Solarzellen 'übertakten'

Tiere & Natur Natur & Umwelt
#1

Hallo Leute,

wenn ich mir so die Preise gängiger Solarzellen ansehe - ca. 20 € für 10 Wp - rechnen die sich hierzulande erst in 10 Jahren. Und da ist ein Akku noch nicht mal eingerechnet.
Beispiel: http://www.amazon.de/Solarmodul-Solarpanel-Solarzell…

Angeregt von http://de.wikipedia.org/wiki/Konzentrator-Solarzelle… frage ich mich, ob man auch gängigen Solarzellen so den Turbo beibringen kann, also:

  • diese durch Spiegel mit der mehrfachen Sonnenstrahlung versorgen
  • und natürlich zwecks Kühlung in ein Wasserbad legen.

Vielen Dank, Zoelomat

#2

frage ich mich, ob man auch gängigen Solarzellen so den Turbo
beibringen kann, also:

  • diese durch Spiegel mit der mehrfachen Sonnenstrahlung
    versorgen

Hallo,

wie du selbst gefunden hast, gibt es ja solche Zellen, aber sie haben halt auch massive Nachteile: die Spiegel kosten Geld, noch mehr die Mechanik und Steuerung zur Nachführung, und sie wirken bloss bei richtigem Sonnenschein, nicht bei diffuser Beleuchtung (bei unserem Klima besonders wichtig).

Grundsätzlich kann man alles nachbauen was es gibt, allerdings sind „gängige“ Ausführungen dafür nicht optimal, schon wegen der Lieferform. Du kannst dir ja selbst ausrechnen: wenn du ein Panel mit 1 m² mit 10facher Stärke beleuchten willst, brauchst du mindestens einen 10m²-Spiegel. Ein paar solche Monster auf dem Dach, und du siehst nicht nur aus wie eine Raumfahrt-Bodenstation, die bläst dir auch der nächste Herbststurm mitsamt Dach weg.

So ganz nebenbei sind solche Hohlspiegel im Sonnenlicht auch brandgefährlich im wahrsten Sinn des Wortes.

Gruss Reinhard

#3

… Du kannst dir ja selbst ausrechnen: wenn du
ein Panel mit 1 m² mit 10facher Stärke beleuchten willst,
brauchst du mindestens einen 10m²-Spiegel. Ein paar solche
Monster auf dem Dach, und du siehst nicht nur aus wie eine
Raumfahrt-Bodenstation, die bläst dir auch der nächste
Herbststurm mitsamt Dach weg.

Vielleicht hätt ich mich deutlicher ausdrücken sollen, mein Plan wäre, ein oder zwei solcher Panels (a 20*20cm) in ein Wasserbad zu legen und einen Halbkreis aus Alufolie anzubringen, den ich nur den Jahreszeiten gemäß schwenken muss (manuell). Und dieses Arrangement würde nicht aufs Dach kommen, da bräuchte man wahrscheinlich noch ne Baugenehmigung und zertifizierte Handwerker.

Eine große Lösung lohnt sich m.E. nicht, schon gar nicht, wenn man das Geld nicht vorstreckt.

Wenn eine Zelle statt 10 W 40 liefern könnte, wäre das etwa das, was mein Netbook braucht. Oder die (12V-Halogen-)Beleuchtung. Warmwasser und Herd auf Gas umgestellt bliebe nur der Kühlschrank als regelmäßiger Verbraucher.

Meine Frage war eher technisch gemeint, ob ich nicht ziemlich bald in den Sättigungsbereich der Zelle komme, also Überlegungen in Richtung Tuning schon von daher sinnlos sind.

#4

Hallo,

Vielleicht hätt ich mich deutlicher ausdrücken sollen, mein
Plan wäre, ein oder zwei solcher Panels (a 20*20cm) in ein
Wasserbad zu legen

Ein Wasserb ad mit schräger Oberfläche? Oder wie willst Du das zur Sonne ausrichten? Unter Wasser die Zellen kommt nicht so gut…

und einen Halbkreis aus Alufolie anzubringen,

Wie groß soll das sein? Die Fläche wird nur genau so viel größer wie Dein ‚Spiegel‘ Fläche hat - dividiert durch den Wirkungsgrad.

den ich nur den Jahreszeiten gemäß schwenken muss
(manuell).

Also Wirkungsgrad = ‚ein wenig‘.
Vergiss es. Das ganze sieht komplett albern aus und bringt nullkommangarnichts.

Wenn eine Zelle statt 10 W 40 liefern könnte,

Das wird nichts…
Gruß
loderunner

#5

Wasserbad zu legen und einen Halbkreis aus Alufolie
anzubringen, den ich nur den Jahreszeiten gemäß schwenken muss
(manuell).

Hallo,

meiner Ansicht nach eine Milchmädchenrechnung, auch wenn ich das nicht nachprüfen kann. Ich bin mir aber sicher, dass du durch die Tatsache, dass der Spiegel (welcher auch immer) nicht tagsüber der Sonne nachgeführt wird und bei Streulicht sowieso nicht wirkt, soviel Sonnenstrahlung ungenutzt lässt, dass weniger herauskommt als wenn du das Panel einfach schräg im optimalen Winkel aufstellst. Ein Nachführen im Tagesablauf ist meiner Ansicht nach unumgänglich für eine brauchbare Ausbeute. Wahrscheinlich heizt du überwiegend das Wasser auf, das kommt noch dazu.

Auf die Gefahr hin mich zu wiederholen: wenn dein Brennfleck wohin fällt wo er nicht soll und dein Haus abbrennt, wirst du wohl selber zahlen müssen. Es kann ja sein, dass du garkeinen richtigen Brennfleck hinkriegst, aber jeh besser du in Optik bist, desto gefährlicher. Die üblichen Parabolrinnenkollektoren sind wohl nur deshalb sicher, weil bei ihnen die Brennlinie immer innerhalb des Spiegels liegt.

Aber einen echten Bastler spornt sowas ja eher an, no risc no fun.

Gruss Reinhard

#6

Hi,

auch wenn bisher niemand meine eigentliche Frage beantwortet hat …

Vielleicht hätt ich mich deutlicher ausdrücken sollen, mein
Plan wäre, ein oder zwei solcher Panels (a 20*20cm) in ein
Wasserbad zu legen

Ein Wasserb ad mit schräger Oberfläche? Oder wie willst Du das
zur Sonne ausrichten? Unter Wasser die Zellen kommt nicht so
gut…

Die Panels haben ja eine Glasoberfläche, davor kommt ne zweite Scheibe, dazwischen 2 cm Wasser, unten ein Zu-, oben ein Ablauf, Gartenschlauch. So kann man das Ganze auch um 36° neigen (90-georg.Breite)

und einen Halbkreis aus Alufolie anzubringen,

Wie groß soll das sein? Die Fläche wird nur genau so viel
größer wie Dein ‚Spiegel‘ Fläche hat - dividiert durch den
Wirkungsgrad.

Optimal wäre eine Parabolfläche. Suboptimal eine Parabolform in einer Richtung und flach in der anderen. Beides natürlich mit Nachführung. Aber dieses Optimum würde nur ein Loch brennen. Ich will lediglich diffus die Helligkeit erhöhen. Um den Faktor ?, der der Sättigung der Zellen entspricht.

den ich nur den Jahreszeiten gemäß schwenken muss
(manuell).

Also Wirkungsgrad = ‚ein wenig‘.
Vergiss es. Das ganze sieht komplett albern aus und bringt
nullkommangarnichts.

Das Ding (also der „Spiegel“) wär 20 cm hoch und vielleicht 1 m im Durchmesser in einem Winkel, dass die Ebene dem des scheinbaren Sonnenumlaufs entspricht.

Alternativ könnte man auch je einen Streifen Spiegel über und unter der (auf die Mittagssonne ausgerichtete) Zelle anbringen, die von 6 - 18 h zusätzliches Licht auf die Zelle reflektieren. So detailliert habe ich das noch nicht durchkalkuliert, ist aber nur Geometrie. Und das werde ich auch nicht tun, solange ich den Sättigungsbereich nicht kenne.

Mir ist auch klar, das ich sowas nicht auf’m Balkon baue, nichts Brennbares dort lagere und dass Akkus Klallgas produzieren können.

Und wenn du mir erklärst, warum ein Kern- oder Kohlekraftwerk un"albern" aussieht, können wir gern in ästhetische Diskussionen einsteigen.

Gruß, Zoelomat

#7

Hallo !

Und eine 2. Glasplatte und 2 cm Wasser verursachen keine weitere Schwächung der Einstrahlung,sondern sogar eine Leistungssteigerung ?
Und selbst wenn,woher kommt den die Energie für den Kühlwasserkreislauf,Schwerkraftumwälzung ohne Pumpe ?

Meines Wissens nach gibt es bereits fertige Systeme,bei denen Fotovoltaik und Solarthermie gekoppelt sind,die Solarzellen also von der Unterseite gekühlt werden,bzw. es dort eine Wärmeübertragung auf die Solarflüssigkeit gibt.
Dazu liegen die Solarzellen aber nicht im Wasser sondern auf einem wärmeleitenden Blech,was unterseitig mit Wärmetauscherschlangen überzogen ist und in einem isolierten Kasten liegt.

mfG
duck313

#8

Hallo,

meiner Ansicht nach eine Milchmädchenrechnung, auch wenn ich

Meiner nach auch.

das nicht nachprüfen kann. Ich bin mir aber sicher, dass du
durch die Tatsache, dass der Spiegel (welcher auch immer)
nicht tagsüber der Sonne nachgeführt wird und bei Streulicht
sowieso nicht wirkt, soviel Sonnenstrahlung ungenutzt lässt,
dass weniger herauskommt als wenn du das Panel einfach schräg
im optimalen Winkel aufstellst. Ein Nachführen im Tagesablauf
ist meiner Ansicht nach unumgänglich für eine brauchbare
Ausbeute. Wahrscheinlich heizt du überwiegend das Wasser auf,
das kommt noch dazu.

Das kommt nicht dazu, das Wasser als solches sollte unproblematisch sein. Die Glasscheibe und die Grenzfläche(n) die dadurch vor dem Panel eingezogen wird eher nicht, denn da reflektiert man vermutlich mehr als die lustige Alienkonstruktion aus Alufolie bringen wird :wink:

Anton

#9

Alternativ könnte man auch je einen Streifen Spiegel über und
unter der (auf die Mittagssonne ausgerichtete) Zelle
anbringen, die von 6 - 18 h zusätzliches Licht auf die Zelle
reflektieren.

Hallo,

deine Konstruktionen sind etwa so sinnvoll wie eine kaputte Uhr: die zeigt ja auch einmal tagsüber die richtige Zeit. Allerdings ist das bei einer Uhr ohne Antrieb garantiert, während es bei deinen Spiegeln keineswegs sicher ist, dass auch nur für wenige Minuten am Tag Licht auf die Zellen fällt.

Und bei aller Geometrie ist dir wohl entgangen, dass bei einer Spiegelkonstruktion die Zellen zum Spiegel hin ausgerichtet sein müssen, also bei realistischen Spiegelformen mit dem Rücken zur Sonne. Das garantiert bei falscher Ausrichtung einen Wirkungsgrad von Null.

Gruss Reinhard

#10

Hi,
und alles in allem wirds teurer, aufwändiger, schwerer als eine simples aber schlau konstruiertes klappbares Modul aus 4 oder mehr Stück 10 Watt Modulen, das lässt sich kompakt transportieren und verstauen.
Dabei muss man dann auch nicht alle Viertelstunde das Ungetüm neu ausrichten.
4Stk. 10 Watt Module kosteten letzten Herbst so knappe 60 Euro (4 x 14,90). Bei fallenden Preisen…
also um 45 € eine Wasserkühlung mit Pumpe und Spiegeln dazu eine Nachführung und Spiegeln?
Ich halte es für unmöglich um den Preis was zuverlässiges zu bauen.
Und kommt wirklich bei 4 fachem Licht der 4fache Strom?

OI

1 Like
#11

Hallo,

Und kommt wirklich bei 4 fachem Licht der 4fache Strom?

Bei herkömmlichen Solarzellen auf die du das Licht konzentrierst: Nein, weil der Wirkungsgrad dort abnimmt, je wärmer die Zelle ist. Und die Zelle erwärmt sich ja durch das zusätzliche Licht stärker als eine normale Zelle, selbst wenn man das durch geeignete Wärmeabführung möglichst gut ableitet.

Bei speziell dafür ausgelegten Konzentratorzellen macht das aber trotzdem Sinn, weil man dadurch weniger Halbleitermaterial und dadurch wertvolle Rohstoffe einsparen kann und den Wirkungsgrad sogar erhöhen kann (siehe z.B. hier Das macht man aber nicht mittels Spiegeln, sondern durch Lichtbündelung an Linsen.

Dadurch kommt man bei gleicher Fläche einfach mit weniger Solarmodulen aus, siehe z.B. folgende Skizze:

 Sonnenlicht

 | | | | | | | | | | | |
 | | | | | | | | | | | |
 v v v v v v v v v v v v

\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_ 
°. .°. .°. .° \_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_ 
 °==° °==° °==° ====================== 
---------------------- ----------------------
 Konzentratorzelle normale Zelle

Die ___ Linie oben ist die Glasoberfläche der Zelle. Links wird das Licht durch ein entsprechend geschliffenes Glas auf kleine Solarzellen (=== Linien) darunter gebündelt. Rechts ist eine herkömmliche Solarzelle ohne Lichtkonzentration. Die Konzentratorzelle kommt dabei erkennbar mit viel weniger Halbleitermaterial (=) aus, bei gleicher Grundfläche und Lichteinstrahlung.

Wenn man dann noch auf hohe Lichtkonzentration ausgelegtes Halbleiter-Material verwendet, dann steigt der Wirkungsgrad sogar. Das Fraunhofer Institut hat z.B. Tandem-Zellen entwickelt, bei denen sich der Wirkungsgrad durch die Konzentration um mehr als 25% gegenüber unkonzentrierter Bestrahlung steigert (von einem Wirkungsgrad der Tandemzelle von 32% bei keiner Konzentration auf rund 41% bei etwa 400-facher Konzentration).
http://www.ise.fraunhofer.de/de/presse-und-medien/pr…

Im Moment sind Konzentratorzellen natürlich noch teurer pro KWp als herkömmliche Zellen, da das noch in den Kinderschuhen steckt. Aber das würde sich durch Massenproduktion erstens angleichen und selbst wenn man nur auf den gleichen Preis käme und nicht billiger wäre, dann hätten diese Zellen immer noch den Vorteil des wesentlich geringeren Flächenverbrauchs. Gerade bei Solarkraftwerken wäre das ein großer Vorteil.

vg,
d.

1 Like
#12

Bilanz
Hallo Antworter,

„die Frage, ist nicht, ob du paranoid bist, sondern ob du paranoid genug bist“ heißt es in einem meiner Lieblingsfilme, Strange Days. Stellt sich aber dort als Irrtum heraus.

Fang also mal an:

Glas reflektiert bei senkrechtem Auftreffen ca. 5% des Lichts, wegen des unterschiedlichen Brechungsindex’ zur Luft. Wenn ich Glasplatte und Wasser davor setzte, verlagert sich diese Reflexion auf die äußerste Glasoberfläche, beim Übergang Glas/Wasser und Wasser/Glas ist die Reflexion minimal.
Bei schrägem Auftreten geht die Reflexion gegen 100%. Das gilt auch - und evtll. mehr noch mehr - für starr gegen die Mittagssonne ausgerichtete Zellen. Mehr als 10 h Produktion ist also nicht drin.

Die Frage, ob Zellen Beleuchtungsstärken jenseits 100% der Sonnenstärke mit höherer Leistung danken, wurde nicht beantwortet. Meistens wurde nicht mal darauf eingegangen. Der Hinweis auf die steigende Temperatur ist zwar richtig, aber das hatte ich gewusst und bedacht.
„Nomale“ Solaranlagen dürften sich an einem sonnigen Sommertag durchaus auf über 50°C aufheizen, da sollte auch eine passive Wasserkühlung (Strömung duch Dichteunterschiede) mithalten können. Und wenn nicht, wie groß müsste denn eine Pumpe sein, um 400 cm² zu kühlen?

Das bringt mich zum nächsten, den Dimensionen. Wenn ich von 1 oder 2 Zellen a 20*20cm schreibe, ist ein Hinweis auf Anlagen im Kilowatt-Bereich und Netzeinspeisung nicht wirklich hilfreich und (neudeutsch) zielführend.

Niemand hat anscheinend bedacht, dass in den von mir genannten Dimensionen die Sonne selbst und Flächen kein Rolle spielen. Ob der Spiegel 5 oder 10 mal so groß ist wie die Zelle, macht grad mal 2000 cm² aus, also etwa 7 DIN-A-4-Blätter.

Abgesehen davon hätte ich wohl besser unter Astronomie gefragt, oder Mathematik, denn geometrisch genau (für meine Verhältnisse) hab ich das noch gar nicht durchdacht. Aber die Sonne zieht beharrlich und über Wochen konstant ihre Bahnen. Ob da gegen die Lichtrichtung von hinten angeleuchtete oder schräg von oben und/oder unten durch Spiegel beleuchtete Zellen optimal sind, kann ich ausprobieren oder berechnen, soviel könnt ihr mir schon zutrauen.

Gruß, Zoelomat

#13

Hallo,

Und kommt wirklich bei 4 fachem Licht der 4fache Strom?

Bei herkömmlichen Solarzellen auf die du das Licht
konzentrierst: Nein, weil der Wirkungsgrad dort abnimmt, je
wärmer die Zelle ist. Und die Zelle erwärmt sich ja durch das
zusätzliche Licht stärker als eine normale Zelle, selbst wenn
man das durch geeignete Wärmeabführung möglichst gut ableitet.

Bei speziell dafür ausgelegten Konzentratorzellen macht das
aber trotzdem Sinn, weil man dadurch weniger
Halbleitermaterial und dadurch wertvolle Rohstoffe einsparen
kann und den Wirkungsgrad sogar erhöhen kann (siehe z.B. hier
Das macht man aber nicht mittels Spiegeln, sondern durch
Lichtbündelung an Linsen.

Dadurch kommt man bei gleicher Fläche einfach mit weniger
Solarmodulen aus, siehe z.B. folgende Skizze:

Sonnenlicht

| | | | | | | | | | | |
| | | | | | | | | | | |
v v v v v v v v v v v v

______________________
°. .°. .°. .° ______________________
°==° °==° °==° ======================

Konzentratorzelle normale Zelle

Die ___ Linie oben ist die Glasoberfläche der Zelle. Links
wird das Licht durch ein entsprechend geschliffenes Glas auf
kleine Solarzellen (=== Linien) darunter gebündelt. Rechts ist
eine herkömmliche Solarzelle ohne Lichtkonzentration. Die
Konzentratorzelle kommt dabei erkennbar mit viel weniger
Halbleitermaterial (=) aus, bei gleicher Grundfläche und
Lichteinstrahlung.

Wenn man dann noch auf hohe Lichtkonzentration ausgelegtes
Halbleiter-Material verwendet, dann steigt der Wirkungsgrad
sogar. Das Fraunhofer Institut hat z.B. Tandem-Zellen
entwickelt, bei denen sich der Wirkungsgrad durch die
Konzentration um mehr als 25% gegenüber unkonzentrierter
Bestrahlung steigert (von einem Wirkungsgrad der Tandemzelle
von 32% bei keiner Konzentration auf rund 41% bei etwa
400-facher Konzentration).
http://www.ise.fraunhofer.de/de/presse-und-medien/pr…

Im Moment sind Konzentratorzellen natürlich noch teurer pro
KWp als herkömmliche Zellen, da das noch in den Kinderschuhen
steckt. Aber das würde sich durch Massenproduktion erstens
angleichen und selbst wenn man nur auf den gleichen Preis käme
und nicht billiger wäre, dann hätten diese Zellen immer noch
den Vorteil des wesentlich geringeren Flächenverbrauchs.
Gerade bei Solarkraftwerken wäre das ein großer Vorteil.

Oh Gott, am Ende mal die totale Erkenntniss

vg,
d.