RU2154244C1 - Solar photoelectric module with concentrator - Google Patents

Solar photoelectric module with concentrator Download PDF

Info

Publication number
RU2154244C1
RU2154244C1 RU99100729/06A RU99100729A RU2154244C1 RU 2154244 C1 RU2154244 C1 RU 2154244C1 RU 99100729/06 A RU99100729/06 A RU 99100729/06A RU 99100729 A RU99100729 A RU 99100729A RU 2154244 C1 RU2154244 C1 RU 2154244C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
fence
mirror
angle
plane
sections
Prior art date
Application number
RU99100729/06A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Д.С. Стребков
нович Э.В. Тверь
Э.В. Тверьянович
Original Assignee
Стребков Дмитрий Семенович
Тверьянович Эдуард Владимирович
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 Стребков Дмитрий Семенович, Тверьянович Эдуард Владимирович filed Critical Стребков Дмитрий Семенович
Priority to RU99100729/06A priority Critical patent/RU2154244C1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2154244C1 publication Critical patent/RU2154244C1/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
    • Y02E10/40—Solar thermal energy, e.g. solar towers

Landscapes

  • Photovoltaic Devices (AREA)

Abstract

FIELD: solar engineering for heat and power generation. SUBSTANCE: module has mirror reflectors of incident rays mounted at certain angle to mirror reflection plane, commutated photoelectric converters, and screen mounted on sun radiation side and made of alternating transparent sections and those covered with mirror-reflecting material on underside of screen; they lie in same plane and form dihedral acute angle φ with mirror reflector plane. EFFECT: improved energy concentration factor, reduced mass and cost of module. 8 cl, 4 dwg

Description

Изобретение относится к гелиотехнике, в частности к солнечным фотоэлектрическим модулям с концентраторами для получения тепла и электроэнергии. The invention relates to solar technology, in particular to solar photovoltaic modules with concentrators for generating heat and electricity.

Известен солнечный фотоэлектрический модуль с концентратором, выполненным в виде призмы полного внутреннего отражения (D. R. Mils, I.Е. Giutronich. Ideal Prism Solar Concentrators. Solar Energy, vol.21, 1978., стр. 423). A known solar photovoltaic module with a concentrator made in the form of a prism of total internal reflection (D. R. Mils, I.E. Giutronich. Ideal Prism Solar Concentrators. Solar Energy, vol. 21, 1978., p. 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 α0 равен 28o, а коэффициент концентрации K = l/sinα0 = 2,13. Другим недостатком данного конструктивного решения является большая масса призмы полного внутреннего отражения.A disadvantage of the known photovoltaic module is the low concentration coefficient. This is due to the fact that when the angle of radiation input with respect to the normal to the surface is ± 23.5 o, the minimum angle at the apex of the prism α 0 is 28 o , and the concentration coefficient K = l / sinα 0 = 2.13. Another disadvantage of this design solution is the large mass of the prism of total internal reflection.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому изобретению является конструкция фотоэлектрического модуля с плоским зеркальным отражателем (М. Ronnelid et al. Booster Reflectors for Photovoltaic 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. The closest in technical essence to the present invention is the design of a photovoltaic module with a flat mirror reflector (M. Ronnelid et al. Booster Reflectors for Photovoltaic modules at high altitude. Nortk Sun Int. Conf. Proc. 1997. Finland. P. 555). The mirror reflector enhances the flow of solar radiation to the photoconverter in proportion to the concentration coefficient, which is equal to 1.5 - 2.0.

Недостатком известного фотоэлектрического модуля является низкий коэффициент концентрации. A disadvantage of the known photovoltaic module is the low concentration coefficient.

Задачей предлагаемого изобретения является увеличение концентрации солнечной энергии, снижение массы модуля и снижение его стоимости. The objective of the invention is to increase the concentration of solar energy, reducing the mass of the module and reducing its cost.

В результате использования предлагаемого изобретения повышается коэффициент концентрации энергии, снижается масса модуля и его стоимость. As a result of using the present invention, the energy concentration coefficient is increased, the mass of the module and its cost are reduced.

Вышеуказанный технический результат достигается тем, что в солнечном фотоэлектрическом модуле с концентратором, содержащем скоммутированные фотопреобразователи и зеркальные отражатели, на которые падает излучение, установленные под некоторым углом к плоскости фотопреобразователя, со стороны солнечного излучения установлено ограждение, выполненное из чередующихся участков из прозрачного материала и материала с зеркальным покрытием на внутренней поверхности ограждения, образующее острый двугранный угол φ с плоскостью зеркального отражателя, а площадь участка ограждения с зеркальным покрытием связаны с площадью предыдущего участка ограждения из прозрачного материала соотношением

Figure 00000002

Sзерк - площадь участка ограждения с зеркальным покрытием и отсчитывается от вершины двугранного угла;
Sпрозр - площадь предыдущего участка ограждения из прозрачного материала;
φ - острый двугранный угол между зеркальным отражателем и ограждением;
β0 - угол падения солнечного излучения на ограждение.The above technical result is achieved by the fact that in a solar photovoltaic module with a concentrator containing switched photoconverters and mirror reflectors, to which radiation is incident, installed at an angle to the plane of the photoconverter, a fence made of alternating sections of transparent material and material is installed on the side of solar radiation with a mirror coating on the inner surface of the fence, forming an acute dihedral angle φ with the plane of the mirror reflector, and the area of the fence section with a mirror coating is related to the area of the previous section of the fence made of transparent material by
Figure 00000002

S zerk - the area of the section of the fence with a mirror coating and is counted from the top of the dihedral angle;
S tan - the area of the previous section of the fence made of transparent material;
φ - acute dihedral angle between the mirror reflector and the fence;
β 0 - angle of incidence of solar radiation on the fence.

В одном из вариантов конструкции солнечного фотоэлектрического модуля с концентратором участки ограждения с отражающим покрытием установлены в одной плоскости с участками из прозрачного материала, а угол β0 падения солнечного излучения на прозрачное ограждение и двугранный угол φ между ограждением и зеркальным отражателем связаны соотношением
β0+kφ = ψ1 где ψ1= 80-90°,
где k изменяется от 1 до 4.In one embodiment of the design of a solar PV module with a concentrator, the sections of the fence with a reflective coating are installed in the same plane as the sections of transparent material, and the angle β 0 of incidence of solar radiation on the transparent fence and the dihedral angle φ between the fence and the mirror reflector are related by the ratio
β 0 + kφ = ψ 1 where ψ 1 = 80-90 ° ,
where k varies from 1 to 4.

Для увеличения коэффициента концентрации и снижения материалоемкости модуля участки переотражения зеркального отражателя, на которые подается излучение, проходящее через участки из прозрачного материала, ограждения наклонены к плоскости ограждения под углом φ1> φ, а границы участков переотражения соединены плоскими зеркальными промежуточными отражателями, угол наклона которых к плоскости ограждения φ2< φ, а углы β0,φ1,φ2, связаны соотношением
β0+2φ1+2φ2= ψ1 где ψ1= 80-90°.In order to increase the concentration coefficient and reduce the material consumption of the module, the sections of reflection of a mirror reflector, to which radiation is transmitted through sections of transparent material, the fences are inclined to the plane of the fence at an angle φ 1 > φ, and the boundaries of the sections of reflection are connected by flat mirror intermediate reflectors, the angle of which to the plane of the fence φ 2 <φ, and the angles β 0 , φ 1 , φ 2 are connected by the relation
β 0 + 2φ 1 + 2φ 2 = ψ 1 where ψ 1 = 80-90 ° .

Для дальнейшего увеличения концентрации солнечного излучения и эффективности модуля участки с зеркальным покрытием ограждения наклонены к плоскости ограждения под углом φ3 > φ, а углы β0,φ1,φ2 и φ3 связаны соотношением
β0+2φ1+2φ3+φ2+φ = 90°.To further increase the concentration of solar radiation and the efficiency of the module, the areas with a mirror coating of the fence are inclined to the plane of the fence at an angle φ 3 > φ, and the angles β 0 , φ 1 , φ 2 and φ 3 are connected by the relation
β 0 + 2φ 1 + 2φ 3 + φ 2 + φ = 90 ° .

В другой модификации фотоэлектрического модуля с концентратором плоскости зеркальных промежуточных отражателей наклонены к плоскости участка с прозрачным покрытием ограждения под углом φ, а углы β0,φ,φ1 и φ3 связаны соотношением
β0+2φ1+2φ3+2φ = 90°.In another modification of the photovoltaic module with the concentrator, the planes of the mirror intermediate reflectors are inclined to the plane of the section with the transparent coating of the fence at an angle φ, and the angles β 0 , φ, φ 1 and φ 3 are related
β 0 + 2φ 1 + 2φ 3 + 2φ = 90 ° .

Для снижения потери излучения в модуле над участком ограждения с зеркальным покрытием установлены дополнительные зеркальные отражатели, переотражающие солнечные излучения на участке ограждения из прозрачного материала. To reduce the loss of radiation in the module above the section of the fencing with a mirror coating, additional mirror reflectors are installed that reflect the solar radiation on the section of the fencing made of transparent material.

Дополнительные зеркальные отражатели выполнены из плоских отражателей, установленные под углом βЗерк к нормали к плоскости ограждения, а угол β0,βЗерк и площади участков с зеркальным покрытием Sзерк и площадь следующего по ходу лучей участка из прозрачного материала связаны соотношением

Figure 00000003

β - угол между отраженным от дополнительного зеркального отражателя лучом и нормалью к плоскости ограждения.Additional mirror reflectors are made of flat reflectors installed at an angle β Zerk to the normal to the plane of the fence, and the angle β 0 , β Zerk and the area of the areas with a mirror coating S Zerk and the area of the next portion of the transparent material along the rays are connected by the ratio
Figure 00000003

β is the angle between the beam reflected from the additional mirror reflector and the normal to the plane of the fence.

В другом варианте указанные дополнительные зеркальные отражатели выполнены в виде половинок фоклина с параметрическим углом 15-35o, а площадь проекции каждого из которых по ходу солнечных лучей равна площади соответствующего участка ограждения с зеркальным покрытием, а площадь поверхности выхода лучей равна или меньше (или не превышает) площади участка ограждения из прозрачного материала.In another embodiment, these additional mirror reflectors are made in the form of foclin halves with a parametric angle of 15-35 o , and the projection area of each of which along the rays of the sun is equal to the area of the corresponding section of the fence with a mirror coating, and the exit surface area of the rays is equal to or less (or not exceeds) the area of the enclosure made of transparent material.

Сущность предлагаемого изобретения поясняется фиг. 1 - 4. The essence of the invention is illustrated in FIG. fourteen.

На фиг. 1 представлен общий вид солнечного фотоэлектрического модуля с концентратором с двугранным углом φ (поперечное сечение) и ход лучей в нем для четырех переотражений К = 4. In FIG. Figure 1 shows a general view of a solar photovoltaic module with a concentrator with a dihedral angle φ (cross section) and the course of rays in it for four rereflections K = 4.

На фиг. 2 - конструкция фотоэлектрического модуля с участками переотражения и промежуточными зеркальными отражателями, углы наклона которых к плоскости ограждения отличны от двухгранного угла φ.
На фиг. 3 - конструкция фотоэлектрического модуля с концентратором, в котором плоскости участков ограждения с зеркальным покрытием, участков переотражения и промежуточных зеркальных отражателей наклонены к плоскости участков ограждения из прозрачного материала под углом, отличным от двугранного угла φ.
На фиг. 4 - конструкция фотоэлектрического модуля с концентратором, в котором плоскости участков ограждения с зеркальным покрытием и участков переотражения наклонены к плоскости участков ограждения из прозрачного материала под углом, отличным от двухгранного угла φ, а над участками ограждения с зеркальным покрытием установлены дополнительные зеркальные отражатели.In FIG. 2 - construction of a photovoltaic module with reflection sections and intermediate mirror reflectors, the angles of inclination of which to the plane of the fence are different from the dihedral angle φ.
In FIG. 3 is a design of a photovoltaic module with a concentrator, in which the planes of the mirror-coated fence sections, the reflective sections, and the intermediate mirror reflectors are inclined to the plane of the transparent fence sections at an angle different from the dihedral angle φ.
In FIG. 4 is a design of a photovoltaic module with a concentrator, in which the planes of the sections of the fencing with a mirror coating and the sections of re-reflection are inclined to the plane of the sections of the fencing made of transparent material at an angle different from the dihedral angle φ, and additional mirror reflectors are installed above the sections of the fencing with a mirror coating.

Солнечный фотоэлектрический модуль с концентратором содержит фотопреобразователи 1, зеркальный отражатель 2 и ограждение 3 (фиг. 1). Острый двугранный угол между зеркальным отражателем 2 и ограждением 3 равен φ. Угол входа (падения) солнечного излучения на рабочую поверхность 4 участка 5 из прозрачного материала ограждения 3 есть угол β0 между лучом и вектором

Figure 00000004
перпендикулярным к поверхности, на которую падает излучение.A solar photovoltaic module with a hub contains photoconverters 1, a mirror reflector 2 and a fence 3 (Fig. 1). The acute dihedral angle between the mirror reflector 2 and the fence 3 is equal to φ. The angle of entry (incidence) of solar radiation on the working surface 4 of section 5 of the transparent material of the fence 3 is the angle β 0 between the beam and the vector
Figure 00000004
perpendicular to the surface on which the radiation is incident.

В общем случае для луча, распространяющегося вдоль оптического клина из двух зеркал, угол падения β0 после n-го отражения равен βn= β+nφ, где βn≤ 90o. В предлагаемом фотоэлектрическом модуле с концентратором луч отражается от участка переотражения 6 зеркального отражения 2 под углом β1= β0+φ и попадает на участок 7 с зеркальным покрытием ограждения 3 под углом β2= β0+2φ.
После переотражения от участка 7 с зеркальным покрытием излучение попадает на промежуточный участок 8 зеркального отражателя 2 под углом β3= β0+3φ и снова отражается к поверхности ограждения 3 под углом β4= β0+4φ.
Коэффициент отражения излучения от прозрачного ограждения зависит от угла падения, при угле падения от 80o до 90o коэффициент отражения увеличивается от 4 до 100%. Поэтому принимаем 80°≤ β0+4φ ≤ 90°.
Площадь S7 участка 7 с зеркальным покрытием ограждения 3 при однократном отражении от него связана с площадью S5 предыдущего участка 5 с прозрачным покрытием соотношением

Figure 00000005

Скоммутированные фотопреобразователи 1 с двусторонней поверхностью установлены вместо зеркала параллельно рабочей поверхности 4 и к плоскости ограждения 3 в начале одного из участков с зеркальным покрытием. Зеркальный отражатель 2 напротив фотопреобразователя 1 имеет два участка 9 и 10, на одном из которых (участок 9) плоскость зеркального отражателя параллельна плоскости фотопреобразователя 1, а на другом (участок 10) - наклонена под углом к плоскости фотопреобразователя 1. Такое расположение фотопреобразователей и зеркального отражателя увеличивает коэффициент концентрации модуля.In the general case, for a ray propagating along an optical wedge of two mirrors, the angle of incidence β 0 after the nth reflection is β n = β + nφ, where β n ≤ 90 o . In the proposed photovoltaic module with a concentrator, the beam is reflected from the re-reflection section 6 of mirror reflection 2 at an angle β 1 = β 0 + φ and enters into section 7 with a mirror coating of the fence 3 at an angle β 2 = β 0 + 2φ.
After re-reflection from the mirror-coated section 7, the radiation enters the intermediate section 8 of the mirror reflector 2 at an angle β 3 = β 0 + 3φ and is again reflected to the surface of the fence 3 at an angle β 4 = β 0 + 4φ.
The reflection coefficient of radiation from a transparent fence depends on the angle of incidence, when the angle of incidence from 80 o to 90 o the reflection coefficient increases from 4 to 100%. Therefore, we take 80 ° ≤ β 0 + 4φ ≤ 90 ° .
Area S 7 section 7 with a mirror coating of the fence 3 with a single reflection from it is associated with the area S 5 of the previous section 5 with a transparent coating ratio
Figure 00000005

Switched photoconverters 1 with a two-sided surface are installed instead of the mirror parallel to the working surface 4 and to the plane of the fence 3 at the beginning of one of the sections with a mirror coating. The mirror reflector 2 opposite the photo converter 1 has two sections 9 and 10, on one of which (section 9) the plane of the mirror reflector is parallel to the plane of the photo converter 1, and on the other (section 10) it is inclined at an angle to the plane of the photo converter 1. This arrangement of the photo converters and the mirror reflector increases the concentration coefficient of the module.

В солнечном фотоэлектрическом модуле на фиг.2 участки переотражения и зеркального отражателя 2 наклонены к плоскости ограждения 3 под углом φ1> φ. Границы 11 участков переотражения 6 соединены плоскими промежуточными зеркальными отражателями 12, угол φ2 наклона которых к плоскости ограждения 3 меньше угла φ, а углы βo, φ1, φ2 связаны соотношением
β0+2φ1+2φ2= ψ где ψ1= 80-90°.In the solar photovoltaic module in figure 2, the areas of reflection and mirror reflector 2 are inclined to the plane of the fence 3 at an angle φ 1 > φ. The boundaries 11 of the re-reflection sections 6 are connected by flat intermediate mirror reflectors 12, the inclination angle φ 2 of which to the fencing plane 3 is less than the angle φ, and the angles β o , φ 1 , φ 2 are connected by the relation
β 0 + 2φ 1 + 2φ 2 = ψ where ψ 1 = 80-90 ° .

Фотопреобразователи 1 установлены под некоторым углом к поверхности ограждения 3 в конце последнего участка 5 с прозрачным покрытием. Photoconverters 1 are installed at a certain angle to the surface of the fence 3 at the end of the last section 5 with a transparent coating.

В солнечном фотоэлектрическом модуле на фиг.2 над участками 7 с зеркальным покрытием ограждения 3 установлены плоские отражатели 13 под углом βЗерк к нормали к плоскости ограждения, отражающие излучение на участок 5 из прозрачного материала под углом β > β0, причем угол β0 и βзерк и площадь участка 7 с зеркальным покрытием и участка 5 из прозрачного материала связаны соотношением

Figure 00000006

В солнечном фотоэлектрическом модуле на фиг.3 участки 7 с зеркальным покрытием ограждения 3 наклонены к плоскости участков 5 с прозрачным ограждением под углом φ3> φ, а углы β0,φ1,φ2 и φ3 связаны соотношением
β0+2φ1+2φ3+φ2+4 = 90°.In the solar photovoltaic module in figure 2 above the sections 7 with a mirror coating of the fence 3 are mounted flat reflectors 13 at an angle β Zerk to the normal to the plane of the fence, reflecting radiation to the section 5 of transparent material at an angle β> β 0 , and the angle β 0 and β zerk and the area of the mirror-coated section 7 and the transparent material section 5 are related by the ratio
Figure 00000006

In the solar photovoltaic module in figure 3, sections 7 with a mirror coating of the fence 3 are inclined to the plane of the sections 5 with a transparent fence at an angle φ 3 > φ, and the angles β 0 , φ 1 , φ 2 and φ 3 are related by the relation
β 0 + 2φ 1 + 2φ 3 + φ 2 +4 = 90 ° .

В конструкции солнечного фотоэлектрического модуля на фиг.4 плоскости зеркальных промежуточных отражателей 8 зеркального отражателя наклонены к плоскости участка 5 из прозрачного материала ограждения 3 под углом φ, а углы β0,φ,φ1 и φ3 связаны соотношением
β0+2φ1+2φ3+2φ = 90°.In the design of the solar photovoltaic module in Fig. 4, the planes of the mirror intermediate reflectors 8 of the mirror reflector are inclined to the plane of the section 5 of transparent fencing material 3 at an angle φ, and the angles β 0 , φ, φ 1 and φ 3 are related by the relation
β 0 + 2φ 1 + 2φ 3 + 2φ = 90 ° .

Над участками 7 с зеркальным покрытием установлены и виде одной половины фоклина отражатели, фокальная область 14 которых находится в конце каждого участка 5 ограждения 3. Поверхность выхода лучей из каждого фоклина находится на прилегающем участке 5 ограждения 3. Площадь проекции каждой половины фоклина но ходу лучей на ограждение 3 равна площади соответствующего участка 7 с зеркальным покрытием. Reflectors are installed over sections 7 with a mirror coating and reflectors are located in the form of one half of the foclin, the focal region 14 of which is located at the end of each section 5 of the fencing 3. The surface of the exit of rays from each foclin is located on the adjacent section 5 of the fencing 3. The projection area of each half of the foclin along the rays the fence 3 is equal to the area of the corresponding section 7 with a mirror coating.

Пример конструктивного выполнения фотоэлектрического модуля. Угол солнечного излучения β0 = 30o (фиг. 1). Длина модуля 2,45 м, ширина модуля 1 м, острый двугранный угол φ = 14o, размеры скоммутированных фотопреобразователей 0,5 м х 10 м. Фотопреобразователи с двухсторонней чувствительностью установлены в начале третьего участка с зеркальным покрытием. Площадь двух участков с зеркальным покрытием составляет 0,2 м2 и 0,52 м2, площади трех участков с прозрачным покрытием 0,12 м2, 0,35 м2 и 0,8 м2, площадь фотопреобразователя 1 м2. Площадь участков с зеркальным покрытием составляет

Figure 00000007
т.е. 2.9% от площади модуля. Геометрический коэффициент концентрации равен
Figure 00000008
c учетом косинусных потерь составляет 4,9•cos30o = 4,24, с учетом затенения первым и вторым участками с зеркальным покрытием составляет 4,24•0,61 = 2,59.An example of the design of the photovoltaic module. The angle of solar radiation β 0 = 30 o (Fig. 1). The module length is 2.45 m, the module width is 1 m, an acute dihedral angle is φ = 14 o , the dimensions of the connected photoconverters are 0.5 mx 10 m. Photoconverters with two-sided sensitivity are installed at the beginning of the third section with a mirror coating. Square plots with two mirror coating is 0.2 m 2 and 0.52 m 2 area of three portions with a transparent coating of 0.12 m 2 0.35 m 2 and 0.8 m 2, area 1 m 2 photoconverter. The area of plots with a mirror coating is
Figure 00000007
those. 2.9% of the module area. The geometric concentration coefficient is
Figure 00000008
taking into account cosine losses is 4.9 • cos30 o = 4.24, taking into account the shading of the first and second sections with a mirror coating is 4.24 • 0.61 = 2.59.

Фактический коэффициент концентрации с учетом потерь на отражение от участков с зеркальным покрытием 20% и потерь на пропускание на участке с прозрачным покрытием 10% составит при отсутствии потерь на затенение 4,24•0,8•0,9 = 3,05 и 2,59•0,8•0,9 = 1,86 при наличии потерь на затенение при отсутствии дополнительных зеркальных отражателей 13. Для угла β хода β0 = 30o и угла падения луча, отраженного от дополнительного отраженного луча 78o, угол между плоскостью зеркального отражателя 13 и нормалью к плоскости ограждения 3 равен

Figure 00000009

Геометрический коэффициент концентрации для солнечного фотоэлектрического модуля без учета затенения участками с зеркальным покрытием составляет
Кгеом = arcctg φ.The actual concentration coefficient, taking into account reflection losses from areas with a mirror coating of 20% and transmission losses in a section with a transparent coating of 10%, will be 4.24 • 0.8 • 0.9 = 3.05 and 2 if there are no shading losses. 59 • 0.8 • 0.9 = 1.86 in the presence of shading losses in the absence of additional mirror reflectors 13. For the angle β of the course β 0 = 30 o and the angle of incidence of the beam reflected from the additional reflected beam 78 o , the angle between the plane reflector 13 and the normal to the plane of the fence 3 is
Figure 00000009

The geometric concentration coefficient for a solar photovoltaic module without taking into account the shading by mirror coated areas is
By Geom = arcctg φ.

Для модуля на фиг.1
Кгеом = arcctg 14o = 4,0.For the module in figure 1
By Geom = arcctg 14 o = 4,0.

Для модуля на фиг.2 и фиг.3
Кгеом = arcctg 8o = 7,1.For the module in figure 2 and figure 3
Geom K = arcctg 8 o = 7,1.

Для модуля на фиг. 4
Кгеом = arcctg 10o = 5,67.For the module in FIG. 4
Geom K = arcctg 10 o = 5,67.

Солнечный фотоэлектрический модуль работает следующим образом. Solar photovoltaic module operates as follows.

Солнечное излучение (луч 4) на фиг. 1 - 4 поступает через участок 5 с прозрачным покрытием ограждения 3 на зеркальный отражатель 2, затем на участок 7 с зеркальным покрытием ограждения 3, после этого излучение снова поступает на зеркальный отражатель 2 и после отражения от него на ограждение 3. После отражения от ограждения 3 излучение поступает на фотопреобразователи 1. Solar radiation (beam 4) in FIG. 1 - 4 enters through section 5 with a transparent coating of the fence 3 to the mirror reflector 2, then to section 7 with a mirror coating of the fence 3, after which the radiation again enters the mirror reflector 2 and after reflection from it to the fence 3. After reflection from the fence 3 the radiation enters the photoconverters 1.

Для фотоэлектрического модуля на фиг.1 угол β0 = 30o, β1= β0+φ = 44o, β2= β0+2φ = 58o, β3= β0+3φ = 72o, β4= β0+4φ = 86o. Солнечное излучение попадает на фотопреобразователь непосредственно (луч 1) фиг. 1 - 4, а также после отражения от дополнительного зеркала 13 (луч 2), установленного над вторым участком 7 (фиг.2, 4) с зеркальным покрытием. На тыльную поверхность фотопреобразователя 1 с двухсторонней рабочей поверхностью (фиг. 1) излучение попадает после прохождения через участки 5 с прозрачным покрытием и одного, (луч 3) или нескольких отражений (луч 4), от зеркального отражателя 2 и участков с зеркальным покрытием 7.For the photovoltaic module in figure 1, the angle β 0 = 30 o , β 1 = β 0 + φ = 44 o , β 2 = β 0 + 2φ = 58 o , β 3 = β 0 + 3φ = 72 o , β 4 = β 0 + 4φ = 86 o . Solar radiation directly hits the photoconverter (beam 1) of FIG. 1 to 4, and also after reflection from an additional mirror 13 (beam 2), mounted above the second section 7 (Fig.2, 4) with a mirror coating. On the back surface of the photoconverter 1 with a two-sided working surface (Fig. 1), the radiation enters after passing through sections 5 with a transparent coating and one (beam 3) or several reflections (beam 4) from the mirror reflector 2 and sections with a mirror coating 7.

В солнечном фотоэлектрическом модуле на фиг.2 солнечное излучение поступает через участок с прозрачным покрытием, отражается от участка переотражения 6 зеркального отражателя 2, поступает на участок с зеркальным покрытием 7 ограждения 3, а затем на зеркальный промежуточный отражатель 8 или на участок переотражения 6 зеркального отражателя 2. In the solar photovoltaic module in FIG. 2, solar radiation enters through a portion with a transparent coating, is reflected from the reflective portion 6 of the mirror reflector 2, arrives at the mirror-coated portion 7 of the fencing 3, and then to the intermediate mirror reflector 8 or to the reflector reflectance 6 2.

Для луча 5 фиг.2

Figure 00000010

Для лучей отражающихся от участков переотражения 6
Figure 00000011

Дополнительные зеркала 13 на фиг. 2 и 4 установлены над участками с зеркальным покрытием ограждения под углом к вертикали
Figure 00000012

Отраженный луч поступает на участок с прозрачным покрытием под углом 78o.For beam 5 of figure 2
Figure 00000010

For rays reflected from reflection sites 6
Figure 00000011

Additional mirrors 13 in FIG. 2 and 4 are installed over sections with a mirror-coated fence at an angle to the vertical
Figure 00000012

The reflected beam enters the area with a transparent coating at an angle of 78 o .

В солнечном фотоэлектрическом модуле на фиг.3 солнечное излучение после отражения от участка переотражения 6 под углом β0+φ1 поступает на участок с зеркальным покрытием 7 ограждения 3 под углом β2= β0+φ1+φ2, отражается от участка 7 под углом β2 и поступает на участки 6 или 8 зеркального отражателя 2 или непосредственно на фотопреобразователи 1.In the solar photovoltaic module in Fig. 3, solar radiation after reflection from the reflection section 6 at an angle β 0 + φ 1 enters the area with a mirror coating 7 of the fence 3 at an angle β 2 = β 0 + φ 1 + φ 2 , is reflected from section 7 at an angle β 2 and arrives at sections 6 or 8 of the mirror reflector 2 or directly to the photoconverters 1.

Для фиг. 3

Figure 00000013

при попадании луча на промежуточный отражатель 8. На участок 6 данный луч попасть не может, так как в этом случае
β3= β0+2φ1+2φ2+φ3= 40o + 2•15o + 2•5o + 15o = 95o > 90o
После второго переотражения лучи движутся параллельно плоскости участка переотражения 6 (для участка 6 β3 = 90o), поэтому при выбранных углах β0,φ и φ1 отраженные лучи попадают после второго отражения на промежуточный отражатель или на фотопреобразователи.For FIG. 3
Figure 00000013

when the beam hits the intermediate reflector 8. This beam cannot reach section 6, since in this case
β 3 = β 0 + 2φ 1 + 2φ 2 + φ 3 = 40 o + 2 • 15 o + 2 • 5 o + 15 o = 95 o > 90 o
After the second re-reflection, the rays move parallel to the plane of the re-reflection section 6 (for the section 6 β 3 = 90 ° ), therefore, at the selected angles β 0 , φ and φ 1, the reflected rays fall after the second reflection to the intermediate reflector or to the photo converters.

Для солнечного фотоэлектрического модуля на фиг.4 при наклоне промежуточных отражателей 8 к плоскости поверхности ограждения 3 равны двухгранному углу φ между ограждением β и зеркальным отражателем 2: φ3= φ. Поэтому солнечный фотоэлектрический модуль работает аналогично солнечному модулю, показанному на фиг. 2 или фиг. 3, однако углы отражения лучей будут другими.For the solar photovoltaic module in figure 4, when the intermediate reflectors 8 are inclined to the plane of the surface of the fence 3 are equal to the dihedral angle φ between the fence β and the mirror reflector 2: φ 3 = φ. Therefore, the solar photovoltaic module operates similarly to the solar module shown in FIG. 2 or FIG. 3, however, the angles of reflection of the rays will be different.

Figure 00000014

Для фиг. 4 β0= 40° φ = 8 φ1= 15 φ3= φ = 8°.
Figure 00000014

For FIG. 4 β 0 = 40 ° φ = 8 φ 1 = 15 φ 3 = φ = 8 ° .

Углы падения и отражения составляют
β1= 55° β2= 75° β3= 88°.The angles of incidence and reflection are
β 1 = 55 ° β 2 = 75 ° β 3 = 88 ° .

Дополнительные отражатели 13 в виде половинок фоклина снижают потери излучения путем переотражения солнечного излучения с поверхности участков 7 с зеркальным покрытием на участки 5 с прозрачным покрытием. Фоклины имеют параметрический угол 15 - 35o.Additional reflectors 13 in the form of foclin halves reduce radiation losses by re-reflecting solar radiation from the surface of mirror-coated sections 7 to transparent-coated sections 5. Foklins have a parametric angle of 15 - 35 o .

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 с селективным покрытием. The proposed device can be used in thermal installations to obtain high-temperature heat, hot water and high-pressure steam, in this case, the photoconverters may be absent, and a solar collector with a selective coating is installed in their place.

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. A solar photovoltaic module with a hub is easy to manufacture, has a low mass, high optical efficiency and low cost. A high concentration coefficient allows you to get cheap electrical energy, heat and hot water.

Claims (5)

1. Солнечный фотоэлектрический модуль с концентратором, содержащий скоммутированные фотопреобразователи и зеркальные отражатели, на которые падает излучение, установленные под некоторым углом к плоскости фотопреобразователя, отличающийся тем, что со стороны солнечного излучения установлено ограждение, выполненное из чередующихся участков из прозрачного материала и материала с зеркальным покрытием на внутренней поверхности ограждения, образующее острый двугранный угол φ с плоскостью зеркального отражателя, а площадь участка ограждения с зеркальным покрытием связана с площадью предыдущего участка ограждения из прозрачного материала соотношением:
Figure 00000015

где βo - угол падения солнечного излучения на ограждение К = 1, 2, 3, .. . 4.1. A solar photovoltaic module with a concentrator, containing switched photoconverters and mirror reflectors, onto which radiation is incident, installed at an angle to the plane of the photoconverter, characterized in that, on the side of the solar radiation, a fence is made of alternating sections of transparent material and a mirror material a coating on the inner surface of the fence, forming an acute dihedral angle φ with the plane of the mirror reflector, and the area of the fence A mirror coated coating is connected with the area of the previous section of the fence made of transparent material by the ratio:
Figure 00000015

where β o is the angle of incidence of solar radiation on the fence K = 1, 2, 3, ... 4. 2. Солнечный фотоэлектрический модуль по п.1, отличающийся тем, что участки ограждения с отражающим покрытием установлены в одной плоскости с участками из прозрачного материала, а угол βo падения солнечного излучения на прозрачное ограждение и двугранный угол и между ограждением и зеркальным отражателем связаны соотношением:
βo + Kφ = Ψ1, где Ψ1 = 80 - 90°,
а К изменяется от 1 до 4.2. The solar photovoltaic module according to claim 1, characterized in that the sections of the fence with a reflective coating are installed in the same plane as the sections of transparent material, and the angle β o of incidence of solar radiation on the transparent fence and the dihedral angle and between the fence and the mirror reflector are related by the ratio :
β o + Kφ = Ψ 1 , where Ψ 1 = 80 - 90 ° ,
and K varies from 1 to 4. 3. Солнечный фотоэлектрический модуль по пп.1 и 2, отличающийся тем, что участки переотражения зеркального отражателя, на которые падает излучение, проходящие через участки из прозрачного материала ограждения, наклонены к плоскости ограждения под углом φ1 > φ, а границы участков переотражения соединены плоскими зеркальными промежуточными отражателями, угол наклона которых к ограждению φ2 < φ, а углы βo, φ1, φ2 связаны соотношением
βo + 2φ1 + 2φ2 = Ψ1, где Ψ1 = 80 - 90°.
4. Солнечный фотоэлектрический модуль по пп.1 и 3, отличающийся тем, что участки с зеркальным покрытием ограждения наклонены к плоскости зеркального отражателя под углом φ3 > φ, а углы βo, φ1, φ2 и φ3 связаны соотношением
βo + 2φ1 + 2φ3 + φ2 + φ = 90°.
5. Солнечный фотоэлектрический модуль по пп.1, 3 и 4, отличающийся тем, что плоскости зеркальных промежуточных отражателей наклонены к плоскости ограждения под углом φ, а углы βo, φ1 и φ3 связаны соотношением:
βo + 2φ1 + 2φ3 + 2φ = 90°.
6. Солнечный фотоэлектрический модуль по пп.1 - 5, отличающийся тем, что над участками ограждения с зеркальным покрытием установлены дополнительные зеркальные отражатели, переотражающие солнечное излучение на участки ограждения из прозрачного материала.3. The solar photovoltaic module according to claims 1 and 2, characterized in that the reflection sections of the reflector reflecting radiation passing through the sections of transparent fencing material are inclined to the fencing plane at an angle φ 1 > φ, and the boundaries of the reflection sections are connected flat mirror intermediate reflectors, the angle of inclination of which to the fence φ 2 <φ, and the angles β o , φ 1 , φ 2 are connected by the ratio
β o + 2φ 1 + 2φ 2 = Ψ 1 , where Ψ 1 = 80 - 90 ° .
4. Solar photovoltaic module according to claims 1 and 3, characterized in that the areas with a mirror coating of the fence are inclined to the plane of the mirror reflector at an angle φ 3 > φ, and the angles β o , φ 1 , φ 2 and φ 3 are connected by the ratio
β o + 2φ 1 + 2φ 3 + φ 2 + φ = 90 ° .
5. Solar photovoltaic module according to claims 1, 3 and 4, characterized in that the planes of the mirror intermediate reflectors are inclined to the plane of the fence at an angle φ, and the angles β o , φ 1 and φ 3 are connected by the ratio:
β o + 2φ 1 + 2φ 3 + 2φ = 90 ° .
6. The solar photovoltaic module according to claims 1 to 5, characterized in that additional mirror reflectors are installed above the sections of the fence with mirror coating, reflecting solar radiation to the sections of the fence made of transparent material. 7. Солнечный фотоэлектрический модуль по пп.1 - 6, отличающийся тем, что дополнительные зеркальные отражатели выполнены из плоских отражателей, установлены под углом βзерк к нормали к плоскости ограждения, а угол βo и βзерк, площадь участка с зеркальным покрытием и площадь следующего по ходу лучей участка из прозрачного материала связаны соотношением:
Figure 00000016

Figure 00000017

где β = 70 - 80o - угол между отраженным лучом и нормалью к плоскости ограждения.7. The solar photovoltaic module according to claims 1 to 6, characterized in that the additional mirror reflectors are made of flat reflectors, are installed at an angle β zerk to the normal to the plane of the fence, and the angle β o and β zerk , the area of the plot with a mirror coating and the area the following along the rays of the plot of transparent material are related by the ratio:
Figure 00000016

Figure 00000017

where β = 70 - 80 o is the angle between the reflected beam and the normal to the plane of the fence. 8. Солнечный фотоэлектрический модуль по пп.1 - 6, отличающийся тем, что дополнительные зеркальные отражатели выполнены в виде половинок фоклина с параметрическим углом 15 - 35oC, а площадь проекции каждого из фоклинов по ходу проекции солнечных лучей равна площади соответствующего участка ограждения с зеркальным покрытием, а площадь выхода лучей не превышает площади участка ограждения из прозрачного материала.8. The solar photovoltaic module according to claims 1 to 6, characterized in that the additional mirror reflectors are made in the form of foclin halves with a parametric angle of 15 - 35 o C, and the projection area of each of the foclines along the projection of sunlight is equal to the area of the corresponding section of the fence with mirror coating, and the area of the exit of the rays does not exceed the area of the fencing section of a transparent material.
RU99100729/06A 1999-01-11 1999-01-11 Solar photoelectric module with concentrator RU2154244C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU99100729/06A RU2154244C1 (en) 1999-01-11 1999-01-11 Solar photoelectric module with concentrator

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU99100729/06A RU2154244C1 (en) 1999-01-11 1999-01-11 Solar photoelectric module with concentrator

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2154244C1 true RU2154244C1 (en) 2000-08-10

Family

ID=20214649

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU99100729/06A RU2154244C1 (en) 1999-01-11 1999-01-11 Solar photoelectric module with concentrator

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2154244C1 (en)

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2445553C2 (en) * 2010-03-16 2012-03-20 Государственное научное учреждение Всероссийский научно-исследовательский институт электрификации сельского хозяйства Российской академии сельскохозяйственных наук (ГНУ ВИЭСХ Россельхозакадемии) Solar concentrator module and method of its manufacturing (versions)
RU2503895C2 (en) * 2011-09-08 2014-01-10 Государственное научное учреждение Всероссийский научно-исследовательский институт электрификации сельского хозяйства Российской академии сельскохозяйственных наук (ГНУ ВИЭСХ Россельхозакадемии) Solar module with concentrator (versions) and method of its manufacturing
US10462562B1 (en) 2017-11-15 2019-10-29 Todd F. Rady Prime polygon reflectors and methods of use
US11128951B1 (en) * 2018-11-13 2021-09-21 Todd F. Rady Prime polygon reflectors and methods of use

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
M.Ronnelid et al. Booster Reflektors for Photovolteuc modures at high altitude. Nortk Sum Jnt Conf. Pric. 1997. Finland. (P. 555). *

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2445553C2 (en) * 2010-03-16 2012-03-20 Государственное научное учреждение Всероссийский научно-исследовательский институт электрификации сельского хозяйства Российской академии сельскохозяйственных наук (ГНУ ВИЭСХ Россельхозакадемии) Solar concentrator module and method of its manufacturing (versions)
RU2503895C2 (en) * 2011-09-08 2014-01-10 Государственное научное учреждение Всероссийский научно-исследовательский институт электрификации сельского хозяйства Российской академии сельскохозяйственных наук (ГНУ ВИЭСХ Россельхозакадемии) Solar module with concentrator (versions) and method of its manufacturing
US10462562B1 (en) 2017-11-15 2019-10-29 Todd F. Rady Prime polygon reflectors and methods of use
US11128951B1 (en) * 2018-11-13 2021-09-21 Todd F. Rady Prime polygon reflectors and methods of use

Similar Documents

Publication Publication Date Title
RU2137054C1 (en) Solar power plant
US4395582A (en) Combined solar conversion
US4143234A (en) Solar collector using total internal reflectance
US4143233A (en) Solar energy collector
US20070199563A1 (en) Apparatus for concentration and conversion of solar energy
WO2002075225A2 (en) Nonimaging solar concentrator with uniform irradiance
WO2009008996A2 (en) Design and fabrication of a local concentrator system
Goldschmidt et al. Spectral splitting module geometry that utilizes light trapping
Antonini et al. Modelling of compound parabolic concentrators for photovoltaic applications
Paul Application of compound parabolic concentrators to solar photovoltaic conversion: A comprehensive review
US4246042A (en) Fixed solar energy concentrator
RU2133415C1 (en) Solar photoelectric module (options)
CA2564835A1 (en) Concentrating solar collector
RU2503895C2 (en) Solar module with concentrator (versions) and method of its manufacturing
RU2154244C1 (en) Solar photoelectric module with concentrator
Khonkar et al. Optimization of the tubular absorber using a compound parabolic concentrator
RU2520803C2 (en) Solar module with concentrator and method of its production
RU2154778C1 (en) Solar photoelectric module with concentrator
RU2135909C1 (en) Solar photoelectric module with concentrator
US8912430B2 (en) Si cells with III-V multijunction cells
RU2158045C1 (en) Solar module with radiant-energy concentrator (design versions)
RU2134849C1 (en) Solar photoelectric module with concentrator
EP0784870B1 (en) Photovoltaic cell system and an optical structure therefor
RU2154243C1 (en) Solar power plant
TWI578024B (en) Light collecting module

Legal Events

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

Effective date: 20050112

NF4A Reinstatement of patent

Effective date: 20080320

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

Effective date: 20100112