Die Erfindung betrifft ein Solarkraftwerk mit mindestens einem Turmbauwerk und mit einer Mehrzahl von auf das Turmbauwerk ausrichtbaren Heliostaten.

Die Erfindung betrifft weiterhin ein Verfahren zur Steuerung eines solchen Solarkraftwerkes durch Auffangen von Sonnenlicht und Ausrichtung der Heliostaten auf den Brennpunkt des Turms, sowie Messen der zur Verfügung stehenden Lichtmenge.

Bei der Verwendung alternativer Rohstoffe zur Energiegewinnung spielt die Sonnenenergie eine große Rolle. Diese wird herkömmlicher Weise mittels Kollektoren eingefangen und zur Erwärmung eines Mediums genutzt oder in elektrische Energie oder andere Energieformen wie beispielsweise Kälte umgewandelt. Dabei stellt sich einerseits das Problem der Speicherung der gewonnenen Energie, da Sonnenenergie oftmals nicht dann zur Verfügung steht, wenn die Energie gebraucht wird, und andererseits das Problem eines nicht optimalen Wirkungsgrades, wenn nicht die volle Sonnenenergie (z.B. morgens oder abends) zur Verfügung steht. Ferner sind die Stromgestehungskosten noch immer relativ hoch.

Als konzentrierende Solarkraftwerke sind Turmkraftwerke bekannt, bei denen mit Heliostaten Sonnenenergie auf eine im Turmkopf angeordnete dampferzeugende Maschine gerichtet wird. Hierbei wird die bei der Konzentration von Sonnenenergie verfügbare hohe Temperatur ausgenutzt, während bei den photovoltaischen Flächenkraftwerken der stromerzeugende photovoltaische Effekt in Halbleiterstrukturen eingesetzt wird.

Derartige Turmkraftwerke sind beispielsweise in DE 28 52 654 C2, DE 10 2004 044 841 Al, DE 102 39 700 B3, DE 10 2006 053 758 Al und DE 102 48 068 B4 beschrieben.

So beschreibt z.B. DE 28 52 654 C2 einen Turmreflektor für konzentrierende

BESTÄTIGUNQSKOPIE Solarkraftwerke, bei dem der Absorber nicht auf die Turmspitze gesetzt, sondern am Boden angebracht ist, Auf der Turmspitze befindet sich lediglich ein auf den Absorber ausgerichteter Reflektor mit einer Verspiegelung, die durch eine Profilstruktur aufgenommen ist, die eine aktive Kühlung ermöglicht. Neben der Entlastung des Turms kann der Reflektor so ausgelegt sein, dass eine bessere Bündelung des Sonnenlichts und damit eine höhere Ausbeute erzielt wird.

DE 10 2004 044 841 Al offenbart eine Heliostatenvorrichtung mit einer Mehrzahl von Spiegelvorrichtungen mit beweglichen Spiegeln und mindestens einem Antrieb und einer Kopplungseinrichtung zur gemeinsamen Bewegung der Spiegelflächen. Die Kopplungseinrichtung ist zwischen einer Kopplung und Entkopplung von Spiegelflächen oder Gruppen von Spiegelflächen umschaltbar, um so die Strahlenfokussierung zu verbessern.

DE 102 39 700 B3 beschreibt einen Solarempfänger für ein solarthermisches Kraftwerk mit einem Heliostatenfeld, das Solarstrahlung auf einen Receiver (Solarmodul) mit einer Vielzahl von gasdurchlässigen Absorberfeldern konzentriert. Der Receiver ist auf einem Turm befestigt. Durch die Absorberkörper geleitete Luft wird aufgeheizt und zur Dampferzeugung genutzt.

DE 10 2006 053 758 Al offenbart ein Verfahren zur Regelung der Ausrichtung eines Heliostaten auf einen Receiver sowie ein Solarkraftwerk. Der Heliostat wird mit Hilfe eines Bildsensors ausgerichtet, der an einer Spiegeleinrichtung angeordnet ist. Mit Hilfe des Bildsensors werden Bilder der Sonne und des vorgegebenen Zielbereichs aufgenommen und hieraus wird die relative Lage zu einem vorgegebenen Vektor der Spiegeleinrichtung bestimmt.

Aus DE 102 48 068 B4 ist bekannt, die thermomechanische Belastung einer Anlage zur solarthermischen Dampferzeugung zu reduzieren, indem die Strahlung eines Heliostatenfeldes auf einen Verdampferabschnitt und einen Überhitzerabschnitt eines Dampf erzeugenden Solarmoduls zur Einhaltung maximal zulässiger Wärmestromdichten aufgeteilt wird. Verdampferabschnitt und Überhitzerabschnitt sind übereinander auf einem Turm angebracht.

US 2005/0034751 Al offenbart ein nachführbares Heliostatenfeld, bei dem die Sonnenenergie mit den Heliostaten auf einen Solarkollektor, wie z.B. photovoltaischen Zellen oder Sterlingmotoren konzentriert wird.

Bekannt ist auch, photovoltaische Flächenelemente auf Plattformen aufzubringen und optimal der Sonne nachzuführen. Die Effizienz derartiger Photovoltaiksysteme kann durch Konzentratormodule erhöht werden, bei denen Solarstrahlung mit Spiegeln und/oder Linsen konzentriert und auf spezielle monolithische Konzentrator-Solarzellen gerichtet werden. Damit kann die benötigte Fläche an teurem Solarzellenmaterial reduziert werden. Es wird ausgenutzt, dass die photovoltaischen Konzentrator-Solarzellen hoch effizient sind und auf πi-V-Halbleiter-Basis Solarzellen- Wirkungsgrade von über 37 % bereitstellen.

Derartige photovoltaische Konzentrator-Module bestehend aus monolithischen mehrschichtigen Konzentrator-Solarzellen und diesem direkt zugeordneten FresnelLinsen sind beispielsweise in der DE 10 2006 007 427 Al beschrieben.

Die photovoltaischen Konzentrator-Solarzellen sind mehrschichtig aufgebaut, wobei unterschiedliche Wellenlängen adsorbierende Schichten auf ein einziges Substrat monolithisch gestapelt werden. Damit wird das Sonnenspektrum auf mehrere Solarzellen aus Halbleiterschichten mit unterschiedlicher Bandlückenenergie aufgespaltet. Hierdurch können durch Wärmeerzeugung heißer Ladungsträger entstehende Verluste reduziert und damit der Wirkungsgrad verbessert werden. Wärme wird insbesondere durch Photonen mit einer Energie erzeugt, die größer als die Bandlücke ist, sowie durch Transmission von

Photon mit einer Energie, welche kleiner als die Bandlücke des verwendeten Halbleiters ist.

In F. Dimroth, A. Bett: „III-V Halbleiter Konzentratorzellen", in FVS Themen 2003, Seiten 48 bis 52 ist die Technologie der III-V Halbleiter Konzentratorzellen ausführlich beschrieben. WO 2007/057894 A2 offenbart ein Konzentratorsystem mit Heliostaten und konzentrierenden Solarzellen.

DE 10 2006 058 845 B3 offenbart einen Wechselrichter mit integrierter Ansteuerung und Regelung für einen Tracker, um einen Solargenerator nach der Sonne nachzufuhren, so dass dieser ständig zur hellsten Stelle am Himmel ausgerichtet ist.

Die energieumwandelnden Einrichtungen im Turmkopf sind relativ aufwändig, schwer und erfordern ein komplexes Kühlsystem. Hierdurch muss auch das Turmbauwerk entsprechend groß und statisch belastbar konstruiert werden. Dies fuhrt zu relativ hohen Investitionskosten.

Die flächig eingesetzten konzentrierenden Solarzellen erfordern andererseits eine relativ aufwendige Modulgestaltung mit integrierten, nachfuhrbaren Fresnel-Linsen, die oberhalb von den Konzentrator-Solarzellen angebracht sind.

US 6,686,533 B2 offenbart ein Solarturmkraftwerk mit photovoltaischen Solarzellen, die entsprechend der die Solarzellen erreichenden Solarstrahlung passend zusammengeschaltet werden. Die Heliostaten werden mit einer „Open-Loop"-Regelung angepasst an den Tagesverlauf der Sonne zu dem Heliostatenfeld angesteuert, ohne dass es eine Rückkoppelung der tatsächlichen Ausrichtung der Spiegel zur Sonne gibt. In einer „Closed-Loop"-Regelung wird der Sonnenstand mit einem optischen Senson in der Nähe der Spiegel zur Detektion der Sonnenstrahlung erfasst und die Heliostaten werden so nachgefühlt, dass die Sonnenstrahlung, die die Solarzellen erreicht, maximal ist.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein konzentrierendes Solarkraftwerk dahingehend zu verbessern, dass es preiswerter und wirtschaftlicher ist sowie einen möglichst hohen Wirkungsgrad hat.

Die Aufgabe wird mit dem Solarkraftwerk der eingangs genannten Art dadurch gelöst, dass auf dem Turmbauwerk Solarmodule angeordnet sind und eine Steuerungseinrichtung zur Steuerung der Ausrichtung der Heliostaten auf ausgewählte Solarmodule in Abhängigkeit von Betriebsparametern von mindestens einem der Solarmodule und von der zur Verfügung stehenden solaren Strahlungsleistung derart vorgesehen ist, dass eine an den Bedarf an primärer Nutzenergie und/oder den jeweiligen Wirkungsgrad der Solarmodule angepasste Auswahl von Solarmodulen und Fokussierung der solaren Strahlungsleitung auf die ausgewählten Solarmodule erfolgt.

Gemäß der Lehre der vorliegenden Erfindung wird somit vorgeschlagen, die Heliostaten flexibel auf ausgewählte Solarmodule einer Gruppe von Solarmodulen auszurichten und zu fokussieren, so dass eine Optimierung des Wirkungsgrades des Solarkraftwerkes erreicht wird. Hierzu wird z. B. die Ausrichtung und Fokussierung der Heliostaten auf ausgewählte Solarzellen in Abhängigkeit von Betriebsparametern der Solarmodule gesteuert. Es erfolgt somit eine Aufnahme von Betriebsparametern der Solarmodule, wie beispielsweise der über einer photovoltaischen Solarzelle oder einer Gruppe zusammen geschalteter photovoltaischer Solarzellen anfallenden elektrischen Spannung, des durch eine photovoltaische Solarzelle oder einer Gruppe zusammen geschalteter photovoltaischer Solarzellen fließenden Stroms oder der Temperatur im Bereich eines Solarmoduls oder einer Gruppe davon. Dabei können die Betriebsparameter aller Solarmodule berücksichtigt werden, oder aber vorzugsweise nur die Betriebsparameter einer Auswahl verstreut auf der anleuchtbaren Fläche angeordneter Solarmodule bzw. einer Auswahl auf der Fläche verstreut angeordneter Gruppen von Solarmodule.

Es ist auch durch die geeignete Ansteuerung der Heliostaten einfach möglich, Überhitzungen (sogenannte Hot Spots) von Solarzellen zu verhindern.

Die Betriebsparameter bestimmen den durch mindestens einen Heliostaten erzeugten Brennfleck an Sonnenenergie, der pro Heliostat auf einen oder mehrere Solarmodule, wie z.B. photovoltaische Konzentrator-Solarzellen, in Abhängigkeit der Betriebsparameter konzentriert wird. Auf diese Weise wird einerseits eine Überhitzung der Solarzellen vermieden und andererseits kann die verfügbare Solarleistung auf eine solche Anzahl von Solarmodule sokonzentriert werden, dass diese mit einem optimalen Wirkungsgrad betrieben werden. Gegebenenfalls werden dann andere Solarmodule oder andere Gruppen von Solarmodulen nicht beleuchtet, wenn die Solarleistung nicht ausreichend ist. Vorteilhaft ist, wenn die Heliostaten jeweils eigene Antriebsmittel zur individuellen Ausrichtung haben. Damit lässt sich eine sehr flexible Steuerung der Ausrichtung und Fokussierung der Heliostaten auf die Solarmodule erreichen. Denkbar ist aber auch, dass Heliostaten zu Gruppen mit einem einer Gruppe zugeordneten Antriebsmittel zusammengefasst sind, so dass eine Gruppe von Heliostaten gemeinsam auf eine oder mehrere Solarmodule bzw. Gruppen von Solarmodulen ausgerichtet werden.

Gruppen von photovoltaischen Solarzellen sind vorzugsweise in Serie geschaltet, um eine ausreichende elektrische Spannung zu erzeugen. Mehrere seriell verschaltete Gruppen von photovoltaischen Solarzellen sind ihrerseits parallel geschaltet, um die Leistung zu erhöhen, das heißt bei der Netzspannung einen ausreichenden Strom bereit zu stellen.

Bei der Steuerung der Ausrichtung und Fokussierung zugeordneter Heliostaten können als Betriebsparameter vorzugsweise die Betriebsparameter einer seriell verschalteten Gruppe jeweils genutzt werden. Das heißt, dass nicht ein einzelnes Solarmodul individuell zur Steuerung herangezogen wird, sondern die Betriebsparameter einer zusammengefassten Gruppe unabhängig davon, wie die Betriebsparameter der individuellen Solarmodule der Gruppe sind.

Besonders vorteilhaft ist es, wenn Konzentrator-Solarzellen monolithisch auf einem gemeinsamen Wafer zusammengeschlossen und miteinander zu mindestens einer Gruppe zusammengeschaltet sind. Mehrere Wafer sind dann wiederum miteinander verschaltet. Die Wafer sollten vorzugsweise sechseckig sein, um eine möglichst optimale Flächenausnutzung zu erreichen. Die photovoltaischen Konzentrator-Solarzellen haben vorzugsweise eine Fläche von bis zu 20 mm ² und besonders bevorzugt eine Fläche von bis zu 10 mm ² . Die Fläche sollte im Bereich von 2 bis 10 mm ² liegen.

Als Solarzellen werden vorzugsweise mehrschichtige monolithische Konzentrator- Solarzellen; auch Stapelzellen genannt, genutzt. Durch derartige, auf HI- V Halbleiterbasis aufgebaute Solarzellen kann das Adsorptionsspektrum von Sonnenlicht unter Verringerung thermischer Verluste optimal genutzt werden. Die Solarzellen an einem Turmbauwerk können neben der Energiegewinnung auch einfach zur Kalibrierung der Ausrichtung der Heliostaten eines Heliostatenfeldes genutzt werden. Bei Verlagerung eines Heliostaten ergibt sich eine Veränderung der Betriebsparameter einzelner Solarmodule über das Feld von Solarmodule, wie z.B. der Spannungsverteilung über das Feld von photovoltaischen Solarzellen, die vergleichbar mit einem Flächenbildsensor ausgewertet werden kann. Ein Feld einzelner Solarmodule kann somit auch als Kalibrierwerkzeug eingesetzt werden, das vorzugsweise mobil mit zugehörigen (Bild-)Auswertalgorithmen für die Heliostateneinrichtung bereitgestellt werden kann. Diese Kalibrierung kann auch im laufenden Betrieb eines Solarkraftwerkes zur Optimierung des Wirkungsgrades, d. h. zur Regelung der Helistatenausrichtung eingesetzt werden.

Besonders vorteilhaft ist es, wenn die Solarmodule mehrere voneinander unterschiedliche Nutzenergieformen bereitstellen, und das Solarturmkraftwerk eingerichtet ist, um mit den Heliostaten in Abhängigkeit der Nutzenergieanforderung und/oder der von den Heliostaten zur Verfügung stehenden solaren Strahlungsleistung dynamisch die reflektierte Solarstrahlung auf mindestens ein ausgewähltes Solarmodul abzugeben.

Vorteilhaft ist dabei, dass einerseits die Verwendung von vielen gleichartigen Bauteilen auch für unterschiedliche Anwendungen möglich ist und andererseits durch eine bedarfsorientierte und am Leistungsangebot orientierte Steuerung der Ausrichtung der Heliostaten auf verschiedene Solarmodule ein guter Wirkungsgrad erreicht wird.

Es erfolgt eine Steuerung der Heliostaten derart, dass der auf das Kopfende des mindestens einen Turmes fokussierte Brennpunkt so optimiert ist, dass entweder bei einer Kombination unterschiedlicher Solarmodule nur das gewünschte Solarmodul mit solarer Energie beaufschlagt wird, dass mehrere Solarmodule derart beaufschlagt werden, dass sie stets im optimalen Betriebspunkt betrieben werden können, oder dass bei der Kombination mehrerer gleicher Solarmodule die Beaufschlagung der einzelnen Solarmodule derart vorgenommen wird, dass je nach Sonnenintensität ein optimaler Wirkungsgrad erreicht wird.

Die Kombination eines oder mehrerer Türme, an dessen Kopfende sich unterschiedliche Solarmodule befinden können, ermöglicht die Umwandlung der konzentrierten Sonnenenergie in unterschiedliche primäre Nutzenergieformen, wie beispielsweise elektrische Energie, Wasserstoff, Kälteenergie, Dampf. Die vom

Solarmodul erzeugte primäre Nutzenergieform kann wiederum in einem folgenden

Schritt ganz oder teilweise in eine sekundäre Energieform umgewandelt werden. Auch eine Meerwasserentsalzung ist in diesem Zusammenhang denkbar.

Denkbar ist, dass nur eine primäre Nutzenergieform pro Turm von gleichen Solarmodulen erzeugt wird. Ein Turm kann zwei oder mehr Solarmodule tragen, wobei die Solarmodule pro Turm die gleiche primäre Nutzenergieform oder auch unterschiedliche Nutzenergieformen erzeugen können. Auf einem Turm sind somit entweder nur gleichartige Solarmodule oder unterschiedliche Solarmodule in Kombination montiert, auf die wahlweise auf die in Abhängigkeit von der verfügbaren Sonnenenergiemenge und der angeforderten Bedarfsenergiemenge und Bedarfsenergieform von den Heliostaten des Heliostatenfeldes Sonnenstrahlung fokussiert wird.

Die Solarenergie eines Heliostaten oder einer gemeinsam angesteuerten Gruppe von Heliostaten kann somit wahlweise auf einen ausgewählten ersten Turm oder einen Teil des ersten Turms konzentriert werden, um Energie einer ersten primären Nutzenergieform zu erzeugen, während die Solarenergie eines anderen Heliostaten oder einer gemeinsam angesteuerten zweiten Gruppe von Heliostaten auf einen ausgewählten zweiten Turm oder eines Teils des zweiten Turms konzentriert wird, um Energie einer zweiten primären Nutzenergieform zu erzeugen. In entsprechender Weise ist die hinsichtlich des Wirkungsgrads optimierte und hinsichtlich des Bedarfs an Nutzenergieformen angepasste Anleuchtung weiterer Türme von weiteren Heliostaten oder Heliostatengruppen möglich.

Die Solarmodule können eine beliebige Kombination z.B. folgender primärer Nutzenergieformen bereitstellen: Wasserstoff, Strom, Wasserdampf, Heißwasser, Kälteleistung und/oder sogar Meerwasserentsalzung.

Zur manuellen oder automatischen Ausrichtung der Heliostaten kann sich vorzugsweise an dem Turm eine Kalibrierfläche befinden, auf die Strahlung der Heliostaten zur Kalibrierung der Ausrichtung der Heliostaten fokussierbar ist. Mit Hilfe der Kalibrierfläche kann eine vorgegebene Ausricht-Ausgangsposition eingestellt werden, von der ausgehend eine präzise Steuerung der Ausrichtung der Heliostaten auf an oder in dem Turm angebrachte Solarmodule erfolgen kann.

Vorzugsweise wird auch die bei der Kühlung der Solarmodule anfallende Wärmeenergie weiter ausgenutzt. Hierzu kann Restwärmeenergie von Kühlmedium der Solarmodule in einem Wassertank gespeichert werden und dort zur weiteren Verwendung zur Verfügung gestellt werden.

Vorteilhaft ist damit eine Einrichtung zur Nutzung der Restenergie aus den (kombinierten) Solarmodulen vorgesehen, die beispielsweise zur Versorgung von Verbrauchern mit Fernwärme dient. Nach dem Wirkprinzip einer Wärmepumpe kann auch Energie zur Kühlung anfallen, die weiter nutzbar gemacht werden kann. Die bei der Kühlung der Solarmodule anfallende Wärmeenergie im Kühlmittel kann zur Erwärmung großer Wassertanks zwecks Zwischenspeicherung der Energie, zur Verwendung durch eine Wärmepumpe an diesen Tanks oder zur Verwendung im Restwärmemodul zwecks erneuter Erhitzung, zur weiteren Verwendung in einem in einer zweiten Stufe nachgeschalteten Stromerzeugungs-, Kälte, Wasserstoff, Dampf, Meerwasserentsalzungsmodul oder zur anderweitigen externen Verwendung genutzt werden.

Die Kombination mehrerer Anwendungen wie beispielsweise eines oder mehrer Stromerzeugungs-Solarmodule zusammen mit einem oder mehreren Wasserstoff- Solarmodulen ermöglicht somit die Speicherung eines Teils der Sonnenenergie bei gleichzeitiger Stromerzeugung und wiederum die Verbrennung des Wasserstoffs in der Nacht zur Sicherstellung einer 24 Stunden Stromerzeugung. Die Stromerzeugung in der Nacht kann dann durch das Stromerzeugungsmodul vorgenommen werden. Mit der kombinierten Nutzung der Solarmodule erweitert sich somit das Anwendungsgebiete und gleichzeitig sinken die Kosten durch Verwendung von gleichen Hauptkomponenten (Turm, Heliostaten etc..) bei unterschiedlichen Anwendungen. Die kombinierte Nutzung der Solarmodule beispielsweise durch Sonnenlicht oder wahlweise Beaufschlagung von Energie durch Wasserstoff ermöglicht damit eine lange Betriebszeit und somit geringe Stromgestehungskosten. Es sind grundsätzlich alle Kombinationen denkbar. So kann es wirtschaftlich interessant sein, ein Kälte-Solarmodul mit einem Dampf-Solarmodul zu kombinieren um einerseits deine Klimatisierung von Gebäuden (z.B. Produktionshallen) zu ermöglichen und gleichzeitig für eventuelle Produktionsprozesse Heißdampf zur Verfügung zu stellen. Für die Anwendung der Meerwasserentsalzung kann es interessant sein, ein Elektro-Solarmodul und ein Wasserstoff-Solarmodul mit einem Meerwasserentsalzungs-Solarmodul zu koppeln. Somit ist eine autarke Anwendung zur Meerwasserentsalzung gegeben.

Die Dimensionen des Turmkraftwerkes sollten derart optimiert werden dass einerseits auf möglichst viele Standardkomponenten zurückgegriffen werden kann und andererseits die Heliostaten in einer geringen Größe ausgeführt werden. Dies ist vorteilhaft, da somit eine geringe Windangriffsfläche gegeben ist und sich damit die Fokussierung auf einen Brennpunkt einfacher realisieren lässt.

Der Wirkungsgrad und die Betriebsdauer der Anlage lassen sich steigern, wenn die Solarmodule im jeweils optimalen Betriebspunkt arbeiten. Dies kann durch die erfindungsgemäße Steuerung sichergestellt werden. Zu diesem Zweck sollte das jeweilige Solarmodul in einer Größenordung ausgelegt sein, die geringer ist, als die maximale, durch die Heliostatenfläche zur Verfügung stellbare Energiemenge. Durch die Kombination mehrerer gleicher oder unterschiedlicher Solarmodule werden bei maximalem Lichteinfall alle Solarmodule gleichermaßen mit Energie beaufschlagt, so dass alle Solarmodule im optimalen Betriebspunkt arbeiten. Steht nicht die maximale Energie zur Verfügung, wird durch die Heliostatenausrichtung der Brennpunkt verkleinert und auf entsprechend weniger einzelne Solarmodule ausgerichtet. Damit wird erreicht, dass die Betriebsbereitschaft der Anlage auch bei wenig Licht gegeben ist und die einzelnen Solarmodule in einem jeweils optimalen Betriebspunkt arbeiten.

Die Aufgabe wird weiterhin durch das Verfahren der eingangs genannten Art gelöst durch wiederholtes Anpassen der Fokussierung des Brennpunktes des Turms und der Ausrichtung des Brennpunktes über die Zeit bei Veränderung der verfügbaren Energiemenge derart, dass eine Fokussierung auf einen größeren Brennpunkt und/oder eine Ausrichtung auf weitere Solarmodule erfolgt, wenn die maximal von einem Solarmodul verarbeitbare Energiemenge erreicht ist, und dass eine Fokussierung auf einen kleineren Brennpunkt und/oder eine Ausrichtung auf weniger Solarmodule erfolgt, wenn die auf mehrere Solarmodule verteilte Gesamtenergie für einen optimalen Betriebspunkt nicht mehr ausreichend ist.

Vorteilhafte Ausfuhrungsformen sind in den Unteransprüchen beschrieben.

Die Erfindung wird anhand eines Ausführungsbeispiels mit den beigefügten Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:

Figur 1 - Skizze eines konzentrierenden photovoltaischen Solarkraftwerkes mit einem Feld photovolatischer Solarzellen in einem Turmbauwerk;

Figur 2 - Skizze eines aus photovoltaischen Solarzellen aufgebauten Solarzellenfeldes in der Vorderansicht;

Figur 3 - Skizze des Solarzellenfeldes aus Figur 2 in der Rückseitenansicht mit Temperatursensoren;

Figur 4 - Skizze eines Turmkraftwerkes mit zugehörigem Heliostatenfeld.

Figur 1 lässt eine Skizze eines konzentrierenden photovoltaischen Solarkraftwerkes 1 erkennen, das mindestens ein Turmbauwerk 2 und ein Heliostatenfeld 3 mit einer Mehrzahl von auf den oberen Bereich des Turmbauwerkes 2 ausrichtbaren Heliostaten 4 hat. Die Heliostaten 4 sind hierbei einzeln oder gemeinsam in Gruppen über geeignete Antriebsmittel 5 in an sich bekannter Weise ausrichtbar und fokussierbar.

Solarstrahlung der Sonne 6 wird hierbei durch geeignete Ausrichtung der Heliostaten 4 aufgefangen und auf ein Feld 7 photovoltaischer Solarzellen fokussiert, das im oberen Bereich des mindestens einen Turmes 2 angeordnet ist. So kann wie dargestellt ein einziges Turmbauwerk 2 für ein Heliostatenfeld 3 vorgesehen sein. Es ist aber auch denkbar mehrere Turmbauwerke 2 mit jeweiligen Feldern 7 von photovoltaischen Solarzellen für ein Heliostatenfeld 3 vorzusehen, das wahlweise je nach verfügbarer Sonnenenergie eines oder mehrere dieser Turmbauwerke 2 so versorgt, dass eine optimale Energieausbeute sichergestellt wird.

Eine Steuerungseinrichtung 8 ist mit dem Feld 7 photovoltaischer Solarzellen verbunden, um in Abhängigkeit von Betriebsparametern der Solarzellen über Steuerleitungen 9 die einzelnen Heliostaten 4 oder Gruppen hiervon anzusteuern, um diese optimal auf ausgewählte Solarzellen in Abhängigkeit der Betriebsparameter auszurichten und zu fokussieren. Dabei wird durch geeignete Ansteuerung verhindert, dass die Solarzellen überhitzen und so genannte Hot-Spots entstehen. Zudem kann durch die Ausrichtung und Fokussierung der Heliostaten 4 in Abhängigkeit von der verfugbaren Sonnenenergie entsprechend des Stands der Sonne 6 erreicht werden, dass die photovoltaischen Solarzellen mit dem bestmöglichen Wirkungsgrad betrieben werden. So kann zur Versorgung des gesamten Solarkraftwerkes nicht ausreichende Sonnenenergie die verfügbare Sonnenenergie auf eine solche Anzahl von Solarzellen konzentriert werden, dass diese optimal beleuchtet werden, während eine andere Gruppe von Solarzellen unberücksichtigt bleibt und nicht zur Energieversorgung in den Betriebszustand beiträgt.

Figur 2 lässt eine Skizze eines Feldes 7 von photovoltaischen Solarzellen 10 erkennen. Hierbei ist eine Vielzahl einzelner Solarzellen 8.1 bis 8.19 pp. vorgesehen, die einzeln oder als Gruppe durch ein oder mehrerer Heliostaten 4 beleuchtet werden können. So kann im Sinne eines Konzentrator-Solarzellenmoduls ein Heliostat 4 genutzt werden, um Sonnenenergie auf ein oder mehrere Solarzellen 10 zu konzentrieren, während andere Heliostaten 4 zur Beleuchtung anderer Solarzellen 10 bzw. andere Gruppen davon vorgesehen sind.

Die Solarzellen 10 sind vorzugsweise monolithische, mehrschichtige Konzentrator- Solarzellen mit auf ein Substrat gestapelten, unterschiedliche Wellenlängen adsorbierenden Halbleiterschichten, die jeweils ein photovoltaisches Element bilden. Durch Überwachung der über den einzelnen photovoltaischen Solarzellen 10 oder Gruppen hiervon anfallenden elektrischen Spannungen bzw. durch die Solarzellen 10 durchfließenden Ströme und/oder im Bereich der einzelnen Solarzellen 10 bzw. der Gruppen hiervon vorherrschenden Temperaturen, die von Solarzelle zu Solarzelle unterschiedlich sein können, kann ein Überhitzen der Solarzellen 10 verhindert werden. Hierzu werden die jeweiligen Heliostaten 4 in Abhängigkeit der vorgenannten Betriebsparameter so ausgerichtet und fokussiert, dass die auf eine Solarzelle auftreffende Sonnenenergie einen definierten Grenzwert, der einen sicheren Betrieb der Solarzellen 10 gewährleistet, nicht überschreitet. Zudem werden die Heliostaten 4 in Abhängigkeit der Betriebsparameter so ausgerichtet und fokussiert, dass die Solarzellen 10 und das gesamte Feld 7 von Solarzellen 10 mit einem optimalen Wirkungsgrad betrieben wird.

Das Feld 7 von Solarzellen 10 weist zudem eine Kühlung auf. Hierzu können die Solarzellen 10 beispielsweise auf eine Kühlplatte 11 montiert werden, die mit Hilfe eines Durchleitens eines Kühlfluids und/oder mittels Luftkühlung gekühlt wird.

Figur 3 lässt eine Rückseitenansicht des Feldes 7 von Solarzellen 10 erkennen, dabei wird deutlich, dass auf der Rückseite der einzelnen Solarzellen 10 Temperatursensoren 12 angeordnet sind. Die über die einzelnen Temperatursensoren 12 ermittelten Temperaturen werden dann als Betriebsparameter der Steuerungseinrichtung 8 zugeführt.

Denkbar ist, dass nicht jede der Solarzellen ein eigener Temperatursensor zugeordnet ist. Es können auch Gruppen von Solarzellen 10 zusammengefasst werden, um mit einem Temperatursensor 12 für eine solche Gruppe, der zum Beispiel auf das Zentrum der Gruppe ausgerichtet ist, die Temperatur dieser Gruppe von Solarzellen zu bestimmen und als Betriebsparameter zu nutzen.

Figur 4 lässt eine Skizze eines Solarkraftwerkes 1 mit einem Turm 2 und mit einem zugehörigen Heliostatenfeld 3 erkennen. Das Heliostatenfeld 3 besteht aus einer

Mehrzahl von Heliostaten 4, die einzeln mit geeigneten Aktoren ausrichtbar sind.

Sonnenlicht wird durch das Heliostatenfeld 3 eingefangen und zu mindestens einem

Brennpunkt gebündelt. Dieser mindestens eine Brennpunkt wird auf ein oder mehrere Solarmodule 13 projiziert, die im Turmkopf 14 am oberen Ende des Turmes 2 montiert sind. Die Solarmodule 13 sind an sich bekannte Module zur Umwandlung der fokussierten solaren Strahlungsenergie in eine andere Energieform, wie z.B.

Dampf, Elektrizität, etc.

Ein Brennpunkt kann dabei auf eines, mehrere oder auf alle der im Turmkopf 14 montierten Solarmodule 13 durch geeignete Ansteuerung einzelner Heliostaten 4 des

Heliostatenfeldes 3 fokussiert und ausgerichtet werden. Die optimale Ausrichtung der Heliostaten 4 wird in Kombination mit einer Steuerungseinrichtung 8 und einer Kalibrierungsfläche 15 erreicht. Die Steuerungseinrichtung 8 regelt einerseits die optimale Kalibrierung der einzelnen Heliostaten 4 und andererseits ermittelt sie, welche Solarmodule 13 zur Optimierung der Energiebereitstellung von durch Verbraucher 16 momentan geforderter Energie in den gewünschten Energieformen und/oder des Wirkungsgrades mit Sonnenenergie beaufschlagt werden sollten. Zudem wird die Brennweite so fokussiert, dass die Energiedichte pro Fläche möglichst optimal an den jeweiligen Wirkungsgrad des mindestens einen angestrahlten Solarmoduls 13 angepasst wird.

Die Ansteuerung der Heliostaten 4 und insbesondere die Einstellung der Brennweite und Auswahl der Anzahl gleichzeitig angestrahlter Solarmodule 13 erfolgt in Abhängigkeit von der verfügbaren Energiemenge, die mit einem geeigneten Solarenergie-Messensor 17 gemessen wird.

Dabei wird ausgenutzt, dass auf einem Turm 2 oder mehreren von dem Heliostatenfeld 3 anstrahlbaren Türmen Solarmodule 13 angebracht sind, die unterschiedliche primäre Energieformen aus der vom Heliostatenfeld 3 bereitgestellten Solarenergie erzeugen. Die verfügbare Solarenergiemenge kann damit optimal in Abhängigkeit von dem jeweiligen Bedarf von Energie in unterschiedlichen Energieformen und/oder in Abhängigkeit von den unterschiedlichen Wirkungsgraden der unterschiedlichen Solarmodule 13 umgesetzt werden.

Die von den Solarmodulen 13 erzeugte primäre Nutzenergie kann zudem direkt oder nach Umwandlung in eine andere sekundäre Nutzenergieform über geeignete Energieleitungen 18, wie Stromleitungen, Röhren etc. an den Verbraucher 16 übertragen werden.