DE19600813A1

DE19600813A1 - Photovoltaik-Vorrichtung, die gleichzeitig Licht konzentriert und Solarzellen kühlt

Info

Publication number: DE19600813A1
Application number: DE19600813A
Authority: DE
Inventors: Michael Dr Eckert
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1996-01-11
Filing date: 1996-01-11
Publication date: 1996-07-18

Description

Stand der Technik

Kristalline Solarzellen können ein Vielfaches der elektrischen Nennleistung erbringen, falls die durch das konzentrierte Sonnenlicht entstehende Erwärmung mittels einer Kühlung beherrscht wird (T. M. Bruton, K. C. Heasman, J. P. Nagle, R. R. Russell: Proc. 23rd IEEE PVSC, 1250 (1993)). Jüngste Entwicklungen zeigen, daß zukünftig vielleicht auch amorphe Solarzellen für konzentriertes Sonnenlicht geeig net sind.

Durch Verdichtung der metallischen Kontaktfinger auf der Solarzellenoberfläche ist es möglich, die Leistung einer Solarzelle bei 10 . . . 50-facher Sonneneinstrahlung (10 . . . 50 sun; 1 sun = 0,1 W/cm²) fast ohne Verteuerung des Solarzellen- Herstellungsprozesses erheblich zu steigern. Es ist bekannt, daß bei kleinem Flächenwiderstand der Solarzellen-Frontschicht der Serienwiderstand einer Solarzelle näherungsweise umgekehrt proportional zum Quadrat der Anzahl (äquidistanter) Kontaktfinger ist (N. C. Wyeth: Solid State Electronics 20, 629 (1977)). Wie eigene Versuche zeigten, können Leistungen bis zum 50-fachen der Nennleistung erreicht werden. Ohne Kühlung überschreitet jedoch bereits bei 10 sun die Solarzellentemperatur nach wenigen Sekunden die maximal zulässige Grenze. Eine gute Kühlung ist die Voraussetzung, um an die große Leistungsfähigkeit von konventionellen Solarzellen bei 10 . . . 50 sun heranzukommen.

Zum preisgünstigen und effektiven Kühlen von Solarzellen ist wenig bekannt. Wohl aus der Befürchtung heraus, die Kontaktfinger der Solarzelle könnten chemisch angegriffen werden, wurde bisher eine vollständige Umspülung der Solarzelle mit einer transparenten Kühlflüssigkeit (vgl. Problemlösung) weitgehend vermieden (vgl. DE 44 05 650 C1, WO94/18708).

Konzentratorsysteme sind in vielen Varianten bekannt (DE 42 25 130 A1, DE 44 05 650 C1, DE 32 05 439 C2, DE 43 07 128 A1, DE 42 19 000 A1). Das prominenteste großtechnische Beispiel, wo die Konzentrierung von Sonnenlicht benutzt wird, um elektrische Energie zu erzeugen, sind die Parabolrinnenkraftwerke in Kalifornien (F. Bremauer: Sonnenenergie 3/95, S. 34).

Die Form des Solarzellenbehälters aus Fig. 1 wurde bereits als eine optische Vorrichtung (dielektrischer totalreflektierender Konzentrator) ohne Solarzelle und ohne Kühlung derselben vorgestellt (X. Ning, J. O′Gallagher, R. Winston: Applied Optics 26, 300 (1987)).

Problemstellung

Ziel ist ein preisgünstiges Gesamtkonzept zur Umwandlung von konzentriertem Sonnenlicht in elektrische Energie mittels Solarzellen. Dazu müssen sowohl Konzentrator, als auch Kühlung und Nachführung preisgünstig sein.

Für die Kühlung der Solarzelle ist eine hohe Zuverlässigkeit erforderlich. Beim Ausfall der Kühlung darf die Solarzelle nicht zerstört werden. Die Kühlung muß so gut sein, daß an heißen wolkenfreien Sommertagen die Solarzellentemperatur von 350 K nicht überschritten wird.

Der Akzeptanzwinkel für die direkte Sonneneinstrahlung soll möglichst groß sein, damit für die Nachführung keine Präzisionsmechanik erforderlich ist.

(Zu den Nachführungen gibt es separate Patente. Sie werden deshalb nicht detailliert dargestellt.)

Problemlösung

Dieses Problem wird durch die im Anspruch 1 aufgeführten Merkmale gelöst. Dadurch, daß die Kühlflüssigkeit gleichzeitig zur Konzentrierung von Sonnenlicht benutzt wird, wird eine einfache und ökonomische Bauweise der Vorrichtung erreicht.

Die Vorrichtung (Fig. 1) besteht aus einem Behälter (1) mit einer Solarzelle (2). Die Kühlflüssigkeit (4, z. B. Wasser) umgibt die Solarzelle vollständig. Der im Volumen veränderliche Druckausgleichsbehälter (5) nimmt die durch Wärme sich ausdehnende Kühlflüssigkeit auf. Die dem Sonnenlicht (6) zugewandte Seite (7) des Solarzellenbehälters (1) bildet zusammen mit der Kühlflüssigkeit eine Sammellinse, die das einfallende Sonnenlicht fokussiert. Die Besonderheit dieser Sammellinse besteht darin, daß es nur eine Grenzfläche gibt: Das Licht tritt in das optisch dichtere Medium ( = Kühlflüssigkeit) ein und bleibt dort, bis es auf die Solarzelle auftrifft. In Sonderfällen kann die Eintrittsfläche des Lichts auch eben sein (7 in Fig. 5).

Totalreflexion an den Seitenwänden (8) des Solarzellenbehälters bzw. Spiegel (14 in Fig. 5) leiten einen Teil des schräg einfallenden Lichts zur Solarzelle weiter. Dadurch wird ein großer Akzeptanzwinkel erreicht.

Die Solarzelle liegt an einem tiefen Punkt des Behälters. Deshalb kann aufgrund der Schwerkraft die erwärmte Kühlflüssigkeit von selbst zirkulieren. Öffnungen am Sockel der Solarzelle (3) ermöglichen das Strömen der Kühlflüssigkeit zwischen Solarzellenbehälter und Druckausgleichsbehälter.

Das Befüllen mit bzw. Entleeren von Kühlflüssigkeit geschieht über die Stutzen (9) und (10). Falls der Behälter mittels der Nachführung um 180° gedreht werden kann, genügt der Stutzen (10).

Erreichte Vorteile

Der Gesamtpreis der Vorrichtung kann gering gehalten werden. Die Wettbewerbsfähigkeit mit konventioneller Stromenergieerzeugung erscheint nicht aussichtslos. Dies wird möglich durch die Kombination von Sonnenlichtkonzen trierung und Solarzellenkühlung als Schwerkraftkühlung ohne Rohre, Pumpe und Steuerung. Akzeptanzwinkel von 6° bei 36-facher Lichtverstärkung (vgl. Beispiel 1) werden möglich durch die total reflektierenden Behälterwände. Deshalb genügt eine Nachführung ohne Präzisionsmechanik. Zuverlässigkeit und Lebensdauer der Nachführung können dadurch erhöht werden. Der Schutz der Solarzellen bei einem Leck in der Vorrichtung ist dadurch gegeben, daß die konzentrierende Wirkung der Linse nur bei einem gefüllten Behälter vorliegt: Die Funktionsfähigkeiten von Konzentrator und Kühlung bedingen sich per Konstruktion gegenseitig.

Vier Beispiele

Vorteil der rotationssymmetrischen Fokussierung (Anspruch 4.b) ist das relativ kleine Verhältnis Linsendurchmesser : Solarzellendurchmesser, das einen größeren Akzeptanzwinkel für einfallendes Licht nach sich zieht. Der größere Akzeptanzwinkel erlaubt eine einfache Nachführung (vgl. Beispiel 1).

Vorteil der linearen Fokussierung (Anspruch 4.a) ist die noch einfachere Fertigung (lange Solarzellenrinne). Bis zum Lichtverstärkungsfaktor 20 kann die jahreszeitliche Nachführung (Drehen der Solarzellenfläche senkrecht zur Ebene der Sonnenbahn) ganz entfallen. Nachteil ist die geringere Lichtverstärkung im Vergleich zu Beispiel 1 bei gleicher optischer Präzision und gleichem Gewicht (vgl. Beispiel 2).

Falls nur die Solarzelle - bei feststehendem Solarzellenbehälter - in der Kühl flüssigkeit nachgeführt wird (Anspruch 8.b), wird die Bauweise der Nachführung besonders einfach, weil die zu bewegenden Massen sehr klein sind und die entsprechenden Gewichte sogar durch den Auftrieb in der Kühlflüssigkeit neutra lisiert werden können. Diese Nachführung hat bei der Gebäudeintegration Vorteile, weil der gesamte Behälter fest montiert werden kann und die Nachführung nicht den Wettereinflüssen ausgesetzt ist (vgl. Beispiel 3).

Die Lichtkonzentrierung in einem keilförmigen total reflektierenden Behälter ermöglicht große Akzeptanzwinkel für die jahreszeitliche Nachführung, große Solarzellenflächen bei kleinen Behältervolumina (und damit kleinen Behälter gewichten) sowie eine schnelle Abkühlung. Der Aufbau aus nur planen Behälterwänden ist sehr einfach. Die Lichtverstärkung liegt im Bereich 8 . . . 16 (vgl. Beispiel 4).

Im folgenden werden die oben angedeuteten vier Beispiele diskutiert. Sie ergeben sich jeweils durch Patentanspruch 1 und der Auswahl von mindestens einer Variante aus den Ansprüchen 2-8. Die folgende Numerierung stimmt mit der Numerierung der Patentansprüche überein.

Beispiel 1 Solarzellenbehälter mit zweidimensionaler Fokussierung (Fig. 2a-c)

1. Vorrichtung nach Anspruch 1
2. a,c Kühlflüssigkeit: destilliertes Wasser, gemischt mit gefrierpunktserniedrigen den Alkoholen. Vorteil ist der Gefrierschutz im Winter.
3. a-d Druckausgleichsbeutel aus Polyethylen mit Schraubverschluß
4. Drei Linsenformen für die Eintrittsfläche des Lichts: rotationssymmetrische Linse mit quadratischer Pyramide als Behälterunterteil (Anspruch 4.b, Fig. 2a), rotationssymmetrische Linse mit kegelförmigem Behälterunterteil (Anspruch 4.b, Fig. 2b), Fresnel-Linse (Anspruch 4.c, Fig. 2c)
5.a Linsenprofil mit exaktem Brennpunkt. Dieses Linsenprofil (7 in Fig. 1) läßt sich durch rekursive Berechnung leicht ermitteln: Der Öffnungswinkel γ des Behälters (= Winkel zwischen den beiden Behälterwänden (8) in Fig. 1; Fig. 2a) wird ad hoc vorgegeben. Dabei wird der Brennpunkt im Schnittpunkt der beiden Behälterwände angenommen. Optimierung von γ bedeutet, einen Kompromiß zwischen zwei entgegengesetzten Zielen zu finden: kleine Höhe und kleines Volumen (und damit eine mechanisch leichter handhabbare Bauform) sowie geringe Reflexionsverluste an der Linse: Mit größer werdendem γ sinkt die Höhe und das Gesamtvolumen des Solarzellen behälters; andererseits ist aber auch die Linse steiler aufgewölbt (mit dann größeren Reflexionsverlusten). Ein guter Kompromiß zwischen einer kompakten Bauweise und geringen Reflexionsverlusten liegt bei γ = 20 . . . 22°. Fig. 1 zeigt ein maßstabsgetreues Linsenprofil (7) für γ = 20° und Brechungsindex n = 1,33.
6. keine Spiegel: Der Winkel der Totalreflexion liegt für Wasser bei 48.7°. Dadurch wirkt eine plane, transparente, trichterförmig zur Solarzelle hin verlaufende Behälterwand (Fig. 1) fast genau so gut wie ein Spiegel. Deshalb werden in diesem Beispiel keine Spiegel benötigt. Sie sind nur dann erforderlich, wenn eine andere Behälterform die Totalreflexion unmöglich macht. Das ist dann der Fall, wenn mehrere Linsen (für mehrere Solarzellen) in einem gemeinsamen Behälter integriert sind (vgl. Beispiel 3, Fig. 4a).
7. a-c monokristalline Si-Solarzellen mit kleinem Innenwiderstand
8.a Nachführung durch Drehen des gesamten Behälters mit einem Akzeptanzwinkel bis zu 6°. Die tolerierbare Ungenauigkeit wurde über Simulationsrechnungen ermittelt und ist so ausgelegt, daß die um bis zu 6° im Einfallswinkel abweichenden Lichtstrahlen noch zu 100 Prozent über Totalreflexion zur Solarzelle gelangen und die Solarzelle gleichmäßig bestrahlt wird.

Wenn d_Linse der Durchmesser der Linse und d_Solar der Durchmesser der Solarzelle ist, ist die eindimensionale geometrische Lichtverstärkung v_1D

v_1D = d_Linse/d_Solar,

die zweidimensionale geometrische Lichtverstärkung v_2D ist

v_2D = (d_Linse/d_Solar)²

Die reale Lichtverstärkung ist durch Reflexionsverluste von 10 . . . 15 Prozent an der Linsenoberfläche sowie Reflexionsverluste an der Behälterwand und geringfügige Absorption im Kühlmittel etwas niedriger. Für dieses Beispiel sei γ = 20° und v_2D = 36 angenommen, so daß d_Linse = 6_*d_Solar ist. Die absoluten Längenmaße des Behälters sind nach Berechnung des Linsenprofils noch frei wählbar. Die untere Grenze der Längenmaße wird festgelegt durch das minimale Volumen, das die Kühlflüssigkeit benötigt, um an einem wolkenlosen heißen Tag die Solarzelle auf einer Temperatur unter 350 K zu halten. Unter dieser Annahme liegt der kleinste Durchmesser d_Linse bei ca. 60 mm. Dies bedeutet, daß d_Solar = 10 mm ist (Fläche: 10 mm _* 10 mm). Das Volumen des Behälters ist dann 0,11 Liter, die Gesamthöhe 104 mm. Bringt man von diesen 60 mm _* 60-mm-Behältern 200 Stück auf einen Quadratmeter, so ergibt sich für diese Fläche ein Gewicht (incl. Halterungen) von ca. 30 kg. Dies wäre für die Montage auf einem Dach noch tolerabel. Zweckmäßigerweise werden mehrere Behälter mit einem einzigen Druckausgleichsbehälter verbunden. Die Einfüllstutzen sind dabei so orientiert, daß in einer einstellbaren Winkelstellung der Nachführung alle zu einem Druck ausgleichsbehälter gehörigen Behälter gemeinsam mit Kühlflüssigkeit gefüllt werden können.

Beispiel 2 Rinne mit schmalem Band aus Solarzellen (Fig. 3)

1. Vorrichtung nach Anspruch 1
2.b Kühlflüssigkeit: undestilliertes Wasser ("Leitungswasser"). Vorteil ist der niedrige Preis und die gute Verfügbarkeit. Nachteil ist das Gefrieren im Winter. Hier hilft nur die jahreszeitliche Entleerung der Anlage oder ein Standort in wärmeren Ländern. Korrosion der elektrischen Kontakte der Solarzelle wird durch Anspruch 7.d verhindert.
3. Der Druckausgleichsbehälter (5) ist an der Frontseite des Solarzellen behälters integriert.
4.b Linsenform: erste Raumrichtung konvex, zweite Raumrichtung gerade. Die Lichtverstärkung ergibt sich hier zu v_1D = d_Linse/d_Solar,bezogen auf die Raumrichtung mit konvexer Linsenform. Die zweite Raumrichtung bringt keine Lichtverstärkung. Bei einer angenommenen Licht verstärkung von 20 und einem Linsendurchmesser d_Linse = 120 mm ist der Durchmesser der Solarzelle d_Solar = 6 mm.
5.a Linsenprofil mit exaktem Brennpunkt (vgl. Beispiel 1)
6. keine Spiegel: Die Spiegelung erfolgt wieder an der total reflektierenden transparenten Behälterwand (vgl. Beispiel 1).
7.a-d monokristalline Si-Solarzellen mit kleinem Innenwiderstand und transparen ter Antikorrosionsschicht. Die transparente Antikorrosionsschicht ist eine Vorsichtsmaßnahme, um Korrosion der Metallfinger durch nicht destilliertes Wasser auch über Jahre zu verhindern. Sie muß wegen der thermischen Ausdehnung der Solarzelle elastisch sein. Hitze- und Feuchtebeständigkeit sind weitere wichtige Merkmale. Dadurch, daß die Schicht dünner als 0,3 mm ist, wird die Wärmeleitung aus der Solarzelle heraus nur unwesentlich beeinträchtigt.
8.a Nachführung durch Drehen des gesamten Behälters

Der Akzeptanzwinkel für die oben angegebene Geometrie mit Lichtverstärkung 20, bei dem eine gleichmäßige Ausleuchtung der Solarzelle noch gewährleistet ist, beträgt 2,5°. Es genügt eine einachsige polare Nachführung. Als Drehachse wird - wegen der minimalen mechanischen Belastung - die Schwerelinie des Behälters gewählt.

Zu größeren Solarzellenbreiten d_Solar gelangt man, wenn das Sonnenlicht mit einer über dem Behälter angebrachten Fresnellinse vorfokussiert wird (Anspruch 9). Der gleiche Verstärkungsfaktor 20 könnte mit einer Fresnellinsenbreite von 500 mm, der gleichen Behälterbreite von 120 mm und einer Solarzellenbreite von 25 mm bei einem größeren Akzeptanzwinkel realisiert werden.

Beispiel 3 Modul mit kugelförmigen Linsen (Fig. 4a, b)

Die kugelförmigen Linsen (11) (Anspruch 5.c) sind schachbrettartig in ein Modul integriert. Die trichterförmigen Behälterwände (8) aus Fig. 1 entfallen; damit entfällt auch die Totalreflexion von schräg einfallenden Strahlen. Diese Aufgabe wird von kleinen Spiegeln übernommen, die am Sockel der Solarzelle befestigt sind. Sie fungieren als Sekundärkonzentratoren, die die Oberflächenform eines umgedrehten Pyramidenstumpfes haben.

Bei kugelförmigen Linsen ist wegen des rotationssymmetrischen Strahlenganges eine Nachführung der Solarzelle (incl. Spiegel) in der Kühlflüssigkeit bei feststehendem Modul möglich (Anspruch 8.b). Die Solarzelle bewegt sich dabei auf der Oberfläche einer Kugel (13), deren Mittelpunkt mit dem Mittelpunkt der Kugellinse zusammenfällt. In Fig. 4a ist die Bewegungsebene der Solarzelle nur für die fordere Kugellinse dargestellt; auf die Darstellung der Nachführung wurde verzichtet. Der Radius dieser Bewegungsebene ist bei 25- facher Lichtverstärkung und einem Brechungsindex n = 1,33 etwa 1,5 mal so groß wie der Radius der Kugellinse. Die Fokussierungseigenschaften der Kugellinse sind gut (vgl. Fig. 4b); Lichtverstärkungen über 50 sind möglich. Der Toleranzwinkel kann - auf Kosten der Lichtverstärkung - dadurch vergrößert werden, daß der Radius der Kugeloberfläche, auf der die Solarzelle bewegt wird, verringert wird.

Ein separater Druckausgleichsbehälter ist hier nicht erforderlich, weil die Unterseite des Moduls mit einer elastischen Behälterwand (12) bestückt wird, die ein variables Volumen ermöglicht.

Beispiel 4 Keilförmiger totalreflektierender Behälter für schräg einfallendes Licht (Fig. 5a, b)

Fig. 5a zeigt das Prinzip, wie ein Lichtstrahl mit dem Einfallswinkel α in den optisch dichteren Keil mit dem Öffnungswinkel γ und dem Brechungsindex n gebrochen wird. Anschließend wird er durch Totalreflexion zur Solarzelle (2) (Breite s_x, Höhe s_y) reflektiert. Die untere Seite des Keils (gleiche Länge a wie obere Seite) ist verspiegelt (14). In Abhängigkeit vom Öffnungswinkel γ ergibt sich folgende eindimensionale Lichtverstärkung v₁:

v₁ (γ) = a _* cos(α(γ)) _* t(α(γ))/s_y

Das kleinste zulässige α = α(γ) läßt sich über die Totalreflexionsbedingung

α(γ) = α_tot-2γ; α_tot = arcsin(1/n)

berechnen (vgl. Fig. 5a). t(α(γ)) ist gemäß der Fresnelschen Formeln der Teil der Lichtstrahlen, die in den Keil gebrochen werden. Der Verstärkungsfaktor v₁ läßt sich durch eine trichterförmige Verschmälerung des Keils zur Solarzelle hin (Fig. 5b) zu einem zweidimensionalen Verstärkungsfaktor v₂ vergrößern:

v₂(γ) = f _* cos(α(γ)) _* t(α(γ))/(s_x _* s_y)

Dabei ist f die trapezförmige Eintrittsfläche des Lichts (7) in Fig. 5b. Das Öffnungsverhältnis des Trichters b/s_x kann um so größer gewählt werden, je größer a/s_x ist. Je nach Wahl von γ, a und s_x ergeben sich dann Lichtver stärkungen v₂ = 8 bis v₂ = 16. Für die höheren Lichtverstärkungen ist das Verhältnis von Behälteroberfläche und Solarzellenoberfläche sehr groß; das günstigste Preis-Leistungsverhältnis (DM/W_p) liegt bei v₂ = 8 . . . 12.

Der Keil ist mit Kühlflüssigkeit (4) gefüllt, die Solarzelle (2) ist vollständig von dieser Kühlflüssigkeit umgeben. Der Druckausgleichsbehälter (5) schließt sich an die Solarzellenrückseite an und beeinflußt die Geometrie des Strahlenganges nicht.

Fig. 5b zeigt ein maßstabsgerechtes Beispiel dieses zur Solarzelle hin sich verschmälernden Keils: Für Wasser als Kühlflüssigkeit im Keil ist der Brechungsindex n = 1,33. Die Solarzelle hat die Maße s_x = 50 mm und s_y = 100 mm. Ferner werden gewählt: a = 410 mm, b = 200 mm, γ = 14°. Daraus ergeben sich: α = 28,1°, f = 5,0 dm², Volumen = 2,0 Liter und die geometrische Lichtverstärkung v₂ = 8,2 bei minimal gewähltem α.

Der Akzeptanzwinkel für die tägliche Nachführung liegt im obigen Zahlen beispiel bei 3°; bei diesem Winkel gelangen noch 90 Prozent aller Strahlen zur Solarzelle. Er kann durch ein kleineres Verhältnis b/s_x vergrößert werden.

Bezugszeichen für Abbildungen

Claims

1. Photovoltaik- Vorrichtung, die gleichzeitig Licht konzentriert und Solarzellen kühlt, gekennzeichnet durch:

- einen Behälter (1) mit transparentem Einfüllstutzen (9), der eine oder mehrere auf einem Sockel (3) befestigte Solarzellen (2) enthält,
- eine Kühlflüssigkeit (4), die die Solarzelle im Behälter umgibt,
- einen Druckausgleichsbehälter (5) mit Einfüllstutzen (10), der die durch Wärme sich ausdehnende Kühlflüssigkeit aufnimmt,
- die dem Sonnenlicht (6) zugewandte Seite (7) des Behälters ist transparent und bildet zusammen mit der Kühlflüssigkeit eine lichtsammelnde optische Vorrichtung,
- eine Behälterwand (8), die durch Totalreflexion einen Teil des schräg ein fallenden Sonnenlichtes zur Solarzelle weiterleitet,
- Spiegel (14) im Solarzellenbehälter, die einfallendes Sonnenlicht zur Solar zelle weiterleiten,
- eine Nachführungsvorrichtung.

2. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eine der folgenden Kühlflüssigkeiten verwandt wird:

a) destilliertes Wasser,
b) undestilliertes Wasser,
c) Alkohole,
d) Wärmeleit- bzw. Wärmeübertragungsöle hoher Transparenz,
e) Gemische aus obigen Kühlflüssigkeiten.

3. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Druckaus gleichsbehälter eines oder mehrere der folgenden Merkmale aufweist:

a) Er ist ein im Volumen variabler Beutel.
b) Er ist ein im Volumen variabler Beutel aus Polyethylen.
c) Am unteren Teil ist ein Einfüll- und Ablaßstutzen angebracht.
d) Er ist mit dem Solarzellenbehälter durch einen Steck- oder Schraubverschluß verbunden.
e) Falls sein Flüssigkeitsspiegel über der Solarzelle steht, befindet sich am oberen Teil eine Öffnung für ein- und ausströmende Luft.

4. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Behälterober seite (= Eintrittsfläche des Lichts) (7) eine der folgenden Formen hat:

a) lineare Linse: erste Raumrichtung konvex, zweite Raumrichtung gerade (vgl. Parabolrinne),
b) rotationssymmetrische Linse: beide Raumrichtungen konvex,
c) Fresnellinsen mit der Eigenschaft (4.a) oder (4.b),
d) plane Eintrittsfläche.

5. Anordnung nach Anspruch 1 und 4, dadurch gekennzeichnet, daß eines der folgenden konvexen Linsenprofile verwandt wird:

a) Linsenprofil mit exaktem Brennpunkt bei senkrechtem Einfall,
b) Linsenprofil derart, daß die Solarzelle gleichmäßig bestrahlt wird,
c) kreisförmiges bzw. kugelförmiges Linsenprofil.

6. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eines der folgenden Spiegelmaterialien für Spiegel im Solarzellenbehälter verwandt wird:

a) hochpoliertes Aluminium (Dicke ca. 0,3 mm),
b) aluminisierte Kunststoffolie,
c) aufgedampftes Aluminium, überzogen mit einer transparenten Schutzschicht.

7. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Solarzellen mindestens eines der folgenden Merkmale aufweisen:

a) Die Materialeigenschaften der Solarzellen erlauben bei guter Kühlung eine dauerhafte Bestrahlung von 1 W/cm².
b) Der durch die metallischen Kontaktfinger bedingte ohmsche Widerstand ist minimiert.
c) Der Abstand der metallischen Kontaktfinger ist kleiner als 2 mm.
d) Die Oberfläche ist mit einer transparenten, elastischen, hitze- und feuchte beständigen Antikorrosionsschicht versiegelt.

8. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Nachführung folgende Merkmale aufweist:

a) Nachführen des gesamten Behälters,
b) Nachführen der Solarzelle in der Kühlflüssigkeit bei feststehendem Behälter.

9. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Sonnenlicht durch eine zusätzliche Fresnellinse über dem Behälter oder einen Parabolspiegel vorfokussiert wird.