DE102005047132A1

DE102005047132A1 - Konzentrator-Photovoltaik-Vorrichtung; Photovoltaik-Einrichtung zur Verwendung darin sowie Herstellverfahren hierfür

Info

Publication number: DE102005047132A1
Application number: DE102005047132A
Authority: DE
Inventors: Erich W. Dr. Merkle
Original assignee: SOLARTEC AG
Current assignee: SOLARTEC AG, 85609 ASCHHEIM, DE
Priority date: 2005-09-30
Filing date: 2005-09-30
Publication date: 2007-04-12
Also published as: CN101273466A; US20090308431A1; WO2007036199A3; TW200729531A; EP1932184A2; AU2006296882A1; JP2009510739A; WO2007036199A2

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Konzentrator-Photovoltaikvorrichtung (10) mit einer Mehrzahl von Photovoltaik-Einrichtungen (22) zur direkten Umwandlung von Sonnenenergie in elektrische Energie, wobei mehrere der Photovoltaik-Einrichtungen (22) jeweils versehen sind mit: einer an einer ersten optischen Einheit (24) ausgebildeten Lichteintrittsfläche (20), einer Solarzelle (56), die eine geringere Flächenausdehnung als die Lichteintrittsfläche (20) der Photovoltaik-Einrichtung (22) hat, wobei die erste optische Einheit (24) zum Konzentrieren oder Bündeln der durch die Lichteintrittsfläche (20) eintretenden Sonnenstrahlung auf einen von der kleineren Fläche der Solarzelle (56) bestimmten, von der Lichteintrittsfläche (20) beabstandeten und gegenüber der Lichteintrittsfläche (20) kleinflächigeren vorgegebenen Bereich (34) ausgebildet ist. Um eine kostengünstigere Vorrichtung durch Verwendung kleinflächigerer Solarzellen ohne Probleme mit der Positionierung derselben erreichen zu können, wird erfindungsgemäß vorgeschlagen, dass die mehreren Photovoltaik-Einrichtungen (22) jeweils mit einer Halteeinrichtung (30) versehen sind, mit der die zugeordnete Solarzelle (56) in dem vorgegebenen Bereich (34) positioniert ist, dass die Halteeinrichtung (30) mit einem ersten Ende (32) an der ersten optischen Einheit (24) befestigt ist und dass an einem gegenüberliegenden zweiten Ende (34) der Halteeinrichtung (30) die Solarzelle (56) befestigt ist. Außerdem wird eine ...

Description

Die Erfindung betrifft eine Konzentrator-Photovoltaik-Vorrichtung nach dem Oberbegriff des hier beigefügten Anspruches 1, wie sie aus dem Artikel A. W. Bett et. AI: FLATCON AND FLASHCON CONCEPTS FOR HIGH CONCENTRATION PV, Proc. 19^th European Photovoltaic Solar Energy Conference and Exhibition, Paris, France, 2004, Seite 2488 bekannt ist. Insbesondere betrifft die Erfindung ein photovoltaisches Modul (PV-Modul) zum direkten Umwandeln von Licht in elektrische Energie, bei der das einfallende Licht vor dem Auftreffen auf eine Solarzelle konzentriert wird (PV-Konzentratormodul). Auch betrifft die Erfindung eine Photovoltaik-Einrichtung für ein solches PV-Konzentratormodul. Schließlich betrifft die Erfindung ein Herstellverfahren für eine solche Konzentrator-Photovoltaik-Vorrichtung.

Es wird für nähere Einzelheiten zu solchen Konzentrator-Photovoltaik-Vorrichtungen insbesondere auf die nicht vorveröffentlichte deutsche Patentanmeldung DE 10 2005 033 272.2 der Anmelderin verwiesen.

Die Erfindung liegt auf dem Gebiet von Konzentrator-Solarmodulen. In solchen Modulen werden mehrere Einheiten, welche direkte Sonnenstrahlung auf eine Hochleistungssolarzelle konzentrieren, in einem geschlossenen Modul zusammengefasst. Die Solarzelle erzeugt elektrischen Strom, der direkt genutzt werden kann.

Im Bereich der Nutzung der Solarenergie ist circa seit 50 Jahren bekannt, dass Sonnenenergie durch Silizium in elektrischen Strom umgewandelt werden kann. Bei den heute üblichen Solarzellen wird meist mono- oder multikristallines Silizium verwendet. Die Leistung dieser Zellen ist allerdings relativ gering, da sie nur ein begrenztes Spektrum der auftreffenden Strahlung in elektrischen Strom umwandeln. Große Erfolge in Richtung auf eine deutlich höhere Effizienz mit über 36 % Umwandlung der Solarstrahlung sind in den letzten Jahren mit Hochleistungs-PV-Zellen aus höherwertigen Halbleiterverbindungen (z. B. III-IV-Halbleitermaterial) wie z. B. GalliumArsenid (GaAs) erzielt worden. Ein Anliegen der Erfindung ist es, die Nutzung solcher PV-Zellen wirtschaftlich attraktiv zu machen.

Solche Zellen auf Halbleitermaterialbasis können stufenartig als Tandem- oder Tripelzellen aufgebaut werden und nutzen dadurch ein breiteres Licht-Frequenzspektrum. Die großflächige Produktion solcher Zelle ist jedoch sehr kostenintensiv. Es wurde daher der Ansatz gewählt, das einfallende Sonnenlicht auf eine sehr kleine Fläche von z. B. unter 1 mm² zu konzentrieren. Nur für diese kleine Fläche ist dann eine Solarzelle notwendig. Durch eine solche Konzentration lässt sich die hohe Lichtausbeute von Hochleistungs-PV-Zellen von z. Zt. Über 36 % nutzen. Da die Systemkosten für Solaranlagen nach der produzierten elektrischen Leistung berechnet werden, sinken diese aufgrund des Ersatzes von großflächigen Solarzellen durch die viel preisgünstigere Konzentrierungsoptik und kleine, aber hocheffiziente Zellen. Der Aufwand für die notwendige Nachführung des Systems in die Richtung der wandernden Sonne ist relativ gering im Verhältnis zur Steigerung der Effizienz.

Allerdings arbeiten die bisher eingesetzten Systeme überwiegend mit relativ großen Fresnellinsen mit einer relativ großen Brennweite, was zu einer erheblichen Stärke der Module führt. Deren Kombination zu leistungsfähigen Einheiten führt zu sehr großem Gewicht, so dass die Anforderungen an die Statik des Nachführsystems aufgrund z. B. der Windkräfte beträchtlich ist. Wegen des hohen Aufwands konnte daher solche Konzentratorsysteme trotz des hohen Wachstums der photovoltaischen Stromerzeugung keine Verbreitung finden.

Zwar wurden in den letzten Jahren auch Systeme mit kleinflächigen Fresnellinsen vorgestellt, die ebenfalls zum Teil eine mehr als 500-fache Konzentration des Sonnenlichts ermöglichten. In diesem Fall sind jedoch sehr viele Einheiten notwendig (z. B. ca. 1.5 Millionen Zellen für 500 kW Leistung 30 % „Leistung" der Solarzellen), um ein wirtschaftlich arbeitendes Solarkraftwerk zu erstellen. Nicht gelöst ist bisher die Abführung hoher Wärmekonzentrationen nach außen sowie der Schutz der empfindlichen Solarzellen vor Umwelteinflüssen, insbesondere eindringender Feuchtigkeit und Gase.

Die konstruktiven Probleme der exakten Positionierung und Fixierung jeder Zelle im Brennpunkt, verursachen in den bisher gewählten Ansätzen einen erheblichen Aufwand, der die beabsichtigte Kostenersparnis weitgehend aufzehrt. Die Probleme der exakten Positionierung limitieren die mögliche Konzentration und damit die Größe der Solarzellen. Vorgestellte Systeme (Literaturhinweis Bett et al.) verwenden daher von maximale Konzentrationen von ca. 500 Sonnen und Solarzellen von ca. 2,5 mm Kantenlänge.

Das Problem der exakten Positionierung wird im folgenden anhand der hier beigefügten 5 verdeutlicht. Das Licht hat auch nach seiner Konzentration keine gleichmäßige Verteilung, sondern eine Gauss-Verteilung, wie sie in etwa in 5 bei dem Bezugszeichen 1 skizziert ist. Mit x₁ ist derjenige Abstand von der Mitte des Lichtflecks dargestellt, innerhalb der etwa 90 % der Lichtintensität auftreffen. Weicht die Positionierung der Ränder der Solarzelle wesentlich von der Stelle x₁ ab, geht ein erheblicher Anteil der Lichtintensität verloren. Es ist daher wichtig, die Solarzelle so genau wie möglich so zu positionieren, dass die maximale Lichtintensität auf die Solarzelle trifft. Dies ist wesentlich einfacher bei größeren Solarzelle, jedoch steigen damit die Kosten für die Produktion der Solarzellen erheblich an.

Solarzellen werden auf Halbleiter-Wafern hergestellt. Diese Wafer sind üblicherweise kreisrunde Scheiben in einer Größenordnung von 10 und mehr cm Durchmesser. Sämtliche zum Herstellen einer Solarzelle notwendigen Herstellschritte sind von Wafer zu Wafer auszuführen, unabhängig davon, wie viele Solarzellen aus dem Wafer hergestellt werden. Lediglich die Lithographiemasken würden dann unterschiedlich ausgewählt. Mit anderen Worten: Erhöht man die Anzahl von Solarzellen, die aus einem Wafer hergestellt werden, verringern sich die Kosten pro Solarzelle entsprechend. Bei einer Solarzelle mit 20 × 20 mm Fläche passen nur wenige Solarzellen auf die Wafer-Fläche; zusätzlich gibt es große Abschnitte am kreisrunden Rand, die nicht zur Solarzellenherstellung verwendbar sind. Je kleiner der Querschnitt der Solarzelle gemacht wird, desto mehr Solarzellen passen auf eine Wafer-Fläche, so dass auch weitaus mehr Solarzellen, auch am Rand des Wafers, aus einem Wafer hergestellt werden können. Je kleiner die Solarzelle ist desto genauer muss jedoch die Positionierung sein.

Eine exakte Positionierung der Solarzellen zur Konzentratoroptik funktioniert in Laborversuchen bereits leidlich. Es gilt jedoch, auch Konstruktionen und Herstellverfahren bereit zu stellen, mit denen auch in der Praxis möglichst kleinflächige Solarzellen so verwendet werden können, dass eine möglichst. hohe Lichtintensität mit möglichst geringem Aufwand möglichst lange ausgenutzt werden kann.

Die genaue Positionierung der Solarzellen im Stand der Technik ist durch viele Faktoren beeinflusst, auch solche die sich im Betrieb ändern, und daher für die Praxis nur schwer in Griff zu bekommen.

Es ist Aufgabe der Erfindung, eine Konzentrator-Photovoltaik-Vorrichtung mit den Merkmalen des Oberbegriffs des beigefügten Anspruches 1 derart auszubilden, dass höhere Konzentrationen erreichbar sind, und Solarzellen mit geringeren Flächen einsetzbar sind, ohne dass Probleme mit der Positionierung auftreten. Insgesamt soll hierdurch die Verwendung wesentlich kostengünstigerer Systeme zur Montage der Module erreichbar sein, wobei auch Systeme zur Nachführung der Module einfacher und kostengünstiger aufbaubar sein sollen.

Diese Aufgabe wird durch eine Konzentrator-Photovoltaik-Vorrichtung mit den Merkmalen des hier beigefügten Anspruches 1 gelöst.

Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche. Eine einzelne Photovoltaik-Einrichtung für eine solche Photovoltaik- Vorrichtung ist Gegenstand des Nebenanspruches. Ein kostengünstiges Herstellverfahren ist in dem weiteren Nebenanspruch angegeben.

Die Erfindung sieht demnach eine Konzentrator-Photovoltaik-Vorrichtung mit einer Mehrzahl von Photovoltaik-Einrichtungen zur direkten Umwandlung von Sonnenenergie in elektrische Energie vor. Die mehreren Photovoltaik-Einrichtungen sind jeweils mit einer ersten optischen Einheit versehen, an der eine Lichteintrittsfläche ausgebildet ist, sowie mit einer Solarzelle, die eine geringere Flächenausdehnung als die Lichteintrittsfläche der jeweiligen Photovoltaik-Einrichtung hat. Die erste optische Einheit dient zum Konzentrieren oder Bündeln der durch die Lichteintrittsfläche eintretenden Sonnenstrahlung auf einen vorgegeben Bereich, der gegenüber der Lichteintrittsfläche eine kleine Fläche aufweist und von der kleineren Fläche der Solarzelle bestimmt wird. Aufgrund der fokussierenden Optik der ersten optischen Einheit ist der vorgegebene Bereich, auf den die erste optische Einheit die eingetroffenen Sonnenstrahlungen bündelt, von der Lichteintrittsfläche entsprechend beabstandet ausgebildet.

Entsprechend sind auch die bisher bekannten Konzentrator-Module aufgebaut, wie sie zur Zeit unter dem Handelsnamen „Flatcon" von der Fraunhofer-Gesellschaft, Institut Solarenergiesysteme, entwickelt werden und zur Serienreife gebracht werden sollen.

Während aber bei den bekannten Konzentratormodulen eine transparente Fläche mit mehreren Felder, welche die einzelnen ersten optischen Einheiten bilden, als eine Seite eines kastenförmigen Aufbaus ausgebildet ist, und eine Endplatte die gegenüberliegende zweite Seite des Kastens bildet, ist bei der Erfindung vorgesehen, dass die mehreren Photovoltaik-Einrichtungen jeweils mit einer eigenen Halteeinrichtung versehen sind, mit der die zugeordnete Solarzelle in dem vorgegebenen Bereich positioniert ist. Dabei ist die Halteeinrichtung mit einem ersten Ende an der ersten optischen Einheit befestigt und an dem gegenüberliegenden zweiten Ende der Halteeinrichtung ist die Solarzelle befestigt.

Warum ein solcher Aufbau wesentliche Vorteile in Bezug auf eine mögliche Verkleinerung der Solarzelle ermöglicht, ohne dass es Probleme mit der Positionierung gibt, wird im folgenden näher erläutert:
Nach den derzeitigen Vorstellungen sollen mit solchen Konzentratormodulen Kraftwerke zur Energieversorgung ausgebaut werden. Die ehrgeizigen Pläne gehen dahin, entsprechende Kraftwerke in Wüstengebieten, wo eine hohe Sonneneinstrahlung erfolgt, aufzustellen. Entsprechend ist davon auszugehen, dass in der Praxis die Konzentratormodule hohen Temperaturschwankungen unterworfen sind. Zu den in solchen Gebieten auftretenden natürlichen Temperaturschwankungen tritt noch die durch die Konzentration des eintreffenden Lichtes auftretende erhebliche Erhitzung hinzu. Dementsprechend sind an den Konzentratormodulen Temperaturschwankungen von mehrer als 100°C zu erwarten. Dies stellt bei dem bisher bekannten Aufbau in Form eines Kastens, bei dem eine Seite als Fresnellinse und die andere Seite als Trägerplatte für die Solarzellen ausgebildet ist, wobei die Stirnwände des Kastens die beiden Platten zueinander positionieren und zum Abschirmen der empfindlichen Solarzellenflächen hermetisch abgedichtet sein müssen, erhebliche Probleme dar, da die Materialien unterschiedliche Temperaturausdehnungskoeffizienten besitzen. Dadurch verändert sich bei Temperaturschwankungen die relative Lage der Solarzellen zu den passenden ersten optischen Einheiten entsprechend. Dieses Problem wird durch den großen umschlossenen Raum, in den Licht konzentriert wird und der deswegen entsprechend aufgeheizt wird, noch verschärft.

Nun muss weiter noch bedacht werden, dass der Lichteinfall nach der Konzentration in Form einer Gauss-Verteilung vorliegt, wie sie in 5 mit dem Bezugszeichen 1 dargestellt ist. Innerhalb der durch x₁ bis x₁ dargestellten Abständen vom Zentrum der Lichtintensität findet sich etwa 90 % der eingestrahlten Energie.

Zu den Problemen mit unterschiedlichen Temperaturausdehnungen der verwendeten Materialien kommen noch mögliche Fehler bei der Platzierung der einzelnen Solarzellen im Fokus der Primäroptik hinzu. Weiter haben Fehler bei der sogenannten „Tracker-Ausrichtung" eine mögliche Fehlausrichtung der Lage der Solarzellen zu der Mitte der Lichtintensität zur Folge. Unter „Trackerausrichtung" wird die Nachführung der Solarmodule zur Sonne hin sowie die Ausregelung der Lage der Solarmodule gegenüber Umwelteinflüsen wie insbesondere Wind zusammengefasst. Weitere Fehler können bei der Montage und einer Wärmeausdehnung der Stützstruktur, mit der die einzelnen Konzentratorsolarmodule gehalten werden, entstehen.

Da alle diese möglichen Fehler Auswirkungen auf mögliche Fehlausrichtungen der Solarzellen bezüglich der optischen Einheiten hatten, mussten bei bisherigen Systemen, sofern tatsächlich eine hohe Lichtausbeute erfolgen sollte, relativ großflächige Solarzellen gewählt werden.

Bei der erfindungsgemäßen Konstruktion haben die erwähnten Fehler weitaus weniger Einfluss auf die relative Lage der Solarzellen zur ersten optischen Einheit. Erfindungsgemäß ist jeder einzelnen optischen Einheit eine eigene Halteeinrichtung zugeordnet, die die zugeordnete Solarzelle relativ zu der jeweiligen ersten optischen Einheit positioniert. Diese Halteeinrichtung ist auch an der ersten optischen Einheit befestigt.

Fehler durch unterschiedliche Wärmeausdehnungen der Materialien haben so nur noch innerhalb des kleinen Systems jeder Photovoltaik-Einrichtung Auswirkung. Jede einzelne Photovoltaik-Einrichtung bildet ihr eigenes Haltesystem, so dass sich die Wärmeausdehnungsfehler nicht, wie im Stand der Technik, über die gesamte Fläche addieren. Wärmeausdehnungen der Wände des Konzentratormoduls haben somit keinen Einfluss mehr auf die Lage der einzelnen Solarzellen.

Durch die einzelnen Halteeinrichtungen kann zudem der genaue Ort, an dem jede einzelnen Solarzelle anzuordnen ist, von vornherein besser vorgegeben werden, so dass Fehler bei der Platzierung der einzelnen Solarzellen im Fokus der Primäroptik verringert sind. Bei der Erfindung braucht man nur auf besondere Sorgfalt bei der Platzierung der jeweiligen Halteeinrichtung zu achten. Kommt es hierbei zu Fehler, hat dies nur Auswirkung auf die betroffene Photovoltaik- Einrichtung und nicht auf das gesamte Konzentratormodul, also die gesamte Photovoltaik-Vorrichtung.

Die gewählte Halteausbildung hat weiter noch den Vorteil, dass die einzelnen Solarzellen von hinten her gut zwecks elektrischen Anschluss erreichbar sind. Auch hat man, da die Solarzellen nach vorne hin an den Halteeinrichtungen gehalten sind, viel Platz, Kühlrippen oder dergleichen Kühlstrukturen anzuordnen.

Vorteilhafterweise umfasst die Halteeinrichtung einen Hohlraum, innerhalb dem sich die Lichtstrahlen des durch die ersten optische Einheit gebündelten Sonnenlichtes von der ersten optischen Einheit bis zur Solarzelle ausbreiten können. Dadurch hat die Halteeinrichtung keinerlei Auswirkungen auf die ungestörte Lichtausbreitung, obwohl sich die Halteeinrichtung in dem Raum zwischen der Ebene der Lichteintrittsflächen und der Ebene der Solarzellen befindet. Der Hohlraum kann leer sein oder durch irgendein transparentes Medium befüllt sein.

Entsprechend der Ausbreitung des konzentrierten Lichtes von der Lichteintrittsfläche hin zu dem vorgegebenen Bereich ist die Halteeinrichtung vorzugsweise sich von dem ersten Ende zu dem zweiten Ende hin konisch verjüngend ausgebildet. Dadurch kann die Halteeinrichtung einerseits besonders materialsparend ausgebildet werden. Andererseits lässt sich so das zweite Ende, welches den Ort der Solarzelle bestimmt, exakt in seiner Lage vorgeben, so dass die Montage jeweils eindeutig ist. Besonders bevorzugt ist die Halteeinrichtung hierzu kegelstumpfartig oder pyramidenstumpfartig ausgebildet. Die Pyramidenstumpfform ist aus folgenden Gründen besonders bevorzugt. Um möglichst viel auf das Konzentratormodul einfallendes Licht auf die einzelnen Solarzellen zu bündeln, sind die optischen Einheiten, wie grundsätzlich im Stand der Technik bekannt, vorzugsweise als Einzelfelder einer transparenten Platte ausgebildet. Die Einzelfelder sind für eine dichte Aufeinanderfolge hierzu quadratisch oder rechteckig geformt. Jedes Feld ist auf seiner Innenseite so ausgebildet, dass durch die Außenseite (die Lichteintrittsfläche) eintretendes Licht auf einen Punkt hin fokusiert wird. Entsprechend der Form dieser Einzelfelder lassen sich auch die Halteein richtungen pyramidenstumpfartig ausbilden, und so auf der Innenseite der transparenten Platte dicht an dicht nebeneinander legen, ohne dass sie sich gegenseitig stören. Die Pyramidenform ist zum Beispiel einfach aus Kunststoff im Spritzgussverfahren herstellbar, wobei auch bei der Verwendung von schwächeren Materialien die Kanten der Pyramidenform stabilisierend wirken. Dadurch lässt sich die Spitze der Pyramide leicht im Nahbereich des Fokus des ersten optischen Einheit positionieren.

In einer besonders bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung ist an dem zweiten Ende der Halteeinrichtung noch eine zweite optische Einheit angeordnet, die das durch die erste optische Einheit gebündelte einfallende Licht weiter konzentriert. Unterhalb dieser zweiten optischen Einheit ist dann bevorzugt die Solarzelle angeordnet. Die Kombination aus erster optischen Einheit und zweiter optischen Einheit kann das durch die Lichteintrittsfläche eintretende Licht soweit konzentrieren, dass nur ein kleiner Bereich auch einer kleinflächigeren Solarzelle bestrahlt wird. Versuche haben gezeigt, dass auch dann eine hohe Energieausbeute erreicht wird, wenn nur ein Anteil der kleinflächigen Solarzelle, jedoch mit entsprechend höher konzentriertem Licht, bestrahlt wird. Dadurch, dass nur ein kleiner Anteil der Solarzelle bestrahlt wird, ist die Wahrscheinlichkeit größer, dass dieser kleinere Lichtfleck auch bei Fehlausrichtungen noch innerhalb der wirksamen Fläche der Solarzelle verbleibt. Aufgrund der Halteeinrichtung lässt sich außerdem eine exakte Positionierung der zweiten optischen Einheit relativ zu der ersten optischen Einheit und weiter auch eine exakte Positionierung der Solarzelle zu den beiden optischen Einheiten erreichen.

Ein weiteres großes Problem bei den Konzentrator-Module stellt die mögliche Verschmutzungsgefahr der Solarzellen dar. Da nur geringe Flächen ausgenutzt werden, können auch kleine Verschmutzungen, wie Staubteilchen oder Feuchtigkeit, große Auswirkungen auf die Leistungsfähigkeit haben. Die Abschirmung der wirksamen Solarzellenfläche von der Umwelt stellt somit ein großes Problem bei all diesen Konzentratormodulen dar. Bei der erwähnten vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung mit der zweiten optischen Einheit kann die wirksame Solarzellenfläche unmittelbar an der zweiten optischen Einheit aufsitzen und somit durch diese zweite optische Einheit versiegelt werden. In diesem Falle kann die Halteeinrichtung auch beispielsweise durch mehrere Stäbe gebildet sein, die die zweite optische Einheit mit der daran befestigten Solarzelle entsprechend positionieren. Oder es können verschiedene Öffnungen in einem Mantel der Halteeinrichtung vorgesehen sein. Diese Konstruktion hätte den Vorteil, dass Wärmeausdehnungen eines Mediums, welches sich in einem durch die Halteeinrichtung umschlossenen Hohlraum befindet, keinen Einfluss auf die Stabilität und Lage der Halteeinrichtung hat, da das Medium (z. B. Luft) durch die Öffnungen ausweichen kann. Von besonderem Vorteil für die geforderte Sauberkeit der wirksamen Solarzellenfläche ist jedoch, wenn die Halteeinrichtung eine geschlossene Mantelfläche aufweist. Dadurch wird vermieden, dass Schmutz oder Feuchtigkeit zu der wirksamen Solarzellenfläche gelangt. Vorteilhafterweise schließen hierbei die erste optische Einheit, die Halteeinrichtung und die Solarzelle ein geschlossenes Volumen ein, wobei die Halteeinrichtung an dem ersten und dem zweiten Ende offen ist und an diesen Enden durch die erste optische Einheit bzw. die Solarzelle verschlossen wird.

Dadurch kann das Modul hinten offen ausgebildet werden, um den Zugang zu erleichtern. Auch Kühlmedium kann so leicht zugeführt werden und an der durch die Halteeinrichtungen vergrößerten Fläche effizient kühlen.

Bei einer kegelstumpfartigen oder pyramidenstumpfartigen Ausbildung der Halteeinrichtung ist die Halteeinrichtung demgemäss wie ein Trichter oder ein Tütchen geformt. Dies bietet auch große Vorteile für die Herstellung. Zur Anordnung und Positionierung der zweiten optischen Einheit kann man beispielsweise die zweite optische Einheit als Linse ausbilden, deren Seitenwänden entsprechend der Innenwand der Kegelstumpfspitze bzw. Pyramidenstumpfspitze ausgebildet ist. Man braucht nur die Linse an diesen Seitenwänden mit etwas Klebstoff zu versehen und von oben herein in den Trichter fallen zu lassen. Dadurch wird sich die zweite optische Einheit bildende Linse gleich passend positionieren.

Um die Halteeinrichtung selbst passend zu der ersten optischen Einheit zu positionieren, kann an der ersten optischen Einheit ein besonderes Positionierele ment angeordnet sein. Dieses ist vorteilhafterweise an der der Lichteintrittsfläche gegenüberliegenden, zu der Solarzelle hin gerichteten Innenfläche angeordnet, da wo die Befestigung der Halteeinrichtung erfolgt. Bei einer Ausbildung der Halteeinrichtung als Kegelstumpf oder Pyramidenstumpf kann beispielsweise auf dieser Innenfläche eine der Kantenform der Halteeinrichtung an dem ersten Ende entsprechende Rinnenstruktur ausgebildet sein. Zur Befestigung des ersten Endes braucht man nur die Rinne oder die Kante mit Klebstoff versehen und die Kante in die Rinne einzuführen. Hierdurch ergibt sich durch zentrierenden Formschluss eine passende Ausrichtung der Halteeinrichtung zu der ersten optischen Einheit. Anstelle der erläuterten Rinnen können aber auch andere Positionierelemente zum Einsatz kommen, beispielsweise in das erste Ende eingreifende Vorsprünge, welche den gleichen Effekt haben.

Wenn die Halteeinrichtung ein geschlossenes Volumen umschließt, könnte es bei einer starken Erwärmung vorkommen, dass sich das in dem Volumen befindliche Medium ausdehnt und auf die Mantelflächen der Halteeinrichtung drückt. Um zu vermeiden, dass dadurch eine Fehlausrichtung von Solarzelle und erster optischer Einheit entsteht, ist die Halteeinrichtung vorzugsweise mit Verstärkungen zum Versteifen versehen. Es ist aber auch denkbar, das innere Volumen zu evakuieren oder durch ein sich nur wenig ausdehnendes Gas zu befüllen.

Mit der erfindungsgemäßen Konstruktion lässt sich somit Solarenergie auf Hochleistungssolarzellen konzentrieren, um in diesen die Solarenergie in elektrischen Strom oder Wärmeenergie umzuwandeln. Die Erfindung ermöglicht dadurch die wirtschaftliche Nutzung der hohen Effizienz mehrstufiger Solarzellen aus Halbleitermaterial bei der Lichtumwandlung. Vorzugsweise erfolgt die Konzentration des Sonnenlichtes durch eine optische Einheit, die auf die Unterseite einer für Sonnenlicht transparenten Platte aufgebracht ist.

Die durch die erste optische Einheit gebündelten Lichtstrahlen treffen vorzugsweise auf eine von der ersten optischen Einheit beabstandete zweite optische Einheit – auch Sekundäroptik genannt – die für eine weitere Konzentration und Bündelung des Lichts auf eine im Verhältnis zur Größe der Lichteintrittsfläche sehr kleine Solarzelle dient. Die exakte Positionierung der sehr kleinen Solarzelle erfolgt durch eine mit der Lichteintrittsfläche verbundene Halterungseinheit. Mit der hier beschriebenen Konstruktion sind sehr kleine Solarzellen verwendbar, auch Solarzellen mit einer Kantengröße von unter 0,5 mm Länge sind möglich. Dadurch fallen die hohen Kosten mehrstufiger Solarzellen wenig ins Gewicht. Mit der Erfindung versehene Solarsysteme zur Erzeugung von Strom benötigen daher wesentlich geringere Investitionskosten und geringere Flächen.

Gegenüber den eingangs beschriebenen bekannten Konzentratoreinheiten von bis zu einer 500-fachen Konstruktion werden mit der erfindungsgemäßen Konstruktion Konzentrationen von über 2000 bis 10000-fach gegenüber dem normalen Sonnenlicht ermöglicht. Die erwähnten Solarzellen von unter 0,5 mm Kantenlänge benötigen nur eine Fläche der sehr kostenintensiven Halbleiter von nur 0,25 mm² gegenüber den 6,5 mm² der bekannten Solarzellen (z. B. im FLATCON System). Durch die kleinere Fläche können zudem an einem Wafer auch die Ränder des Wafers besser ausgenutzt werden. Die genannte Fläche entspricht nur 4 % der bisher benötigten Fläche; somit sind nur ca. 5 % der bisherigen Solarzellenkosten aufzuwenden. Dennoch kann aufgrund der genaueren Positionierbarkeit der Solarzellen eine größere Toleranz bei der Nachführung der Solarzellenmodule vorgesehen werden. Während bei den bisher bekannten Konzentratormodulen die Nachführung innerhalb von ± 0,5 Winkelgraden genau sein musste, muss die Genauigkeit der Nachführung bei der erfindungsgemäßen Konstruktion nur ± 3 Winkelgrade betragen.

Dadurch ermöglicht die Erfindung die Verwendung wesentlich kostengünstigerer Systeme zur Montage der Module und wesentlich kostengünstigere Systeme für die Nachführung relativ zur Sonne. Auch aus diesem Grunde ist eine ganz wesentliche Kostensenkung zu erwarten. Somit lässt sich durch die Erfindung ein wesentlicher Schritt zur Industrialisierung dieser interessanten umweltschonenden Technik erreichen.

Vorteile der Erfindung oder deren bevorzugten Ausgestaltungen sind:

• Durch die Verwendung einer Sekundäroptik mit speziellen optischen Eigenschaften lässt sich eine starke Bündelung des einfallenden Sonnenlichts auf eine extrem kleine Fläche erreichen.
• Die Sekundäroptik lässt sich so konstruieren und anordnen, dass sie selbst bei Abweichungen des Winkels des senkrecht einfallenden Sonnenlichts um mehrere Winkelgrade trotzdem eine exakte Bündelung und Fokussierung auf einen vorgegebenen Punkte erreicht.
• Durch die Konstruktion einer am Rand der jeweiligen Lichteintrittsfläche befestigen Haltevorrichtung lassen sich die Solarzellen exakt in dem jeweiligen Brennpunkt positionieren, wobei zusätzlich an den Solarzellen eine Schalt- und Wärmeleitplatte angeordnet werden kann.
• Durch die Konstruktion und Positionierung der Sekundäroptik lässt sich eine gasdichte Versiegelung direkt mit der Solarzelle ermöglichen, um dadurch einen Schutz der sehr empfindlichen Oberfläche der Solarzelle zu erreichen.
• Durch die Konstruktion und Aufbringung einer Wärmeleiterplatte jeweils nur für eine starr fixierte Photovoltaik-Einrichtung (Konzentratoreinheit) wird erreicht, dass die aufgrund hoher Temperaturunterschiede auftretende Expansion der unterschiedlichen Materialien nur zu vernachlässigenden Spannungen führt- im Gegensatz zu Konzentratormodulen, bei denen mehrere Solarzellen fest auf einer Wärmeleiterplatte oder Bodenplatte montiert sind.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird nachfolgend anhand der beigefügten Zeichnung näher erläutert. Darin zeigt:
1 eine stark vereinfachte perspektivische Ansicht einer Konzentrator-Photovoltaik-Vorrichtung in Form eines Konzentratormoduls mit mehreren einzelnen Photovoltaik-Einrichtungen;
2 eine gegenüber 1 vergrößerte Detaildarstellung einer einzelnen Photovoltaik-Einrichtung der Konzentrator-Vorrichtung von 1;
2a eine Schnittdarstellung durch das Konzentratormodul im Grenzbereich zwischen zwei Photovoltaik-Einrichtungen und im Bereich der Lichteintrittsfläche;
3 eine perspektivische Darstellung einer bei der Photovoltaik-Einrichtung von 2 eingesetzten Halteeinrichtung mit einer Sekundäroptik;
4 eine gegenüber 3 vergrößerte Darstellung der in 3 eingesetzten Sekundäroptik; und
5 stark schematisierte Darstellungen der Lichtintensitäten gemäß dem Stand der Technik im Vergleich zu der Lichtintensitätsverteilung bei der hier dargestellten Vorrichtung.
In 1 ist eine Photovoltaik-Vorrichtung in Form eines Konzentratormoduls 10 dargestellt. Das Konzentratormodul 10 hat eine transparente Platte 12, welche über eine Einfassung 14 gehalten wird und mittels nicht näher dargestellter Vorrichtungen bekannter Art jeweils möglichst senkrecht zur Sonnenlichteinstrahlung positionierbar ist. Die transparente Platte 12 ist in einer Vielzahl von quadratischen oder rechteckigen Feldern 16 eingeteilt, welche jeweils an ihren der Sonne zugewandten Außenseiten 18 Lichteintrittsflächen 20 von einzelnen Photovoltaik-Einrichtungen in Form von einzelnen Konzentratoreinheiten 22 bilden. Jedes der Felder 16 repräsentiert somit eine einzelne Konzentratoreinheit 22, so dass das Konzentratormodul 10 insgesamt aus einer Vielzahl von Konzentratoreinheiten 22 aufgebaut ist. Jede Konzentratoreinheit 22 nutzt einen Teil der transparenten Platte 12, so dass die Konzentratoreinheiten 22 über die transparente Platte 12 miteinander verbunden sind.
In 2 ist eine einzelne Konzentratoreinheit 22 als Beispiel für die mehreren Konzentratoreinheiten 22 näher dargestellt. Jedes der Felder 16 hat auf der der Außenseite 18 entgegengesetzten Innenseite eine erste optische Einheit in Form einer Primäroptik 24, mit der das durch die Lichteintrittsfläche 20 eintretende ge samte Licht auf einen Fokus pro Konzentratoreinheit 22 konzentriert wird. Zum Bilden der Primäroptik ist an jedem der Felder 16 eine Fresnellinse ausgebildet, in dem das Feld 16 auf der Innenseite 26 mit entsprechenden Strukturen versehen.
An der Innenseite 26 ist neben den zum Bündeln des Lichtes dienenden Frenelstrukturen 28 außerdem noch jeweils eine Halteeinrichtung 30 befestigt. Die Halteeinrichtung 30 ist, wie sich am besten aus 3 ergibt, wie der Mantel eines Pyramidenstumpfes gebildet. Die Grundfläche des Pyramidenstumpfes entspricht der Form der Felder 16. Ein erstes Ende 32 ist an der Basis des Pyramidenstumpfes offen ausgebildet. Das an der Spitze des Pyramidenstumpfes ausgebildete entsprechend kleinflächigere zweite Ende 34 ist ebenfalls offen. Die Mantelfläche 36 ist rings um vollständig geschlossen. Die Wandungen der Halteeinrichtung 30 sind vorzugsweise aus Kunststoff gebildet, wenngleich auch andere Materialien, wie zum Beispiel Metallbleche denkbar sind.
Wie am besten aus 2a ersichtlich, sind die an dem ersten Ende 32 ausgebildeten Kanten der Halteeinrichtung 30 in entsprechende Nuten 40 fixiert, die an der Innenseite 26 der transparenten Platte im Randbereich eines jeden Feldes 16 hin zu den Kanten 38 komplementär in entsprechender Form ausgebildet sind. Die Kanten 38 sind beispielsweise in den Nuten 40 verklebt.
In der Spitze der Pyramidenstumpfform der Halteeinrichtung 30 ist eine zweite optische Einheit in Form einer Sekundäroptik 42 befestigt, die näher in 4 dargestellt ist. Die Sekundäroptik 42 ist durch einen Körper 44 aus einem optischen Material, wie insbesondere Glas, gebildet, dessen Seitenwände 46 der Innenseite der Halteeinrichtung 30 im Bereich der Pyramidenstumpfspitze angepasst sind. Dementsprechend hat auch der Körper 44 in dem dargestellten Ausführungsbeispiel eine Pyramidenstumpfform. An der Basisfläche 48 dieser Pyramidenstumpfform ist eine Wölbung 50 ausgebildet, welche eine Linse zum weiteren Konzentrieren der Lichteinstrahlung bildet. An der entsprechend kleinflächigeren Spitze der Pyramidenform des Körpers 44 ist eine Planfläche 54 ausgebildet. Ein in 4 rein zu Darstellungszwecken noch von dieser Fläche 54 entfernt dargestellte Solarzelle 56 ist derart mit der Fläche 54 verbunden, dass diese Fläche 54 die lichtempfindliche Oberfläche der Solarzelle 56 versiegelnd abdeckt. Der Körper 44 der Sekundäroptik 42 ist mit seinen Seitenwänden 46 mit der Mantelfläche 36 der Halteeinrichtung 30 verklebt. Dadurch ist auch die Solarzelle 56 fest mit der Halteeinrichtung 30 verbunden und exakt relativ zu der Primäroptik 24 positioniert.
Wie aus den 2 und 4 ersichtlich ist, ist die Solarzelle 56 auf einer Wärmeleiterplatte 58 befestigt, die mit nicht näher dargestellten, aber hinlänglich bekannten weiteren Schalt- und Anschlusselementen versehen ist.
Bei der Herstellung des Konzentratormoduls 10 wird wie folgt vorgegangen.
Zunächst wird die transparente Platte 12 derart hergestellt, dass sie auf der Außenseite eben ist und auf der Innenseite mit den einzelnen Fresnelstrukturen 28 und den Nuten 40 an jedem der einzelnen Felder 16 versehen ist.
Die Halteeinrichtung 30 wird durch ein geeignetes Herstellverfahren, wie beispielsweise Kunststoffspitzguss aus einem Material mit einem möglichst geringen Ausdehnungskoeffizient hergestellt.
Außerdem wird der Körper 44 der Sekundäroptik 42 mit exakter Wölbung 50 hergestellt, anschließend werden die Seitenwände 46 des Körpers mit Kleber versehen und über das offene erste Ende 32 in die Halteeinrichtung 30 eingeführt. Aufgrund der komplementär passenden Innenwand der Halteeinrichtung 30 und der Seitenwände 46 wird die Sekundäroptik 42 beim Einführen automatisch passend positioniert. Dadurch erhält man die in 3 dargestellte Optikeinheit 60, gebildet aus Halteeinrichtung 30 und Sekundäroptik 42. Diese Optikeinheit 60 wird anschließend durch Einführung der Kanten 38 in die Nuten 40 mit der Innenseite der transparenten Platte und damit mit der Primäroptik 24 verbunden. Diese Verbindung wird durch geeignete Fügetechniken, wie zum Beispiel Klebungen, fixiert. In einer Ausgestaltung erfolgt die Verbindung bei noch weicher Ausbildung der transparenten Platte, so dass bei Aushärtung der transparenten Platte automatisch eine feste Verbindung von transparenter Platte 12 und Optikeinheit 60 erfolgt.
Auf der Wärmeleiterplatte 58 werden die Solarzelle 56 sowie die weiteren Schalt- und Anschlusselemente montiert, angeschlossen und getestet. Die Wärmeleitfähigkeit der vorzugsweise aus Metall gebildeten Wärmeleiterplatte kann gezielt durch Verwendung von besonders leitfähigen Metallmaterialien und/oder unterschiedliche Stärke des Materials passend ausgewählt werden. Die Wärmeleitfähigkeit kann auch noch später durch zusätzliche Anbringung von leitenden Materialplatten verändert werden. In nicht dargestellten Ausführungsformen werden auch Kühlrippen an der Wärmeleiterplatte angebracht.
Die Solarzelle 56 wird sodann zusammen mit der an dieser befestigten Wärmeleiterplatte 58 mit der unterseitigen Fläche 54 der Sekundäroptik 42 verbunden sowie gegebenenfalls mit der Halterungseinheit fixiert.
5 zeigt die beispielhafte Lichtverteilung am Bereich einer Solarzelle 56 ohne Verwendung der Sekundäroptik 42 mit dem Bezugszeichen 1 und mit Verwendung der Sekundäroptik 42 mit dem Bezugszeichen 2. Durch die exakt positionierte Sekundäroptik 42 lässt sich eine Verschmälerung der Lichtintensität derart erreichen, dass 90 % der Lichtintensität nicht mehr, wie zuvor, in breiteren Grenzen zwischen x₁-x₁, sondern in engeren Grenzen zwischen x₂-x₂ auftritt. Bei gleicher Solarzellenfläche bleibt so auch bei einer geringen Fehlausrichtung der Solarzelle zu der ersten optischen Einheit ein größerer Anteil der Lichtintensität immer noch im Bereich der lichtaktiven Fläche der Solarzelle.
Durch die exakte Positionierung über die Halteeinrichtung 30 insbesondere in Kombination mit der Sekundäroptik 42 kann man so insgesamt kleinflächigere Solarzellen 56 verwenden und kann dennoch größere Toleranzen bei der Ausrichtung der transparenten Platte 12 zur Lichteinstrahlung zulassen.

10: Konzentratormodul (Photovoltaik-Vorrichtung)
12: transparente Platte
14: Einfassung
16: Felder
18: Außenseite
20: Lichteintrittsflächen
22: Konzentratoreinheit (Photovoltaik-Einrichtung)
24: Primäroptik (erste optische einheit)
26: Innenseite
28: Fresnellstruktur
30: Halteeinrichtung
32: erstes Ende
34: zweites Ende
36: Mantelfläche
38: Kanten
40: Nuten
42: Sekundäroptik
44: Körper
46: Seitenwände
48: Basisfläche
50: Wölbung
52: Spitze
54: Fläche
56: Solarzelle
58: Wärmeleiterplatte
60: Optikeinheit

Claims

Konzentrator-Photovoltaikvorrichtung (10) mit einer Mehrzahl von Photovoltaik-Einrichtungen (22) zur direkten Umwandlung von Sonnenenergie in elektrische Energie, wobei mehrere der Photovoltaik-Einrichtungen (22) jeweils versehen sind mit: einer an einer ersten optischen Einheit (24) ausgebildeten Lichteintrittsfläche (20), einer Solarzelle (56), die eine geringere Flächenausdehnung als die Lichteintrittsfläche (20) der Photovoltaik-Einrichtung (22) hat, wobei die erste optische Einheit (24) zum Konzentrieren oder Bündeln der durch die Lichteintrittsfläche (20) eintretenden Sonnenstrahlung auf einen von der kleineren Fläche der Solarzelle (56) bestimmten, von der Lichteintrittsfläche (20) beabstandeten und gegenüber der Lichteintrittsfläche (20) kleinflächigeren vorgegebenen Bereich (34) ausgebildet ist, dadurch gekennzeichnet, dass die mehreren Photovoltaikeinrichtungen (22) jeweils mit einer Halteeinrichtung (30) versehen sind, mit der die zugeordnete Solarzelle (56) in dem vorgegebenen Bereich (34) positioniert ist, dass die Halteeinrichtung (30) mit einem ersten Ende (32) an der ersten optischen Einheit (24) befestigt ist und dass an einem gegenüberliegenden zweiten Ende (34) der Halteeinrichtung (30) die Solarzelle (56) befestigt ist.
Photovoltaikvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Halteeinrichtung (30) einen Hohlraum umfasst.
Photovoltaikvorrichtung nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Halteinrichtung (30) zumindest innenseitig sich von dem ersten Ende (32) zu dem zweiten Ende (34) hin verjüngend ausgebildet ist.
Photovoltaikvorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Halteeinrichtung (30) kegelstumpfartig oder pyramidenstumpfförmig ausgebildet ist.
Photovoltaikvorrichtung nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass an dem zweiten Ende (34) eine zweite optische Einheit (42) zum weiteren Konzentrieren des durch die erste optische Einheit (24) gebündelten einfallenden Lichts befestigt ist.
Photovoltaikvorrichtung nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Halteeinrichtung (30) eine geschlossene Mantelfläche (36) aufweist.
Photovoltaikvorrichtung nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Halteeinrichtung (30) an dem ersten (32) und dem zweiten Ende (34) offen ist.
Photovoltaikvorrichtung nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die erste optische Einheit (24) an ihrer der Lichteintrittsfläche (20) gegenüberliegenden, zu der Solarzelle (56) hin gerichteten Seite (26) ein Positionierelement (40) zum Positionieren des ersten Endes (32) der Halteeinrichtung (30) aufweist.
Photovoltaikvorrichtung nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die erste optische Einheit (24), die Halteeinrichtung (30) und die Solarzelle (56) oder ein mit der Solarzelle (56) verbundenes Element (58, 44) ein geschlossenes Volumen einschließen.
Photovoltaikvorrichtung nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Halteeinrichtung (30) mit Verstärkungen zum Versteifen gegen Deformationen durch Umwelt- oder Temperatureinflüsse versehen ist.
Photovoltaik-Einrichtung (22) für eine Konzentrator-Photovoltaikvorrichtung (10) nach einem der voranstehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch eine erste optische Einheit (24) mit einer Lichteintrittsfläche (20), einer Solarzelle (56), die eine geringere Flächenausdehnung als die Lichteintrittsfläche (20) hat, wobei die erste optische Einheit (24) zum Konzentrieren oder Bündeln der durch die Lichteintrittsfläche (20) eintretenden Sonnenstrahlung auf einen von der kleineren Fläche der Solarzelle (56) bestimmten, von der Lichteintrittsfläche (20) beabstandeten und gegenüber der Lichteintrittsfläche (20) kleinflächigeren vorgegebenen Bereich (34) ausgebildet ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Solarzelle (56) mittels einer Halteeinrichtung (30) in dem vorgegebenen Bereich (34) positioniert ist, die mit einem ersten Ende (32) an der ersten optischen Einheit (24) befestigt ist, wobei an einem gegenüberliegenden zweiten Ende (32) der Halteeinrichtung (30) die Solarzelle (56) befestigt ist.
Verfahren zum Herstellen einer Konzentrator-Photovoltaikvorrichtung (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 10, gekennzeichnet durch a) Vorsehen einer transparenten Platte (12), die mehrere Felder (16) aufweist, in denen erste optische Einheiten (24) gebildet sind zum Bündeln des durch die einzelnen Felder (16) der transparenten Platte (12) eintretenden Lichts auf kleinere vorgegebene Bereiche (34), b) Vorsehen von je einer Halteeinrichtung (30) pro auszunutzendem Feld (16) zur exakten Positionierung von gegenüber den Feldern (16) kleinflächigeren Solarzellen (56) in den vorgegebenen Bereichen (34), d) Befestigen der Halteeinrichtungen (30) an der einer Lichteintrittsseite (18) entgegengerichteten Seite (26) der transparenten Platte (12) und e) Befestigen einer Solarzelle (56) an jeder Halteeinrichtung.
Verfahren nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass Schritt a) umfasst: Vorsehen von Positionierhilfen (40) zur exakten Positionierung der Halteeinrichtungen (30) an der transparenten Platte (12).
Verfahren nach einem der Ansprüche 12 oder 13, dadurch gekennzeichnet, dass Schritt b) umfasst: Herstellen der Halteeinrichtung (36) in Kegelstumpfform oder Pyramidenstumpfform mit einem Mantel (36) und einem offenen ersten Ende (32) und einem gegenüber dem ersten Ende kleinflächigeren zweiten Ende (34).
Verfahren nach Anspruch 14, gekennzeichnet durch den zwischen Schritt b) und d) auszuführenden Schritt c) Einfügen einer an die Innenseite des Mantels im Bereich des zweiten Endes (34) zur Anlage an dem Mantel angepassten zweiten optischen Einheit (42), die zur weiteren Konzentration des durch die erste optische Einheit (24) gebündelten Lichtes auf einen kleineren Bereich der Solarzelle (56) ausgebildet ist, durch das erste Ende hindurch und innenseitiges Befestigen derselben an dem zweiten Ende (34).