlen Sp durch die erste Konzentratorstufe 10 und die zweite Konzentratorstufe 11 in acht konvergente

Strahlenbündel Sk ist an einer Facette 112 exemplarisch

dargestellt .

Fig. 9 zeigt die zweite Konzentratorstufe 11 und den als Kolben 22 ausgebildeten Wärmeübertrager 2 in einer isometrischen

Schnittansicht. Der Hohlkörper 110 mit acht inneren Facetten

112, die jeweils eine konvexe Fläche 114 aufweisen, ist in eine transparente Hülle 25 integriert, die als ein mit einem Vakuum V beaufschlagtes Gefäß den Wärmeübertrager 2 mit den PV-Zellen 12 und ihren elektrischen Kontakten einschließt. Die PV-Zellen 12 sind, wie in Fig. 1 gezeigt, jeweils auf DCB-Boards 120 montiert und stehen auf ihrer strahlungsabgewandten Seite in einem vollflächigen Kontakt mit den acht äquatorialen Flächen des Rhombenkuboktaeders . Elektroleitungen 26 leiten den an den PV- Zellen 12 gewonnenen Gleichstrom durch eine Stirnkappe 250 der transparenten Hülle 25 an die Atmosphäre. Durch das Vakuum V zwischen der transparenten Hülle 25 und dem Wärmeübertrager 2 sind die empfindlichen PV-Zellen 12 einschließlich ihrer

elektrischen Verschaltung optimal vor Verschmutzung und

Witterungseinflüssen geschützt. Außerdem kann, wie in Fig. 10 gezeigt, die an den PV-Zellen 12 absorbierte Wärme ohne

nennenswerte Verluste von dem Wärmeübertrager 2 auf ein

Wärmeträgerfluid 20 übertragen werden.

Fig. 10 zeigt den in Fig. 8 und Fig. 9 beschriebenen

Sonnenkollektor 1 in einem meridionalen Detailschnitt entlang der optischen Achse O durch die zu einer transparenten Hülle 25 erweiterten zweiten Konzentratorstufe 11. Wie in Fig. 9

erläutert ist der Wärmeübertrager 2 in Form eines Kolbens 22 allseitig von einer transparenten Hülle 25 aus Glas umschlossen. Der Hohlkörper 110 mit einer sphärischen Oberfläche 111 und acht inneren Facetten 112 ist mit der transparenten Hülle 25 zu einem mit einem Vakuum V beaufschlagten Gefäß zur Aufnahme des

Wärmeübertragers 2 verschmolzen. Die Facetten 112 des

Hohlkörpers 110 weisen jeweils eine konvexe Fläche 114 auf, die dazu ausgebildet ist, die zentrierten Strahlen Sz auf insgesamt 8 Brennpunkte F1-F8 auf der Oberfläche des Wärmeübertragers 2 zu fokussieren. Ein exemplarisch hervorgehobener Strahl des

zentrierten Strahlenbündels Sz zeigt die Brechung mit

Einfallswinkel <x und Ausfallswinkel ß gegenüber dem Lot an einer Facette 112 mit konvexer Fläche 114. Das geschlossene Ende des Kolbens 22 ist zu einem Rhombenkuboktaeder erweitert, der an seinen acht äquatorialen, quadratischen Flächen acht PV-Zellen 12, die, wie in Fig. 1 gezeigt, auf DCB-Boards 120 montiert sind, aufnimmt. Der Längsschnitt durch den Kolben 22 zeigt ein Koaxialrohr 220 mit Vor- und Rücklauf 230, 231 in dem das

Wärmeträgerfluid 20 geführt wird. Das Wärmeträgerfluid 20

besteht vorzugsweise aus Wasser mit einem Frostschutz oder aus Alkohol oder aus einem Gemisch beider Flüssigkeiten. Die

Wärmeübertragung der an den PV-Zellen 12 absorbierten Wärme auf das Wärmeträgerfluid 20 erfolgt durch Wärmeleitung und

Konvektion. An ihrem unteren Ende ist die transparente Hülle 25 über eine Stirnkappe 250, z.B. aus Kupfer, vakuumdicht mit dem Koaxialrohr 220 des Kolbens 22 verbunden.

Fig. 11 zeigt den Horizontalschnitt durch den Brennpunkt Z der ersten Konzentratorstufe 10 des in den Fig. 8 bis Fig. 10 beschriebenen Sonnenkollektors 1. Die auf den Brennpunkt Z der ersten Konzentratorstufe 10 des Sonnenkollektors 1

konzentrierten Strahlen Sz werden jeweils an den acht Facetten 112 der zweiten Konzentratorstufe 11 gebrochen und in acht konvergenten Strahlenbündeln Sk auf acht Brennpunkte F1-F8, in denen jeweils eine PV-Zelle 12 angeordnet ist, fokussiert. Der Horizontalschnitt durch den Kolben 22 zeigt den hohlen

Rhombenkuboktaeder mit dem Koaxialrohr 220 für den Vor- und Rücklauf 230, 231. Jede Facette 112 besitzt einen optischen Mittelpunkt M, der durch einen die Facette 112 ungebrochen durchquerenden Strahl Sz definiert ist. Alle weiteren Strahlen des Strahlenbündels Sz werden, wie an einem hervorgehobenen Strahl des Strahlenbündels Sz an einer Facette 112, mit

Einfallswinkel <x und Ausfallswinkel ß gegenüber dem Lot

gebrochen. Dabei können die konvexen Flächen 114 der acht

Facetten 112 auch als Freiformflächen ausgebildet werden, um eine exakte Fokussierung der konvergenten Strahlenbündel Sk auf die Brennpunkte F1-F8 zu gewährleisten. Die PV-Zellen 12

einschließlich der Elektroleitungen 26 mit Anode (-) und Kathode (+) sind in einem Raum mit Vakuum V zwischen der transparenten Hülle 25 und dem Kolben 22 angeordnet und deshalb vor Verschmutzung und Korrosion geschützt.

Fig. 12 zeigt einen Sonnenkollektor 1 in einem Meridianschnitt entlang der optischen Achse O, bei dem die erste

Konzentratorstufe 10 in Form eines Parabolspiegels 100 und die zweite Konzentratorstufe 11 in Form eines Hohlkörpers 110 sowie die den Wärmeübertrager 2 umgebende transparente Hülle 25

jeweils im Vertikalschnitt und der als Kolben 22 ausgebildete Wärmeübertrager 2 in der isometrischen Ansicht dargestellt sind. Wie in Fig. 14 gezeigt, weist der Absorberkolben 22 eine

konzentrisch zum Brennpunkt Z der ersten Konzentratorstufe 10 kugelförmige Erweiterung auf, an deren Äquator 16 Brennpunkte F1-F16 zur Aufnahme von 16 PV-Zellen 12 vorgesehen sind. Dem entsprechend besitzt der Hohlkörper 110 16 Facetten 112, die die zentrierten Strahlen Sz auf die Brennpunkte F1-F16 fokussieren.

Fig. 13 zeigt die zweite Konzentratorstufe 11 und die

transparente Hülle 25 für den Wärmeübertrager 2 in einem

Vertikalschnitt entlang der optischen Achse O. Der

Wärmeübertrager 2 in Form eines Kolbens 22 und die PV-Zellen 12, die in Brennpunkten F1-F16 auf der kugelförmigen Erweiterung des Kolbens 22 angeordnet sind, sind in der Ansicht dargestellt. Ein hervorgehobener Strahl des Strahlenbündels Sz zeigt die Brechung an einer Facette 112 mit Einfallswinkel <x und Ausfallswinkel ß gegenüber dem Lot. Die insgesamt 16 Facetten 112 des hohlen Hohlkörpers 110 sind als im Wesentlichen planebene Flächen 113 ausgebildet. Elektroleitungen 26 sind mit einem Elektroanschluss 260 innerhalb der transparenten Hülle 25 verbunden, sodass der von den in Reihe geschalteten PV-Zellen 12 gewonnene Strom über Anode (-) und Kathode (+) mittels eines Steckers 261 ausgeleitet werden kann. Die transparente Hülle 25 für den Kolben 22 besteht aus einem koaxial und konzentrisch zur optischen Achse O

angeordneten Glaskolben, der an seinem unteren Ende mittels einer Stirnkappe 250 vakuumdicht mit dem Koaxialrohr 220 des Wärmeübertragers 2 verbunden ist.

Fig. 14 zeigt einen Vertikalschnitt durch die zweite

Konzentratorstufe 11, den Wärmeübertrager 2 und die transparente Hülle 25 des in den Fig. 12 und Fig. 13 dargestellten

Sonnenkollektors 1. Die Wärmeübertragung der an den PV-Zellen 12 absorbierten Wärme auf ein in einem Koaxialrohr 220 geführtes Wärmeträgerfluid 20 mit Vor- und Rücklauf 230, 231 erfolgt durch einen Zweiphasen-Thermosiphon 24. Der mit einem Unterdruck U beaufschlagte Arbeitsraum 240 enthält ein phasenwechselndes Arbeitsmedium, das an einer von den PV-Zellen 12 gebildeten Wärmequelle 241 verdampft und an einer Wärmesenke 242 am oberen Ende des Arbeitsraums kondensiert und selbsttätig zur

Wärmequelle 241 zurück fließt. Der Wärmeübertrager 2 ist

konzentrisch und koaxial zur optischen Achse O des

Sonnenkollektors 1 aufgebaut und besteht von außen nach innen aus der transparenten Hülle 25, dem Arbeitsraum 240 des

Zweiphasen-Thermosiphons 24 und dem Koaxialrohr 220, das an seiner dem Arbeitsraum 240 zugewandten Außenseite als beripptes Wärmeträgerrohr 243 ausgebildet ist und die Wärmesenke 242 des Zweiphasen-Thermosiphons 24 bildet. An der Wärmequelle 241 ist eine Strömungsleiteinrichtung 244 vorgesehen, die von einer, für die Flüssigphase des Arbeitsmediums undurchlässigen und für die Dampfphase des Arbeitsmediums durchlässigen, Dampfbremse 245 gebildet wird. Die Dampfbremse 245 ist mit einem Zwischenraum 247 von der Wärmequelle 241 beabstandet, indem sich die

Flüssigphase des Arbeitsmediums sammelt, sodass an der

Wärmequelle 241 die Innenseite des Arbeitsraums durch das

Arbeitsmedium benetzt wird. Auch bei einer Schrägstellung der optischen Achse O des Sonnenkollektors 1 bis zu einem

Grenzwinkel von ca. 20° gegenüber der Horizontalen, ist die Funktionsweise des Zweiphasen-Thermosiphons 24 sichergestellt. Fig. 15 zeigt einen Sonnenkollektor 1 in einem Meridianschnitt entlang seiner optischen Achse O, bei dem die erste

Konzentratorstufe 10 von einem Parabolspiegel 100 und die zweite Konzentratorstufe 11 von einem Hohlkörper 110, der zu einer transparenten Hülle 25 für den Kolben 22 und die PV-Zellen 12 erweitert ist. Der Kolben 22 mit den PV-Zellen 12 ist in einer isometrischen Ansicht dargestellt. Wie auch in den Fig. 16 und Fig. 17 dargestellt, weisen der hohle Hohlkörper 110 und die kugelförmige Erweiterung des Kolbens 22 insgesamt 32 Facetten 112 auf. Die parallelen Strahlenbündel Sp der Sonne werden von der ersten Konzentratorstufe 10 von einem Parabolspiegel 100 auf einen Brennpunkt Z, der in Fig. 17 dargestellt ist, fokussiert. Die zentrierten Strahlen Sz werden an den 32 Facetten 112

gebrochen und, wie in Fig. 16 gezeigt, auf 32 Brennpunkte an der Oberfläche des Wärmeübertragers 2 fokussiert.

Fig. 16 zeigt den als transparente Hülle 25 für den

Wärmeübertrager 2 in Form eines Kolbens 22 ausgebildeten hohlen Hohlkörper 110, dessen 32 Facetten 112 in zwei Schichten

übereinander angeordnet sind und das Sonnenlicht in 32

konvergenten Strahlenbündeln Sk auf 32 Brennpunkte F1-F32 an der Oberfläche des Wärmeübertragers 2 fokussieren.

Fig. 17 zeigt einen Vertikalschnitt durch den Hohlkörper 110 und den als Kolben 22 ausgebildeten Wärmeübertrager 2 entlang der optischen Achse O des Sonnenkollektors 1. Der Kolben 22 ist als Koaxialrohr 220 mit Vorlauf 230 und Rücklauf 231 ausgebildet. Der Vorlauf 230 flutet die kugelförmige Erweiterung des Kolbens 22 von innen und überträgt die von den PV-Zellen 12 absorbierte Wärme konvektiv auf ein Wärmeträgerfluid 20. Die in zwei

Schichten angeordneten Facetten 112 des Hohlkörpers 110 weisen jeweils einen Neigungswinkel δ zur optischen Achse O auf. Der Hohlraum zwischen der transparente Hülle 25 und dem Kolben 22 ist mit einem Vakuum V beaufschlagt, sodass die Facetten 112, die PV-Zellen 12 und die Elektroleitungen 26 vor Verschmutzung und korrosiven Einflüssen geschützt sind.

Fig. 18 zeigt einen Sonnenkollektor 1, bei dem die erste

Konzentratorstufe 10 von einer senkrecht zur optischen Achse O einstrahlungsseitig angeordneten Fresnellinse 101 gebildet wird, die bei zweiachsiger Nachführung des Sonnenkollektors 1 um die Drehachsen x, y die parallel einfallenden Sonnenstrahlen Sp, wie in Fig. 20 gezeigt, auf ein Brennpunkt Z fokussieren.

Konzentrisch zu dem Brennpunkt Z ist die zweite

Konzentratorstufe 11 mit einem Hohlkörper 110 angeordnet, der in die transparente Hülle 25 für den Wärmeübertrager 2 integriert ist. Das Kollektorgehäuse 13 wird von einem Raumfachwerk 270 gebildet. Quadratische Obergurtrohre bilden ein linienförmiges Auflager für die transparente Abdeckung 130 aus einer

Fresnellinse 101. Die von einem Wärmeträgerfluid 20

durchströmten Untergurtstäbe des Kollektorgehäuses 13 dienen in einer Richtung als Vorlauf 230 und in der anderen Richtung als Rücklauf 231 für das Wärmeträgerfluid 20 und weisen eine

Wärmedämmung 27 auf. Die Zeichnung zeigt eine Zelle einer in beiden Richtungen erweiterbaren Halboktaeder-Tetraeder-Struktur des Raumfachwerks 270 als formstabiles Kollektorgehäuse 13 für eine Vielzahl von Sonnenkollektoren 1, die gemeinsam zur Sonne ausrichtbar sind.

Fig. 19 zeigt die zweite Konzentratorstufe 11 des

Sonnenkollektors 1 nach Fig. 18 und einen Knotenpunkt des

Raumfachwerks 270 in einer meridionalen Schnittperspektive. Die zweite Konzentratorstufe 11 weist einen Hohlkörper 110, dessen innere Facetten 112 jeweils als Stufenlinse 115 ausgebildet sind. Auf der den Stufenlinsen 115 zugewandten Oberfläche der Ringleitung 23 mit Vorlauf 230 und Rücklauf 231 sind, wie in Fig. 20 gezeigt, 16 auf DCB-Boards 120 montierte PV-Zellen 12 in 16 Brennpunkten F1-F16 angeordnet. Das kugelförmige Kollektorgehäuse 25 umschließt den als Ringleitung 23 ausgebildeten Wärmeübertrager 2 und nimmt die PV-Zellen 12

einschließlich ihrer elektrischen Kontakte und der

Elektroleitungen 26 auf. Das als ein System aus Knotenpunkten und Stäben elementierte Raumfachwerk 270 nimmt in wärmegedämmten Untergurtrohren den Vorlauf 230 und den Rücklauf 231 für die Ringleitung 23 auf. Innerhalb des Raumfachwerks 270 sind jeweils mehrere Sonnenkollektor 1 in Reihe an einen Vorlauf 230 und einen Rücklauf 231 angeschlossen.

Fig. 20 zeigt den Ausschnitt des Sonnenkollektors 1 nach Fig. 18 und 19 in einer meridionalen Schnittperspektive. Der

Wärmeübertrager 2 weist eine Ringleitung 23 auf, deren den

Stufenlinsen 115 zugewandte, facettierte Oberfläche 16 PV-Zellen 12 trägt, die in den 16 Brennpunkten F1-F16 der 16 Stufenlinsen 115 des Hohlkörpers 110 angeordnet sind. Die Fresnellinse 101 fokussiert die parallel einfallenden Strahlenbündel Sp der Sonne auf den Brennpunkt Z der ersten Konzentratorstufe 10. Beim

Durchgang durch den Hohlkörper 110 werden die zentrierten

Strahlen Sz von den 16 Stufenlinsen 115 der zweiten

Konzentratorstufe 11 jeweils als konvergente Strahlenbündel Sk auf die 16 PV-Zellen 12 in den 16 Brennpunkten F1-F16

konzentriert. Der Hohlkörper 110 ist Teil einer mit einem Vakuum V beaufschlagten Glaskugel, die die transparente Hülle 25 für den als Ringleitung 23 ausgebildeten Wärmeübertrager 2 bildet.

Fig. 21 zeigt den Sonnenkollektor 1 nach Fig. 18 bis Fig. 20 in einem meridionalen Detailschnitt durch die zweite

Konzentratorstufe 11, die transparente Hülle 25 und die von einem Wärmeträgerfluid 20 durchströmte Ringleitung 23 des

Wärmeübertragers 2 mit Vorlauf 230 und Rücklauf 231. Die

Stufenlinsen 115 und die PV-Zellen 12 einschließlich der als Anode (-) und Kathode (+) ausgebildeten Elektroleitungen 26 sind durch das Vakuum V innerhalb der transparenten Hülle 25 vor Verschmutzung und Korrosion geschützt. Die von den PV-Zellen 12 absorbierte Wärme wird von dem Wärmeträgerfluid 20 über den Rücklauf 231 durch die Stirnkappe 250 der transparenten Hülle 25 abgeleitet und einem Nutzsystem zugeführt. Außerhalb der

transparenten Hülle 25 ist eine Wärmedämmung 27 für den Vor- und Rücklauf 230, 231 des Wärmeübertragers 2 vorgesehen.

Fig. 22 zeigt eine Vielzahl von Sonnenkollektoren 1, die auf einer Trägerfläche zu einer Solaranlage zusammengefasst sind und durch Verschwenken in den Drehachsen x, y gemeinsam zur Sonne ausgerichtet werden. Die Solaranlage ist in einer

Regenwassersammelstellung dargestellt, bei der die Trägerfläche mit den Sonnenkollektoren 1 in eine horizontale Stellung

geschwenkt wird, um das an der von ebenen Glasscheiben

gebildeten transparenten Abdeckung 130 gesammelte Regenwasser in den Mast 14 und die Zisterne 15 einzuleiten. Das Regenwasser dient als Wärmeträgerfluid 20 zur Kühlung der PV-Zellen 12.

Dabei entspricht ein Sonnenkollektor 1 im Wesentlichen dem in Fig. 12 bis Fig. 14 dargestellten Ausführungsbeispiel. Das im Erdreich verlegte Rückkühlregister 28 dient der permanenten Kühlung des Wärmeträgerfluids 20.

Fig. 23 zeigt eine Solaranlage, bei der eine Vielzahl von

Sonnenkollektoren 1 in einem Kollektorgehäuse 13 zusammengefasst und einstrahlungsseitig durch eine von Glasscheiben gebildete transparente Abdeckung 130 vor Witterungseinflüssen geschützt ist. Die Parabolspiegel 100 der ersten Konzentratorstufe 10 sind untereinander zu einer flächendeckenden, lückenlosen Struktur verbunden. Die Sonnenkollektoren 1 entsprechen in ihrem Aufbau im Wesentlichen dem in Fig. 12 bis Fig. 14 gezeigten

Ausführungsbeispiel der Erfindung.

Fig. 24 zeigt die Nachführung der Solaranlage nach Fig. 23 mittels eines von einer Kreisringschiene gebildeten Azimutlagers mit einer vertikalen Drehachse y und in einem als Scharnier ausgebildeten Drehlager mit einer horizontalen Drehachse x.

Nicht näher bezeichnete Spindelantriebe stellen eine exakte, sensorgesteuerte Nachführung zum jeweiligen Höhenwinkel der Sonne sicher. Das Wärmeträgerfluid 20 wird in einem

Rohrleitungsnetz mit Vor- und Rücklauf geführt.

Fig.25 zeigt eine Solarleuchte, bei der sechs Sonnenkollektoren 1 beispielhaft jeweils paarweise und mit einem vertikalen

Abstand zueinander an einen Mast 14 angelenkt sind. Die

kugelförmigen Sonnenkollektoren 1 entsprechen in ihrem Aufbau im Wesentlichen dem in Fig. 6 und Fig. 7 gezeigten

Ausführungsbeispiel eines Sonnenkollektors 1. Der Mast 14

besteht aus zwei konzentrisch und koaxial zu der vertikalen Achse y angeordneten Rohrabschnitten, die untereinander das Azimutlager für die sechs kugelförmigen Sonnenkollektoren 1 bilden. Die horizontalen Drehachsen x dienen der Ausrichtung der Sonnenkollektoren 1 zum jeweiligen Höhenwinkel der Sonne. Das Kollektorgehäuse 13 mit der transparenten Abdeckung 130 ist kugelförmig ausgebildet und nimmt jeweils eine Lichtquelle 131 auf, sodass ein Sonnenkollektor 1 bei Nacht als Leuchte

betrieben werden kann. Diese Form der Kollektoranordnung ist besonders für den öffentlichen Raum in einem städtischen Kontext geeignet .

Fig.26 zeigt eine Solarleuchte mit vier Sonnenkollektoren 1, die in ihrem Aufbau jeweils dem in den Fig.l bis Fig. 4

dargestellten Ausführungsbeispiel entsprechen. Die

Sonnenkollektoren 1 sind in einer Ebene angeordnet und werden bei Sonnenschein in den Achsen x, y mittels einer nicht näher dargestellten Schwenkvorrichtung zur Sonne ausgerichtet. In den Mast 14 oder in unmittelbarer Nähe ist ein Energiespeicher, der z.B. als Lithium-Batterie ausgebildet ist, integriert. Der

Energiespeicher dient der Stromversorgung von Lichtquellen 131, die vorzugsweise von Leuchtdioden gebildet werden, die in die Tragarme der Sonnenkollektoren 1 integriert sind.

Fig.27 zeigt die Solarleuchte von Fig.26 in einem vertikalen Detailschnitt durch einen Sonnenkollektor 1, der entlang seiner optischen Achse O von einer Röhre 21 durchzogen wird. Die Röhre 21 dient als Wärmeübertrager 2 zur Übertragung der von den

Solarzellen 12 absorbierten Wärme auf einen durch den

Kamineffekt in der Röhre 21 angetriebenen Luftstrom. Bei Nacht werden die Sonnenkollektoren 1 beispielsweise in eine

horizontale Stellung geschwenkt, wobei insgesamt vier

Lichtquellen 131 zur Beleuchtung der Umgebung vorgesehen sind.

Die Figuren und die Beschreibung zeigen einen Sonnenkollektor 1 zur Umwandlung elektromagnetischer Energie direkter

Sonneneinstrahlung in elektrische Energie und Wärme. Der

Sonnenkollektor 1 hat eine erste Konzentratorstufe 10 und eine zweite Konzentratorstufe 11, welche erste Konzentratorstufe 10 dazu ausgebildet ist, parallele Strahlen Sp der Sonne als zentrierte Strahlen Sz auf einen ersten Brennpunkt Z zu

fokussieren, welche zweite Konzentratorstufe 11 zwischen der ersten Konzentratorstufe 10 und dem ersten Brennpunkt Z

angeordnet ist und einen konzentrisch zum ersten Brennpunkt Z der ersten Konzentratorstufe 10 angeordneten, transparenten Hohlkörper 110 aufweist, der auf seiner der ersten

Konzentratorstufe 10 zugewandten Außenseite eine sphärische Oberfläche 111 und auf seiner dem ersten Brennpunkt Z der ersten Konzentratorstufe 10 zugewandten Innenseite eine Mehrzahl von Facetten 112 aufweist, an denen jeweils die zentrierten Strahlen Sz der ersten Konzentratorstufe 10 gebrochen und als konvergente Strahlenbündel Sk auf einen zugeordneten zweiten Brennpunkt Fl- Fn fokussiert werden, wobei eine Mehrzahl von PV-Zellen 12 vorgesehen ist, welche in der Mehrzahl von zweiten Brennpunkten Fl-Fn angeordnet sind. Gemäß einer Ausführungsform sind die zweiten Brennpunkte Fl-Fn konzentrisch zum ersten Brennpunkt Z angeordnet.

Gemäß einer Ausführungsform sind die PV-Zellen 12 zumindest teilweise auf DCB-Boards 120 montiert.

Gemäß einer Ausführungsform weist der Sonnenkollektor 1 einen Wärmeübertrager 2 mit einer Oberfläche auf, und die PV-Zellen 12 sind zumindest teilweise auf ihrer strahlungsabgewandten Seite mit der Oberfläche des Wärmeübertragers 2 verbunden, bevorzugt vollflächig verbunden.

Gemäß einer Ausführungsform wird die erste Konzentratorstufe 10 von einem Parabolspiegel 100 gebildet oder weist einen

Fresnelspiegel oder eine einstrahlungsseitig angeordnete

Fresnellinse 101 auf.

Gemäß einer Ausführungsform sind die Facetten 112 des

Hohlkörpers 110 parallel zur optischen Achse 0 des

Sonnenkollektors 1 angeordnet und bilden dabei einen polygonalen Ring um die optische Achse, oder die Facetten 112 des

Hohlkörpers 110 sind mit einem Neigungswinkel δ zur optischen Achse 0 des Sonnenkollektors 1 angeordnet und weisen dabei zwei oder mehr, konzentrisch zum Brennpunkt Z der ersten

Konzentratorstufe 10 angeordnete Schichten auf.

Gemäß einer Ausführungsform weist eine Facette 112 des

Hohlkörpers 110 einen optischen Mittelpunkt M auf und ist senkrecht zu einem zentrierten Strahl Sz, der durch den

optischen Mittelpunkt M einer Facette 112 und durch den

Brennpunkt Z der ersten Konzentratorstufe 10 verläuft,

angeordnet . Gemäß einer Ausführungsform weist eine Facette 112 des Hohlkörpers 110 entweder eine planebene Fläche 113 oder eine konvexe Fläche 114 oder im Falle einer Stufenlinse 115 eine gestufte Fläche auf, wobei die Flächen der Facetten 112 jeweils als Freiformflächen ausgebildet sein können, um eine möglichst exakte Konzentration des Sonnenstrahlen auf die Brennpunkte Fl- Fn zur erzielen.

Gemäß einer Ausführungsform wird ein zentrierter Lichtstrahl Sz an einer Facette 112 des Hohlkörpers 110 mit einem

Einfallswinkel und einem Ausfallswinkel ß gebrochen und auf einen der Brennpunkte Fl-Fn fokussiert.

Gemäß einer Ausführungsform sind in jedem der Brennpunkte Fl-Fn der zweiten Konzentratorstufe 11 entweder nur eine PV-Zelle 12 oder jeweils mehrere, vorzugsweise in einem Raster angeordnete PV-Zellen 12 vorgesehen.

Gemäß einer Ausführungsform sind die PV-Zellen 12 innerhalb einer vakuumdichten, transparenten Hülle 25 jeweils über Anode - und Kathode + durch Elektroleitungen 26 untereinander in Reihe oder parallel geschaltet und über einen externen außerhalb des Vakuums V liegenden Elektroanschluss 260 an einen

Gleichspannungswandler angeschlossen .

Gemäß einer Ausführungsform weist das Kollektorgehäuse 13 eine Ganzglaskonstruktion auf und wird in einem Press- oder

Blasverfahren aus zwei untereinander verschweißten Hälften hergestellt, die ein mit einem Vakuum beaufschlagtes Gefäß bilden .

Gemäß einer Ausführungsform ist eine Mehrzahl von

Kollektormodulen in einem Kollektorgehäuse 13 mit einer

transparenten Abdeckung 130 aus Glas zusammengefasst , um eine gemeinsame Ausrichtung der Mehrzahl von Kollektormodulen relativ zur Sonne zu ermöglichen.

Gemäß einer Ausführungsform besteht der Wärmeübertrager 2 aus einer an beiden Enden offenen Röhre 21 und die an den PV-Zellen 12 absorbierte Wärme wird auf ein aus der Umgebungsluft

bestehendes Wärmeträgerfluid 20 übertragen, wobei innerhalb der von unten nach oben durchströmten Röhre 21 der Kamineffekt für die Wärmeübertragung genutzt wird, oder der Wärmeübertrager 2 weist einen, an einem Ende offenen Kolben 22 auf und die an den PV-Zellen 12 absorbierte Wärme wird auf ein den Kolben 22 als Flüssigkeit durchströmendes Wärmeträgerfluid 20 übertragen, oder der Wärmeübertrager 2 weist eine Ringleitung 23 auf, und die an den PV-Zellen 12 absorbierte Wärme wird auf ein in der

Ringleitung 23 zirkulierendes Wärmeträgerfluid 20 übertragen, oder der Wärmeübertrager 2 weist einen Zweiphasen-Thermosiphon 24 auf und die an den PV-Zellen 12 absorbierte Wärme wird über ein phasenwechselndes Arbeitsmedium auf ein Wärmeträgerfluid 20 übertragen .

Gemäß einer Ausführungsform ist der Sonnenkollektor 1 als

Solarleuchte ausgebildet und weist einen Energiespeicher auf, der eine innerhalb oder außerhalb des Kollektorgehäuses 13 angeordnete Lichtquelle 131, die z.B. LEDs aufweist, versorgt.

Gemäß einer Ausführungsform ist der Sonnenkollektor 1 mit einer Nachführvorrichtung verbunden, um eine Ausrichtung des

Sonnenkollektors sowohl im Azimut als auch in der Höhe zu ermöglichen .

Gemäß einer Ausführungsform ist der Hohlkörper 110 als

Kugelschichtkörper oder als Hohlkugel ausgebildet. Naturgemäß sind im Rahmen der vorliegenden Erfindung vielfache Abwandlungen und Modifikationen möglich.

Die PV-Zellen können in Reihe geschaltet werden, parallel geschaltet werden, oder es können jeweils mehrere Stränge mit in Reihe geschalteten PV-Zellen parallel geschaltet werden, also eine Mischform.

Die Verwendung von auf DCB-Boards 120 montierten PV-Zellen 12 ist vorteilhaft, es können aber auch PV-Zellen 12 verwendet werden, die nicht auf DCB-Boards 120 montiert sind. Die

Wärmeübertragung ist dabei möglicherweise schlechter.

Eine mindestens zweiachsige Nachführung der optischen Achse des Sonnenkollektors zum jeweiligen Stand der Sonne führt zu einem hohen Wirkungsgrad der Solaranlage. Unter Inkaufnahme von einem geringeren Wirkungsgrad und nicht voller Fokussierung kann der Sonnenkollektor allerdings auch einachsig nachgeführt werden oder fest montiert werden, wenn beispielsweise nur Energie zu einem bestimmten Zeitpunkt erzeugt werden muss.

Bezugszeichenübersieht

Sonnenkollektor 1 Wärmeübertrager 2

Optische Achse 0 Wärmeträgerfluid 20

Erste Konzentratorstufe 10 Röhre 21

Brennpunkt z Kolben 22

Parabolspiegel 100 Koaxialrohr 220

Fresnellinse 101 Ringleitung 23

Zweite Konzentratorstufe 11 Vorlauf 230

Brennpunkte Fl-Fn Rücklauf 231

Hohlkörper 110 Zweiphasen-Thermosiphon 24

Sphärische Oberfläche 111 Arbeitsraum 240

Facette 112 Wärmequelle 241

Optischer Mittelpunkt M Wärmesenke 242

Planebene Fläche 113 Beripptes Wärmeträgerrohr 243

Konvexe Fläche 114 Strömungsleiteinrichtung 244

Stufenlinse 115 Dampfbremse 245

Drehachsen x, y Dampfdurchtrittsöffnung 246

Parallele Strahlen Sp Zwischenraum 247

Zentrierte Strahlen Sz Transparente Hülle 25

Konvergentes Strahlenbündel Sk Stirnkappe 250

Einfallswinkel Anode (-)

Ausfallswinkel ß Kathode ( + )

Neigungswinkel δ Elektroleitung 26

PV-Zelle 12 Elektroanschluss 260

DCB-Board 120 Stecker 261

Kupferring 121 Wärmedämmung 27

Kollektorgehäuse 13 Raumfachwerk 270

Transparente Abdeckung 130 Rückkühlregister 28

Lichtquelle 131 Unterdruck U

Mast 14 Vakuum V

Zisterne 15