DE102006009182A1

DE102006009182A1 - Photovoltaikanlage und Verfahren zum Betreiben einer Photovoltaikanlage

Info

Publication number: DE102006009182A1
Application number: DE102006009182A
Authority: DE
Inventors: Matthias Raedle; Rene Bergander
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2006-02-24
Filing date: 2006-02-24
Publication date: 2007-09-06

Abstract

Eine Photovoltaikanlage (2) soll auch unter Berücksichtigung der Fertigungs- und Betriebskosten für eine besonders wirtschaftliche Erzeugung von elektrischem Strom ausgelegt sein. Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch eine Photovoltaikanlage (2) mit einer mindestens eine Zylinderfrenellinse (2) umfassenden Konzentratorvorrichtung (6) zur Bündelung einfallenden Sonnenlichtes und mit einer eine Anzahl von Solarzellen (10) umfassenden, im Konzentrationsbereich der Konzentratorvorrichtung (6) angeordneten Solarzelleneinheit (12), wobei die Konzentratorvorrichtung (6) und die Solarzelleneinheit (12) eine längliche Form aufweisen und im Wesentlichen parallel zueinander ausgerichtet sind und wobei im Strahlengang zwischen der Konzentratorvorrichtung (6) und der Solarzelleneinheit (12) eine Filtervorrichtung (22) angeordnet ist, die derart beschaffen ist, dass sie außerhalb des photovoltaischen Anregungsspektrums der Solarzellen (10) liegende Anteile des Sonnenlichtes zumindest zum Teil von den Solarzellen (10) fernhält.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Photovoltaikanlage. Sie betrifft weiterhin ein zum Betreiben einer derartigen Photovoltaikanlage besonders geeignetes Verfahren.
Die Notwendigkeit, im Zuge allmählich knapper werdender natürlicher Ressourcen, insbesondere Öl- und Gasvorkommen, alternative Energiequellen kostengünstig zu erschließen, ist hinlänglich bekannt und bedarf an dieser Stelle keiner weiteren Erläuterung. Eine für die Menschheit schier unerschöpfliche Alternative zu den fossilen Energiequellen stellt die Nutzung der Solarenergie dar. Zur Gewinnung von elektrischer Energie aus Sonnenlicht konkurrieren derzeit photovoltaische Systeme mit solarthermischen Systemen, die über den Umweg der Dampferzeugung nachfolgend über Generatoren elektrischen Strom erzeugen. Für kleine Inselanlagen haben derzeit die photovoltaischen Anlagen, die die Energie des Sonnenlichtes unter Ausnutzung des photoelektrischen Effekts direkt in elektrische Energie umwandeln, Kostenvorteile, während für Großanlagen die solarthermischen Anlagen preisgünstiger Elektrizität erzeugen können.

Generell jedoch sind Photovoltaikanlagen für eine wirtschaftliche Energieerzeugung derzeit immer noch zu teuer, insbesondere wenn man die Herstellungs- und Betriebskosten mit in die Kosten- und Gewinnbilanz einbezieht. Zwar existiert eine beinahe unüberschaubare Menge diesbezüglicher Forschung- und Entwicklungsprojekte, die zum Teil auch schon zu beachtlichen Einzelergebnissen geführt haben. Zum großen Teil zielen derartige Vorhaben aber lediglich auf neuartige Materialien und Konzepte für die in den Photovoltaikanlagen eingesetzten Solarzellen und Solarmodule oder auch auf andere isolierte und für sich allein betrachtete Teilaspekte, wie etwa Lichtkonzentratorsysteme oder Kühlvorrichtungen für die Solarzellen, ab. Eine gesamtheitliche Betrachtung und Optimierung einer Photo voltaikanlage hingegen unterbleibt in der Regel oder wird nicht mit der nötigen Konsequenz verfolgt.

An dieser Stelle setzt die vorliegende Erfindung an, deren Aufgabe es ist, eine Photovoltaikanlage anzugeben, die eine wesentliche Reduzierung der mit der photovoltaischen Stromerzeugung verbundenen Gesamtkosten ermöglicht. Es soll weiterhin ein zum Betreiben einer derartigen Photovoltaikanlage besonders zweckmäßiges Verfahren angegeben werden.

In Bezug auf die Photovoltaikanlage wird die genannte Aufgabe erfindungsgemäß gelöst durch eine Photovoltaikanlage mit einer mindestens eine Zylinderfrenellinse umfassenden Konzentratorvorrichtung zur Bündelung einfallenden Sonnenlichtes und mit einer eine Anzahl von Solarzellen umfassenden, im Konzentrationsbereich der Konzentratorvorrichtung angeordneten Solarzelleneinheit, wobei die Konzentratorvorrichtung und die Solarzelleneinheit eine längliche Form aufweisen und im Wesentlichen parallel zueinander ausgerichtet sind, und wobei im Strahlengang zwischen der Konzentratorvorrichtung und der Solarzelleneinheit eine Filtervorrichtung angeordnet ist, die derart beschaffen ist, dass sie außerhalb des photovoltaischen Anregungsspektrums der Solarzellen liegende Anteile des Sonnenlichtes zumindest zum Teil von den Solarzellen fernhält.

Die Erfindung geht dabei von der Überlegung aus, dass es gar nicht notwendig ist, immer weiter verfeinerte und immer aufwändigere Konzepte zur Steigerung des photoelektrischen Wirkungsgrades von Solarzellen zu entwickeln. Vielmehr wurde erkannt, dass sich bereits mit den zum heutigen Zeitpunkt kommerziell erhältlichen Solarzellen, insbesondere auch mit herkömmlichen und vergleichsweise preisgünstigen Siliziumsolarzellen oder dergleichen, auf wirtschaftlich vorteilhafte Weise elektrische Energie erzeugen lässt, wenn diese in ein ganzheitlich optimiertes Konzept für eine Photovoltaikanlage eingebunden werden. Dabei hat sich herausgestellt, dass sich durch die hier erstmals beschriebene geschickte Kombination und Anwendung grundlegender physikalischer und technologischer Prinzipien überraschend hohe Kostenvorteile sowie weitere vorteilhafte synergistische Effek te realisieren lassen. Damit kann in einer derartig optimierten Photovoltaikanlage in energiewirtschaftlich relevanter Dimension elektrischer Strom erzeugt werden. Zukünftige Verbesserungen bei den Solarzellen selbst wirken sich selbstverständlich auch in diesem Fall positiv aus.

Eines der tragenden Prinzipien, die der Photovoltaikanlage gemäß Anspruch 1 zugrunde liegen, ist die Konzentration oder Bündelung einfallender Sonnenstrahlen mit Hilfe eines aus einer oder mehreren Zylinderfrenellinsen aufgebauten Linearkonzentrators. Das heißt, das direkte Sonnenlicht wird durch die vorzugsweise in Leichtbauweise hergestellten Positivfrenellinsen aus Kunststoff oder Glas auf die Strom erzeugenden Solarzellen gebündelt. Frenellinsen selbst sind seit vielen Jahren bekannt und werden in der Regel als sphärische oder asphärische, rotationssymmetrische optische Systeme hergestellt. Solche optischen Systeme fokussieren die einfallenden Sonnenstrahlen auf einen Punkt, den Brennpunkt. Für die sich in zwei Richtungen gegenüber einer feststehenden Solarzellenanordnung bewegenden Sonne bedeutet dies, dass die Bewegung auch in zwei Richtungen nachgeführt werden muss, um die Sonne jeweils auf denselben Punkt, an dem sich die Solarzelle befindet, abzubilden.

Die für die hier beschriebene Erfindung eingesetzten zylindersymmetrischen Linsen sind zwar nicht so häufig anzutreffen, jedoch aus der Literatur bekannt und bedürfen nur kurzer weiterer Erklärungen. Bei einer Zylinderlinse wird das einfallende Sonnenlicht auf eine Linie, die so genannte Brennlinie, abgebildet. Hierbei ermöglicht die Ausführung in der Art einer frenelschen Stufenlinse die Herstellung vergleichsweise großflächiger Linsen mit kurzer Brennweite bei vergleichsweise gering gehaltenem Gewicht und Volumen des Linsenkörpers. Die Bewegungskomponente der Sonne in Längsrichtung der Zylinderfrenellinse wirkt sich bei hinreichend groß gewählter Länge der Linse und der ihr zugeordneten Solarzellenanordnung auf die eingesammelte und dabei auf die Brennlinie bzw. auf die Solarzellen fokussierte Strahlungsleistung kaum merklich aus, da diese Bewegungskomponente die Brennlinie lediglich in sich selbst verschiebt. Damit kann höchstens in den Endbereichen der Solarzellenanordnung Strahlungsleistung verloren gehen. Dem kann jedoch durch das Anbringen geeigneter Endflächenspiegel vorteilhaft entgegengewirkt werden. Für die hier beschriebene Anordnung ist es günstig, eine vergleichsweise geringe Breite der Zylinderlinse von etwa 0,3 m bis 8 m, insbesondere von etwa 1 m bis 3 m, und eine vergleichsweise große Länge zu realisieren, wobei die Maximallänge nur durch die Gegebenheiten am Aufstellungsort oder die geplante Leistung der Anlage festgelegt ist. Bei einem modularen Aufbau des Photovoltaikverbundes sind damit durchaus Längen von einigen Kilometern realisierbar.

Durch die Bewegungskomponente der Sonne in Querrichtung der Zylinderlinse verschiebt sich die Lage der Brennlinie relativ zur Linse. Diese Bewegung wird vorteilhafterweise durch eine geeignete Nachführung der Linse oder der Solarzellenanordnung ausgeglichen. Die Zylinderfrenellinse erlaubt also eine einachsige Nachführung, die erheblich einfacher zu konstruieren und zu bauen ist als eine zweiachsige Nachführung. Die einachsige Bauweise erlaubt gegenüber einer zweiachsigen Ausführung auch eine deutlich einfachere Größenskalierung, zum Beispiel im Rahmen einer großtechnischen Anlage.

Das auf die Brennlinie fokussierte Licht wird nach einem weiteren Charakteristikum der hier beschriebenen Erfindung zunächst auf die für die photovoltaische Nutzung sinnvollen Wellenlängen reduziert. Dies kann beispielsweise durch einen Wärmereflektionsfilter erfolgen, der aus dem Sonnenspektrum diejenigen Wellenlängen herausfiltert und von der Brennlinie weg reflektiert, deren Photonenenergie zu gering für den Bandabstand der verwendeten Solarzellen ist. Beispielsweise liegen für siliziumbasierte Solarzellen die Grenzwellenlängen im nahen Infrarotbereich, für Solarzellen auf Galliumarsenid-Basis im sichtbaren Bereich. Eine zweckmäßige Abstimmung der Grenzwellenlänge ist dem Fachmann anhand der Kenntnis des Bandabstandes des jeweiligen Halbleiters leicht möglich. Damit gelangt die nur zur Erwärmung führende, aber nicht zur elektrischen Stromerzeugung nutzbare Strahlung gar nicht erst zu den Solarzellen, so dass diese nicht unnötig erhitzt oder anderweitig geschädigt werden. Für eine derartige Filterung können neben selektiv reflektierenden Reflektionsfiltern, Interferenzfiltern oder metall bedampften Glasflächen auch wellenlängenselektiv absorbierende Farbstoffe verwendet werden. Die Farbstoffe werden hierzu vorteilhafterweise in einer Flüssigkeit gelöst, die bei besonders vorteilhafter Ausgestaltung gleichzeitig auch zur Kühlung der Solarzellen verwendet werden kann. Auch Pigmente zur Beschichtung der das Sonnenlicht konzentrierenden Frenellinsen können günstigerweise Anwendung finden.

Günstig ist es weiterhin, zu kurze Wellenlängen aus dem Sonnenspektrum auszufiltern und so die Lebensdauer der Solarzellen zu erhöhen. Im natürlichen Sonnenlicht sind ca. 7 % Strahlung enthalten, die kürzere Wellenlängen als sichtbares Licht aufweisen. Die Photonen dieser Strahlung werden ohnehin nur mit einem sehr schlechten Wirkungsgrad von den Solarzellen verarbeitet, weil aus der Photonenenergie von typischerweise 3 eV nur derjenige Anteil zur Elektrizitätserzeugung verwertet wird, der dem Bandabstand des Halbleiters entspricht. Im Falle von siliziumbasierten Solarzellen sind dies etwa 0,6 eV. Wie sich nunmehr herausgestellt hat, bringt das Wegfiltern dieser kurzwelligen Strahlungsanteile nur vergleichsweise geringe Effizienzeinbußen, dafür aber ein große Lebensdauerverlängerung mit sich, weil auf diese Weise die durch die UV-Strahlung verursachten Degradationsvorgänge unterbunden werden.

Insgesamt ist es ein wesentliches Element der erfindungsgemäßen Anordnung, die Konzentration der angebotenen Lichtleistung durch den geschickten Einsatz von linearen Frenellinsen wirtschaftlich so günstig zu gestalten, dass auf die die Solarzellen schädigenden Anteile der eingestrahlten Lichtleistung verzichtet werden kann. Insbesondere die Absorption oder Reflektion des UV-Lichtes trägt zu einer Steigerung der Lebensdauer der Solarzellen bei.

Trotz der Filterung der Sonnenstrahlung begrenzt in der Regel die hohe Strahlungsintensität und die damit verbundene Temperaturerhöhung die Möglichkeit, das Sonnenlicht zu konzentrieren. Daher ist es zweckmäßig, die im Bereich der Solarzellen auftretenden Temperaturen durch eine geeignete Kühlvorrichtung auf einem möglichst niedrigen Niveau zu halten und damit

1. die jeweilige Solarzelle vor zu hoher Hitze und einer damit verbundenen Zerstörung zu schützen,
2. insbesondere bei Silizium-Solarzellen durch die Kühlung eine Steigerung der Energieausbeute zu erzielen und damit den Wirkungsgrad zu erhöhen, und
3. einen höheren Sonnenkonzentrationsgrad zu ermöglichen.

Neben der Lichtfilterung ist das Einbringen einer Flüssigkeitsschicht in den Strahlengang zwischen der Frenellinse und der Solarzellenanordnung eine besonders zweckmäßige Maßnahme. Ein geeignetes Kühlmedium ist zum Beispiel Wasser. Wasser ist in vielen Gegenden der Welt in großem Maße und zu einem relativ geringen Preis verfügbar und besitzt überdies eine für Kühlzwecke günstige hohe Wärmekapazität.

Es kann aber auch günstig sein, andere Flüssigkeiten als Wasser zur Kühlung zu verwenden, vorzugsweise organische Lösungsmittel mit vergleichsweise niedrigem Siedepunkt. Dies ist insbesondere sinnvoll in Kombination mit einem geschlossenen Kühlmittelkreislauf, der nach dem Prinzip einer dem Fachmann bekannten Headpipe den Solarzellen am Ort der Wärmeentstehung über Verdampfung Wärme entzieht, diese in der Dampfphase abtransportiert und am Ort der Kühlung wieder auskondensiert. Besonders günstig ist es dabei, zur Einsparung von Pumpen oder dergleichen die Aufstellung der Kühlung oder des Kühlreservoirs oberhalb der Einstrahlungsebene, d. h. oberhalb der Solarzellen, vorzunehmen. Dadurch entsteht ein Naturumlauf, der keinerlei zu installierende Pumpen und keinerlei elektrische oder mechanische Zusatzenergie benötigt. Ein weiterer Vorteil von nicht wässrigen Kühlflüssigkeiten besteht darin, dass handelsübliche Solarzellen von Wasser angegriffen werden und deswegen zum Beispiel durch Lacke oder durch Dünnglas, welches stoffschlüssig und damit mit guter Wärmeübertragung auf die Solarzellen aufgebracht ist, geschützt werden müssen. Organische Lösungsmittel hingegen, wie zum Beispiel Alkohol, Methanol oder Hexan oder andere leicht flüchtige Lösungsmittel, greifen die Solarzellen in nicht so star kem Maße an, so dass eine direkte Umströmung ohne die genannten Abdeckungsmaßnahmen möglich ist.

Zur Verringerung des regelungstechnischen Aufwandes und zur Einsparung der für den Betrieb von Pumpen notwendigen Energie erweist es sich auch an Aufstellungsorten mit vergleichsweise großem Wasserangebot als günstig, mit der Kühlflüssigkeit (z. B. Wasser) eine Verdunstungskühlung zu realisieren. Dabei steht die Flüssigkeit vorteilhafterweise frontseitig über der jeweiligen Solarzelle und gegebenenfalls auch rückseitig hinter ihr. Das einfallende Licht durchstrahlt die Kühlflüssigkeit, bevor es zur Solarzelle gelangt. Die Kühlflüssigkeit wird zweckmäßigerweise in leichtem Überschuss relativ zur maximal zu erwartenden Verdampfungsmenge zugegeben, um den regelungstechnischen Aufwand für die Dosierung gering zu halten. Es kann sich als günstig erweisen, einen hoch liegenden Vorratsbehälter zu installieren, der über einen gewissen Zeitraum – wie zum Beispiel eine Woche – einen hinreichend großen Kühlflüssigkeitsvorrat bereitstellt. Das im Überschuss zugespeiste Kühlmedium wird in einem Behälter unterhalb der Solarzellen gesammelt und nachfolgend wieder in den hoch liegenden Vorratsbehälter gepumpt. Verdunstete Fehlmengen werden ersetzt.

Für eine verbesserte Verdunstungskühlung kann es auch zweckmäßig sein, die Kondensationsflächen, an denen der Kühlmitteldampf auskondensiert, durch eine kaskadenartige Anordnung zu vergrößern.

Bei größeren Anlagen kann es sich zudem als günstig erweisen, das Prinzip der Thermosiphonwirkung zu realisieren. Dabei steigt die erwärmte Kühlflüssigkeit frontseitig über den Solarzellen hoch, kühlt sich an der Flüssigkeitsoberfläche durch Wärmeabgabe oder Verdunstung ab und sinkt anschließend hinter der Zelle nach unten. Diese selbsttätig einsetzende Konvektionsströmung erspart die Installation von Pumpen zur Strömungsförderung. Da das Einsetzen der Thermosiphonwirkung eine gewisse Mindestleistung der Anlage von typischerweise 1 kW elektrischer Leistung und eine Mindestpegelhöhe des thermodynamisch wirksamen Flüssigkeitsvolumens, typischerweise etwa 30 cm oder mehr, voraussetzt, ist die se Art der Kühlung gerade in Kombination mit vergleichsweise großflächigen Linsensystemen, insbesondere mit Frenellinsenanordnungen, zweckmäßig bzw. überhaupt erst realisierbar. Zur geeigneten Strömungsführung können auch Leitbleche oder Ähnliches in dem die Kühlflüssigkeit umgebenden Gehäuse installiert sein. Ferner muss das thermodynamisch wirksame Flüssigkeitsvolumen nicht unbedingt mit dem vom Sonnenlicht durchstrahlten Flüssigkeitsvolumen identisch sein. Für die Strömungsführung kann es sich als günstig erweisen, wenn sowohl direkt vor als auch direkt hinter der Solarzelle die erwärmte Kühlflüssigkeit aufsteigt und in einer thermisch durch Isolation und/oder räumliche Separation getrennten Vorrichtung die inzwischen abgekühlte Flüssigkeit nach unten sinkt oder strömt.

Auch bei einem gemäß dem Prinzip der Konvektionskühlung oder Thermosiphonwirkung arbeitenden Kühlsystem kann es günstig sein, wenn die Kühlflüssigkeit durch das konzentrierte Sonnenlicht bis zur Verdampfung erhitzt wird, so dass sich Gasblasen bilden. Zum einen erhöht die Blasenbildung den lokalen Wärmeübergang von den Solarzellen zur Kühlflüssigkeit und zum anderen verstärkt sich durch die Absenkung der Dichte des frontseitig über den Solarzellen befindlichen Blasen-Flüssigkeitsgemisches die Thermosiphonwirkung.

Bei Wasserknappheit in der Region der Anlageninstallation kann es sich des Weiteren als günstig erweisen, das verdunstete Wasser durch Auskondensieren zurück zu gewinnen und erneut für die Kühlung zu verwenden. Dies verhindert auch die Ablagerung von Kalk und anderen Rückständen, da nach dem ersten Durchlauf destilliertes Wasser vorliegt.

Es hat sich herausgestellt, dass das Prinzip des Naturumlaufes zur Kühlung der Solarzellen über oben liegende Kühl- oder Verdunstungsflächen nur im Zusammenhang mit Konzentratorvorrichtungen auf der Basis von Frenellinsen sinnvoll ist, nicht jedoch bei Spiegelsystemen. So ist dem Fachmann aus dem gewöhnlichen Heizungsbau bekannt, dass zur Ausnutzung des Naturumlaufes oder der Thermosiphonwirkung die Heizquelle unterhalb der Kühlfläche liegen muss, damit eine Umwälzung ohne kostenaufwendige Zusatzpumpe zustande kommt. Bei Spiegelkonzentratoren ist die absorbierende Solarzellenfläche ohnehin schon oberhalb der Spiegelfläche positioniert, so dass eine zur Realisierung der Thermosiphonwirkung erhöht liegende Kühlfläche einen nicht sinnvollen Bauaufwand mit sich bringen würde.

Es besteht auch die Möglichkeit, das durch die Sonnenstrahlen erwärmte Kühlmedium zugleich zum Betreiben einer solarthermischen Anlage oder zu anderen Zwecken zu nutzen. In diesem Fall ist vorteilhafterweise eine Pumpe zur kontinuierlichen Förderung des Kühlmedium im Kühlkreislauf vorgesehen. Vorteilhafterweise wird das überschüssige, durch den Infrarotanteil der Lichtstrahlen erwärmte Kühlmedium an der den Solarzellen gegenüberliegenden Seite des Kühlmittelgehäuses oder auch an der Solarmodulseite entnommen und zur weiteren Nutzung einem Wärmetauscher zugeführt.

Eine besonders zweckmäßige Ausführungsform der Photovoltaikanlage kann auch darin bestehen, nicht die Frenellinsenflächen der Sonne nachzuführen, sondern den die Solarzellen und gegebenenfalls die Kühlvorrichtung enthaltenden Absorber. Neben der Kostenersparnis, die dadurch entsteht, dass nur die vergleichsweise kompakten Solarzellen mit den Kühleinheiten mechanisch bewegt werden müssen, ergibt sich ein weiterer Vorteil dadurch, dass die gesamte Anlage in der Art eines geschlossenen Gehäuses ausgeführt werden kann. Ähnlich einem Gewächshaus sind die – auf der nördlichen Hemisphäre – nach Süden ausgerichteten und in einem geeigneten Neigungswinkel von beispielsweise 45° gegenüber der Horizonalen ausgerichteten Frenellinsenflächen als Wand- oder Deckenelemente eines starren Gehäuses oder Gebäudes ausgestaltet. Die Solarzellen und die Antriebseinheiten der Nachführungsvorrichtung liegen bevorzugt innerhalb der geschlossenen Gehäusehülle. Dies ist insbesondere dann von zusätzlichem Vorteil, wenn der Aufstellungsort der Anlage witterungsbedingt in Gebieten liegt, die durch starke Winde und Sand- oder Stauberosion geprägt sind. Hier sind nämlich die Antriebe normalerweise durch umherfliegenden Sand einem erhöhten Verschleiß ausgesetzt. In dem geschlossenen Gehäuse ist die Windgeschwindigkeit auf null herabgesetzt und damit der Sandflug unterbunden. Dies erspart beträchtliche bautechnische Kosten, da auf eine aufwändige Einzelkapselung der Antriebseinheiten verzichtet werden kann.

Ein weiterer Vorteil dieser Ausführungsform besteht darin, dass durch die Abwärme der Solarzellen und der Kühleinheiten innerhalb des Gehäuses eine gegenüber der Außenumgebung um 5 °C bis zu 20 °C erhöhte Temperatur vorliegt, so dass die relative Luftfeuchtigkeit im Innenraum erniedrigt ist. Dadurch wird die wasserdampfbedingte Korrosion der Anlagenteile stark reduziert, was die Lebensdauer der Anlage beträchtlich erhöht.

Die Nachführung der Solarzellen gemäß dem aktuellen Stand der Sonne könnte beispielsweise durch Schwenken um eine zur Längsrichtung der Konzentratorvorrichtung parallele Drehachse erfolgen. Um die Effektivität der auf den Solarzellen angebrachten, mit einer Kühlflüssigkeit gefüllten Kühleinheiten nicht zu beeinträchtigen, erfolgt die Nachführung der Solarzellenanordnung jedoch bevorzugt in der Weise, dass die Solarzellen im Wesentlichen stets waagrecht ausgerichtet bleiben. Dies bringt zwar unter Umständen eine Verschlechterung des optischen Fokusses mit sich, führt aber, wie sich überraschend herausgestellt hat, bei den heutzutage kommerziell verfügbaren Solarzellen zu keinerlei Verringerung der elektrischen Ausbeute. Es kann in einer derartigen Photovoltaikanlage auch sinnvoll sein, die Solarzellen nicht direkt im Fokus, sondern näher an der Zylinderfrenellinse zu positionieren, um so Baugröße einzusparen und die Anlage optimal für den Arbeitspunkt der jeweils verwendeten Solarzellen auszulegen. Eine derartige Positionierung der Solarzellen, zum Beispiel in einem Abstand zur Frenellinse, der etwa 80 % ihrer Brennweite entspricht, erlaubt auch größere Fertigungstoleranzen bei der Herstellung der Frenellinse, was wiederum Kosten bei der Herstellung einspart. Solche Linsensysteme können dann ähnlich wie Toilettenfenster als Floatglas oder als einfachstes Pressglas über Rollenwalzen gewalzt werden und sind damit auf besonders einfache Weise einer großtechnischen Herstellung zugänglich. Insbesondere sind die Linsen mit einem wesentlich geringeren Aufwand herzustellen als die Solarzellen. Zum Beispiel sind nach der Kostenstellung des Jah res 2006 die Kosten für die Solarzellen ca. 20 bis 500 mal höher als für die der zugeordneten Frenellinsen.

Verschiedene Ausführungsbeispiele der Erfindung werden anhand einer Zeichnung näher erläutert. Darin zeigen:
1 schematisch eine Ansicht einer Photovoltaikanlage gemäß einer ersten Ausführungsform,
2 eine Photovoltaikanlage gemäß einer zweiten Ausführungsform,
3 eine Photovoltaikanlage gemäß einer dritten Ausführungsform,
4 schematisch den Strahlengang in einer Photovoltaikanlage gemäß einer ersten vorteilhaften Variante,
5 den Strahlengang in einer Photovoltaikanlage gemäß einer zweiten vorteilhaften Variante,
6 den Strahlengang in einer Photovoltaikanlage gemäß einer dritten vorteilhaften Variante,
7 einen Querschnitt durch ein Solarzellenmodul mit einer integrierten Kühleinheit gemäß einer ersten Ausführungsform,
8 ein Solarzellenmodul mit integrierter Kühleinheit gemäß einer zweiten Ausführungsform,
9 ein Solarzellenmodul mit integrierter Kühleinheit gemäß einer dritten Ausführungsform, und
10 ein Solarzellenmodul mit integrierter Kühleinheit gemäß einer vierten Ausführungsform.
Gleiche Teile sind in allen Figuren mit denselben Bezugszeichen versehen.
Die in 1 mit ihren Grundbestandteilen dargestellte Photovoltaikanlage 2 ist für eine optimierte Nutzung einfallender Sonnenstrahlen 4 bei zugleich verhältnismäßig niedrigen Herstellungs- und Betriebskosten ausgelegt. Sie umfasst eine Konzentratorvorrichtung 6 mit einer in einem Rahmen oder einen Traggestell (nicht dargestellt) eingespannten Frenellinse 8 von länglicher, zylindersymmetrischer Bauart (Zylinderfrenellinse bzw. lineare Frenellinse). Die Länge der Konzentratorvorrichtung 6 wird mit L, die Breite mit d bezeichnet. Die der Sonne zugewandte Oberseite der Frenellinse besitzt eine glatte, ebene Oberfläche; die Unterseite ist in frenellscher Bauart gestuft bzw. „gerillt" ausgeführt (hier nur schematisch angedeutet). Dadurch wird das einfallende Sonnenlicht 4 auf eine Brennlinie 14 oder bei etwas „aufgeweichter" Optik auf einen länglichen Konzentrationsbereich fokussiert, in dem eine aus einer Mehrzahl von Solarzellen 10 gebildete Solarzelleneinheit 12 angeordnet ist, die das dort ankommende Sonnenlicht in elektrische Spannung/Strom umwandelt. Der Abstand a der Solarzelleneinheit 12 zur Frenellinse 8 entspricht ungefähr deren Brennweite, kann aber auch etwas geringer gewählt sein.
Im vorliegenden Fall ist die Konzentratorvorrichtung 6 raumfest und mit einem festen Neigungswinkel installiert. Die durch die Sonnenbewegung verursachte Verschiebung der Brennlinie 14 wird durch eine entsprechende Verlagerung der Solarzelleneinheit 12 mit Hilfe einer hier nicht dargestellten Nachführungsvorrichtung kompensiert. Die Bewegungsrichtung ist schematisch durch den Richtungspfeil 16 angedeutet. Dabei kann die Verlagerung beispielsweise durch Verschieben der Solarzelleneinheit 12 oder durch Verschwenken um eine parallel zur Längsrichtung 18 liegende Drehachse erfolgen. Die Anforderungen an die Genauigkeit der Nachführung sind vergleichsweise gering, so dass auch der diesbezügliche regelungstechnische und apparative Aufwand gering ausfällt.
Bei der in 2 in einer rückwärtigen Ansicht dargestellten Variante sind zusätzlich Endflächenspiegel 20 an den Enden der Solarzelleneinheit 12 angeordnet, die schräg zur Lotrichtung auf der Frenellinse 8 einfallende Lichtstrahlen auf die Brennlinie 14 bzw. auf die Solarzelleneinheit 12 zurück projizieren und so etwaige Endverluste minimieren.
Bei der in 3 im Sinne einer Prinzipskizze dargestellten Variante ist im Strahlengang zwischen der Konzentratorvorrichtung 6 und der Solarzelleneinheit 12 eine Filtervorrichtung 22 angeordnet, die für die Solarzellen 10 schädliche, d. h. die Lebensdauer begrenzende Lichtanteile (insbesondere im UV-Bereich) oder solche Anteile, die bei geringer Elektrizitätsausbeute lediglich eine unerwünschte Erwärmung hervorrufen (insbesondere im Infrarot-Bereich), absorbiert oder reflektiert. Bei der Filtervorrichtung 22 kann es sich beispielsweise um ein Flüssigkeitsbad mit einer Absorberflüssigkeit, insbesondere Wasser mit einem darin gelösten Farbstoff, handeln, so dass eine Selektion der zu den Solarzellen 10 durchdringenden Sonnenstrahlen nach ihrem Optimalnutzen erfolgt. Die infolge der Absorption erwärmte Absorberflüssigkeit kann gegebenenfalls über einen angeschlossenen Pumpkreislauf abtransportiert/ausgetauscht und für Heizzwecke oder andere solarthermische Anwendungen genutzt werden.
Bei den in 4 bis 6 dargestellten Varianten ist als Bestandteil der Filtervorrichtung 22 anstelle oder auch zusätzlich zu einem (nicht dargestellten) Flüssigkeitsbad ein Wärmereflektionsspiegel 24 zur wellenlängenselektiven Filterung des auf die Solarzellen 10 fallenden Sonnenlichtes vorgesehen. Die Anordnung erstreckt sich in Längsrichtung 18 über die gesamte Längenausdehnung L; das heißt, der in 4 bis 6 gezeigte Querschnitt sieht im Wesentlichen über die gesamte Länge L der Photovoltaikanlage 2 jeweils gleich aus.
Bei der Variante gemäß 4 trifft das einfallende Sonnenlicht 4 auf eine in einem Gestell verankerte Zylinderfrenellinse 8, wird dort gebündelt und weiter nach unten auf einen Wärmereflektionsspiegel 24 geworfen. Der Wärmereflektionsspie gel 24 lässt die vergleichsweise kurzwelligen Strahlungsanteile, beispielsweise mit einer Wellenlänge von weniger als 750 nm, durch und reflektiert die restlichen, vergleichsweise langwelligen Anteile auf die Solarzellen 10 der Solarzelleneinheit 12. Es ist auch möglich, zusätzlich diejenigen Strahlungsanteile mit einer Wellenlänge von beispielsweise mehr als 1000 nm oder mehr als 1200 nm herauszufiltern, bevor diese die Solarzellen 10 erreichen. Zu diesem Zweck können weitere, hier nicht dargestellte Filtervorrichtungen zwischen der Frenellinse 8 und dem Wärmereflektionsspiegel 24 und/oder zwischen dem Wärmereflektionsspiegel 24 und der Solarzelleneinheit 12 vorgesehen sein, zum Beispiel in der Art eines mit einem Absorber versetzten Flüssigkeitsbades oder eines Interferenzfilters. Bei Siliziumsolarzellen ist es vorteilhaft, wenn die auf sie treffenden Lichtstrahlen in einem Wellenlängenintervall zwischen 750 nm und 1200 nm, oder besser noch zwischen 750 nm und 1000 nm liegen, da die unterhalb dieses Intervalls liegenden Anteile langfristig zu Degradationserscheinungen bei den Solarzellen führen können und die oberhalb dieses Intervalls liegenden Wellenlängen im Wesentlichen nur zur Erwärmung der Zellen beitragen, die ebenfalls schädlich ist und in der Regel durch Kühlung kompensiert werden muss.
Bei der alternativen Variante gemäß 5 werden die durch den Wärmereflektionsspiegel 24 hindurchgehenden, vergleichsweise kurzwelligen Lichtstrahlen zur Stromerzeugung in den Solarzellen 10 der Solarzelleneinheit 12 genutzt, während die vergleichsweise langwelligen Strahlungsanteile weggespiegelt werden. Der gespiegelte Anteil könnte weiterhin zur Beheizung einer solarthermischen Anlage oder dergleichen weiterverwendet werden, was hier nicht näher dargestellt ist. Bei einer derartigen Kombination aus einer Photovoltaikanlage und einer solarthermischen Anlage wird die gesamte Strahlungsenergie der Sonnenstrahlen möglichst vollständig benutzt. Auch bei dem Strahlengang gemäß 5 kann wieder eine Kombination aus einem Flüssigkeitsbad und einem Wärmereflektionsspiegel zur wellenlängenselektiven Lichtfilterung zum Einsatz kommen.
Alternativ oder zusätzlich zu einem Wärmereflektionsspiegel kann auch ein so genannter Kaltlichtspiegel verwendet werden, der die kurzwelligen Strahlungsanteile reflektiert und die langwelligen durchlässt. Beispielsweise kann in der Anordnung gemäß 4 oder 5 der Wärmereflektionsspiegel 24 durch einen derartigen Kaltlichtspiegel ersetzt sein. Es sind aber auch Kombinationen der beiden Spiegelarten möglich, um zu erreichen, dass nur die optimal verwertbaren Lichtanteile auf die Solarzellen 10 fallen.
Weiterhin können wie in 6 dargestellt zusätzliche Reflektionsspiegel 26 in den Strahlengang eingebracht sein, wodurch gegebenenfalls zusätzliche bauliche Freiheitsgrade und Vorteile bei der Anordnung der Solarzellen 10 und/oder bei der Nachführung der Sonnenbewegung realisierbar sind.
7 zeigt einen Querschnitt durch eine mögliche Ausführungsform eines gekühlten Solarzellenmoduls 28, wobei oberhalb der jeweiligen Solarzelle 10 oder einer Gruppe von Solarzellen 10 eine Kühleinheit 30 angeordnet ist. Innerhalb eines auf die Solarzellen 10 aufgesetzten Gehäuses 32 befindet sich eine Kühlflüssigkeit 34, die die in den Solarzellen 10 entstehende Wärme von diesen abführt. Um einen direkten Kontakt zwischen den Solarzellen 10 und der Kühlflüssigkeit 34 zu vermeiden, kann, wie in 7 gezeigt, eine Abdeckung 36 aus Dünnglas auf die Solarzellen 10 aufgebracht sein. Eine gute thermische Leitfähigkeit ist dabei durch eine transparente Zwischenschicht 38, zum Beispiel aus Epoxidharz oder Öl, sichergestellt. Eine Abdeckung 36 aus Glas ist gegenüber einer Kunststoffabdeckung oder einer Kunststoffscheibe bevorzugt, da bei Kunststoff die Gefahr besteht, dass die Kühlflüssigkeit 34 hindurch diffundiert und dadurch in Kontakt mit der Solarzelle 10 tritt. Das nach oben hin, d. h. zur Seite der Lichteinstrahlung hin, durch ein transparentes Fenster 40 abgeschlossene Gehäuse 32 ist nicht vollständig mit Kühlflüssigkeit 34 befüllt; vielmehr ist die Füllstandshöhe mit beispielsweise 300 mm bis 1000 mm relativ gering gehalten, so dass zwischen der Flüssigkeitsoberfläche und dem Fenster 40 ein freier Zwischenraum 41 verbleibt. Damit erfolgt ein ausgesprochen effektiver Abtransport der Wärme von den Solarzellen 10, sprich eine zuverlässige und effektive Solarzellenkühlung durch Verdunstung. Der apparative und regelungstechnische Aufwand für eine derartige Verdunstungskühlung ist minimal. Es muss nur gelegentlich die durch Verdunstung und Entweichen in die Umgebung verloren gegangene Kühlflüssigkeit 34 ersetzt bzw. nachgefüllt werden.
Gegebenenfalls kann das Gehäuse 32 auch in der Art einer nach oben hin offenen Wanne gestaltet sein; d. h., auf das Fenster 40 wird in diesem Fall verzichtet.
Weiterhin kann der Kühlflüssigkeit 34 ein absorbierender Farbstoff beigemischt sein, so dass die Kühlflüssigkeit 34 neben der Kühlung der Solarzellen 10 auch die weiter oben bereits beschriebene Funktion der selektiven Lichtfilterung erfüllt.
Die Anordnung gemäß 8 unterscheidet sich von derjenigen in 7 vor allem durch eine wesentlich größere Bauhöhe des die Kühlflüssigkeit 34 umschließenden Gehäuses 32 und durch einen höheren Füllstand der Kühlflüssigkeit 34 an sich. Die Dimensionierung ist derart gewählt, dass die Ausbildung von Konvektionsrollen im Flüssigkeitsvolumen aufgrund der durch die Sonnenstrahlen bedingten Beheizung unterstützt wird (schematisch angedeutet durch die Strömungspfeile 42). Dies trifft auch bei der Ausführungsvariante gemäß 9 zu, bei der die jeweilige Solarzelle 10 oder eine Gruppe von Solarzellen 10 allseitig von der Kühlflüssigkeit 34 umgeben ist, also front- und rückseitig umströmt wird. Eine derartige Ausnutzung der Thermosiphonwirkung ist gleichfalls für eine effektive Kühlung der Solarzellen 10 ausgesprochen vorteilhaft. Zusätzlich kann auch bei den beiden letztgenannten Varianten das Prinzip der Verdunstungskühlung realisiert sein. Dabei kann es ganz allgemein vorteilhaft sein, durch eine kaskadenartige Anordnung der transparenten Fensterscheiben 40 vergrößerte Kondensationsflächen für den aufsteigenden Kühlflüssigkeitsdampf bereit zu stellen. Dies ist in 10 schematisch dargestellt.

2: Photovoltaikanlage
4: Sonnenstrahlen
6: Konzentratorvorrichtung
8: Frenellinse
10: Solarzelle
12: Solarzelleneinheit
14: Brennlinie
16: Richtungspfeil
18: Längsrichtung
20: Endflächenspiegel
22: Filtervorrichtung
24: Wärmereflektionsspiegel
26: Reflektionsspiegel
28: Solarzellenmodul
30: Kühleinheit
32: Gehäuse
34: Kühlflüssigkeit
36: Abdeckung
38: Zwischenschicht
40: Fenster
41: Zwischenraum
42: Strömungsrichtung
a: Abstand
d: Breite
L: Länge

Claims

Photovoltaikanlage (2) mit einer mindestens eine Zylinderfresnellinse (8) umfassenden Konzentratorvorrichtung (6) zur Bündelung einfallenden Sonnenlichtes und mit einer eine Anzahl von Solarzellen (10) umfassenden, im Konzentrationsbereich der Konzentratorvorrichtung (6) angeordneten Solarzelleneinheit (12), wobei die Konzentratorvorrichtung (6) und die Solarzelleneinheit (12) eine längliche Form aufweisen und im Wesentlichen parallel zueinander ausgerichtet sind, und wobei im Strahlengang zwischen der Konzentratorvorrichtung (6) und der Solarzelleneinheit (12) eine Filtervorrichtung (22) angeordnet ist, die derart beschaffen ist, dass sie außerhalb des photovoltaischen Anregungsspektrums der Solarzellen (10) liegende Anteile des Sonnenlichtes zumindest zum Teil von den Solarzellen (10) fernhält.
Photovoltaikanlage (2) nach Anspruch 1, wobei die Filtervorrichtung (22) derart beschaffen ist, dass sie diejenigen Wellenlängenbereiche oder zumindest Teilbereiche davon von den Solarzellen (10) fernhält, die von den Solarzellen (10) nur mit einem unterhalb eines vorgegebenen Mindestwirkungsgrades liegenden Wirkungsgrad zur Elektrizitätserzeugung verwertbar sind.
Photovoltaikanlage (2) nach Anspruch 1 oder 2, wobei die Filtervorrichtung (22) diejenigen Anteile des Sonnenlichtes von den Solarzellen (10) fernhält, die eine Wellenlänge oberhalb einer oberen Grenzwellenlänge besitzen, wobei die obere Grenzwellenlänge im einem Intervall von 1000 nm bis 1200 nm, vorzugsweise bei etwa 1000 nm, liegt.
Photovoltaikanlage (2) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei die Filtervorrichtung (22) diejenigen Anteile des Sonnenlichtes von den Solarzellen (10) fernhält, die eine Wellenlänge unterhalb einer unteren Grenzwellenlänge besitzen, wobei die untere Grenzwellenlänge vorzugsweise bei etwa 500 nm liegt.
Photovoltaikanlage (2) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei die Filtervorrichtung (22) mindestens einen Wärmereflektionsspiegel (24) umfasst, welcher die unterhalb einer charakteristischen Wellenlänge liegenden kurzwelligen Anteile des Lichtes durchlässt und die restlichen, langwelligen Anteile reflektiert.
Photovoltaikanlage (2) nach Anspruch 5, wobei der Wärmereflektionsspiegel (24) derart im Strahlengang des einfallenden Sonnenlichtes angeordnet ist, dass die von ihm reflektierten, langwelligen Lichtstrahlen auf die Solarzellen (10) treffen.
Photovoltaikanlage (2) nach Anspruch 5, wobei der Wärmereflektionsspiegel (24) derart im Strahlengang des einfallenden Sonnenlichtes angeordnet ist, dass die durch ihn hindurch gehenden, kurzwelligen Lichtstrahlen auf die Solarzellen (10) treffen.
Photovoltaikanlage (2) nach Anspruch 6, bei dem der Wärmereflektionsspiegel (24) derart angeordnet und ausgerichtet ist, dass die von ihm reflektierten Lichtstrahlen auf einen Absorber oder einen Kollektor einer zugeordneten solarthermischen Anlage treffen.
Photovoltaikanlage (2) nach einem der Ansprüche 1 bis 8, mit einem im Strahlengang zwischen der Konzentratorvorrichtung (6) und der Solarzelleneinheit (12) angeordneten Reflektionsspiegel (26), der die einfallenden Lichtstrahlen auf die Solarzellen (10) umlenkt.
Photovoltaikanlage (2) nach einem der Ansprüche 1 bis 9, wobei die Zylinderfresnellinse (8) an ihrer Oberfläche mit einer wellenlängenselektiv absorbierenden Beschichtung versehen ist.
Photovoltaikanlage (2) nach einem der Ansprüche 1 bis 10, wobei die Filtervorrichtung (22) ein von den einfallenden Lichtstrahlen durchstrahltes Flüssigkeitsbad mit einer Absorberflüssigkeit umfasst.
Photovoltaikanlage (2) nach einem der Ansprüche 1 bis 11 mit einer Anzahl von Kühleinheiten (30) für die Solarzellen (10), wobei die jeweilige Kühleinheit (30) ein eine Solarzelle (10) oder eine Gruppe von Solarzellen (10) umgebendes oder einfassendes Gehäuse (32) mit einem für einfallende Lichtstrahlen transparenten Fenster (40) oder mit einer Lichteinlassöffnung aufweist, und wobei der Gehäuseinnenraum bis zu einer unterhalb der maximal möglichen Füllstandshöhe liegenden Füllstandshöhe mit einer Kühlflüssigkeit (34) befüllt ist, derart, dass beim Betrieb der Photovoltaikanlage (2) eine Kühlung der Solarzellen (10) gemäß dem Prinzip der Verdunstungskühlung erfolgt.
Photovoltaikanlage (2) nach Anspruch 12, wobei das Gehäuse (32), insbesondere dessen transparentes Fenster (40), kaskadenartig angeordnete Kondensationsflächen aufweist.
Photovoltaikanlage (2) nach Anspruch 12 oder 13, wobei die räumliche Ausdehnung des die Solarzellen (10) umgebenden Gehäuses (32) und die Füllstandshöhe der Kühlflüssigkeit (34) derart groß gewählt sind, dass sich beim Betrieb der Photovoltaikanlage (2) gemäß dem Prinzip des Naturumlaufs selbsttätig eine zirkulierende Konvektionsströmung ausbildet.
Photovoltaikanlage (2) nach einem der Ansprüche 12 bis 14, wobei die jeweilige Solarzelle (10) oder die Gruppe von Solarzellen (10) allseitig von der Kühlflüssigkeit (34) umgeben ist.
Photovoltaikanlage (2) nach einem der Ansprüche 12 bis 15, wobei die Füllstandshöhe der Kühlflüssigkeit (34) mindestens 30 cm, vorzugsweise mehr als 1 m, beträgt.
Photovoltaikanlage (2) nach einem der Ansprüche 12 bis 16, wobei als Kühlflüssigkeit (34) ein organisches Lösungsmittel mit einer unterhalb der Siedetemperatur von Wasser liegenden Siedetemperatur vorgesehen ist.
Photovoltaikanlage (2) nach einem der Ansprüche 12 bis 17, wobei die Kühlflüssigkeit (34) zugleich als Absorberflüssigkeit wirksam ist.
Photovoltaikanlage (2) nach einem der Ansprüche 1 bis 18, wobei die Solarzelleneinheit (12) in einem Abstand (a) zur Konzentratorvorrichtung (6) angebracht ist, der etwa 1/2 bis 3/2, vorzugsweise 3/4 bis 5/4, der Brennweite der jeweiligen Zylinderfresnellinse (8) beträgt.
Photovoltaikanlage (2) nach einem der Ansprüche 1 bis 19, wobei die Konzentratorvorrichtung (6) raumfest und in einem festen Neigungswinkel zur Horizontalen installiert ist, wobei zur Anpassung an den aktuellen Stand der Sonne eine Nachführungsvorrichtung für die Solarzelleneinheit (12) und/oder eine Nachführungsvorrichtung für einen im Strahlengang zwischen der Konzentratorvorrichtung (6) und der Solarzelleneinheit (12) angebrachten Umlenkspiegel vorgesehen ist.
Photovoltaikanlage (2) nach Anspruch 20, wobei die Solarzelleneinheit (12) und/oder der Umlenkspiegel durch die Nachführungsvorrichtung um eine zur Längsrichtung (18) der Konzentratorvorrichtung (6) parallele Drehachse schwenkbar ist.
Photovoltaikanlage (2) nach Anspruch 20 oder 21, wobei die Solarzelleneinheit (12) durch die Nachführungsvorrichtung in einer quer zur Längsrichtung (18) der Konzentratorvorrichtung (6) liegenden Richtung, vorzugsweise innerhalb einer horizontalen Ebene, verschiebbar ist.
Photovoltaikanlage (2) nach einem der Ansprüche 1 bis 22, wobei die Konzentratorvorrichtung (6) als Deckenelement oder als Wandelement in die Decke oder in die Wand eines die Solarzelleneinheit (12) und die Nachführungsvorrichtung umgebenden Wetterschutzgehäuses integriert ist.
Photovoltaikanlage (2) nach einem der Ansprüche 1 bis 23, wobei die jeweilige Zylinderfresnellinse (8) aus einem Floatglas oder aus einem Pressglas oder aus einer Kunststofffolie hergestellt ist.
Photovoltaikanlage (2) nach einem der Ansprüche 1 bis 24, wobei die Solarzellen (10) aus monokriallinem Silizium, aus polykristallinem Silizium, amorphem Silizium, Titanoxid, Galliumarsenid oder aus Farbstoffen aufgebaut sind.
Photovoltaikanlage (2) nach einem der Ansprüche 1 bis 25, wobei die Länge (L) der Konzentratorvorrichtung (6) mindestens das dreifache ihrer Breite (d) beträgt.
Photovoltaikanlage (2) nach einem der Ansprüche 1 bis 26, wobei die Länge der Solarzelleneinheit (12) mindestens so groß und vorzugsweise gleich groß ist wie die Länge (L) der Konzentratorvorrichtung (2).
Photovoltaikverbund, der sich modular aus einer Mehrzahl von entlang einer gemeinsamen Längsachse ausgerichteten, unmittelbar aneinander angrenzend angeordneten Photovoltaikanlagen (2) nach einem der Ansprüche 1 bis 27 zusammensetzt.
Verfahren zum Betreiben einer Photovoltaikanlage (2) nach einem der Ansprüche 1 bis 27, bei dem bei feststehender Solarzelleneinheit (12) der Neigungswinkel der Konzentratorvorrichtung (6) gemäß dem aktuellen Stand der Sonne einachsig nachgeführt wird, so dass die Solarzelleneinheit (12) zumindest annähernd im Fokus der Konzentratorvorrichtung (6) bleibt.
Verfahren zum Betreiben einer Photovoltaikanlage (2) nach einem der Ansprüche 1 bis 27, bei dem bei feststehender Konzentratorvorrichtung (6) die Solarzelleneinheit (12) gemäß dem aktuellen Stand der Sonne nachgeführt wird, so dass die Solarzelleneinheit (12) zumindest annähernd im Fokus der Konzentratorvorrichtung (6) bleibt.
Verfahren nach Anspruch 30, bei dem die Solarzelleneinheit (12) um eine Drehachse geschwenkt und/oder innerhalb einer Ebene verschoben wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 27 bis 31, bei dem während des Betriebs der Photovoltaikanlage (2) die Füllstandshöhe einer in einem Gehäuse (32) oberhalb der Solarzellen (10) befindlichen Kühlflüssigkeit (34) derart gesteuert oder geregelt wird, dass eine möglichst effektive Verdunstungskühlung stattfindet.