CZ309400B6 - Prostorová struktura fotovoltaického modulu nebo koncentrátoru slunečního zářeni - Google Patents
Prostorová struktura fotovoltaického modulu nebo koncentrátoru slunečního zářeni Download PDFInfo
- Publication number
- CZ309400B6 CZ309400B6 CZ2021-522A CZ2021522A CZ309400B6 CZ 309400 B6 CZ309400 B6 CZ 309400B6 CZ 2021522 A CZ2021522 A CZ 2021522A CZ 309400 B6 CZ309400 B6 CZ 309400B6
- Authority
- CZ
- Czechia
- Prior art keywords
- cone
- truncated pyramid
- solar radiation
- spatial structure
- concentration
- Prior art date
Links
- 230000005855 radiation Effects 0.000 title claims abstract description 102
- 230000007704 transition Effects 0.000 claims description 11
- 239000000463 material Substances 0.000 claims description 9
- 239000012780 transparent material Substances 0.000 claims description 8
- 238000013461 design Methods 0.000 description 15
- 230000003287 optical effect Effects 0.000 description 7
- XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N Silicon Chemical compound [Si] XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 238000005452 bending Methods 0.000 description 3
- 238000010276 construction Methods 0.000 description 3
- 238000001816 cooling Methods 0.000 description 3
- 239000011159 matrix material Substances 0.000 description 3
- 238000007493 shaping process Methods 0.000 description 3
- 229910052710 silicon Inorganic materials 0.000 description 3
- 239000010703 silicon Substances 0.000 description 3
- 229910004613 CdTe Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910021417 amorphous silicon Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000000429 assembly Methods 0.000 description 1
- 230000000712 assembly Effects 0.000 description 1
- 150000004770 chalcogenides Chemical class 0.000 description 1
- 238000005352 clarification Methods 0.000 description 1
- 239000012809 cooling fluid Substances 0.000 description 1
- 239000000110 cooling liquid Substances 0.000 description 1
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 1
- 230000005611 electricity Effects 0.000 description 1
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 1
- 238000002474 experimental method Methods 0.000 description 1
- 230000004907 flux Effects 0.000 description 1
- 239000011521 glass Substances 0.000 description 1
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 1
- 238000005259 measurement Methods 0.000 description 1
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000000034 method Methods 0.000 description 1
- 230000035515 penetration Effects 0.000 description 1
- 229920003023 plastic Polymers 0.000 description 1
- 238000005381 potential energy Methods 0.000 description 1
- 230000001681 protective effect Effects 0.000 description 1
- 238000011160 research Methods 0.000 description 1
- 230000003595 spectral effect Effects 0.000 description 1
- 239000010409 thin film Substances 0.000 description 1
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L31/00—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
- H01L31/02—Details
- H01L31/0232—Optical elements or arrangements associated with the device
- H01L31/02325—Optical elements or arrangements associated with the device the optical elements not being integrated nor being directly associated with the device
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L31/00—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
- H01L31/04—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof adapted as photovoltaic [PV] conversion devices
- H01L31/054—Optical elements directly associated or integrated with the PV cell, e.g. light-reflecting means or light-concentrating means
- H01L31/0543—Optical elements directly associated or integrated with the PV cell, e.g. light-reflecting means or light-concentrating means comprising light concentrating means of the refractive type, e.g. lenses
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L31/00—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
- H01L31/04—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof adapted as photovoltaic [PV] conversion devices
- H01L31/054—Optical elements directly associated or integrated with the PV cell, e.g. light-reflecting means or light-concentrating means
- H01L31/0547—Optical elements directly associated or integrated with the PV cell, e.g. light-reflecting means or light-concentrating means comprising light concentrating means of the reflecting type, e.g. parabolic mirrors, concentrators using total internal reflection
-
- H—ELECTRICITY
- H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
- H02S—GENERATION OF ELECTRIC POWER BY CONVERSION OF INFRARED RADIATION, VISIBLE LIGHT OR ULTRAVIOLET LIGHT, e.g. USING PHOTOVOLTAIC [PV] MODULES
- H02S40/00—Components or accessories in combination with PV modules, not provided for in groups H02S10/00 - H02S30/00
- H02S40/20—Optical components
- H02S40/22—Light-reflecting or light-concentrating means
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E10/00—Energy generation through renewable energy sources
- Y02E10/50—Photovoltaic [PV] energy
- Y02E10/52—PV systems with concentrators
Landscapes
- Physics & Mathematics (AREA)
- Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
- Electromagnetism (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Computer Hardware Design (AREA)
- Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
- Power Engineering (AREA)
- Photovoltaic Devices (AREA)
Abstract
Prostorová struktura (1) fotovoltaického článku nebo koncentrátoru slunečního záření obsahuje základní těleso (2) složené z alespoň dvou na sobě uložených komolých jehlanů nebo kuželů (20) a (21), přičemž plocha spodní základny (210) horního komolého jehlanu nebo kuželu (21) je menší než plocha horní základny (201) spodního komolého jehlanu nebo kuželu (20) a úhel (α20) stoupání spodního komolého jehlanu (20) a úhel (α21) stoupání horního komolého jehlanu (21) mají velikost 60 až 85°, přičemž na horní základně (201, resp. 211) alespoň jednoho komolého jehlanu nebo kuželu (20, 21) je uložený alespoň jeden koncentrační výstupek (4) ve tvaru jehlanu nebo kuželu a úhel stoupání (α3) tohoto koncentračního výstupku (3) má velikost 20 až 55°.
Description
Prostorová struktura fotovoltaického modulu nebo koncentrátoru slunečního záření
Oblast techniky
Vynález se týká prostorové struktury fotovoltaického modulu nebo koncentrátoru slunečního záření.
Dosavadní stav techniky
V současné době se pro konverzi sluneční energie na energii elektrickou využívají fotovoltaické články různých typů, nejčastěji křemíkové. Tyto fotovoltaické články mají tvar rovinné čtvercové desky, typicky s rozměry cca 100 x 100 mm až cca 150 x 150 mm, a jejich výroba je ve světě do značné míry standardizovaná a široce zavedená. Tyto fotovoltaické články jsou v rámci fotovoltaických modulů uspořádány v pravidelných geometrických útvarech, nejčastěji plošných, přičemž jsou v rámci těchto modulů navzájem sériově (ojediněle i paralelně) elektricky propojené - viz např. „How do PV panels or PV cells work?“, National Lighting Product Informational Program, Lighting Answers, Volume 9 Issue 3, July 2006, obrázek 3 (dostupné na http://www.lrc.rpi.edu/programs/nlpip/lightingAnswers/photovoltaic/04-photovoltaic-panels- work.asp) nebo Alternative Energy Tutorials, Solar Photovoltaic Panel ze dne 19.11.2014 (dostupné na http://www.alternative-energy-tutorials.com/solar-power/photovoltaics.html). Vzhledem k tomu, že způsob elektrického propojení jednotlivých fotovoltaických článků v modulu nemá podstatný vliv na výkon či účinnost tohoto modulu, a sériové propojení vyžaduje méně materiálu a méně prostoru, je v současné době obecně považováno za výhodnější.
Počet fotovoltaických článků v rámci fotovoltaického modulu a výsledná velikost fotovoltaického modulu se zpravidla řídí lokalitou, kde je fotovoltaický modul instalován a jejími dispozicemi. V současné době se fotovoltaické moduly obvykle montují na střechy budov nebo jako autonomní sestavy pro fotovoltaické elektrárny ve volném prostranství. Takto sestavené fotovoltaické moduly ale mají řadu nevýhod. Tou hlavní je, že jsou díky své konstrukci a prostorovému uspořádání schopné využít v podstatě jen přímé sluneční záření, které na ně dopadá při jasné obloze, a proto je nutné je instalovat pod určitými úhly, orientované zejména na jižní světovou stranu. Jejich nevýhodou je, že nejsou schopné zachytit a využít rozptýlené a odražené sluneční záření, které tvoří většinu slunečného záření již při malé míře zakrytí oblohy oblačností. Jejich další nevýhodou je značná kolísavost jimi dodávaného elektrického výkonu v závislosti nejen na aktuální míře oblačnosti, ale i na teplotě a ročním období, což způsobuje potíže se stabilitou elektrické rozvodné sítě.
Kromě výše zmíněných křemíkových fotovoltaických článků existují také další typy fotovoltaických článků, např. tenkovrstvé články na bázi amorfního křemíku, nebo na bázi chalkogenidů (CulnSe, CulnSeGa, CdTe apod.), které ze své fyzikální podstaty dosahují nižší účinnosti (a tím i množství vyrobené energie) než klasické fotovoltaické články na bázi křemíku. I fotovoltaické články těchto typů mají typicky tvar čtvercové desky s rozměry cca 100 x 100 mm až cca 150 x 150 mm.
Pro zvýšení množství fotonů slunečního záření dopadajících na jednotku plochy fotovoltaického článku, resp. modulu, se v praxi využívají různé typy koncentrátorů slunečního záření, nejčastěji z reflexních materiálů (zrcadel) - viz např. Volker Quaschning: „Obnovitelné zdroje energie“, str. 96 (ISBN: 9788086726489, Profipress s.r.o., 2012), nebo ve formě optických čoček. I při využití těchto koncentrátorů, ale nadále platí, že se využívají v podstatě jen fotony přímého slunečního záření, které i přes koncentrátorem zvýšenou světlenou intenzitu generují v modulech stále neúměrně málo energie. Přitom však kvůli koncentrátorům dochází k přehřívání fotovoltaických modulů, které potencionální energetický výtěžek dále snižuje. Koncentrátory, např. ve formě zrcadel navíc zabírají značný prostor a zvyšují investiční náklady, kvůli čemuž jsou využitelné
- 1 CZ 309400 B6 pouze omezeně.
V současné době neexistuje struktura fotovoltaického modulu nebo koncentrátoru slunečního záření, která by dokázala efektivně a kvantitativně zachytit a využít jak přímé, tak i rozptýlené a odražené sluneční záření, které na ně dopadá již při malé oblačnosti z navzájem velmi odlišných směrů a pod odlišnými úhly.
Cílem vynálezu je tedy navrhnout prostorovou strukturu fotovoltaického modulu nebo koncentrátoru slunečního záření, které by toto umožnilo.
Podstata vynálezu
Cíle vynálezu se dosáhne prostorovou strukturou fotovoltaického modulu nebo koncentrátoru slunečního záření, jejíž podstata spočívá v tom, že obsahuje základní těleso složené z alespoň dvou na sobě uložených komolých jehlanů nebo kuželů, přičemž plocha spodní základy horního komolého jehlanu nebo kuželu je menší než plocha horní základny spodního komolého jehlanu nebo kuželu a úhel stoupání spodního komolého jehlanu a úhel stoupání horního komolého jehlanu mají velikost 60 až 85°, přičemž na horní základně alespoň jednoho komolého jehlanu nebo kuželu základního tělesa je uložený alespoň jeden koncentrační výstupek ve tvaru jehlanu nebo kuželu, přičemž úhel stoupání tohoto koncentračního výstupku má velikost 20 až 55°.
Úhel stoupání spodního komolého jehlanu nebo kuželu a úhel stoupání horního komolého jehlanu nebo kuželu mají s výhodou velikost 65 až 75°.
Základny horního komolého jehlanu nebo kuželu a základy spodního komolého jehlanu nebo kuželu mají s výhodou tvar pravidelného N-úhelníku. N je přitom s výhodou rovno 3, 4, 6, 8, 12, 16 nebo nekonečno.
Také základny koncentračních výstupků mají s výhodou tvar pravidelného N-úhelníku. N je přitom s výhodou rovno 3, 4, 6, 8, 12, 16 nebo nekonečno.
Základní těleso struktury je ve výhodné variantě opatřené alespoň jedním zkosením vedeným po úhlem o velikosti 20 až 80° po celé výšce tohoto základního tělesa.
Kromě koncentračních výstupků může být na horní základně alespoň jednoho komolého jehlanu nebo kuželu tvořícího základní těleso vytvořena alespoň jedna prohlubeň ve tvaru jehlanu nebo kuželu s úhlem stoupání 20 až 55°.
Ve výhodné variantě provedení jsou na horní základně horního komolého jehlanu nebo kuželu vytvořené alespoň dvě šikmé plochy, přičemž na každé z těchto šikmých ploch je uložen alespoň jeden koncentrační výstupek.
Osy, které procházejí vrcholy a středy základen těchto koncentračních výstupků spolu svírají úhel α33 o velikosti 40 až 90°.
Prostorová struktura podle vynálezu je s výhodou vytvořená z opticky propustného materiálu.
V další variantě provedení je struktura podle vynálezu vytvořena inverzně jako dutina v bloku opticky propustného materiálu.
Prostorová struktura podle vynálezu může být v kterékoliv variantě provedení na svém povrchu opatřená alespoň jedním fotovoltaickým článkem.
- 2 CZ 309400 B6
Alespoň jedna boční stěna horního komolého kuželu nebo jehlanu a/nebo alespoň jedna boční stěna spodního komolého kuželu nebo jehlanu je s výhodou vytvořena jako lomená, přičemž mezi jejími navazujícími částmi je vytvořena přechodová plocha. Na alespoň jedné přechodové ploše může být uložený alespoň jeden koncentrační výstupek a/nebo v ní může být vytvořená alespoň jedna prohlubeň.
Pro lepší prostorové uspořádání a další koncentraci drah fotonů slunečního záření před jejich dopadem na fotovoltaický článek je pod spodní základnou spodního komolého jehlanu nebo kužele uložena základna z opticky prostupného materiálu.
Objasnění výkresů
Na obrázcích připojených výkresů jsou:
- na obr. 1a schematicky znázorněné většinové dráhy fotonů slunečního záření pro jasnou oblohu až oblohu s malou oblačností;
- na obr. 1b většinové dráhy fotonů slunečního záření pro polojasnou až oblačnou oblohu;
- na obr. 1c většinové dráhy fotonů slunečního záření pro oblačnou až zataženou oblohu;
- na obr. 1d kombinace různých drah fotonů slunečního záření v reálných podmínkách;
- na obr. 2 jedna příkladná varianta struktury fotovoltaického modulu nebo koncentrátoru slunečního záření podle vynálezu;
- na obr. 3 druhá příkladná varianta struktury fotovoltaického modulu nebo koncentrátoru slunečního záření podle vynálezu;
- na obr. 4 třetí příkladná varianta struktury fotovoltaického modulu nebo koncentrátoru slunečního záření podle vynálezu;
- na obr. 5 čtvrtá příkladná varianta struktury fotovoltaického modulu nebo koncentrátoru slunečního záření podle vynálezu;
- na obr. 6 pátá příkladná varianta struktury fotovoltaického modulu nebo koncentrátoru slunečního záření podle vynálezu;
- na obr. 7 šestá příkladná varianta struktury fotovoltaického modulu nebo koncentrátoru slunečního záření podle vynálezu;
- na obr. 8 sedmá příkladná varianta struktury fotovoltaického modulu nebo koncentrátoru slunečního záření podle vynálezu;
- na obr. 9 osmá příkladná varianta struktury fotovoltaického modulu nebo koncentrátoru slunečního záření podle vynálezu;
- na obr. 10 devátá příkladná varianta struktury fotovoltaického modulu nebo koncentrátoru slunečního záření podle vynálezu;
- na obr. 11 desátá příkladná varianta struktury fotovoltaického modulu nebo koncentrátoru slunečního záření podle vynálezu;
- 3 CZ 309400 B6
- na obr. 12 jedenáctá příkladná varianta struktury fotovoltaického modulu nebo koncentrátoru slunečního záření podle vynálezu;
- na obr. 13 dvanáctá příkladná varianta struktury fotovoltaického modulu nebo koncentrátoru slunečního záření podle vynálezu;
- na obr. 14 třináctá příkladná varianta struktury fotovoltaického modulu nebo koncentrátoru slunečního záření podle vynálezu;
- na obr. 15 čtrnáctá příkladná varianta struktury fotovoltaického modulu nebo koncentrátoru slunečního záření podle vynálezu;
- na obr. 16 výhodná kombinace dvou struktur fotovoltaického modulu nebo koncentrátoru slunečního záření podle vynálezu ve variantě dle obr. 15;
- na obr. 17 další příkladná varianta struktury fotovoltaického modulu nebo koncentrátoru slunečního záření podle vynálezu;
- na obr. 18 prostorová kombinace struktur fotovoltaického modulu nebo koncentrátoru slunečního záření ve variantě podle obr. 2 a obr. 15;
- na obr. 19 další příkladná varianta prostorové kombinace struktur fotovoltaického modulu nebo koncentrátoru slunečního záření ve variantě podle obr. 2 a obr. 15;
- na obr. 19a další varianta prostorové kombinace struktur fotovoltaického modulu nebo koncentrátoru slunečního záření podle obr. 19;
- na obr. 20 průřez strukturou fotovoltaického modulu s využitím struktury podle vynálezu ve variantě podle obr. 2;
- na obr. 21 dráhy fotonů slunečního záření dopadajících na povrch struktury fotovoltaického modulu nebo koncentrátoru slunečního záření podle vynálezu ve variantě podle obr. 15;
- na obr. 22 průřez další příkladnou variantou struktury fotovoltaického modulu nebo koncentrátoru slunečního záření podle vynálezu;
- na obr. 23 průřez příkladnou variantou fotovoltaického modulu podle vynálezu;
- na obr. 24 průřez jinou příkladnou variantou fotovoltaického modulu podle vynálezu;
- na obr. 24a průřez další příkladnou variantou fotovoltaického modulu podle vynálezu;
- na obr. 25 další příkladná varianta struktury fotovoltaického modulu nebo koncentrátoru slunečního záření podle vynálezu;
- na obr. 26 další příkladná varianta struktury fotovoltaického modulu nebo koncentrátoru slunečního záření podle vynálezu;
- na obr. 27 příkladná varianta prostorové kombinace struktur fotovoltaického modulu nebo koncentrátoru slunečního záření ve variantě podle obr. 26;
- na obr. 28 další příkladná varianta struktury fotovoltaického modulu nebo koncentrátoru slunečního záření podle vynálezu;
- 4 CZ 309400 B6
- na obr. 29 příkladná prostorová kombinace struktur fotovoltaického modulu nebo koncentrátoru slunečního záření ve variantě podle obr. 28; a
- na obr. 30 modifikovaná varianta příkladné varianty struktury fotovoltaického modulu nebo koncentrátoru slunečního záření podle vynálezu ve variantě podle obr. 11.
Příklady uskutečnění vynálezu
Na základě výzkumu původců byly s využitím reálných pokusných fotovoltaických článků a modulů a za podpory moderních optických a elektrických přístrojů objeveny zcela nové, doposud netušené, trajektorie fotonů slunečního záření při různých stupních zakrytí oblohy oblačností. Jedná se o uskupení drah fotonů do specifických kuželů a, b, c, které jsou tvořeny komplexní sítí rovných drah fotonů a které ústí do specifických ohnisek V o specifických rozměrech a intenzitách energií. V závislosti na míře zakrytí oblohy oblačností, a tedy i výsledném typu slunečního záření, se tyto kužely a, b, c navzájem liší šířkou a velikostí vrcholového úhlu. Nejmenší vrcholové úhly přitom vykazují kužely a vytvořené trajektoriemi fotonů přímého slunečního záření, největší vrcholové úhly naopak trajektorie fotonů rozptýleného a odraženého slunečního záření. Čím menší vrcholový úhel má kužel a, b, c drah fotonů, tím sevřenější a hustší je tato síťová konstrukce, a tím více je energie fotonů koncentrovaná v jeho vrcholu V - viz obr. 1 a, na kterém jsou schematicky znázorněné typické kužely a drah fotonů slunečního záření pro případ jasné až skoro jasné oblohy (tj. zakrytí oblohy oblačností z maximálně cca 2/8), které mají většinově vrcholový úhel cca 20°, obr. 1b, na kterém jsou schematicky znázorněné typické kužely b drah fotonů slunečního záření pro případ malé oblačnosti (tj. zakrytí oblohy oblačností z cca 3/8) až polojasné oblohy (tj. zakrytí oblohy oblačností z cca 4/8), které mají díky rozptylu při prostupu oblačností většinově vrcholový úhel cca 40°, a obr. 1c, na kterém jsou schematicky znázorněné typické kužely c drah fotonů slunečního záření pro oblačnou (tj. zakrytí oblohy oblačností z cca 5/8) až zataženou oblohu (tj. zakrytí oblohy oblačností z cca 8/8), které mají díky větší míře rozptylu a odrazu při průchodu oblačností většinově vrcholový úhel cca 60 °C. Při všech těchto typech zakrytí oblohy oblačností vytváří sluneční záření v atmosféře v reálném čase, ve dne, a na kterémkoliv místě na planetě Zemi, tvarově stejné, geometricky přesné všeprostorové síťové konstrukce tvořené kužely a, b, c fotonů, které se koncentrují ve vrcholech V těchto kuželů a, b, c a které díky odlišné délce trajektorií fotonů obsahují různě silné intenzity energie. Při změně podmínek se mění také směrový charakter slunečního záření dopadajícího na zemský povrch. Např. v případě polojasné oblohy může vzniknout kombinace dvou, nebo více typů kuželů drah fotonů s větší a menší intenzitou, kdy část zářivého toku přichází ve formě přímého záření a část ve formě rozptýleného a/nebo odraženého záření - viz obr. 1d. Za těchto podmínek se tyto sítě navzájem prolínají a díky stejným základním tvarům tvoří spektrální, kvantovou a všeprostorovou síť kuželů a, b, c a jejich vrcholů V.
Všechny tyto dráhy fotonů se setkávají ve vrcholech V kuželů a, b, c a pak je zase opouštějí, aby se setkaly znovu ve vrcholech V kuželů a, b, c vznikajících níže v atmosféře, do kterých mohou po cestě k zemskému povrchu přitékat kužely a, b, c fotonů s větším nebo i menším vrcholovým úhlem.
Prostorová struktura 1 fotovoltaického modulu nebo koncentrátoru slunečního záření podle vynálezu znázorněná schematicky v různých variantách na přiložených výkresech přitom odpovídá této teorii a je svým tvarem uzpůsobena tomu, aby zachytila (v případě fotovoltaického modulu) nebo vhodným způsobem usměrnila (v případě koncentrátoru slunečního záření) maximální možné množství drah fotonů slunečního záření, při jakémkoliv zakrytí oblohy oblačností. Každá z níže popisovaných variant této struktury 1 je použitelná buď samostatně, nebo v kombinaci se stejnými nebo podobnými strukturami jako součást většího celku v rámci kterého mohou být jednotlivé struktury 1 uspořádány na rovinné základně nebo v libovolném prostorovém uspořádání - viz např. obr. 16, 18, 19, 19a 27 a 29. Při reálných měřeních přitom bylo zaznamenáno zvýšení účinnosti fotovoltaických modulů, jejichž tvar odpovídá prostorové struktuře 1 podle vynálezu, nebo fotovoltaických modulů osazených koncentrátory slunečního záření, jejichž tvar
- 5 CZ 309400 B6 odpovídá struktuře 1 podle vynálezu, o desítky procent. Varianty prostorových struktur 1 na přiložených výkresech jsou pouze příkladné a jednotlivé struktury 1 lze dále v podstatě libovolně modifikovat a vzájemně kombinovat.
Prostorová struktura 1 fotovoltaického článku nebo koncentrátoru slunečního záření podle vynálezu obsahuje základní těleso 2 složené z alespoň dvou na sobě uložených komolých jehlanů 20 a 21. Horní komolý jehlan 21 je přitom svou spodní základnou 210 uložený na horní základně 201 spodního komolého jehlanu 20, s výhodou v jejím středu, přičemž plocha spodní základy 210 horního komolého jehlanu 21 je menší než plocha horní základny 201 spodního komolého jehlanu 20. Úhel 020 stoupání spodního komolého jehlanu 20, tj. úhel mezi jeho spodní základnou 200 a jeho bočními stěnami 2000, a úhel 021 stoupání horního komolého jehlanu 21 mají velikost 60 až 85°, s výhodou 65 až 75°. Ve výhodné variantě provedení jsou úhly 020 a 021 stoupání všech komolých jehlanů 20, 21 tvořících základní těleso 2 stejné. Alespoň některý komolý jehlan 20, 21 tvořící základní těleso 2 může být po své výšce tvořen dvěma nebo více na sebe navazujícími dílčími jehlany s odlišným úhlem stoupání 020 nebo 0200 — viz např. obr. 7, na kterém je znázorněna varianta, kdy je spodní komolý jehlan 20 tvořen dvěma na sebe navazujícími dílčími jehlany 20a a 20b, přičemž úhel stoupání 0200 horního z nich je menší než úhel stoupání 020 spodního z nich.
Základny 200, 201, 210, 211 komolých jehlanů 20, 21 tvořících základní těleso 2 mohou mít tvar obecně N-úhelníku, vč. hvězdicového, s výhodou pravidelného, přičemž N je rovno 3 až nekonečno, s výhodou zejména 3, 4, 6, 8, 12, 16, nejvýhodněji 4. Pokud je N rovno nekonečno, je základna 200, 201, 210, 211 dané části základního tělesa 2 tvořená kruhem, oválem, kuželosečkou nebo jiným spojitým útvarem a daná část základního tělesa 2 je tak tvořená komolým kuželem. Ve výhodné variantě provedení mají obě základny 200, 201, 210, 211 všech komolých jehlanů/kuželů 20, 21 tvořících základní těleso 2 stejný tvar.
Spodní základna 200 spodního komolého jehlanu/kuželu 20 je podle potřeby a uvažované aplikace rovinná nebo je alespoň v části své plochy prostorově tvarovaná - s výhodou spojitě, např. konvexně nebo konkávně prohnutá. Výhodná varianta se spodní základnou 200 spodního komolého jehlanu/kuželu 20 konkávně prohnutou v celé její ploše je znázorněná na obr. 3 a obr. 29. Toto tvarování spodní základny 200 napomáhá u koncentrátoru slunečního záření ještě optimálnějšímu usměrnění slunečního záření směrem na neznázorněný fotovoltaický článek nebo modul umístěný pod spodní základnou 200 základního tělesa 2. Analogické konkávní prohnutí spodní základny 200 spodního komolého jehlanu/kuželu 20 může být vytvořeno v kterékoliv z popsaných variant prostorové struktury 1 fotovoltaického modulu nebo koncentrátoru slunečního záření podle vynálezu. Rádius tohoto prohnutí (který je s výhodou větší než průměr spodní základny 200 spodního komolého jehlanu/kuželu 20) a umístění tohoto prohnutí jsou pak dány konkrétními rozměry prostorové struktury 1 a podmínkami na dané lokalitě. Úhel 020 stoupání spodního komolého jehlanu/kuželu 20 je v této variantě, i ve variantách jiného tvarování spodní základny 200 spodního komolého jehlanu/kuželu měřen od roviny proložené všemi body na obvodu spodní základny 200 spodního komolého jehlanu/kuželu 20. V neznázorněné variantě provedení je alespoň jeden z komolých jehlanů/kuželů 20, 21 tvořený komolým kuželem, tj. obě jeho základny 200, 201, 210, 211 jsou tvořené N-úhelníkem, kde N je rovno nekonečno. Podstata vynálezu však bude dále vysvětlena na provedení s komolými jehlany 20, 21 s čtvercovými základnami 200, 201, 210, 211; pro jiný tvar základen 200, 201, 210, 211 platí všechny níže uvedené informace analogicky.
V neznázorněné variantě se mohou jednotlivé komolé kužely 20, 21 tvořící základní těleso 2 lišit svou výškou a/nebo úhlem stoupání 020, 021.
Na horní základně 201 spodního komolého jehlanu 20 jsou po obvodu spodní základny 210 horního komolého jehlanu 21 rovnoměrně uspořádané vzhůru orientované koncentrační výstupky 3 ve tvaru jehlanu nebo kužele, případně komolého jehlanu nebo kužele. Výška těchto koncentračních výstupků 3 je přitom shodná nebo menší než výška horního komolého jehlanu 21 základního tělesa
- 6 CZ 309400 B6
2. Ve výhodné variantě provedení znázorněné na obr. 2 je po obvodu spodní základny 210 horního komolého jehlanu/kuželu 21 rovnoměrně uspořádáno 16 stejných koncentračních výstupků 3.
Na horní základně 211 horního komolého jehlanu 21 je s výhodou uspořádán alespoň jeden koncentrační výstupek 3. V provedeních znázorněných na obr. 2, 3, 10, 11, 12, 13, 14, 20, 22 a 23 jsou na horní základně 211 horního komolého jehlanu 21 vedle sebe v matrici 2 x 2 uspořádané čtyři navzájem identické vzhůru orientované koncentrační výstupky 3 ve tvaru jehlanu nebo kužele. Základny 31 těchto koncentračních výstupků 3 s výhodou překrývají celou plochu horní základny 211 horního komolého jehlanu 21.
Úhel α3 stoupání koncentračních výstupků 3, tj. úhel mezi základnou 30 těchto výstupků a jejich bočními stěnami 31 je 20 až 55°, s výhodou 23 až 48°. Základna 30 těchto koncentračních výstupků 3 může mít tvar obecně N-úhelníku, vč. hvězdicového, s výhodou pravidelného, kde N je rovno 3 až nekonečno, s výhodou zejména 3, 4, 6, 8, 12, 16, nejvýhodněji 4, případně nekonečno. Pokud je N rovno nekonečno, je základna 30 daného koncentračního výstupku 3 tvořená kruhem, oválem nebo jiným spojitým útvarem nebo kuželosečkou a daný koncentrační výstupek 3 je tak tvořený kuželem, případně komolým kuželem. Ve výhodné variantě provedení mají koncentrační výstupky 3 základnu 30 stejného tvaru jako spodní komolý jehlan/kužel 2 a/nebo horní komolý jehlan/kužel 21 základního tělesa 2.
Kterýkoliv z koncentračních výstupků 3 struktury může být zakončen ostrým hrotem nebo zaoblením.
V nejvýhodnější variantě provedení jsou všechny koncentrační výstupky 3 struktury 1 navzájem identické, to však není nutnou podmínkou.
V neznázorněných variantách provedení může být alespoň některý z koncentračních výstupků 3 tvořený po své výšce dvěma nebo více na sebe navazujícími úseky s odlišným úhlem stoupání α3, resp. α31.
Pro správnou funkci prostorové struktury 1 fotovoltaického modulu nebo koncentrátoru slunečního záření podle vynálezu postačuje, pokud je na alespoň některé základně alespoň jedné části základního tělesa 1 uspořádán alespoň jeden koncentrační výstupek 3; s počtem koncentračních výstupků 3 však roste dosahovaný výkon.
V některých variantách provedení může být horní základna 211 horního komolého jehlanu/kuželu 21 základního tělesa 2 bez koncentrační výstupků 3, přičemž může být rovná - viz např. obr. 4, nebo šikmá, alespoň na části své plochy zaoblená (konvexně nebo konkávně) - viz např. obr. 5, lomená, případně v ní může být vytvořená alespoň jedna prohlubeň 4 nebo alespoň jedna řada vedle sebe uspořádaných prohlubní 4, jejíž/jejichž tvar, např. odpovídá tvaru inverzního koncentračního výstupku 3 v kterékoliv výše popsané variantě - viz např. obr. 6, případně může být na alespoň části plochy horní základny 211 horního komolého jehlanu 21 uložený alespoň jeden koncentrační výstupek 3, s výhodou např. koncentrační výstupek 3 ve tvaru jehlanu nebo komolého jehlanu s obdélníkovou základnou, případně ve tvaru trojbokého hranolu (s výhodou se sešikmenými čely) jehož vrchol je tvořen hranou - viz např. obr. 7, atd.
V jiné neznázorněné variantě provedení je bez koncentračních výstupků 3 horní základna 201 spodního komolého jehlanu/kužele 20 a koncentrační výstupek/výstupky 3 je uložen/jsou uloženy na horní základně 211 horního komolého jehlanu/kužele 21.
Na obr. 8 je dále znázorněná varianta struktury 1 podle vynálezu, u které je v horní základně 211 horního komolého jehlanu/kuželu 21 vytvořena prohlubeň 4 ve tvaru inverzního koncentračního výstupku 3 v kterékoliv výše popsané variantě provedení. Na horní základně 201 spodního komolého jehlanu/kuželu 20 jsou pak po obvodu spodní základny 210 horního komolého jehlanu/kuželu 21 střídavě uspořádány koncentrační výstupky 3 a prohlubně 4 ve tvaru inverzních
- 7 CZ 309400 B6 koncentračních výstupků 3. Koncentrační výstupky 3 a prohlubně 4 na sebe přitom s výhodou plynule navazují. Prohlubeň 4 v horní základně 211 horního komolého jehlanu/kuželu 21 má ve znázorněné variantě provedení alespoň jeden rozměr větší než prohlubně 4 v horní základně 201 spodního komolého jehlanu/kuželu 2; v neznázorněné variantě provedení s nimi může být identická, nebo může mít alespoň jeden rozměr menší. Rozměry prohlubní 4 v horní základně 201 spodního komolého jehlanu/kuželu 20 přitom odpovídají rozměrům koncentračních výstupků 3 na horní základně 201 spodního komolého jehlanu/kuželu 20. V neznázorněných variantách provedení mohou být všechny prohlubně 4 identické. V rámci jedné struktury 1 lze kombinovat více typů koncentračních výstupků 3 a/nebo prohlubní 4.
Obdobná varianta struktury 1 podle vynálezu je znázorněná i na obr. 9 s tím rozdílem, že v tomto případě jsou v horní základně 211 horního komolého jehlanu 21 vytvořeny čtyři prohlubně 4 (v matrici 2 x 2) ve tvaru inverzního koncentračního výstupku 3 v kterékoliv výše popsané variantě provedení. Na horní základně 201 spodního komolého jehlanu/kuželu 20 jsou po obvodu spodní základny 210 horního komolého jehlanu/kuželu 21 střídavě uspořádány koncentrační výstupky 3 a prohlubně 4 ve tvaru inverzních koncentračních výstupků 3, přičemž prohlubně 4 v horní základně 211 horního komolého jehlanu/kuželu 21 mají stejné rozměry jako koncentrační výstupky 3 na horní základně 201 spodního komolého jehlanu/kuželu 20, a prohlubně 4 v horní základně 201 spodního komolého jehlanu/kuželu 20 mají alespoň jeden rozměr větší. V neznázorněných variantách provedení mohou být prohlubně 4 v horní základně 211 horního komolého jehlanu/kuželu 21 a prohlubně 4 v horní základně 201 spodního komolého jehlanu/kuželu 20 identické, případně mohou mít prohlubně 4 v horní základně 211 horního komolého jehlanu/kužele 21 alespoň jeden rozměr větší než prohlubně 4 v horní základně 211 horního komolého jehlanu/kuželu 21. V rámci jedné struktury 1 lze kombinovat více typů koncentračních výstupků 3 a/nebo prohlubní 4.
Na obr. 10 je pak znázorněná varianta prostorové struktury 1 fotovoltaického článku nebo koncentrátoru slunečního záření podle vynálezu, která odpovídá variantě znázorněné na obr. 2, s tím rozdílem, že koncentrační výstupky 3 jsou tvořeny dvěma na sobě uloženými komolými jehlany/kužely 301, 302, přičemž horní komolý jehlan/kužel 302 tvořící koncentrační výstupek 3 je svou spodní základnou 3020 uložený, s výhodou ve středu, na horní základně 30101 spodního komolého jehlanu/kuželu 301 tvořícího koncentrační výstupek 3, přičemž plocha spodní základy 3020 horního komolého jehlanu/kuželu 302 je menší než plocha horní základny 3010 spodního komolého jehlanu/kuželu 301. Koncentrační výstupky 3 tohoto typu mohu být v rámci jedné prostorové struktury 1 fotovoltaického modulu nebo koncentrátoru slunečního záření libovolně kombinovány s koncentračními výstupky 3 kteréhokoliv výše uvedeného typu, případně s prohlubněmi 4.
Ve specifické variantě prostorové struktury 1 fotovoltaického článku nebo koncentrátoru slunečního záření podle vynálezu znázorněné na obr. 11 jsou na horní základně 211 horního komolého jehlanu/kuželu 21 vytvořeny dvě šikmé plochy 2110, 2111, přičemž na každé z nich je uspořádaný alespoň jeden koncentrační výstupek 3, přičemž tyto koncentrační výstupky 3 jsou vzájemně uspořádány tak, že jejich osy 300, které procházejí jejich vrcholy 32 a středy jejich základen 30 spolu svírají úhel α33 o velikosti 40 až 90°, s výhodou 45 až 65°. Takových dvojic koncentračních výstupků 3 může být na horní základně 211 horního komolého jehlanu 21 uloženo více - např. mohou být uloženy v alespoň dvou rovnoběžných řadách, případně ve dvou nebo více dvojicích uspořádaných po obvodu horní základny 211. Analogicky je možné v alespoň jedné šikmé ploše 2110, 2111 vytvořit alespoň jednu prohlubeň 4.
Koncentrační výstupky 3 uspořádané na šikmých plochách 2110, 2111 na horní základně 211 horního komolého jehlanu/kuželu 21 mají některý z výše popsaných tvarů koncentračních výstupků 3, přičemž se v některém parametru mohou lišit od koncentračních výstupků 3 uspořádaných na horní základně 201 dolního komolého jehlanu/kuželu 20, nebo s nimi mohou být identické. Koncentrační výstupky 3 na šikmých plochách 2110, 2111 na horní základně 211
- 8 CZ 309400 B6 horního komolého jehlanu/kuželu 21 jsou ve znázorněné variantě provedení identické, v dalších variantách se však mohou navzájem lišit svým tvarem a/nebo alespoň jednám rozměrem.
Šikmé plochy 2110, 2111 na horní základně 211 horního komolého jehlanu/kuželu 21 na sebe ve znázorněné variantě provedení přímo navazují. V neznázorněné variantě provedení však mezi nimi může být vytvořená v podstatě libovolně tvarovaná přechodová plocha. Na ní může být případně uložený alespoň jeden další koncentrační výstupek 3 libovolné výše popsané konstrukce.
Na obr. 12 je pak znázorněná upravená varianta prostorové struktury 1 fotovoltaického článku nebo koncentrátoru slunečního záření podle vynálezu znázorněné na obr. 11. V této variantě jsou sraženy alespoň dvě protilehlé hrany spodní základny 20 základního tělesa 2, což v případech, kdy tato prostorová struktura 1 slouží jako koncentrátor slunečního záření, napomáhá koncentraci slunečního záření na neznázorněný fotovoltaický článek nebo modul uspořádaný pod ní, jehož plocha je menší než plocha spodní základy 20 základního tělesa 2 koncentrátoru 1. V základním tělese 2 je současně čárkovaně naznačeno možné vedení chladicí kapaliny pro chlazení struktury 1.
Na obr. 13 je pak znázorněná další upravená varianta prostorové struktury 1 fotovoltaického článku nebo koncentrátoru slunečního záření podle vynálezu znázorněné na obr. 11. U této varianty jsou šikmé plochy 2110, 2111 na horní základně 211 horního komolého jehlanu 21 a koncentrační výstupky 3 na nich vytvořeny tak, že boční stěny 31 těchto koncentračních výstupků 3 leží v jedné rovině s bočními stěnami 2100 horního komolého jehlanu 21 základního tělesa 2.
V neznázorněné variantě provedení jsou šikmé plochy 2110, 2111 na horní základně 211 horního komolého jehlanu 21 a koncentrační výstupky 3 na nich navzájem uspořádány tak, že sousední boční stěny 31 sousedních koncentračních výstupků 3 leží v jedné rovině. To umožňuje např. jejich překrytí vhodným plošným materiálem pro jejich mechanickou ochranu.
Obdobná varianta struktury 1 jako na obr. 13 je znázorněná i na obr. 14. V této variantě jsou části horní základny 201 spodního komolého jehlanu/kužele 20 po obvodu spodní základy 210 horního jehlanu/kužele 21 vytvořeny jako šikmé plochy, přičemž na nich uspořádané koncentrační výstupky 3 jsou díky tomu orientované šikmo směrem od horního komolého jehlanu/kuželu 21. V případě, kdy je spodní část základního tělesa 2 tvořená komolým jehlanem, jsou v jejich rozích vytvořeny dvojice na sebe navazujících trojúhelníkových přechodových ploch PI a PII. Tyto přechodové plochy PI a PII přitom vhodně zvětšují plochu prostorové struktury 1 fotovoltaického článku nebo koncentrátoru slunečního záření.
Ve variantě provedení znázorněné na obr. 15, která se na základě provedených experimentů jeví jako výhodnější pro praktické využití, je základní těleso 2 struktury 1 podle obr. 2 opatřeno zkosením 5 vedeným pod úhlem α5 o velikosti 20 až 85° po celé výšce tohoto tělesa 2 - od spodní základny 200 spodního komolého jehlanu/kuželu 2 až po střed horní základny 211 horního komolého jehlanu/kuželu 21, a to po alespoň části délky, s výhodou po celé délce, hrany spodní základy 200 spodního komolého jehlanu/kuželu 20. Zejména pokud má spodní základna 200 spodního jehlanu 20 více než 4 hrany, může být základní těleso 2 struktury 1 fotovoltaického článku nebo koncentrátoru slunečního záření opatřeno více dílčími zkoseními 5, přičemž každé z nich je vedeno po alespoň části délky jedné hrany spodní základny 200 spodního komolého jehlanu 20. Ve výhodné variantě provedení spolu tato zkosení 5 bezprostředně sousedí. V jiné variantě provedení je zkosení 5, případně alespoň jedno ze zkosení 5, vedeno po alespoň části délky spojnice dvou nesousedních vrcholů spodní základny 200 spodního jehlanu 20. Vlivem tohoto/těchto zkosení 5 je na horní základně 211 horního komolého jehlanu/kuželu 21 a na horní základně 201 spodního komolého jehlanu/kuželu 20 uspořádané menší množství koncentračních výstupků 3 - ve variantě znázorněné na obr. 15 jsou to 2 (v pohledu na obr. 15 za sebou uspořádané) koncentrační výstupky 3 na horní základně 211 horního komolého jehlanu 21 a 11 koncentračních výstupků 3 na horní základně 201 spodního komolého kuželu 20. I v této variantě může být horní základna 211 horního komolého jehlanu/kuželu 21 vytvořena v některé z výše popsaných variant - např. bez koncentrační výstupků 3, např. rovná, šikmá, alespoň na části své plochy zaoblená
- 9 CZ 309400 B6 (konvexně nebo konkávně), případně v ní může být vytvořená alespoň jedna prohlubeň 4 nebo alespoň jedna řada vedle sebe uspořádaných prohlubní 4, jejíž/jejichž tvar např. odpovídá inverznímu tvaru některého z výše popsaných typů koncentračního výstupku 3, případně může být na alespoň části plochy horní základny 211 horního komolého jehlanu 21 uložený alespoň jeden koncentrační výstupek 3, např. ve tvaru jehlanu nebo komolého jehlanu s obdélníkovou základnou, případně ve tvaru trojbokého hranolu (s výhodou se sešikmenými čely) jehož vrchol je tvořen úsečkou.
Na obr. 17 je pro názornost znázorněná modifikovaná varianta prostorové struktury fotovoltaického článku nebo koncentrátoru slunečního záření podle obr. 15. Na horní základně 201 spodního komolého jehlanu/kuželu 20 jsou pak po obvodu spodní základny 210 horního komolého jehlanu/kuželu 21 střídavě uspořádány koncentrační výstupky 3 a prohlubně 4 ve tvaru inverzních koncentračních výstupků 3. Koncentrační výstupky 3 a prohlubně 4 na sebe přitom s výhodou plynule navazují. Rozměry prohlubní 4 přitom ve znázorněné variantě odpovídají rozměrům koncentračních výstupků 3 na horní základně 201 spodního komolého jehlanu/kuželu 20. V rámci jedné struktury 1 lze kombinovat více typů koncentračních výstupků 3 a/nebo prohlubní 4.
Analogicky v provedeními znázorněnými na obr. 8 a 9 může být na horní základně 211 horního komolého jehlanu/kuželu 21 vytvořena alespoň jedna prohlubeň 4.
V případě kombinace více prostorových struktur 1 podle vynálezu ve variantě znázorněné na obr. 15, resp. 17 jsou tyto struktury 1 k sobě s výhodou přivrácené svými zkoseními 5, čímž se zabrání jejich vzájemnému stínění - viz obr. 16, 18, 19 a 19a. Na obr. 18 je znázorněná složitější prostorová konstrukce 10, která kombinuje struktury 1 fotovoltaického článku nebo koncentrátoru slunečního záření podle vynálezu ve variantě podle obr. 15, a která přitom sama svým tvarem odpovídá struktuře 1 fotovoltaického článku nebo koncentrátoru slunečního záření podle obr. 2. Struktury 1 jsou opatřeny zkosením 5 orientovaným směrem k protilehlé struktuře 1, rohové struktury 1 pak dvěma zkoseními 5 - každým orientovaným k jedné ze sousedních struktur 1. I tato prostorová konstrukce 10 jako celek může být v neznázorněné variantě provedení opatřena zkosením, které odpovídá zkosení 5 struktury 1 podle obr. 15 - viz naznačení čárkovanými čarami. Přitom mohou být tyto konstrukce 10 dále analogickým způsobem dále kombinovány do dalších složitějších prostorových struktur.
Na obr. 19 je znázorněná další varianta prostorové konstrukce 10 podle obr. 18, s tím rozdílem, že u ní jsou některé prostorové struktury 1 podle vynálezu nahrazené analogickými inverzními prohlubněmi 41. Na obr. 19a je znázorněná podobná varianta prostorové konstrukce 10 jako na obr. 19, s tím rozdílem, že jedna z prohlubní 41 má odlišnou konstrukci - je tvořena dvěma (případně i více) na sebe navazujícími dílčími prohlubněmi 411 a 412 ve tvaru komolého kuželu nebo jehlanu, přičemž po obvodu horní základny 4111 horní dílčí prohlubně 411, po obvodu horní základy 4121 spodní dílčí prohlubně 412 a na spodní základně 4122 spodní dílčí prohlubně 412 jsou uspořádány koncentrační výstupky 3, kterékoliv výše popsané konstrukce. Blíž je tato struktura 1 znázorněna také na obr. 24a. V neznázorněných variantách provedení nemusí být koncentrační výstupky 3 uspořádány po obvodu základen 4111, 4121, 4122 dílčích prohlubní 411, 412 rovnoměrně. Analogicky může být prohlubeň 41 tvořena i více dílčími prohlubněmi 411, 412. V rámci jedné prohlubně 41 lze kombinovat koncentrační výstupky kterékoliv výše popsané konstrukce a dílčí prohlubně 4 kterékoliv výše popsané konstrukce.
Struktura 1 fotovoltaického článku nebo koncentrátoru slunečního záření podle vynálezu je s výhodou vytvořena jako monolit.
Struktura 1 fotovoltaického článku nebo koncentrátoru slunečního záření podle vynálezu slouží buď jako nosič fotovoltaického článku/článků 7, který/které jsou uloženy na jejím vnějším povrchu, kdy v kombinaci s ním/nimi představuje prostorově tvarovaný fotovoltaický modul - viz např. obr. 20, nebo je vyrobená z opticky propustného materiálu, jako např. skla, transparentního plastu apod. a slouží jako koncentrátor slunečního záření usměrňující sluneční záření na
- 10 CZ 309400 B6 fotovoltaický článek/modul uložený pod ní. V případě, kdy slouží jako nosič fotovoltaického článku/článků 7, zajišťuje její tvar to, že sluneční záření, ať už přímé, rozptýlené, nebo odražené dopadá na fotovoltaický článek/články 7 vždy pod vhodným úhlem k jeho maximálnímu využití. V případě, kdy slouží jako koncentrátor slunečního záření, zajišťuje její tvar to, že sluneční záření ať už přímé, rozptýlené nebo odražené dopadající na kteroukoliv část jejího povrchu bude vždy usměrněné pod vhodným úhlem směrem na povrch neznázorněného, pod touto strukturou 1 uspořádaného, fotovoltaického článku/článků 7, resp. modulu, a to i v případě dopadu pod velmi malým úhlem - viz obr. 21, na kterém jsou znázorněny dráhy fotonů slunečního záření dopadajících na povrch struktury 1 fotovoltaického článku nebo koncentrátoru slunečního záření podle vynálezu ve variantě podle obr. 15.
Ve variantě provedení znázorněné na obr. 22 a 23 je struktura 1 fotovoltaického modulu nebo optického koncentrátoru slunečního záření vytvořena inverzně, tj. jako dutina 60 v bloku 6 opticky propustného materiálu. Tento opticky propustný materiál přitom slouží jako koncentrátor slunečního záření směrem na fotovoltaický článek/články 7 umístěný/umístěné v této dutině 60 nebo pod ní, případně na fotovoltaický článek/články 7 umístěný/umístěné na vnitřních stěnách této dutiny 60. Ve variantě provedení znázorněné na obr. 22 je matrice katody fotovoltaického článku 7 nanesená na stěnách této dutiny 60; ve variantě znázorněné na obr. 23 pak tuto dutinu 60 zcela vyplňuje.
Ve variantě provedení znázorněné na obr. 24 je struktura 1 fotovoltaického modulu nebo optického koncentrátoru slunečního záření vytvořena inverzně, tj. jako dutina 60 v bloku 6 materiálu, s opačným prostorovým uspořádáním než na obr. 22 a 23.
Na obr. 24a je znázorněná další varianta struktury 1 fotovoltaického modulu nebo optického koncentrátoru slunečního záření vytvořené inverzně jako dutina 60 v bloku 6 materiálu. Tato dutina 60 je tvořená dvěma (v dalších variantách případně i více) na sebe navazujícími dílčími prohlubněmi 411 a 412 ve tvaru komolého kuželu nebo jehlanu, přičemž po obvodu horní základny 4111 horní dílčí prohlubně 411, po obvodu horní základy 4121 spodní dílčí prohlubně 412 a na spodní základně 4122 spodní dílčí prohlubně 412 jsou uspořádány koncentrační výstupky 3 kterékoliv výše popsané konstrukce. V neznázorněných variantách provedení nemusí být koncentrační výstupky 3 uspořádány po obvodu základen 4111, 4121, 4122 dílčích prohlubní 411, 412 rovnoměrně. V neznázorněných analogických variantách může být kterákoliv základna 4111, 4121, 4122 dílčí prohlubně 411, 412 bez koncentračních výstupků 3. V dalších neznázorněných variantách provedení je možné na kterékoliv základně 4111, 4121, 4122 dílčí prohlubně 411, 412 kombinovat koncentrační výstupky kterékoliv výše popsané konstrukce a prohlubně 4 kterékoliv výše popsané konstrukce, případně na ní vytvořit jen prohlubně 4.
V rámci jedné prostorové struktury 1 fotovoltaického modulu nebo koncentrátoru slunečního záření podle vynálezu je možné v kterékoliv variantě kombinovat koncentrační výstupky 3 různých velikostí - viz např. obr. 25, na kterém je znázorněná struktura 1 fotovoltaického modulu nebo optického koncentrátoru slunečního záření podle vynálezu, u které jsou na horních základnách 201, 211 jednotlivých komolých jehlanů 20, 21 základního tělesa 2 kombinovány koncentrační výstupky 3 různých velikostí. Ve znázorněné variantě provedení je alespoň jedna z bočních stěn 2010, 2100 každého komolého jehlanu 20, 21 navíc vytvořena jako lomená, přičemž na vytvořené přechodové ploše 20001, resp. 21001 vytvořené mezi jejími navazujícími částmi jsou umístěny další koncentrační výstupky 3. Ve znázorněné variantě provedení jsou přechodové plochy 20101, 21001 rovnoběžné s horní základnou 211, resp. 201 daného komolého kužele 20, 21, ale to není nutnou podmínkou - přechodové plochy 20001, 21001 mohou být orientovány obecně libovolně, přičemž mohou být bez koncentračních výstupků 3. V neznázorněných variantách mohou být alespoň některé přechodové plochy 20001, 21001 bez koncentračních výstupků, případně v nich může/mohou být vytvořeny prohlubně 4, nebo kombinace koncentračních výstupků 3 a prohlubní 4. Na obr. 26 je pak znázorněna varianta struktury fotovoltaického modulu nebo optického koncentrátoru slunečního záření podle vynálezu, u které je struktura podle obr. 25 uložena na nosném bloku 8 tvořeném hranolem s rovnoběžníkovým příčným průřezem, přičemž tento hranol
- 11 CZ 309400 B6 přesahuje přes šířku spodní základny 200 spodního komolého jehlanu 20 a usnadňuje skládání stejných nebo podobných struktur 1 do složitějším prostorových konstrukcí 10 - viz např. obr. 27. Každé struktuře 1 v této prostorové konstrukci 10 může být přiřazený neznázorněný samostatný fotovoltaický článek 7, resp. fotovoltaický modul, případně může být více strukturám 1 přiřazený společný fotovoltaický modul.
Ve všech výše popsaných a znázorněných variantách je vždy horní základna 210, resp. 211 každého komolého jehlanu/kuželu 20, 21 základního tělesa 2 rovnoběžná se spodní základna 200, resp. 201 tohoto komolého jehlanu/kuželu 20, 21. To však není podmínkou správné funkce této struktury 1. Na obr. 28 je znázorněná varianta prostorové struktury 1 fotovoltaického modulu nebo koncentrátoru slunečního záření, u které je spodní základna 200 spodního komolého jehlanu 20 zešikmená. V neznázorněné variantě může být dále konkávně prohnutá, případně opatřená jiným prostorovým tvarováním. Tento tvar umožňuje vhodně prostorově skládat tyto struktury 1 do složitějších konstrukcí 10, ve kterých je více těchto struktur 1 tvořících, např. koncentrátory slunečního záření přiřazeno jednomu fotovoltaickému článku 7 modulu, při zachování vhodné orientace slunečního záření na jeho plochu. Příklad takové konstrukce 10 je znázorněný, např. na obr. 29. U něj jsou dvě struktury podle obr. 28 uspořádány šikmo vedle sebe, přičemž k sobě přiléhají svými spodními základnami 200 v místě své nejmenší výšky. Tyto struktury 1 jsou společně s fotovoltaickým článkem/modulem 7 uspořádaným pod nimi uloženy v nosné a/nebo ochranné konstrukci 9 z materiálu prostupného pro sluneční záření.
V kterékoliv variantě prostorové struktury 1 fotovoltaického modulu nebo koncentrátoru slunečního záření podle vynálezu lze v podstatě libovolně kombinovat koncentrační výstupky 3 různých rozměrů a/nebo provedení.
V případě prostorové struktury 1 koncentrátoru slunečního záření je výhodné, pokud je pod spodní základnou 200 spodního komolého jehlanu nebo kuželu 20 uspořádaná základna 9 z materiálu prostupného pro sluneční záření. Tato základna 9 umožňuje lepší prostorové uspořádání a další koncentraci drah fotonů slunečního záření před jejich dopadem na fotovoltaický článek 7 nebo modul uspořádaný pod touto základnou 9. Tato základna 9 může být ve své struktuře opatřená prvky pro další koncentraci drah fotonů slunečního záření. Takovým prvkem je např. drážka 91, nebo jiný vložený prvek apod., na jejíž stěně dochází k lomení dráhy fotonů slunečního záření, jak je znázorněno na obr. 30. Drážka 91 je pak s výhodou orientována stejně jako jedna z bočních stěn 2000 spodního komolého jehlanu nebo kuželu 20 základního tělesa 2, kdy je vedena pod úhlem α91 = α20. Základna 9 může současně sloužit jako nosný prvek pro větší počet prostorových struktur 1 - na obr. 90 naznačeno tečkovaně. Ve výhodné variantě provedení je tloušťka základy 9 rovná výšce spodního komolého kuželu nebo jehlanu 20 základního tělesa 2.
V případě potřeby může být kterákoliv struktura 1 doplněna systémem aktivního chlazení (s využitím vhodné chladicí tekutiny - viz např obr. 12) a/nebo systémem pasivního chlazení (s využitím teplovodních materiálů, např. ve formě kovových elementů - pásků, desek apod. uspořádaných pod fotovoltaickým článkem/články 7).
Claims (15)
1. Prostorová struktura (1) fotovoltaického modulu nebo koncentrátoru slunečního záření, vyznačující se tím, že obsahuje základní těleso (2) složené z alespoň dvou na sobě uložených komolých jehlanů nebo kuželů (20) a (21), přičemž plocha spodní základy (210) horního komolého jehlanu nebo kuželu (21) je menší než plocha horní základny (201) spodního komolého jehlanu nebo kuželu (20) a úhel (α20) stoupání spodního komolého jehlanu (20) a úhel (α21) stoupání horního komolého jehlanu (21) mají velikost 60 až 85°, přičemž na horní základně (201, resp. 211) alespoň jednoho komolého jehlanu nebo kuželu (20, 21) je uložený alespoň jeden koncentrační výstupek (4) ve tvaru jehlanu nebo kuželu, přičemž úhel stoupání (α3) tohoto koncentračního výstupku (3) má velikost 20 až 55°.
2. Prostorová struktura (1) podle nároku 1, vyznačující se tím, že úhel (α20) stoupání spodního komolého jehlanu nebo kuželu (20) a úhel (α2ΐ) stoupání horního komolého jehlanu nebo kuželu (21) mají velikost 65 až 75°.
3. Prostorová struktura (1) podle nároku 1, vyznačující se tím, že základny (210, 211) horního komolého jehlanu nebo kuželu (21) a základy (200, 201) spodního komolého jehlanu nebo kuželu (20) mají tvar pravidelného N-úhelníku.
4. Prostorová struktura (1) podle nároku 3, vyznačující se tím, že základny (210, 211) horního komolého jehlanu nebo kuželu (21) a základy (200, 201) spodního komolého jehlanu nebo kuželu (20) mají tvar pravidelného N-úhelníku, kde N je rovno 3, 4, 6, 8, 12, 16 nebo nekonečno.
5. Prostorová struktura (1) podle nároku 1, vyznačující se tím, že základny (30) koncentračních výstupků (3) mají tvar pravidelného N-úhelníku.
6. Prostorová struktura (1) podle nároku 5, vyznačující se tím, že základny (30) koncentračních výstupků (3, 4) mají tvar pravidelného N-úhelníku, kde N je rovno 3, 4, 6, 8, 12, 16 nebo nekonečno.
7. Prostorová struktura (1) podle nároku 1, vyznačující se tím, že její základní těleso (2) je opatřené alespoň jedním zkosením (5) vedeným pod úhlem (α5) o velikosti 20 až 80° po celé výšce tohoto základního tělesa (2), od spodní základny (200) spodního komolého jehlanu nebo kuželu (2) až po střed horní základny (211) horního komolého jehlanu nebo kuželu (21).
8. Prostorová struktura (1) podle libovolného z nároků 1, 3, 4, 5, vyznačující se tím, že na horní základně (201, resp. 211) alespoň jednoho komolého jehlanu nebo kuželu (20, 21) je vytvořena alespoň jedna prohlubeň (4) ve tvaru jehlanu nebo kuželu s úhlem stoupání 20 až 55°.
9. Prostorová struktura (1) podle nároku 1, vyznačující se tím, že na horní základně (211) horního komolého jehlanu nebo kuželu (21) jsou vytvořené alespoň dvě šikmé plochy (2110, 2111), přičemž na každé z těchto šikmých ploch (2110, 2111) je uložen alespoň jeden koncentrační výstupek (3), přičemž osy (300) těchto koncentračních výstupků (3), které procházejí jejich vrcholy (32) a středy jejich základen (30) spolu svírají úhel (α33) o velikosti 40 až 90°.
10. Prostorová struktura (1) podle libovolného z nároků 1 až 9, vyznačující se tím, že je vytvořená z opticky propustného materiálu.
11. Prostorová struktura (1) podle libovolného z nároků 1 až 10, vyznačující se tím, že je vytvořena jako dutina (60) v bloku (6) opticky propustného materiálu.
12. Prostorová struktura (1) podle libovolného z nároků 1 až 11, vyznačující se tím, že je na svém povrchu opatřená alespoň jedním fotovoltaickým článkem (7).
- 13 CZ 309400 B6
13. Prostorová struktura (1) podle libovolného z nároků 1 až 12, vyznačující se tím, že je alespoň jedna boční stěna (2100) horního komolého kuželu nebo jehlanu (21) a/nebo alespoň jedna boční stěna (2100) spodního komolého kuželu nebo jehlanu (20) je vytvořena jako lomená, přičemž mezi jejími navazujícími částmi je vytvořena přechodová plocha (20001, resp. 21001).
5
14. Prostorová struktura (1) podle nároku 13, vyznačující se tím, že na alespoň jedné přechodové ploše (20001, 21001) je uložený alespoň jeden koncentrační výstupek (3) a/nebo alespoň jedna prohlubeň (4).
15. Prostorová struktura (1) podle nároku 1 nebo 8, vyznačující se tím, že pod spodní základnou (200) spodního komolého jehlanu nebo kužele (20) je uložena základna (9) z opticky prostupného 10 materiálu.
Priority Applications (9)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| IL303018A IL303018A (en) | 2020-11-18 | 2021-11-16 | Spatial structure of a photovoltaic module or concentration of solar radiation |
| CZ2021-522A CZ309400B6 (cs) | 2021-11-16 | 2021-11-16 | Prostorová struktura fotovoltaického modulu nebo koncentrátoru slunečního zářeni |
| MX2023005850A MX2023005850A (es) | 2020-11-18 | 2021-11-16 | Estructura espacial de un modulo fotovoltaico o de un concentrador de radiacion solar. |
| AU2021384649A AU2021384649B2 (en) | 2020-11-18 | 2021-11-16 | Spatial structure of a photovoltaic module or a concentrator of solar radiation |
| KR1020237020633A KR20230118586A (ko) | 2020-11-18 | 2021-11-16 | 태양광 모듈 또는 태양광 집광기의 공간 구조 |
| US18/253,284 US20240022208A1 (en) | 2020-11-18 | 2021-11-16 | Spatial structure of a photovoltaic module or a concentrator of solar radiation |
| JP2023530632A JP2023549930A (ja) | 2020-11-18 | 2021-11-16 | 太陽光発電モジュールまたは太陽放射集光器の空間構造体 |
| PCT/CZ2021/050135 WO2022105951A1 (en) | 2020-11-18 | 2021-11-16 | Spatial structure of a photovoltaic module or a concentrator of solar radiation |
| CA3199570A CA3199570A1 (en) | 2020-11-18 | 2021-11-16 | Spatial structure of a photovoltaic module or a concentrator of solar radiation |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CZ2021-522A CZ309400B6 (cs) | 2021-11-16 | 2021-11-16 | Prostorová struktura fotovoltaického modulu nebo koncentrátoru slunečního zářeni |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CZ2021522A3 CZ2021522A3 (cs) | 2022-11-23 |
| CZ309400B6 true CZ309400B6 (cs) | 2022-11-23 |
Family
ID=84104952
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CZ2021-522A CZ309400B6 (cs) | 2020-11-18 | 2021-11-16 | Prostorová struktura fotovoltaického modulu nebo koncentrátoru slunečního zářeni |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CZ (1) | CZ309400B6 (cs) |
Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2012133973A1 (ko) * | 2011-03-31 | 2012-10-04 | 코오롱글로텍주식회사 | 태양전지 모듈 및 이의 제조방법 |
| US20150083193A1 (en) * | 2012-03-30 | 2015-03-26 | Sharp Kabushiki Kaisha | Secondary lens, photovoltaic cell mounting body, concentrating photovoltaic power generation unit, and concentrating photovoltaic power generation module |
| CZ2020617A3 (cs) * | 2020-11-18 | 2022-05-25 | Marp Invention S.R.O. | Prostorová struktura fotovoltaického článku nebo koncentrátoru slunečního záření |
-
2021
- 2021-11-16 CZ CZ2021-522A patent/CZ309400B6/cs unknown
Patent Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2012133973A1 (ko) * | 2011-03-31 | 2012-10-04 | 코오롱글로텍주식회사 | 태양전지 모듈 및 이의 제조방법 |
| US20150083193A1 (en) * | 2012-03-30 | 2015-03-26 | Sharp Kabushiki Kaisha | Secondary lens, photovoltaic cell mounting body, concentrating photovoltaic power generation unit, and concentrating photovoltaic power generation module |
| CZ2020617A3 (cs) * | 2020-11-18 | 2022-05-25 | Marp Invention S.R.O. | Prostorová struktura fotovoltaického článku nebo koncentrátoru slunečního záření |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CZ2021522A3 (cs) | 2022-11-23 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| KR102115394B1 (ko) | 햇빛전구와 반사판을 이용하는 양면태양광모듈 발전기와 그 발전방법 | |
| AU2009246864A1 (en) | Solar systems that include one or more shade-tolerant wiring schemes | |
| KR20100090245A (ko) | 광전지 디바이스 | |
| WO2014142650A1 (en) | Concentrating solar panel with diffuse light conversion | |
| JP2005142373A (ja) | 集光型太陽光発電装置 | |
| EP4248499A1 (en) | Spatial structure of a photovoltaic module or a concentrator of solar radiation | |
| Paul | Application of compound parabolic concentrators to solar photovoltaic conversion: A comprehensive review | |
| RU2488915C2 (ru) | Солнечный концентраторный модуль (варианты) | |
| CN103077990A (zh) | 一种波长选择性广角聚光光伏发电系统及其方法 | |
| CN110931584A (zh) | 一种折板形光伏组件与其使用的正面玻璃以及光伏系统 | |
| CZ309400B6 (cs) | Prostorová struktura fotovoltaického modulu nebo koncentrátoru slunečního zářeni | |
| BG67028B1 (bg) | Система за разположение на фотоволтаични елементи | |
| WO2016042583A1 (en) | Photovoltaic multifaceted intercepting device | |
| AU2021384649B2 (en) | Spatial structure of a photovoltaic module or a concentrator of solar radiation | |
| US20240022208A1 (en) | Spatial structure of a photovoltaic module or a concentrator of solar radiation | |
| CZ309401B6 (cs) | Prostorová struktura koncentrátoru slunečního záření nebo fotovoltaického modulu a fotovoltaický modul s koncentrátorem slunečního záření s touto prostorovou strukturou | |
| CZ36711U1 (cs) | Prostorová struktura fotovoltaického článku nebo koncentrátoru slunečního záření | |
| EA046172B1 (ru) | Пространственная конструкция фотоэлектрического модуля или концентратора солнечного излучения | |
| CN115552293A (zh) | 光重定向棱镜、重定向棱镜壁以及包含它们的太阳能电池板 | |
| CN104639025A (zh) | 密集阵列式聚光光伏系统 | |
| CN210167366U (zh) | 一种防眩光网箱式花型太阳能玻璃 | |
| JP6933596B2 (ja) | 太陽光発電システム | |
| TWI449196B (zh) | 偏折元件及使用此偏折元件的日光準直系統 | |
| WO2022162845A1 (ja) | 太陽電池モジュール用反射ユニット | |
| ES2931087B2 (es) | Módulo fotovoltaico bifacial semitransparente con concentradores de irradiancia posterior |