RU2130669C1 - Solar photoelectric module with concentrator and its manufacturing process - Google Patents

Solar photoelectric module with concentrator and its manufacturing process Download PDF

Info

Publication number
RU2130669C1
RU2130669C1 RU98102173/25A RU98102173A RU2130669C1 RU 2130669 C1 RU2130669 C1 RU 2130669C1 RU 98102173/25 A RU98102173/25 A RU 98102173/25A RU 98102173 A RU98102173 A RU 98102173A RU 2130669 C1 RU2130669 C1 RU 2130669C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
prism
concentrator
solar cells
solar
concentrators
Prior art date
Application number
RU98102173/25A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
П.П. Безруких
Д.С. Стребков
нович Э.В. Тверь
Э.В. Тверьянович
А.А. Артемов
Original Assignee
Всероссийский научно-исследовательский институт электрификации сельского хозяйства
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Всероссийский научно-исследовательский институт электрификации сельского хозяйства filed Critical Всероссийский научно-исследовательский институт электрификации сельского хозяйства
Priority to RU98102173/25A priority Critical patent/RU2130669C1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2130669C1 publication Critical patent/RU2130669C1/en

Links

Images

Classifications

    • 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
    • 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
    • Y02P—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
    • Y02P70/00—Climate change mitigation technologies in the production process for final industrial or consumer products
    • Y02P70/50—Manufacturing or production processes characterised by the final manufactured product

Landscapes

  • Optical Elements Other Than Lenses (AREA)

Abstract

FIELD: solar power engineering; heat and power generation. SUBSTANCE: module has solar cells and monolithic optical set of prismatic concentrators whose faces opposing working surfaces are arranged in same plane; part of large rear surface abutting against top of each prismatic concentrator as well as smaller face opposing angle on top of prismatic concentrator are covered with reflecting coating. Solar cells are mounted on large rear surface of each prismatic concentrator at points free from reflecting coating. EFFECT: improved safety of solar cells under all atmospheric conditions; increased service life; increased productivity in assembling photoelectric modules. 2 cl, 2 dwg

Description

Изобретение относится к гелиоэнергетике, в частности к солнечным фотоэлектрическим модулям с концентраторами солнечного излучения для получения тепла и электричества. The invention relates to solar energy, in particular to solar photovoltaic modules with concentrators of solar radiation to produce heat and electricity.

Известен солнечный призматический фотоэлектрический концентратор солнечного излучения, содержащий треугольную призму с дополнительной гранью перед поверхностью выхода (а.с. N 851313, МКИ6 G 02 В 5/04, БИ N 21, 1981).Known solar prismatic photovoltaic solar radiation concentrator containing a triangular prism with an additional face in front of the exit surface (AS N 851313, MKI 6 G 02 B 5/04, BI N 21, 1981).

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому изобретению является солнечный фотоэлектрический модуль, содержащий множество призменных концентраторов, выполненных в виде монолитной плоской структуры из стекла или пластика методом экструзии и прессования по типу линзы Френеля. Каждая призма в модуле имеет две большие грани, одна из которых является рабочей прозрачной поверхностью, на которую падает излучение, а противоположная большая грань призмы имеет зеркальное покрытие (Solar Energy, 1978, vol. 1, N 5, c.428). Грани с зеркальным покрытием всех призм в модуле выполнены в одной плоскости. Солнечные элементы установлены на третьей грани призмы, площадь которой намного меньше площади грани, выполняющей функции рабочей поверхности. Отношение площадей граней призмы, содержащих рабочую поверхность и солнечные элементы, определяет коэффициент концентрации солнечного фотоэлектрического модуля. Closest to the technical nature of the present invention is a solar photovoltaic module containing many prism concentrators made in the form of a monolithic flat structure of glass or plastic by extrusion and pressing by the type of Fresnel lens. Each prism in the module has two large faces, one of which is a transparent working surface on which radiation is incident, and the opposite large face of the prism has a mirror coating (Solar Energy, 1978, vol. 1, No. 5, p. 428). The faces with a mirror coating of all prisms in the module are made in one plane. Solar cells are mounted on the third face of the prism, the area of which is much smaller than the area of the face that performs the function of the working surface. The ratio of the areas of the faces of the prism containing the working surface and solar cells determines the concentration coefficient of the solar photovoltaic module.

Недостатком известного решения является то, что солнечные элементы установлены на гранях призм, которые, как и грани с рабочей поверхностью, подвержены воздействию погодных факторов в процессе эксплуатации. Другой недостаток заключается в большой трудоемкости сборки индивидуальных солнечных элементов на выступающих гранях призм солнечного модуля. A disadvantage of the known solution is that the solar cells are mounted on the faces of prisms, which, like faces with a working surface, are exposed to weather factors during operation. Another disadvantage is the great complexity of assembling individual solar cells on the protruding faces of the prisms of the solar module.

Задачей предлагаемого изобретения является повышение защищенности солнечных элементов от погодных условий и повышение срока службы, а также повышение производительности при сборке фотоэлектрических модулей. The objective of the invention is to increase the protection of solar cells from weather conditions and increase service life, as well as increasing productivity during the assembly of photovoltaic modules.

В результате использования предлагаемого изобретения повышается защищенность солнечных элементов от погодных условий, а также повышается срок их службы. При сборке фотоэлектрических модулей также повышается производительность. As a result of using the present invention, the protection of solar cells from weather conditions is increased, and their service life is also increased. Assembling PV modules also improves performance.

Вышеуказанный технический результат достигается тем, что в солнечном фотоэлектрическом модуле, содержащем солнечные элементы и оптическую монолитную систему из призменных концентраторов, грани которых, противоположные рабочим поверхностям, установлены в одной плоскости, зеркальное покрытие нанесено на часть тыльной большой поверхности, примыкающей к вершине каждого призменного концентратора, и на меньшую грань, противоположную углу при вершине призменного концентратора. Солнечные элементы установлены на свободной от зеркала большой тыльной поверхности каждого призменного концентратора. Угол при вершине призменного концентратора φ связан с углом входа следующим соотношением
φ ≥ [2α-arcsin(sinβ/n)]/2,
где 2α - угол полного внутреннего отражения;
n - коэффициент преломления.The above technical result is achieved by the fact that in a solar photovoltaic module containing solar cells and an optical monolithic system of prism concentrators, the faces of which are opposite to the working surfaces, are installed in the same plane, a mirror coating is applied to a portion of the back large surface adjacent to the top of each prism concentrator , and to a smaller face opposite the corner at the top of the prism concentrator. Solar cells are mounted on a mirror-free large rear surface of each prism concentrator. The angle at the apex of the prism concentrator φ is related to the entry angle by the following relation
φ ≥ [2α-arcsin (sinβ / n)] / 2,
where 2α is the angle of total internal reflection;
n is the refractive index.

Другой задачей предлагаемого изобретения является повышение производительности и снижение стоимости изготовления фотоэлектрических модулей с концентраторами. Another objective of the invention is to increase productivity and reduce the cost of manufacturing photovoltaic modules with concentrators.

Вышеуказанный результат достигается тем, что в способе изготовления фотоэлектрического модуля с концентраторами путем экструзии или прессования монолитной оптической структуры из призменных концентраторов, при котором одну из больших граней каждого призменного концентратора располагают в одной плоскости, нанесения зеркального покрытия на эту поверхность, сборки и крепления солнечных элементов к призменным концентраторам. Зеркальное покрытие наносят на часть тыльной большой поверхности грани каждого призменного концентратора, прилегающую к вершине призменного концентратора, и на меньшую грань с противоположной стороны монолитной структуры, затем на плоскость монолитной структуры на грани, прилегающей к нижнему основанию каждого призменного концентратора, свободной от зеркального покрытия, с тыльной стороны устанавливают солнечные элементы, и их присоединяют одновременно с помощью оптических клеев к монолитной оптической структуре, например, методом ламинирования. The above result is achieved in that in a method for manufacturing a photovoltaic module with concentrators by extrusion or pressing of a monolithic optical structure from prism concentrators, in which one of the large faces of each prism concentrator is located in one plane, applying a mirror coating on this surface, assembling and attaching solar cells to prism concentrators. A mirror coating is applied to the part of the back large surface of the face of each prism concentrator adjacent to the top of the prism concentrator, and to the smaller face on the opposite side of the monolithic structure, then to the plane of the monolithic structure on the face adjacent to the lower base of each prism concentrator, free of mirror coating, solar cells are installed on the back side, and they are connected simultaneously with optical adhesives to a monolithic optical structure, for example, by lamination.

Сущность изобретения поясняет фиг. 1 и 2. The invention is illustrated in FIG. 1 and 2.

На фиг. 1 представлен общий вид фотоэлектрического модуля с призменным концентратором, на фиг. 2 показан ход лучей в одном из призменных концентраторов монолитной оптической структуры. In FIG. 1 shows a general view of a photovoltaic module with a prism concentrator; FIG. Figure 2 shows the beam path in one of the prism concentrators of a monolithic optical structure.

Солнечный фотоэлектрический модуль с концентратором содержит монолитную оптическую структуру 1, выполненную из призменных концентраторов 2, каждая из которых имеет солнечный элемент 3, установленный в нижней части призменного концентратора со стороны, противоположной рабочей поверхности 4. Зеркальное покрытие 5 нанесено на свободную от солнечных элементов 3 тыльную большую поверхность монолитной структуры у вершины каждого призменного концентратора 6 и на меньшую грань 7 призменного концентратора 2 со стороны рабочей поверхности. A solar photovoltaic module with a concentrator contains a monolithic optical structure 1 made of prism concentrators 2, each of which has a solar cell 3 mounted in the lower part of the prism concentrator from the side opposite to the working surface 4. The mirror coating 5 is applied to the back of the solar cells 3 a large surface of the monolithic structure at the top of each prism concentrator 6 and a smaller face 7 of the prism concentrator 2 from the side of the working surface.

Кроме того, на фигурах указаны β - угол входа лучей, φ - угол при вершине из призменных концентраторов, L - длина поверхности призменного концентратора, воспринимающей излучение, D - длина солнечного элемента, В - длина нижнего основания призменного концентратора. In addition, β shows the angle of entry of the rays, φ is the angle at the apex of the prism concentrators, L is the surface length of the prism concentrator receiving radiation, D is the length of the solar cell, and B is the length of the lower base of the prism concentrator.

Солнечный модуль работает следующим образом. Солнечный луч, поступающий на рабочую поверхность 4 призменного концентратора 2 после серии отражений от поверхности, имеющей зеркальное покрытие 5, и от рабочей поверхности 4 за счет полного внутреннего отражения, попадает на солнечные элементы 3. The solar module works as follows. A sun ray arriving at the working surface 4 of the prism concentrator 2 after a series of reflections from the surface having a mirror coating 5 and from the working surface 4 due to total internal reflection falls on the solar cells 3.

Коэффициент концентрации за счет отраженных и преломленных лучей равен K = L/D. The concentration coefficient due to the reflected and refracted rays is K = L / D.

Длину D солнечного элемента принимают равной длине нижнего основания призменного концентратора В. D=B. The length D of the solar cell is taken equal to the length of the lower base of the prism concentrator B. D = B.

В этом случае K = L/B = ctgφ.
Угол при вершине призменного концентратора φ связан с углом входа β следующим соотношением
φ ≥ [2α-arcsin(sinβ/n)]/2,
где 2α - угол полного внутреннего отражения;
n - коэффициент преломления.In this case, K = L / B = ctgφ.
The angle at the apex of the prism concentrator φ is related to the input angle β by the following relation
φ ≥ [2α-arcsin (sinβ / n)] / 2,
where 2α is the angle of total internal reflection;
n is the refractive index.

При n=1,51 2α =41o3', при β = 30o φ = 12o K=5,0.When n = 1.51 2α = 41 o 3 ', when β = 30 o φ = 12 o K = 5.0.

С учетом отклонения угла падения от нормального реальный коэффициент концентрации составляет
K0=K•sin60o=5•0,866=0,4374.Given the deviation of the angle of incidence from normal, the real concentration coefficient is
K 0 = K • sin60 o = 5 • 0.866 = 0.4374.

В данном примере размеры призменного концентратора составляют L=500 мм, B=D= 100 мм. In this example, the dimensions of the prism concentrator are L = 500 mm, B = D = 100 mm.

Количество призменных концентраторов в модуле - 5, размеры модуля 2,5х2,5м. The number of prism concentrators in the module is 5, the dimensions of the module are 2.5x2.5m.

Пример конкретного выполнения солнечного фотоэлектрического модуля с концентратором. An example of a specific implementation of a solar photovoltaic module with a hub.

Изготавливают монолитную оптическую структуру 1 из стекла путем прессования или экструзии, наносят зеркальное покрытие 5 из алюминия или серебра на меньшую грань 7 всех призменных концентраторов 2, которые наклонены под углом близким к 90o к плоскости монолитной структуры 1. Одновременно наносят зеркальное покрытие 5 на тыльные большие грани призменных концентраторов 2, лежащих в одной плоскости. При этом экранируют, закрывают от зеркального покрытия часть тыльной большой грани каждого призменного концентратора 2, удаленной от вершины призменного концентратора 6 и прилегающей к нижнему основанию 7 призменного концентратора 2. Затем устанавливают на указанные свободные от зеркала части тыльной большой грани, лежащие в одной плоскости скоммутированные солнечные элементы 3 с полимерными клеями и ламинируют их путем нагрева и прессования при температуре 80-160oC.A monolithic optical structure 1 is made of glass by pressing or extrusion, a mirror coating 5 of aluminum or silver is applied to the smaller face 7 of all prism concentrators 2, which are inclined at an angle close to 90 o to the plane of the monolithic structure 1. At the same time, a mirror coating 5 is applied to the rear large faces of prism concentrators 2 lying in one plane. At the same time, a part of the back large face of each prism concentrator 2, which is remote from the top of the prism concentrator 6 and adjacent to the lower base 7 of the prism concentrator 2, is shielded, closed from the mirror coating. Then, the back large parts lying in the same plane are mounted on the indicated mirror-free parts 3 solar cells with polymer adhesives and laminate them by heating and pressing at a temperature of 80-160 o C.

Технико-экономические преимущества использования предлагаемого изобретения состоят в том, что увеличивается срок службы фотоэлектрического модуля и его мощность за счет эффективной защиты солнечных элементов от климатических воздействий прямого освещения солнечного элемента солнечным излучением. Также снижается его стоимость за счет более высокой производительности сборки при одновременной герметизации всех солнечных элементов при сборке модулей. The technical and economic advantages of using the present invention are that the service life of the photovoltaic module and its power are increased due to the effective protection of solar cells from the climatic effects of direct illumination of a solar cell with solar radiation. Its cost is also reduced due to higher assembly performance while simultaneously sealing all solar cells during module assembly.

Claims (2)

1. Солнечный фотоэлектрический модуль с концентратором солнечного излучения, содержащий солнечные элементы и монолитную оптическую систему из призменных концентраторов, каждый из которых имеет рабочую поверхность, на которую падает излучение, и установленную под некоторым углом к рабочей поверхности тыльную поверхность с зеркальным покрытием, причем тыльные поверхности всех призменных концентраторов установлены в одной плоскости, отличающийся тем, что зеркальное покрытие нанесено на часть тыльной большой поверхности, примыкающей к вершине каждого призменного концентратора, противоположную рабочей поверхности, и на меньшую грань, противоположную вершине призменного концентратора, а солнечные элементы прикреплены на свободной от зеркала большой тыльной поверхности каждого призменного концентратора, прилегающей к меньшей грани, причем угол при вершине призменного концентратора φ связан с углом входа β следующим соотношением
φ ≥ [2α-arcsin(sinβ/n)]/2,
где 2α - угол полного внутреннего отражения;
n - коэффициент преломления.1. A solar photovoltaic module with a solar radiation concentrator, comprising solar cells and a monolithic optical system of prism concentrators, each of which has a working surface on which radiation is incident, and a back surface with a mirror coating mounted at a certain angle to the work surface, and the back surfaces all prism concentrators are installed in one plane, characterized in that the mirror coating is applied to part of the back of a large surface adjacent to the top of each prism concentrator, opposite the working surface, and on the smaller face opposite the top of the prism concentrator, and the solar cells are mounted on the mirror-free large back surface of each prism concentrator adjacent to the smaller face, and the angle at the top of the prism concentrator φ is connected with the entrance angle β by the following relation
φ ≥ [2α-arcsin (sinβ / n)] / 2,
where 2α is the angle of total internal reflection;
n is the refractive index. 2. Способ изготовления солнечного фотоэлектрического модуля, включающий экструзию или прессовку монолитной оптической структуры из призменных концентраторов, при котором одну из больших граней каждого призменного концентратора располагают в одной плоскости, нанесение зеркального покрытия на указанную эту плоскость, сборку и крепление солнечных элементов к призменным концентраторам, отличающийся тем, что на часть тыльной большой поверхности грани каждого призменного концентратора, лежащих в одной плоскости и примыкающих в вершине призменного концентратора, а также на каждую меньшую грань, противоположную вершине призменного концентратора, наносят напылением или осаждением зеркальное покрытие, на грани, примыкающей к нижнему основанию призменного концентратора с тыльной стороны, свободной от зеркального покрытия, устанавливают скоммутированные солнечные элементы и присоединяют их одновременно с помощью оптических клеев к монолитной оптической структуре. 2. A method of manufacturing a solar photovoltaic module, comprising extruding or pressing a monolithic optical structure from prism concentrators, in which one of the large faces of each prism concentrator is located in one plane, applying a mirror coating to this plane, assembling and attaching solar cells to prism concentrators, characterized in that on a part of the back large surface of the face of each prism concentrator lying in the same plane and adjacent to the vertex n of a variable concentrator, as well as on each smaller face opposite the top of the prism concentrator, a mirror coating is applied by sputtering or deposition, on the side adjacent to the lower base of the prism concentrator from the rear side, which is free from mirror coating, mounted solar cells are mounted and connected at the same time optical adhesives to a monolithic optical structure.
RU98102173/25A 1998-01-23 1998-01-23 Solar photoelectric module with concentrator and its manufacturing process RU2130669C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU98102173/25A RU2130669C1 (en) 1998-01-23 1998-01-23 Solar photoelectric module with concentrator and its manufacturing process

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU98102173/25A RU2130669C1 (en) 1998-01-23 1998-01-23 Solar photoelectric module with concentrator and its manufacturing process

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2130669C1 true RU2130669C1 (en) 1999-05-20

Family

ID=20202002

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU98102173/25A RU2130669C1 (en) 1998-01-23 1998-01-23 Solar photoelectric module with concentrator and its manufacturing process

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2130669C1 (en)

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2520803C2 (en) * 2012-05-15 2014-06-27 Государственное научное учреждение Всероссийский научно-исследовательский институт электрификации сельского хозяйства Российской академии сельскохозяйственных наук (ГНУ ВИЭСХ Россельхозакадемии) Solar module with concentrator and method of its production
RU2571441C2 (en) * 2010-04-06 2015-12-20 ОЙ АйСиЭс ИНТЕЛЛИДЖЕНТ КОНТРОЛ СИСТЕМЗ ЛТД Laminated structure with internal cavities to be used with photocells, and its manufacturing method
RU201526U1 (en) * 2020-09-30 2020-12-21 Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования «Южно-Уральский государственный университет (национальный исследовательский университет)» Holographic film based on prismacons

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
D.K. MUTS AND J.E. CIUTRONICH Solar Energy 1978, v.1, N 5, c.428. *

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2571441C2 (en) * 2010-04-06 2015-12-20 ОЙ АйСиЭс ИНТЕЛЛИДЖЕНТ КОНТРОЛ СИСТЕМЗ ЛТД Laminated structure with internal cavities to be used with photocells, and its manufacturing method
RU2520803C2 (en) * 2012-05-15 2014-06-27 Государственное научное учреждение Всероссийский научно-исследовательский институт электрификации сельского хозяйства Российской академии сельскохозяйственных наук (ГНУ ВИЭСХ Россельхозакадемии) Solar module with concentrator and method of its production
RU201526U1 (en) * 2020-09-30 2020-12-21 Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования «Южно-Уральский государственный университет (национальный исследовательский университет)» Holographic film based on prismacons

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US5288337A (en) Photovoltaic module with specular reflector
US4190465A (en) Luminescent solar collector structure
US5255666A (en) Solar electric conversion unit and system
US4227939A (en) Luminescent solar energy concentrator devices
AU759763B2 (en) Solar energy plant
US20090126792A1 (en) Thin film solar concentrator/collector
US20080121270A1 (en) Photovoltaic roof tile system
EP1186056A1 (en) Device for concentrating optical radiation
US20070227582A1 (en) Low aspect ratio concentrator photovoltaic module with improved light transmission and reflective properties
US4164432A (en) Luminescent solar collector structure
WO1999045596A1 (en) Method and apparatus for directing solar energy to solar energy collecting cells
CA2738647A1 (en) Solar collector panel
US20150009568A1 (en) Light collection system and method
RU2133415C1 (en) Solar photoelectric module (options)
AU5471800A (en) Panel-like structure for collecting radiant energy
RU2130669C1 (en) Solar photoelectric module with concentrator and its manufacturing process
RU2135909C1 (en) Solar photoelectric module with concentrator
Benítez et al. DSMTS: a novel linear PV concentrator
WO1984003553A1 (en) Luminescent concentrator and adaptation thereof in a window, facade and other building elements
RU2158045C1 (en) Solar module with radiant-energy concentrator (design versions)
KR102682432B1 (en) Light collect cell for Solar battery
CN220754776U (en) Solar photovoltaic panel with high conversion efficiency
Ripalda Photovoltaic system for low solar elevation angles
RU2134849C1 (en) Solar photoelectric module with concentrator
RU2133414C1 (en) Solar photoelectric module with energy concentrator (options)

Legal Events

Date Code Title Description
MM4A The patent is invalid due to non-payment of fees

Effective date: 20060124

NF4A Reinstatement of patent

Effective date: 20080227

MM4A The patent is invalid due to non-payment of fees

Effective date: 20100124