Thema: Licht auf Solarzellen konzentrieren

Seit längerer Zeit beschäftigen wir uns im Hoppykreis mit nachgeführten
Spiegelsystemen, um die Lichtenergie großflächig einzufangen und sie auf
Solarzellenzeilen zu konzentrieren.
Die Zellen erzeugen dabei ein vielfaches ihres normalen Stromes und
die Temperatur der Kühlflüssigkeit ist auch noch verwertbar.

Unsere Frage ist ob es weitere Hoppyisten gibt, die sich mit dieser
Anordnung schon beschäftigt oder optimale Auslegungen getestet haben.
Kennt jemand fertige Anlagen dieser Art ?

Es gibt da sicherlich schon eine ganze Menge (incl. diverser Studien).
Ich habe da schon einiges gelesen, aber nicht mehr griffbereit. Es gab auch schon Hersteller die PV und Thermie-Kollektoren in Einheiten angeboten haben.

Das größte Problem bei diesem Tandeme-Modulen sind die falsch angepassten Temperaturkurven. Auf der einen Seite kann ich die Leistung der Zellen mittels Konzentratoren deutlich erhöhen, die Temperatur aber leider auch. Solarzellen möchten es aber möglichst kühl und eine zusätzliche Erwärmung oberhalb des "normalen" Bereiches ist Kritisch für die Module (Dichtung EVA-Folie etc.) zusätzlich geht der Wirkungsgrad der Zellen durch die hohe Temperatur erheblich in die Knie. Beim thermischen Kollektor in der üblichen Anwendungsform ist es genau anders herum. Guten Wirkungsgrad habe ich bei hohen Kollektortemperaturen und kühlem Medium.
Das Problem war, das man das Kühlmedium nicht soweit abkühlen konnte, das es für die Solarzellen einen nüztlichen Effekt gehabt hätte und gleichzeitig für die thermische Nutzung verwertbar war. Hier wäre es dann nur noch über eine nachgeschaltete Wärmepumpe noch was zu holen.
Weiteres Problem der Kühlung: Das Medium soll sich ja weiter aufwärmen beim Durchlauf der Kollektorfläche. Das heißt aber auch, das sich der Kollektor oder die PV-Module unterschiedlich aufwärmen. Dies sorgt für unterschiedliche Wirkungsgrade bei den Zellen, was nur durch besondere Verschaltungsvarianten in den Griff zu kriegen wäre.
Ich kann mich daran erinnern eine Prüfungsarbeit gelesen zu haben, wo diese Abhängigkeiten zwischen der Temperaturverschiebung und der Wirkungsgradanstieg oder Verlust berechnet wurde (ohne Wärmepumpe). Der tatsächlich gesteigerte Gewinn an nutzbarer Energie bei PV und Thermie war letzendlich so klein, das sich der technische Aufwand für das Kombi-Paket in keinem Fall rechtfertigte (zumindest für die industrielle Fertigung).

Auch wenn dies erstmal nicht besonders motivierend klingt, es hat sich vieles getan in den letzten Jahren und es wird immernoch auch im größeren Stil genau an dieser Technik und deren industrielle Umsetzung geforscht.

Kleine Anregung zum eigenen weiteren Experimentieren: PV und Thermie nutzen unterschiedliche Bereiche des Lichtspectrums. Die Konzentratoren sollten also auch dieses berücksichtigen.

Beim Googeln findet man durchaus ne ganze menge Informationen. Versuchs mal mit "PV Konzentrator" oder ähnlichen Begriffen. Beispiel:
http://www.fv-sonnenenergie.de/fileadmin/fvsonne/publikationen/Hochkon...
http://www.solarserver.de/solarmagazin/artikelmaerz2005.html...


Gruß Uwe

Hallo Uwe,
Vielen Dank für den ausführlichen Text.

Wir haben zwei Wege bisher getestet:

1.) Schwache Konzentration 1,5 bis 3
Läßt sich mit Spiegel und gekühlten Standartmodulen verwirklichen.
Die Kühlwassertemperatur beträgt 30-50°C und ist nur beschränkt verwendbar. Sonst ganz akzeptabel.

2.) Mittlere Konzentration 7 bis 20 im Parabolspiegel
Die Solarzeilen wurden selbst gefertigt und aus geschnittenen Standartzellen gewonnen.
Eine starke Kühlung ist Pflicht und trotzdem erreicht man Temperaturen bis 70°C. Ohne Kühlung weit über 100°C.
Die Wärme ist enorm, pro kWp PV ca. 10kW.

Unser Hauptproblem ist die Optimierung der Anlagenparameter um ein günstiges Preis-Leistungsverhältniss zu erreichen.

Optimiert werden müssen: Konzentrationsgrad, Zellengröße/Breite, Solarzeilenkonstruktion und Kühlung derselben, Parabolkonstruktion und mechanische Aufhängung, Nachführungssteuerung, Wechselrichteranpassung und Verwendung der Wärmemenge des Kühlwassers.