RU2135909C1 - Солнечный фотоэлектрический модуль с концентратором - Google Patents
Солнечный фотоэлектрический модуль с концентратором Download PDFInfo
- Publication number
- RU2135909C1 RU2135909C1 RU98114432/06A RU98114432A RU2135909C1 RU 2135909 C1 RU2135909 C1 RU 2135909C1 RU 98114432/06 A RU98114432/06 A RU 98114432/06A RU 98114432 A RU98114432 A RU 98114432A RU 2135909 C1 RU2135909 C1 RU 2135909C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- angle
- transparent
- solar
- photovoltaic module
- radiation
- Prior art date
Links
Images
Classifications
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F24—HEATING; RANGES; VENTILATING
- F24S—SOLAR HEAT COLLECTORS; SOLAR HEAT SYSTEMS
- F24S23/00—Arrangements for concentrating solar-rays for solar heat collectors
- F24S23/10—Prisms
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F24—HEATING; RANGES; VENTILATING
- F24S—SOLAR HEAT COLLECTORS; SOLAR HEAT SYSTEMS
- F24S23/00—Arrangements for concentrating solar-rays for solar heat collectors
- F24S23/70—Arrangements for concentrating solar-rays for solar heat collectors with reflectors
- F24S23/77—Arrangements for concentrating solar-rays for solar heat collectors with reflectors with flat reflective plates
-
- 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
- Y02E10/40—Solar thermal energy, e.g. solar towers
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- Sustainable Development (AREA)
- Sustainable Energy (AREA)
- Thermal Sciences (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Combustion & Propulsion (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- General Engineering & Computer Science (AREA)
- Photovoltaic Devices (AREA)
- Optical Elements Other Than Lenses (AREA)
Abstract
Изобретение относится к гелиотехнике, в частности к солнечным фотоэлектрическим модулям с концентраторами для получения тепла и электроэнергии. В результате использования предлагаемого изобретения повышается коэффициент концентрации энергии, снижается масса модуля и его стоимость. Вышеуказанный технический результат достигается тем, что в солнечном фотоэлектрическом модуле, содержащем скоммутированные фотопреобразователи 1 и установленный с одной стороны зеркальный отражатель 2, с противоположной стороны фотопреобразователей 1 установлено прозрачное ограждение 3, например из стекла или пластмассы, образующее острый двугранный угол с плоскостью зеркального отражателя 2, а угол β входа (падения) солнечного излучения на прозрачное ограждение 3 и двугранный угол φ между прозрачным ограждением 3 и зеркальным отражателем 2 связаны соотношением β+2φ = ψ1, где ψ1= 80-90°. 3 з.п. ф-лы, 5 ил.
Description
Изобретение относится к гелиотехнике, в частности к солнечным фотоэлектрическим модулям с концентраторами для получения тепла и электроэнергии.
Известен солнечный фотоэлектрический модуль с концентратом, выполненным в виде призмы полного внутреннего отражения (D.R.Mils, I. E.Giutronich. Ideal Prism Solar Concentrators. Solar Energy, vol. 21, 1978, стр. 423).
Недостатком известного фотоэлектрического модуля является низкий коэффициент концентрации. Это связано с тем, что при угле входа излучения по отношению к нормали к поверхности ± 23,5o минимальный угол при вершине призмы αo равен 28o, а коэффициент концентрации K=1/sin αo= 2,13. Другим недостатком данного конструктивного решения является большая масса призмы полного внутреннего отражения.
Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому изобретению является конструкция фотоэлектрического модуля с плоским зеркальным отражателем (M.Ronnelid et al. Booster Reflektors for Photovolteuc modules at high altitude. Nortk Sun Int. Conf. Proc. 1997. Finland. p.555). Зеркальный отражатель усиливает поток солнечного излучения на фотопреобразователь пропорционально коэффициенту концентрации, который равен 1,5 - 2,0.
Недостатком известного фотоэлектрического модуля является низкий коэффициент концентрации.
Задачей предлагаемого изобретения является увеличение концентрации солнечной энергии, снижение массы модуля и снижение его стоимости.
В результате использования предлагаемого изобретения повышается коэффициент концентрации энергии, снижается масса модуля и его стоимость.
Вышеуказанный технический результат достигается тем, что в солнечном фотоэлектрическом модуле, содержащем скоммутированные фотопреобразователи и установленный с одной стороны зеркальный отражатель, с противоположной стороны фотопреобразователей установлено прозрачное ограждение, например из стекла или пластмассы, образующее острый двугранный угол с плоскостью зеркального отражателя, а угол входа (падения) солнечного излучения на прозрачное ограждение β и двугранный угол φ между прозрачным ограждением и зеркальным отражателем связаны соотношением β+2φ = ψ1, где ψ1= 80 - 90o.
Для снижения потерь солнечного излучения на отражение при больших углах падения β прозрачное ограждение имеет микронеровности со стороны, на которую падает излучение, и полированную поверхность с противоположной стороны.
Для еще большего увеличения концентрации солнечного излучения между фотопреобразователями и зеркальным отражателем с прозрачным покрытием установлены дополнительные концентраторы, например из фоклинов (фоконов) или линз Френеля.
Для поворота солнечных лучей под углом β к плоскости прозрачного ограждения над прозрачным ограждением установлено оптическое устройство в виде поворотных жалюзи из миниатюрных зеркал, которые наклонены к прозрачному ограждению под углом соответствующим углу входа солнечного излучения β = 50 - 80o.
Сущность предлагаемого изобретения поясняется фиг. 1 - 5.
На фиг. 1 представлен общий вид солнечного фотоэлектрического модуля с концентратором (поперечное сечение) и ход лучей в нем.
На фиг. 2 - конструкция фотоэлектрического модуля с микронеровностями на рабочей поверхности прозрачного ограждения.
На фиг. 3 - солнечный фотоэлектрический модуль с дополнительными концентраторами в виде фоклина.
На фиг. 4 - солнечный фотоэлектрический модуль с дополнительными концентраторами в виде линз Френеля.
На фиг. 5 - фотоэлектрический модуль с оптическим устройством в виде поворотных жалюзи из миниатюрных зеркал.
Солнечный фотоэлектрический модуль с концентратором содержит фотопреобразователи 1, зеркальный отражатель 2 и прозрачное ограждение 3 из стекла или пластмассы. Открытый двугранный угол между зеркальным отражателем 2 и прозрачным ограждением 3 равен φ. Угол входа (падения) солнечного излучения на рабочую поверхность 4 прозрачного ограждения есть угол β между лучом и вектором перпендикулярным к поверхности, на которую падает излучение.
В общем случае для луча, распространяющегося вдоль оптического клина из двух зеркал, угол падения ψn после n-го отражения равен ψn= β+2nφ, где ψn≤ 90°. В предлагаемом фотоэлектрическом модуле с концентратором луч отражается от зеркального отражателя 2 под углом φ+β и падает на внутреннюю сторону 5 прозрачного ограждения 3 под углом ψ1= β+2φ, так как количество отражений n=1.
Коэффициент отражения излучения от прозрачного ограждения зависит от угла падения, при угле падения от 80 до 90o коэффициент отражения увеличивается от 4 до 100%. Поэтому принимаем 80°≤ β+2φ ≤ 90°.
Для снижения потерь излучения на отражение от рабочей поверхности 4 прозрачного ограждения 3 она содержит микронеровности 6 (фиг. 2), а для повышения коэффициента отражения тыльная поверхность 5 прозрачного ограждения 3 отполирована.
Для снижения потерь излучения на отражение от рабочей поверхности 4 прозрачного ограждения 3 она содержит микронеровности 6 (фиг. 2), а для повышения коэффициента отражения тыльная поверхность 5 прозрачного ограждения 3 отполирована.
Для повышения концентрации солнечной энергии на фотопреобразователях 1 установлен дополнительный концентратор в виде фоклина 7 (фиг. 3) или линзы Френеля 8 (фиг. 4).
Солнечный фотоэлектрический модуль с концентратором согласно фиг. 5 имеет на рабочей поверхности 4 прозрачного ограждения 3 оптическое устройство 9 в виде жалюзи 10 из миниатюрных зеркал 11, которые наклонены к прозрачному ограждению под углом α.
Фотопреобразователи 1 имеют воздушное и (или) водяное охлаждение 12. Горячий воздух и(или) горячая вода используются для отопления и горячего водоснабжения.
Фотопреобразователи 1 имеют воздушное и (или) водяное охлаждение 12. Горячий воздух и(или) горячая вода используются для отопления и горячего водоснабжения.
Пример конструктивного выполнения фотоэлектрического модуля.
Площадь прозрачного ограждения 3 равна 2 м2 и площадь зеркального отражателя 2 составляет 2 м2, угол между ними выбираем 11,3o, угол входа солнечного излучения β = 65°, коэффициент концентрации K=ctg11,3o=5,0. Прозрачное ограждение 3 и зеркальный отражатель 2 выполнены из закаленного стекла с низким содержанием железа. Отражающий слой выполнен из серебра с последующим покрытием слоем меди и двумя слоями герметика. Дополнительный концентратор фоклин 7 с параметрическим углом 24o имеет коэффициент концентрации K= 1/sin24=2,46.
Общий коэффициент концентрации Kобщ=2,46 • 5,0=12,3. Если солнечное излучение поступает по нормали к плоскости прозрачного покрытия, то оптическое устройство поворачивает солнечное излучениe с β = 0o до β = 65o. Оптическое устройство 9 в виде поворотных жалюзи 10 из миниатюрных зеркал 11 имеет размеры зеркал 30х1000х3мм, угол наклона зеркала 11 α = 57,5o. Угол выхода излучения на прозрачное ограждение 3 β = 65o.
Размеры фотопреобразователей 1 100х1000 мм без использования дополнительного концентратора и 400х1000 мм при использовании дополнительного концентратора в виде фоклина 7 с параметрическим углом 24o. Размеры входного отверстия фоклина 100х1000 мм, выходного отверстия 40х1000 мм.
Предлагаемый солнечный фотоэлектрический модуль с концентратором работает следующим образом. Солнечное излучение попадает на рабочую поверхность 4 прозрачного ограждения 3 под углом β, отражается от зеркального отражателя 2 под углом β+φ и поступает к тыльной стороне 5 прозрачного ограждения 3 под углом β+2φ, угол φ выбирают таким образом, чтобы β+2φ = 85°, при этом излучение отражается к фотопреобразователю 1. Когда солнце низко над горизонтом, угол β большой (β = 70 - 80o), потери на отражение уменьшаются при использовании микронеровностей 6 на прозрачном ограждении 3.
Когда солнечное излучение поступает на прозрачное ограждение 3 под углом, близким к нормальному к поверхности (угол β мал), оптическое устройство 9 поворачивает излучение в сторону фотопреобразователей 1, при этом угол входа излучения β возрастает, угол φ уменьшается в соответствии с соотношением φ = (80°-β)/2 и коэффициент концентрации K=ctg φ возрастает. Дальнейшее увеличение концентрации происходит, когда излучение попадает на дополнительный концентратор 7.
Предлагаемое устройство может быть использовано в тепловых установках для получения высокотемпературной теплоты, горячей воды и пара высокого давления, в этом случае фотопреобразователи могут отсутствовать, а на их месте устанавливают солнечный коллектор c селективным покрытием.
Солнечный фотоэлектрический модуль с концентратором прост в изготовлении, имеет малую массу, высокую оптическую эффективность и низкую стоимость. Высокий коэффициент концентрации позволяет получить дешевую электрическую энергию, теплоту и горячую воду.
Claims (4)
1. Солнечный фотоэлектрический модуль с концентратором, содержащий скоммутированные фотопреобразователи и зеркальный отражатель, установленный с одной стороны под некоторым углом к плоскости фотопреобразователя, отличающийся тем, что с противоположной стороны фотопреобразователей установлено прозрачное ограждение, например, из стекла или пластмассы, образующее двугранный угол с плоскостью зеркального отражателя, а угол падения солнечного излучения на прозрачное ограждение β и двугранный угол φ между прозрачным ограждением и зеркальным отражателем связаны соотношением β+2φ = ψ1 где ψ1 = 80 - 90o.
2. Солнечный фотоэлектрический модуль по п.1, отличающийся тем, что прозрачное ограждение имеет микронеровности со стороны, на которую падает излучение, а противоположная сторона отполирована.
3. Солнечный фотоэлектрический модуль по пп.1 и 2, отличающийся тем, что между фотопреобразователями и зеркальным отражателем с прозрачным ограждением установлены дополнительные концентраторы в виде фоклинов (фоконов) или линз Френеля.
4. Солнечный фотоэлектрический модуль по п.3, отличающийся тем, что на прозрачном ограждении со стороны, на которую падает излучение, установлено оптическое устройство для поворота солнечных лучей, которое выполнено в виде поворотных жалюзи из миниатюрных зеркал, которые наклонены к прозрачному ограждению под углом, соответствующим углу входа солнечного излучения β = 50 - 80o.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU98114432/06A RU2135909C1 (ru) | 1998-07-13 | 1998-07-13 | Солнечный фотоэлектрический модуль с концентратором |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU98114432/06A RU2135909C1 (ru) | 1998-07-13 | 1998-07-13 | Солнечный фотоэлектрический модуль с концентратором |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2135909C1 true RU2135909C1 (ru) | 1999-08-27 |
Family
ID=20208978
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU98114432/06A RU2135909C1 (ru) | 1998-07-13 | 1998-07-13 | Солнечный фотоэлектрический модуль с концентратором |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2135909C1 (ru) |
Cited By (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2476783C1 (ru) * | 2011-07-19 | 2013-02-27 | Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Северо-Кавказская государственная гуманитарно-технологическая академия" | Солнечная энергетическая установка |
RU2593598C1 (ru) * | 2015-03-03 | 2016-08-10 | ОАО "Концерн "Орион" | Система дистанционного контроля и управления солнечным концентраторным модулем |
RU2727822C1 (ru) * | 2016-12-30 | 2020-07-24 | Болимедиа Холдингз Ко. Лтд. | Концентрирующее солнечное устройство |
RU2730188C1 (ru) * | 2016-12-02 | 2020-08-19 | Болимедиа Холдингз Ко. Лтд. | Солнечная электростанция |
-
1998
- 1998-07-13 RU RU98114432/06A patent/RU2135909C1/ru not_active IP Right Cessation
Non-Patent Citations (1)
Title |
---|
M. Ronnelid et al Booster Reflektors for Photovolteus modules at high altitude. Nortk Sun Jnt. Proc. 1977, Finland, p.555. * |
Cited By (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2476783C1 (ru) * | 2011-07-19 | 2013-02-27 | Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Северо-Кавказская государственная гуманитарно-технологическая академия" | Солнечная энергетическая установка |
RU2593598C1 (ru) * | 2015-03-03 | 2016-08-10 | ОАО "Концерн "Орион" | Система дистанционного контроля и управления солнечным концентраторным модулем |
RU2730188C1 (ru) * | 2016-12-02 | 2020-08-19 | Болимедиа Холдингз Ко. Лтд. | Солнечная электростанция |
RU2727822C1 (ru) * | 2016-12-30 | 2020-07-24 | Болимедиа Холдингз Ко. Лтд. | Концентрирующее солнечное устройство |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
AU2003259804C1 (en) | Concentrating solar energy receiver | |
US5288337A (en) | Photovoltaic module with specular reflector | |
US4395582A (en) | Combined solar conversion | |
JP5337961B2 (ja) | 太陽追尾モジュール装置 | |
US20030075212A1 (en) | Photovolataic array module design for solar electric power generation systems | |
CA2442143A1 (en) | Conversion of solar energy | |
US20100012169A1 (en) | Energy Recovery of Secondary Obscuration | |
WO1999045596A1 (en) | Method and apparatus for directing solar energy to solar energy collecting cells | |
JP2008546195A (ja) | 太陽光線集中装置 | |
Paul | Application of compound parabolic concentrators to solar photovoltaic conversion: A comprehensive review | |
RU2503895C2 (ru) | Солнечный модуль с концентратором и способ его изготовления (варианты) | |
RU2135909C1 (ru) | Солнечный фотоэлектрический модуль с концентратором | |
RU2520803C2 (ru) | Солнечный модуль с концентратором и способ его изготовления | |
RU2172903C1 (ru) | Солнечный модуль с концентратом | |
RU2154244C1 (ru) | Солнечный фотоэлектрический модуль с концентратором | |
Edmonds | The performance of bifacial solar cells in static solar concentrators | |
JP6854096B2 (ja) | 集光型太陽電池システム及び発電方法 | |
RU2204769C2 (ru) | Солнечный модуль с концентратором | |
RU2154778C1 (ru) | Солнечный фотоэлектрический модуль с концентратором | |
Jaus et al. | Approaches to improving energy yield from PV modules | |
RU2154243C1 (ru) | Солнечная энергетическая установка | |
WO2018077223A1 (zh) | 一种管状聚光光伏电池组件及阵列 | |
WO1984003553A1 (en) | Luminescent concentrator and adaptation thereof in a window, facade and other building elements | |
Benítez et al. | DSMTS: a novel linear PV concentrator | |
RU2133927C1 (ru) | Солнечный фотоэлектрический модуль с концентратором |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20050714 |
|
NF4A | Reinstatement of patent |
Effective date: 20080227 |
|
MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20090714 |