DE19607550A1

DE19607550A1 - Solar power driven apparatus

Info

Publication number: DE19607550A1
Application number: DE19607550A
Authority: DE
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1996-02-28
Filing date: 1996-02-28
Publication date: 1997-09-04

Abstract

The apparatus includes electrodes (4) and counter electrodes (5) of a solar cell system which are coupled to a photovoltaic effect coating. The apparatus forms a solar rotor (1) and comprises a carrier (2) with an external photovoltaic coating, with the electrodes and counter electrodes extending in the carrier axial direction. The electrode front side ends (11-18) are so interconnected that, a relative torque, or rotary motion is generated by solar current, due to coaxially applied magnetic field (8), pref. inside the carrier, with alternating polarity (S/N) in the carrier peripheral direction.

Description

Die Erfindung betrifft eine Solar-Maschine, bei der jeweils Elektroden und Gegenelektroden einer Solarzellen- Anordnung mit einer photovoltaisch wirksamen Beschichtung verbunden sind.The invention relates to a solar machine in which electrodes and counter electrodes of a solar cell Arrangement with a photovoltaically effective coating are connected.

Aufgabe der Erfindung ist es, eine Solar-Maschine zu schaffen, bei der die vorgenannten Merkmale einer Solarzelle als rotierend (Solar-Rotor) angeordnet sind, sowie insbesondere in Kombination mit einem oder mehreren Magnetfeldern relativ dazu bzw. rotierend bewegbar sind. Damit soll einerseits ein Solarmotor bzw. andererseits ein Solar-Rotor geschaffen werden, dessen Solarzellen durch Einfluß von Magnetfeldern einen höheren Wirkungsgrad gewährleisten. Die erfindungsgemäße Maschine soll ferner auch durch Doppelfunktion einfach und wirtschaftlich sein.The object of the invention is to provide a solar machine create, in which the aforementioned characteristics of a Solar cells are arranged as rotating (solar rotor), and in particular in combination with one or more Magnetic fields are movable relative thereto or rotating. This should on the one hand be a solar motor or on the other hand a solar rotor can be created whose solar cells due to the influence of magnetic fields Ensure efficiency. The machine according to the invention is also said to be simple and by double function be economical.

Demgemäß besteht die Erfindung in einer Trommel, auf der nach außen freiliegend eine photovoltaisch wirksame Beschichtung angeordnet ist, deren Elektrode und vorzugsweise auch deren Gegenelektroden in Axialrichtung der Trommel verlaufend vorgesehen sind und mit ihren jeweils stirnseitigen Enden derart miteinander verschaltet sind, daß bei mit Lichteinfall gegebenem Solarstrom mittels eines koaxial (vorzugsweise) innerhalb der Trommel angebrachten Magnetfelds mit in Umfangsrichtung der Trommel wechselnder Polarität ein Relativ-Drehmoment bzw. eine Relativ-Drehbewegung zwischen Trommel und Magnetfeld vorhanden ist.Accordingly, the invention resides in a drum on which exposed to the outside a photovoltaic effective Coating is arranged, the electrode and preferably also their counter electrodes in the axial direction the drum are provided and with their each end in such a way are connected that when given with incidence of light Solar power using a coaxial (preferably) within magnetic field attached to the drum with in Circumferential direction of the drum changing polarity Relative torque or a relative rotary movement between drum and magnetic field.

Diese erfindungsgemäße Relativ-Drehbewegung kann als Antriebsmotor-Kraft (Solarmotor) eventuell zugleich auch zur Kühlung (Luft/Wasser) des Solar-Rotors Verwendung finden und/oder zur laufenden Drehung der Solar-Beschichtung und/oder zum Antrieb der Drehung des Magnetfeldes relativ zur Solar-Beschichtung dienen, z. B. zwecks Beeinflussung des Solar-Wirkungsgrads. Der Antrieb als Solar-Rotor kann entweder durch teilweise Nutzung als Motor oder durch Wind, Wasser oder sonstigem Antrieb erfolgen.This relative rotary movement according to the invention can be as Drive motor power (solar motor) may also be used at the same time Cooling (air / water) of the solar rotor can be used and / or for the ongoing rotation of the solar coating and / or to drive the rotation of the magnetic field relative serve for solar coating, e.g. B. for influencing of solar efficiency. The drive as a solar rotor can either through partial use as an engine or through Wind, water or other drive.

Zum Lichteinfall auch hinter der Trommel kann auf der dem Lichteinfall entgegengesetzten Seite erfindungsgemäß auch ein Reflektor bzw. Hohlspiegel vorgesehen sein.For the incidence of light behind the drum on the Incident light on the opposite side according to the invention a reflector or concave mirror may be provided.

Der erfindungsgemäße Solar-Rotor kann das Magnetfeld, welches in der Regel abschattend sein dürfte, auch außerhalb um die Trommel herum aufweisen, dann jedoch lediglich nur über einen z. B. Hülsen- bzw. Ring-Axial- Teilbereich, in dem die Rotationsantriebskraft erzeugt wird, während ein wesentlicher Bereich der photovoltaisch wirksamen Beschichtung, unbeschattet bleibt.The solar rotor according to the invention can which is usually shadowing, too have outside around the drum, but then only over a z. B. sleeve or ring axial Subarea in which the rotational driving force is generated is going to be an essential area of photovoltaic effective coating, remains unshaded.

Im einfachsten Fall ist erfindungsgemäß die Trommel feststehend (oder sich nur langsam drehend) ausgeführt und das Magnetfeld als Rotor gestaltet, wobei dieses Magnetfeld und von einem mit einer Magnetfolie umwickelten Rotorkörper gebildet sein kann. Von der Relativbewegung zwischen Trommel und Magnetfeld kann ein Kollektor-Element mit Bürsten und Steuerkontakten angetrieben sein, welches vorzugsweise auf der Welle des Magnetfeldrotors angeordnet ist und über welches der von der photovoltaischen Beschichtung erzeugte Ladungsstromfluß derart durch die Elektroden und Gegenelektroden gesteuert wird, daß - je nach Magnetpolarität in wechselnder Axial-Richtung - jeweils in beiden Elektrodenarten axial gleichgerichtet ist.In the simplest case, the drum is according to the invention stationary (or rotating only slowly) and designed the magnetic field as a rotor, this Magnetic field and one with a magnetic sheet wrapped rotor body can be formed. Of the Relative movement between drum and magnetic field can be a Collector element with brushes and control contacts be driven, which is preferably on the shaft of the Magnetic field rotor is arranged and via which of the of the photovoltaic coating Charge current flow through the electrodes and Counter electrodes are controlled that - depending on Magnetic polarity in changing axial direction - each is axially rectified in both types of electrodes.

Diese Steuerschaltung kann gegebenenfalls auch durch Einschaltung von feststehenden Steuerelementen, z. B. Gleichrichterdioden, erfolgen und ist in den nachstehenden Figuren lediglich als altenatives bzw. Zusatzlösungselement eingefügt.This control circuit can, if necessary, also by Switching on fixed controls, e.g. B. Rectifier diodes are made and is shown in the following Figures only as an alternative or Additional solution element inserted.

Die Erfindung ist nachstehend am Beispiel eines Solar- Rotors näher beschrieben.The invention is shown below using the example of a solar Rotors described in more detail.

Es zeigt:It shows:

Fig. 1 eine perspektive, bereichsweise weggebrochene perspektivische bzw. teilweise auch explosionsartig auseinandergezogene Darstellung eines erfindungsgemäßen Solar-Rotors, Fig. 1 is a perspective, partially broken away, perspective and partly exploded exploded view of a rotor according to the invention Solar,

Fig. 2 ein Schaltungsschaubild teilweise in schema tischer Seitenansicht, teils in Querschnittswiedergabe (Kollektoren), sowie Fig. 2 is a circuit diagram partly in schematic side view, partly in cross-section (collectors), and

Fig. 3 eine schematische Querschnittsansicht des Trommel-Stators und des Rotors des erfindungsgemäßen Solar-Motors. Fig. 3 is a schematic cross-sectional view of the drum stator and the rotor of the solar motor according to the invention.

Gemäß Fig. 1 sind auf einer Rotationsachse 22 - explosionsartig vorgezogen - ein Ventilator 23 für einen axial gerichteten Luft-Kühlstrom 24 und ein Kollektor 25 zur Steuerung der Richtung des Ladungs-Stroms der Solarzelle vorgesehen. Innerhalb eines Reflektors 26 sind koaxial um die Rotationsachse 22 ein Rotor 21 und mit engem Luftspalt 27 darum herum eine Trommel 2 angeordnet. Diese Trommel 2 ist bei A und B/B (weggebrochener Teil = gestrichelt) in Fig. 1 teilweise weggebrochen, und zwar einerseits (A), um den Rotor 21 sowie den Luftspalt 27 erkennen zu können und andererseits (B), um die Gegenelektroden 5 freiliegend und mit ihren axial vorlaufenden bahnförmigen bzw. streifenförmigen Einzelelementen 6 erkennen zu können. Die Trommel 2 dient als Stator 28 und wird aus den Gegenelektroden 5, dem photovoltaisch wirksamen Schichtmaterial 3 und den Elektroden 4 gebildet, welche z. B. nach Art der bekannten Fingerelektroden auf der Oberfläche der Beschichtung 3 angebracht sind. Die Gegenelektroden 5 können durch axial verlaufende Isolierbahnen 29 in axial verlaufende bahn- oder streifenförmige Einzelelemente 6 unterteilt sein und bilden, gegebenenfalls noch auf einer inneren Stützhülse (nicht dargestellt) zusammen mit der Beschichtung 3 und den Elektroden 4 die Trommel 2.According to FIG. 1, a fan 23 for an axially directed air cooling stream 24 and a collector 25 for controlling the direction of the charge current of the solar cell are provided on an axis of rotation 22 , which is preferred in an explosive manner. A rotor 21 and a drum 2 with a narrow air gap 27 are arranged coaxially around the axis of rotation 22 within a reflector 26 . This drum 2 has partially broken away at A and B / B (broken away part = dashed line) in FIG. 1, on the one hand (A) in order to be able to recognize the rotor 21 and the air gap 27 and on the other hand (B) to the counter electrodes 5 exposed and with their axially leading web-like or strip-like individual elements 6 . The drum 2 serves as a stator 28 and is formed from the counter electrodes 5 , the photovoltaically active layer material 3 and the electrodes 4 , which z. B. are attached to the surface of the coating 3 in the manner of the known finger electrodes. The counterelectrodes 5 can be divided by axially extending insulating sheets 29 into axially extending sheet or strip-shaped individual elements 6 and form the drum 2 together with the coating 3 and the electrodes 4 , optionally on an inner support sleeve (not shown).

An den beidseitigen Stirnrändern 30 bzw. 30′ der Trommel 2 befinden sich elektrisch leitende Strom-Sammelringe 31 bzw. 31′, mit denen die stirnseitigen Enden 11 bzw. 12 der Elektroden 4 verbunden sind, und zwar derart, daß umfangsmäßig wechselnd jeweils die eine Elektrode 4 mit dem Strom-Sammelring 31 am Stirnrand 30 und die nächstfolgende Elektrode 4 mit dem Stromsammelring 31′ am Stirnrand 30′ verbunden sind. Die freien Enden 33 der Elektroden 4 besitzen zum jeweils nächstliegenden Strom- Sammelring 31/31′ einen Abstand 32, der strom widerstandsmäßig dem Parallelabstand benachbarten Elektroden 4 entspricht.On both sides of the front edges 30 and 30 'of the drum 2 there are electrically conductive current collecting rings 31 and 31 ', with which the front ends 11 and 12 of the electrodes 4 are connected, in such a way that the circumferentially changing one electrode 4, the next following electrode 4 are connected with the current collecting ring 31 'at the end edge 30' with the current collector ring 31 at the end edge 30 and. The free ends 33 of the electrodes 4 are at a distance 32 from the nearest current collecting ring 31/31 ', which corresponds to the resistance of the electrodes 4 adjacent to the parallel distance.

Demgegenüber können die Gegenelektroden 5 durchgehend angeordnet und mit ihren stirnseitigen Enden 13 und 14 an Strom-Sammelringen 34/34′ beidseitig angeschlossen sein. Eine wechselseitige Stromunterbrechung analog dem Abstand 32 der Elektroden 4 kann jedoch zusätzlich sehr vorteilhaft sein. Diese in Fig. 2 dargestellte Anordnung ist durch die seitlich herausgezogene Darstellung der Gegenelektroden 5 erkennbar. Die in Fig. 2 dargestellte Pfeile symbolisieren den Stromfluß.In contrast, the counter electrodes 5 can be arranged continuously and with their ends 13 and 14 connected to current collecting rings 34/34 'on both sides. A mutual current interruption analogous to the distance 32 of the electrodes 4 can, however, additionally be very advantageous. This arrangement shown in FIG. 2 can be seen from the laterally pulled-out representation of the counter electrodes 5 . The arrows shown in Fig. 2 symbolize the current flow.

Zur Stromrichtungs-Umschaltung sind die Strom-Sammelringe 30/30′ sowohl der Elektroden 4 als auch die Strom- Sammelringe 34/34′ der Gegenelektroden 45 schaltungsmäßig mit Bürsten 37/37′ (Kollektorschaltung II in Fig. 2) bzw. 37/37′ (Kollektorstellung I in Fig. 2) derart verbunden, daß über die zwischen den Kollektorkontakten 38 geschaltete Kurzschlußverbindung 39 jeweils die den einzelnen unterschiedlichen Magnetpole S/N zugeordneten Elektroden- und Gegenelektrodenbahnen mit ihrem - jeweils in gleicher Richtung verlaufenden Stromrichtungen umgeschaltet werden, damit die Rotation z. B. in Richtung des Dreifach-Pfeils in Fig. 3 zustande kommt, und zwar aufgrund des Drehmoments gemäß Doppelpfeil. Grundsätzlich sollten dafür stets die sich gegenüberliegenden Stromsammelringe 31 der Elektroden 4 sowie 34′ der Gegenelektroden 5 und 31′ der Elektrode 4 mit 34 der Gegenelektroden 5 in einen Teil-Stromkreis geschaltet werden.For switching the current direction, the current collecting rings 30/30 'of both the electrodes 4 and the current collecting rings 34/34 ' of the counter electrodes 45 are circuit- wise with brushes 37/37 '(collector circuit II in Fig. 2) and 37/37 '(Collector position I in Fig. 2) connected in such a way that the short-circuit connection 39 connected between the collector contacts 38 in each case the electrode and counter-electrode tracks assigned to the individual different magnetic poles S / N are switched with their current directions - each running in the same direction, so that the Rotation z. B. in the direction of the triple arrow in Fig. 3, due to the torque according to the double arrow. In principle, the opposing current collecting rings 31 of the electrodes 4 and 34 'of the counter electrodes 5 and 31 ' of the electrode 4 should always be connected to 34 of the counter electrodes 5 in a partial circuit.

In die Schaltung können auch zusätzlich Gleichrichter 36 eingeschaltet sein. Die Elektroden 4 und die Gegenelektroden 5 können wahlweise auch in Umfangsrichtung versetzt zueinander vorgesehen sein (s. Gegenelektroden 6′ in Fig. 3). Die Darstellungen berücksichtigen aus Übersichtlichkeitsgründen nicht, daß die Umfangs-Abstände der Magnetpole und der Elektroden 4 sowie der Gegenelektroden 5 aufeinander abgestimmt sein müssen, was aber der Fall sein muß. Das gleiche gilt auch für die Winkelstellung bzw. der Anordnung der Kollektorkontakte 38 in den Stellungen I und II in Fig. 2. Bei umfangsmäßig zu enger Bürstenstellung können diese axial versetzt sein. Auch ist in Fig. 3 der Luftspalt 27 aus darstellerischen Gründen vergrößert dargestellt. Der Reflektor 26 kann zugleich als Luft-Kühlfluß-Wandung ausgebildet sein.Rectifiers 36 can also be switched on in the circuit. The electrodes 4 and the counter electrodes 5 can optionally also be provided offset in relation to one another in the circumferential direction (see counter electrodes 6 'in FIG. 3). For reasons of clarity, the representations do not take into account the fact that the circumferential distances between the magnetic poles and the electrodes 4 and the counterelectrodes 5 have to be matched to one another, but this must be the case. The same also applies to the angular position or the arrangement of the collector contacts 38 in the positions I and II in FIG . The air gap 27 is also shown enlarged in FIG. 3 for illustrative reasons. The reflector 26 can also be designed as an air-cooling flow wall.

Durch die Verwendung der Kontakte und Stromleitungen innerhalb der Solarzelle als Rotorelemente gewährleistet der erfindungsgemäße Solar-Motor (bzw. -Rotor) geringste Verluste durch ohmsche Leitungswiderstände.By using the contacts and power lines guaranteed as rotor elements within the solar cell the solar motor (or rotor) according to the invention lowest Losses due to ohmic line resistances.

In die Schaltung gemäß Fig. 2 können (und sollten) Leistungswiderstände 35 eingeschaltet sein, die auch als Kontrollwiderstände dienen können. Bei hoher Eigenleistung der Solarelemente können auch weitere normale Motoren in Reihe oder parallel eingeschaltet werden. Auch eine vereinfachte Rotorschaltung, und zwar als Käfigläufermotor, ist möglich.In the circuit of FIG. 2 can (and should) be switched power resistors 35, which can also serve as a control resistors. If the solar elements have a high internal output, other normal motors can be switched on in series or in parallel. A simplified rotor circuit, namely as a squirrel-cage motor, is also possible.

Als Rotormagnete sind bekannte Ferrit- oder dergleichen Magnete einsetzbar, aber auch axial wechselweise gepolte und um eine Rotortrommel gewickelte Magnetfolien, wodurch eine leichtgewichtige Ausführung möglich ist. Es gehört zur Erfindung, daß auf der Achse des Rotors 21 bzw. mit dessen Rotation durch den damit gedrehten Kollektor (bzw. kollektorartigen Kommunitator) 25 die Stromrichtungen im Stator gesteuert werden.Known ferrite or similar magnets can be used as rotor magnets, but also magnet foils which are polarized axially alternately and wound around a rotor drum, which enables a lightweight design. It is part of the invention that the current directions in the stator are controlled on the axis of the rotor 21 or with its rotation by the collector (or collector-like communicator) 25 rotated therewith.

Für die umgekehrte Anwendung, das heißt als fremdkraft betriebener Magnetfeldrotor (Wind- oder Wasserantrieb) des Solar-Rotors ergeben sich Hinweise, daß die Magnetfeldbewegung im Sinne des Hall-Effekts den Ladungsfluß durch die photoaktive Beschichtung verbessert.For the reverse application, that is, as an external force operated magnetic field rotor (wind or water drive) of the solar rotor, there are indications that the Magnetic field movement in the sense of the Hall effect Charge flow through the photoactive coating improved.

Alternativ kann man auch die die photovoltaisch wirksame Beschichtung 3 und die Elektrode 4 sowie Gegenelektroden 5 tragende Trommel 2 um einen permanent oder elektromagnetisch angetriebenen Rotor (auch als Ansatz am Stirnrand der Trommel) drehen lassen (oder auch beide umeinander).Alternatively, the drum 2 carrying the photovoltaically active coating 3 and the electrode 4 and counterelectrodes 5 can also be rotated around a permanently or electromagnetically driven rotor (also as an attachment at the end edge of the drum) (or both around one another).

Als Leistungswiderstand 35 kann auch die Einschaltung zusätzlicher Elektromagnetspulen auch auf den Rotor, gegebenenfalls als Fremd- oder Eigenerregung anstatt oder ergänzend zu Permanentmagneten vorgesehen sein.As a power resistor 35, the switching may of additional electromagnetic coils on the rotor, where appropriate, rather than as a foreign or self-excitation, or be provided as a supplement to the permanent magnet.

BezugszeichenlisteReference list

1 Solar-Rotor
2 Trommel
3 photovoltaisch wirksame Beschichtung
4 Elektroden (z. B. sogenannte Finger-Elektroden)
5 Gegenelektroden (z. B. Basisschicht aus elektrisch leitfähigem Material ohne ferromagnetischen Eigenschaften, z. B. Kupfer)
6 bahnförmige Einzelelemente der Gegenelektroden (6′ = versetzt)
7 Lichteinfall
8 Magnetfeld mit radial gerichteter, in Richtung des Trommelumfangs wechselnder, sich axial erstreckender Polarität
9 Relativ-Drehbewegung bzw. Drehmoment
10 Reflektor (z. B. Hohlspiegel)
11 Stirnseitige Enden der Elektroden 4
12 Stirnseitige Enden der Elektroden 4
13 Stirnseitige Enden der Gegenelektroden
14 Stirnseitige Enden der Gegenelektroden
21 Rotor
22 Rotationsachse
23 Ventilator
24 Luft-Kühlstrom
25 Kollektor
26 Reflektor
27 Luftspalt
28 Stator
29 Isolationsbahnen
30/30′ Stirnränder von 2
31/31′ Strom-Sammelringe von 4
32 Abstand
33 freie Ende
34/34′ Stromsammelringe
35 Leistungswiderstände bzw. Kontrollwiderstand
36 Gleichrichter
37/37′ Bürsten
38 Kollektorkontakte 1 solar rotor
2 drum
3 photovoltaic coating
4 electrodes (e.g. so-called finger electrodes)
5 counter electrodes (e.g. base layer made of electrically conductive material without ferromagnetic properties, e.g. copper)
6 web-shaped individual elements of the counter electrodes ( 6 ′ = offset)
7 incidence of light
8 magnetic field with radially directed, axially extending polarity that changes in the direction of the drum circumference
9 Relative rotation or torque
10 reflector (e.g. concave mirror)
11 ends of the electrodes 4
12 ends of the electrodes 4
13 front ends of the counter electrodes
14 front ends of the counter electrodes
21 rotor
22 axis of rotation
23 fan
24 Air cooling flow
25 collector
26 reflector
27 air gap
28 stator
29 insulation sheets
30/30 ′ end edges of 2
31/31 ′ current collecting rings of 4
32 distance
33 free end
34/34 ′ current collecting rings
35 power resistors or control resistor
36 rectifiers
37/37 ′ brushes
38 collector contacts

Claims

1. Solar machine, in each of which electrodes and counter electrodes of a solar cell arrangement are connected to a photovoltaically active coating, characterized in that the solar machine designed as a solar rotor ( 1 ) has a drum ( 2 ) on which after A photovoltaically effective coating ( 3 ) is arranged on the outside, the electrodes ( 4 ) and preferably also the counter electrodes ( 5 ) of which are provided running in the axial direction of the drum, and with their respective ends ( 11, 15; 12 to 16; 13, 18) are so connected together, that for a given light-incidence (7) solar power by means of a coaxial, preferably mounted within the drum magnetic field (8) changing in the circumferential direction of the drum polarity (S / N) a relative torque or; 17; 14 there is a relative rotary movement ( 9 ) between the drum and the magnetic field.

2. Solar machine according to claim 1, characterized in that the electrodes ( 4 ) circumferentially alternately only on one end face ( 19 or 20 ) to which the photovoltaic coating ( 3 ) carrying drum ( 2 ) are electrically connected.