RU2154778C1 - Solar photoelectric module with concentrator - Google Patents

Solar photoelectric module with concentrator Download PDF

Info

Publication number
RU2154778C1
RU2154778C1 RU98121982/06A RU98121982A RU2154778C1 RU 2154778 C1 RU2154778 C1 RU 2154778C1 RU 98121982/06 A RU98121982/06 A RU 98121982/06A RU 98121982 A RU98121982 A RU 98121982A RU 2154778 C1 RU2154778 C1 RU 2154778C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
working surface
prism
angle
reflection device
reflection
Prior art date
Application number
RU98121982/06A
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 RU98121982/06A priority Critical patent/RU2154778C1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2154778C1 publication Critical patent/RU2154778C1/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)
  • Optical Elements Other Than Lenses (AREA)

Abstract

FIELD: solar engineering for heat and power generation. SUBSTANCE: concentrator is made in the form of focusing prism of optically transparent material, has module working surface and reversing reflection face forming acute dihedral angle and photoconverters mounted at certain angle to these faces and to surfaces. Reflecting device is made in the form of mirror and mounted in a spaced relation to focusing prism. The latter and reflecting device are made in the form of symmetrical truncated pyramids. Reversing-zero pyramidal and conical reflector is placed between reflecting device and photoconverter. Photoconverters are placed on receiver tube surface. Module mass and cost are reduced by 30-50%. EFFECT: reduced mass and cost of module. 7 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 оптически прозрачной фокусирующей призмы полного внутреннего отражения (D. R Mils, I.E.Giutronich. Ideal Prizm Solar Concentrators. Solar Energy, vol. 21, 1978, p. 423). A known solar photovoltaic module with a concentrator made in the form of an optically transparent focusing prism of total internal reflection (D. R Mils, I. E. Giutronich. Ideal Prizm Solar Concentrators. Solar Energy, vol. 21, 1978, p. 423).

Фокусирующая призма с треугольным поперечным сечением имеет образующий острый угол грани входа и переотражения излучения и грань выхода концентрированного излучения, на котором установлены фотопреобразователи, а также устройства отражения излучения. Устройства отражения выполнены в виде плоского зеркала, расположенного с зазором параллельно грани переотражения излучения. Солнечное излучение проходит через фокусирующую призму, отражается плоским зеркалом и вновь возвращается в фокусирующую призму. Острый угол между гранями входа и переотражения обеспечивает условие полного внутреннего отражения на грани входа излучения, введенного в призму зеркала. The focusing prism with a triangular cross section has an acute angle forming the edge of the input and re-reflection of radiation and the output side of the concentrated radiation, on which the photoconverters are installed, as well as radiation reflection devices. Reflection devices are made in the form of a flat mirror located with a gap parallel to the face of radiation re-reflection. Solar radiation passes through a focusing prism, is reflected by a flat mirror and returns to the focusing prism again. The acute angle between the faces of the entrance and rereflection provides the condition for total internal reflection on the edge of the input of radiation introduced into the prism of the mirror.

Недостатком известного фотоэлектрического модуля является низкий коэффициент концентрации. Это связано с тем, что при угле входа излучения β0 по отношению к нормали к поверхности ±23,5o угол при вершине призмы φ равен 28o, а коэффициент концентрации K = 1/sinφ = 2,13. Другим недостатком данного конструктивного решения является большая масса призмы полного внутреннего отражения, зависящая от угла φ.
Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому изобретению является конструкция фотоэлектрического модуля с концентратором солнечного излучения, содержащем прозрачную фокусирующую призму, имеющую образующие острый угол грани входа и переотражения излучения и грань выхода концентрированного излучения и устройство отражения, расположенное относительно фокусирующей призмы с зазором со стороны грани переотражения излучения. Устройство отражения выполнено в виде по меньшей мере одной призмы с треугольным поперечным сечением, имеющей образующие острый угол грани входа, проходящего через фокусирующую призму излучения и грань зеркального отражения излучения, и расположенной своим острым углом однонаправленно с острым углом фокусирующей призмы (Жуков К.В., Стребков Д.С., Тверьянович Э.В. "Концентратор солнечного излучения", патент РФ N 1089365, 1994 г.).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 β 0 with respect to the normal to the surface is ± 23.5 o, the angle at the apex of the prism φ is 28 o , and the concentration coefficient K = 1 / sinφ = 2.13. Another disadvantage of this design solution is the large mass of the prism of total internal reflection, depending on the angle φ.
The closest in technical essence to the present invention is the design of a photovoltaic module with a solar radiation concentrator containing a transparent focusing prism having an acute angle of the input and re-reflection edges and an output face of the concentrated radiation and a reflection device located relative to the focusing prism with a gap from the side of the re-reflection face radiation. The reflection device is made in the form of at least one prism with a triangular cross-section, having an acute angle forming the edges of the entrance passing through the focusing radiation prism and a mirror reflection face, and having its acute angle unidirectionally with the acute angle of the focusing prism (K. Zhukov. , Strebkov D.S., Tveryanovich E.V. "Concentrator of solar radiation", RF patent N 1089365, 1994).

Выполнение отражающего устройства в виде призмы позволяет ввести отраженное излучение в фокусирующую призму под углом, превышающим угол полного внутреннего отражения. The implementation of the reflective device in the form of a prism allows you to enter the reflected radiation into the focusing prism at an angle greater than the angle of total internal reflection.

Коэффициент концентрации определяется отношением площади грани входа, которая совпадает с площадью рабочей поверхности модуля, на которую падает излучение под углом β0 к площади поверхности грани выхода излучения.The concentration coefficient is determined by the ratio of the area of the input facet, which coincides with the area of the working surface of the module, onto which radiation is incident at an angle β 0 to the surface area of the facet of the radiation output.

Практически достижимая степень концентрации в фотоэлектрическом модуле составит 7-8,5. The practicable degree of concentration in the photovoltaic module will be 7-8.5.

Недостатком известного фотоэлектрического модуля является большая масса концентратора и высокая стоимость, связанная с большой трудоемкостью его изготовления, и сложность конструкции. A disadvantage of the known photovoltaic module is the large mass of the hub and the high cost associated with the high complexity of its manufacture, and the complexity of the design.

Задачей предлагаемого изобретения является снижение массы модуля и снижение его стоимости. The task of the invention is to reduce the weight of the module and reduce its cost.

В результате использования предлагаемого изобретения масса модуля и его стоимость снижаются на 30-50%. As a result of using the proposed invention, the mass of the module and its cost are reduced by 30-50%.

Вышеуказанный результат достигается тем, что в солнечном фотоэлектрическом модуле, содержащем концентратор, выполненный в виде фокусирующей призмы из оптически прозрачного материала с коэффициентом преломления n, имеющий образующие острый двугранный угол φ рабочую поверхность модуля, на которую падает излучение под углом входа β0, и грань переотражения, скоммутированные фотопреобразователи, установленные под некоторым углом к вышеуказанным граням и поверхностям, и устройство отражения излучения, выполненное в виде зеркала, расположенного с зазором относительно фокусирующей призмы со стороны грани переотражения излучения, указанное устройство отражения в виде зеркального отражателя образует острый двугранный угол φ с гранью переотражения и угол φ+ψ с рабочей поверхностью модуля, причем угол входа β0, и двугранные углы φ и ψ связаны соотношением:

Figure 00000002

где n - коэффициент преломления; φ - острый двухгранный угол при вершине призмы, ψ - острый двухгранный угол между гранью переотражения и зеркальным отражателем.The above result is achieved in that in a solar photovoltaic module containing a concentrator made in the form of a focusing prism of an optically transparent material with a refractive index n, having a working surface forming a sharp dihedral angle φ, on which radiation is incident at an entrance angle β 0 , and a face reflections, commutated photoconverters installed at a certain angle to the above faces and surfaces, and a radiation reflection device made in the form of a mirror associated with a gap relative to the focusing prism from the side of the radiation re-reflection face, the specified reflection device in the form of a mirror reflector forms an acute dihedral angle φ with the re-reflection face and angle φ + ψ with the working surface of the module, and the input angle β 0 and the dihedral angles φ and ψ are connected ratio:
Figure 00000002

where n is the refractive index; φ is the acute dihedral angle at the apex of the prism; ψ is the acute dihedral angle between the face of the rereflection and the specular reflector.

Для снижения потерь солнечного излучения на части грани переотражения фокусирующей призмы, удаленной от вершины острого двухгранного угла φ, установлены фотопреобразователи с двухсторонней рабочей поверхностью, а в плоскости грани выхода, противолежащей вершине острого двухгранного угла φ, от рабочей поверхности фокусирующей призмы до устройства отражения установлен зеркальный отражатель. To reduce solar radiation losses, photoconverters with a two-sided working surface are installed on a part of the face of the re-reflection of the focusing prism remote from the top of the sharp dihedral angle φ, and a mirror mirror is installed in the plane of the exit face opposite the top of the sharp dihedral angle φ from the working surface of the focusing prism to the reflection device reflector.

Для увеличения концентрации солнечной энергии фокусирующая призма и устройство отражения выполнены в виде двух симметричных усеченных пирамид, имеющих общую плоскость симметрии, а фотопреобразователи с двухсторонней рабочей поверхностью установлены на меньшем основании пирамидальной фокусирующей призмы. To increase the concentration of solar energy, the focusing prism and the reflection device are made in the form of two symmetric truncated pyramids having a common plane of symmetry, and photoconverters with a two-sided working surface are mounted on the smaller base of the pyramidal focusing prism.

Для дальнейшего увеличения концентрации солнечного излучения фокусирующая призма и устройство отражения выполнены в виде осесимметричных усеченных конусных тел вращения, имеющих общую ось симметрии, а фотопреобразователи с двухсторонней рабочей поверхностью установлены в плоскости вершины усеченного конуса со стороны грани переотражения фокусирующей призмы параллельно ее рабочей поверхности, а в плоскости верхнего основания усеченного конуса устройства переотражения установлен зеркальный отражатель. To further increase the concentration of solar radiation, the focusing prism and the reflection device are made in the form of axisymmetric truncated conical bodies of revolution having a common axis of symmetry, and photoconverters with a two-sided working surface are installed in the plane of the apex of the truncated cone from the side of the re-reflection face of the focusing prism parallel to its working surface, and in a mirror reflector is mounted on the plane of the upper base of the truncated cone of the reflection device.

Для дальнейшего снижения потерь солнечного излучения между устройством отражения и фотопреобразователем размещен обратный зеркальный пирамидальный и конусный отражатель, вершина которого совпадает с центром фотопреобразователя. To further reduce the loss of solar radiation between the reflection device and the photoconverter, an inverse mirror pyramidal and conical reflector is placed, the top of which coincides with the center of the photoconverter.

Для повышения эффективности фотопреобразователя обратный конусный отражатель имеет теплопроводящее соединение с устройством отражения и центральной частью фотопреобразователя. To increase the efficiency of the photoconverter, the inverse conical reflector has a heat-conducting connection with the reflection device and the central part of the photoconverter.

Для дальнейшего увеличения концентрации солнечного излучения фотопреобразователи размещены на поверхности трубчатого приемника вдоль его длины от рабочей поверхности призмы до устройства отражения, а трубчатый приемник установлен в центре фокусирующей призмы перпендикулярно рабочей поверхности концентратора. To further increase the concentration of solar radiation, photoconverters are placed on the surface of the tubular receiver along its length from the working surface of the prism to the reflection device, and the tubular receiver is installed in the center of the focusing prism perpendicular to the working surface of the concentrator.

С целью снижения температуры фотопреобразователя трубчатый приемник имеет теплопроводящее соединение с устройством отражения. In order to reduce the temperature of the photoconverter, the tubular receiver has a heat-conducting connection with the reflection device.

Сущность предлагаемого изобретения поясняется фиг. 1, 2, 3, 4. The essence of the invention is illustrated in FIG. 1, 2, 3, 4.

На фиг. 1 представлен общий вид солнечного фотоэлектрического модуля с концентратором (поперечное сечение) и ход лучей в нем. In FIG. Figure 1 shows a general view of a solar photovoltaic module with a concentrator (cross section) and the path of rays in it.

На фиг. 2 - конструкция фотоэлектрического модуля с концентратором в виде усеченной пирамиды или кругового осесимметричного усеченного конуса (поперечное сечение). In FIG. 2 - construction of a photovoltaic module with a concentrator in the form of a truncated pyramid or a circular axisymmetric truncated cone (cross section).

На фиг. 3 - фотоэлектрический модуль с концентратором с дополнительным пирамидальным или конусным отражателем. In FIG. 3 - photovoltaic module with a hub with an additional pyramidal or conical reflector.

На фиг. 4 - солнечный фотоэлектрический модуль с концентратором в виде кругового конуса и трубчатого фотоприемника. In FIG. 4 - solar photovoltaic module with a hub in the form of a circular cone and a tubular photodetector.

Солнечный фотоэлектрический модуль с концентратором содержит фотопреобразователи 1, фокусирующую призму 2 с рабочей поверхностью 3 и гранью переотражения 4, устройство отражения 5. Острый двухгранный угол φ есть угол между рабочей поверхностью 3, на которую падает излучение, и гранью переотражения 4. Угол входа (падения) солнечного излучения на рабочую поверхность 3 есть угол β0 между лучом и вектором

Figure 00000003
перпендикулярным к поверхности, на которую падает излучение.A solar photovoltaic module with a concentrator contains photoconverters 1, a focusing prism 2 with a working surface 3 and a reflection face 4, a reflection device 5. An acute dihedral angle φ is the angle between the working surface 3, on which the radiation falls, and the reflection face 4. The angle of entry (incidence) ) of solar radiation on the working surface 3 is the angle β 0 between the beam and the vector
Figure 00000003
perpendicular to the surface on which the radiation is incident.

Острый двухгранный угол ψ есть угол между гранью переотражения 4 фокусирующей призмы 2 и устройством отражения 5. The acute dihedral angle ψ is the angle between the face of the re-reflection 4 of the focusing prism 2 and the reflection device 5.

Угол β0 отсчитывается от нормали к рабочей поверхности, причем знак плюс соответствует падению луча со стороны острого двухгранного угла призмы, а знак минус - при падении излучения со стороны грани выхода призмы.The angle β 0 is counted from the normal to the working surface, and the plus sign corresponds to the incidence of the beam from the side of the acute dihedral angle of the prism, and the minus sign - when the radiation falls from the side of the prism exit face.

В плоскости грани выхода 6 от рабочей поверхности 3 фокусирующей призмы 2 до устройства переотражения 5 установлен зеркальный отражатель 7. In the plane of the facet of the exit 6 from the working surface 3 of the focusing prism 2 to the device of the re-reflection 5, a mirror reflector 7 is installed.

Для дальнейшего повышения концентрации солнечного излучения фокусирующая призма 2 и устройство отражения 5 выполнены в виде симметричных усеченных пирамид или конусов 8 и 9, имеющих соответственно плоскость или ось симметрии, а фотопреобразователь 1 установлен в плоскости грани выхода 6 вершины 10 усеченной пирамиды или конуса 8 фокусирующей призмы 2 параллельно рабочей поверхности 3. В плоскости 11 вершины усеченной пирамиды или усеченного конуса 9 устройства отражения 5 установлен зеркальный отражатель 12 (фиг. 2). To further increase the concentration of solar radiation, the focusing prism 2 and the reflection device 5 are made in the form of symmetric truncated pyramids or cones 8 and 9 having a plane or axis of symmetry, respectively, and the photoconverter 1 is installed in the exit face plane 6 of the top 10 of the truncated pyramid or cone 8 of the focusing prism 2 parallel to the working surface 3. In the plane 11 of the top of the truncated pyramid or truncated cone 9 of the reflection device 5, a mirror reflector 12 is installed (Fig. 2).

Для снижения потерь солнечного отражения 5 и фотопреобразователя 1 вместо зеркального отражателя 12 согласно фиг. 2 установлен дополнительный обратный пирамидальный или зеркальный конусный отражатель 13 (фиг. 3), вершина которого 14 совпадает с центром фотопреобразователя 1, а основание совпадает с плоскостью 11 усеченного конуса 9. To reduce the losses of solar reflection 5 and the photoconverter 1 instead of the mirror reflector 12 according to FIG. 2, an additional inverse pyramidal or mirror cone reflector 13 is installed (Fig. 3), the vertex of which 14 coincides with the center of the photoconverter 1, and the base coincides with the plane 11 of the truncated cone 9.

Для повышения эффективности фотопреобразователя 1 обратный пирамидальный или конусный отражатель 13 имеет теплопроводящее соединение 15 с устройством отражения 5 по основанию пирамиды или конуса 9 и с фотопреобразователем 1 в вершине пирамиды или конуса 9 (фиг. 3). To increase the efficiency of the photoconverter 1, the inverse pyramidal or conical reflector 13 has a heat-conducting connection 15 with the reflection device 5 at the base of the pyramid or cone 9 and with the photoconverter 1 at the top of the pyramid or cone 9 (Fig. 3).

Для дальнейшего увеличения концентрации солнечного излучения фотопреобразователи 1 размещены на поверхности трубчатого приемника 16 (фиг. 4) вдоль его длины от рабочей поверхности 3 фокусирующей призмы 2 до устройства отражения 5, а трубчатый приемник 16 установлен в центре фокусирующей призмы 2 перпендикулярно ее рабочей поверхности 3. С целью снижения температуры фотопреобразователя 1 трубчатый приемник 16 имеет теплопроводящее соединение 17 с устройством отражения 5 (фиг. 4), которое выполняет функции радиатора охлаждения. To further increase the concentration of solar radiation, the photoconverters 1 are placed on the surface of the tubular receiver 16 (Fig. 4) along its length from the working surface 3 of the focusing prism 2 to the reflection device 5, and the tubular receiver 16 is installed in the center of the focusing prism 2 perpendicular to its working surface 3. In order to reduce the temperature of the photoconverter 1, the tubular receiver 16 has a heat-conducting connection 17 with a reflection device 5 (Fig. 4), which acts as a cooling radiator.

Пример конструктивного выполнения фотоэлектрического модуля с концентратором. An example of the design of a photovoltaic module with a hub.

Длина модуля 1800 мм, ширина 400 мм. Размеры фотопреобразователя 100х50 мм, скоммутированные фотопреобразователи 1 в количестве 36 установлены в центре симметричной линейной фокусирующей призмы 2 на грани выхода 6. Фокусирующая призма имеет двухгранный угол φ = 8o, угол между устройством отражения 5 и гранью переотражения 4 ψ = 25o.Module length 1800 mm, width 400 mm. The dimensions of the photoconverter 100x50 mm, the connected photoconverters 1 in the amount of 36 are installed in the center of the symmetric linear focusing prism 2 on the edge of the exit 6. The focusing prism has a dihedral angle φ = 8 o , the angle between the reflection device 5 and the face of the reflection 4 ψ = 25 o .

Коэффициент концентрации модуля равен отношению ширины призмы 2 к ширине фотопреобразователя

Figure 00000004
электрическая мощность при КПД фотопреобразователей 14%, КПД концентратора 80% составит 50 Вт.The concentration coefficient of the module is equal to the ratio of the width of the prism 2 to the width of the photoconverter
Figure 00000004
electrical power with a photoconverter efficiency of 14%, a hub efficiency of 80% will be 50 watts.

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

Солнечное излучение (луч 1) попадает на рабочую поверхность 3 фокусирующей призмы 2 под углом β0, (фиг. 1), входит в призму 2 под углом β1, попадает на грань переотражения 4 под углом β2, выходит из призмы 2 под углом β3, попадает на устройства отражения 5 под углом β4, отражается и попадает на грань переотражения под углом β5, преломляется в призме 2 под углом β6 и падает на рабочую поверхность призмы изнутри под углом β7, который должен быть больше угла полного внутреннего отражения β7 > arcsin 1/n.
После полного внутреннего отражения излучение попадает на грань выхода 6 и на фотопреобразователь 1.Solar radiation (beam 1) hits the working surface 3 of the focusing prism 2 at an angle β 0 (Fig. 1), enters the prism 2 at an angle β 1 , falls on the face of re-reflection 4 at an angle β 2 , leaves prism 2 at an angle β 3 , falls on the reflection device 5 at an angle β 4 , is reflected and hits the face of re-reflection at an angle β 5 , is refracted in prism 2 at an angle β 6 and falls on the working surface of the prism from the inside at an angle β 7 , which should be greater than the angle of the full internal reflection β 7 > arcsin 1 / n.
After total internal reflection, the radiation falls on the edge of output 6 and on the photoconverter 1.

Если солнечное излучение поступает по нормали к рабочей поверхности модуля, то для концентратора с φ = 8o, ψ = 25o, n = 1,5 вышеуказанные углы имеют вид: β0 = 0, β1 = 0, β2 = 8o, β3/ = 12,2o, β4 = 37,2o, β5 = 62,2o, β6 = 35,6o, β7 = 43,6o, β7 = 43,6o,

Figure 00000005
Угол β7 больше угла полного внутреннего отражения. Луч 2 на фиг. 1 преломлен фокусирующей призмой 2 и отражение от устройства отражения 5 попадает на фотопреобразователь 1 со стороны, противоположной рабочей поверхности 3 модуля луча 3 на фиг. 2, после отражения от зеркального отражателя 12. Луч 4 на фиг. 3 попадает на фотопреобразователь 1 со стороны, противоположной рабочей поверхности 3, после отражения от пирамидального или конусного отражателя 13. Луч на фиг. 4 после преломления в призме 2 отражается от устройства отражения 5 и после преломления призмой 2 попадает на фотопреобразователь 1 на трубчатом приемнике 15 внутри призмы 2. Луч 6 на фиг. 4 после преломления призмой и отражения от устройства отражения 5 попадает под углом φ на обратный пирамидальный и конусный отражатель 13 и затем на фотопреобразователь (внутри призмы 2). Для обычного призменного концентратора (1) угол φ = 21o при n = 1,5. Изменение массы призменного концентратора пропорционально отношению tgφ1/tgφ2. Подставив φ1 = 21o и φ2 = 8o, получим tg21/tg8 = 0,384/0,14 = 2,73. Таким образом, данный фотоэлектрический модуль в 2,73 раза легче модуля с обычным призменным концентратором (1) и в 1,6 раза легче прототипа.If solar radiation enters normal to the working surface of the module, then for a concentrator with φ = 8 o , ψ = 25 o , n = 1.5, the above angles have the form: β 0 = 0, β 1 = 0, β 2 = 8 o , β 3 / = 12.2 o , β 4 = 37.2 o , β 5 = 62.2 o , β 6 = 35.6 o , β 7 = 43.6 o , β 7 = 43.6 o ,
Figure 00000005
The angle β 7 is greater than the angle of total internal reflection. Ray 2 in FIG. 1 is refracted by the focusing prism 2 and the reflection from the reflection device 5 hits the photoconverter 1 from the side opposite to the working surface 3 of the beam module 3 in FIG. 2, after reflection from the mirror reflector 12. Beam 4 in FIG. 3 hits the photoconverter 1 from the side opposite to the working surface 3, after reflection from the pyramidal or conical reflector 13. The beam in FIG. 4 after refraction in the prism 2 is reflected from the reflection device 5 and after refraction by the prism 2 falls on the photoconverter 1 on the tubular receiver 15 inside the prism 2. Beam 6 in FIG. 4 after refraction by the prism and reflection from the reflection device 5, it falls at an angle φ to the inverse pyramidal and conical reflector 13 and then to the photoconverter (inside the prism 2). For a conventional prism concentrator (1), the angle φ = 21 o at n = 1.5. The change in mass of the prismatic concentrator is proportional to the ratio tgφ 1 / tgφ 2 . Substituting φ 1 = 21 o and φ 2 = 8 o , we obtain tg21 / tg8 = 0.384 / 0.14 = 2.73. Thus, this photovoltaic module is 2.73 times lighter than a module with a conventional prism concentrator (1) and 1.6 times lighter than the prototype.

Солнечный фотоэлектрический модуль с концентратором имеет малую массу, высокую эффективность, низкую стоимость, прост в изготовлении и может быть использован для получения тепла и электроэнергии как в автономных установках со слежением за солнцем, так и в энергоанчевых зданиях в качестве элемента фотоэлектрического фасада здания или солнечной крыши. A solar photovoltaic module with a concentrator has a low mass, high efficiency, low cost, is easy to manufacture, and can be used to produce heat and electricity both in stand-alone installations tracking the sun, and in energy-analytical buildings as an element of the photovoltaic facade of a building or solar roof .

Claims (7)

1. Солнечный фотоэлектрический модуль с концентратором, содержащий скоммутированные фотопреобразователи и концентратор, выполненный в виде фокусирующей призмы из оптически прозрачного материала с коэффициентом преломления n, имеющей образующие острый двухгранный угол φ рабочую поверхность модуля, на которую падает излучение под углом входа βo, и грань переотражения и устройство отражения излучения, выполненное в виде зеркала, расположенное с зазором относительно фокусирующей призмы со стороны грани переотражения излучения, отличающийся тем, что устройство отражения образует острый двухгранный угол с гранью переотражения и угол φ + ψ с рабочей поверхностью модуля, причем угол входа βo и двухгранные углы φ и ψ связаны соотношением
Figure 00000006

где n - коэффициент преломления;
φ - острый двухгранный угол при вершине призмы,
ψ - острый двухгранный угол между гранью переотражения и зеркальным отражателем.1. Solar photovoltaic module with a concentrator, containing switched photoconverters and a concentrator, made in the form of a focusing prism from an optically transparent material with a refractive index n, having a working surface forming a sharp dihedral angle φ, onto which radiation is incident at an entrance angle β o , and a face rereflection and a radiation reflection device made in the form of a mirror, located with a gap relative to the focusing prism from the side of the rereflection face of radiation, I distinguish iysya in that the reflection device forms an acute dihedral angle with the facet reflections, and the angle φ + ψ module with a working surface, the entrance angle β o and dihedral angles φ and ψ are related by
Figure 00000006

where n is the refractive index;
φ - acute dihedral angle at the top of the prism,
ψ is an acute dihedral angle between the face of rereflection and a specular reflector. 2. Солнечный фотоэлектрический модуль по п.1, отличающийся тем, что на части грани переотражения фокусирующей призмы, удаленной от вершины острого двухгранного угла φ, установлены фотопреобразователи с двухсторонней рабочей поверхностью, а в плоскости грани выхода от рабочей поверхности фокусирующей призмы до устройства отражения установлен зеркальный отражатель. 2. The solar photovoltaic module according to claim 1, characterized in that photoconverters with a two-sided working surface are installed on a part of the face of the re-reflection of the focusing prism remote from the top of the acute dihedral angle φ, and installed in the plane of the exit face from the working surface of the focusing prism to the reflection device mirror reflector. 3. Солнечный фотоэлектрический модуль с концентратором по пп.1 и 2, отличающийся тем, что фокусирующая призма и устройство отражения выполнены в виде двух симметричных усеченных пирамид, имеющих общую плоскость симметрии, а фотопреобразователь с двухсторонней рабочей поверхностью установлены на меньшем основании пирамидальной фокусирующей призмы. 3. A solar photovoltaic module with a concentrator according to claims 1 and 2, characterized in that the focusing prism and the reflection device are made in the form of two symmetric truncated pyramids having a common plane of symmetry, and a photoconverter with a two-sided working surface is mounted on the smaller base of the pyramidal focusing prism. 4. Солнечный фотоэлектрический модуль по пп.1 и 2, отличающийся тем, что фокусирующая призма и устройство отражения выполнены в виде осесимметричных усеченных конусных тел вращения, имеющих общую ось симметрии, а фотопреобразователи с двухсторонней рабочей поверхностью установлены в плоскости вершины усеченного конуса со стороны грани переотражения фокусирующей призмы параллельно ее рабочей поверхности, а в плоскости верхнего основания усеченного конуса устройства отражения установлен зеркальный отражатель. 4. The solar photovoltaic module according to claims 1 and 2, characterized in that the focusing prism and the reflection device are made in the form of axisymmetric truncated conical bodies of revolution having a common axis of symmetry, and photoconverters with a two-sided working surface are installed in the plane of the apex of the truncated cone from the side of the face re-reflection of the focusing prism parallel to its working surface, and a mirror reflector is installed in the plane of the upper base of the truncated cone of the reflection device. 5. Солнечный фотоэлектрический модуль по пп.1 - 4, отличающийся тем, что между устройством отражения и фотопреобразователем размещен обратный пирамидальный или конусный зеркальный отражатель, вершина которых совпадает с центром фотопреобразователя. 5. The solar photovoltaic module according to claims 1 to 4, characterized in that between the reflection device and the photoconverter, an inverse pyramidal or conical mirror reflector is placed, the apex of which coincides with the center of the photoconverter. 6. Солнечный фотоэлектрический модуль по пп.1 и 5, отличающийся тем, что обратный зеркальный пирамидальный или конусный зеркальный отражатель имеет теплопроводящее соединение с устройством отражения и центральной частью фотопреобразователя. 6. Solar photovoltaic module according to claims 1 and 5, characterized in that the inverse mirror pyramidal or conical mirror reflector has a heat-conducting connection with the reflection device and the Central part of the photoconverter. 7. Солнечный фотоэлектрический модуль по пп.1 и 4, отличающийся тем, что фотопреобразователи размещены на поверхности трубчатого приемника вдоль его длины от рабочей поверхности фокусирующей призмы до устройства отражения, а трубчатый приемник установлен в центре фокусирующей призмы перпендикулярно рабочей поверхности концентратора. 7. The solar photovoltaic module according to claims 1 and 4, characterized in that the photoconverters are placed on the surface of the tubular receiver along its length from the working surface of the focusing prism to the reflection device, and the tubular receiver is installed in the center of the focusing prism perpendicular to the working surface of the concentrator.
RU98121982/06A 1998-12-02 1998-12-02 Solar photoelectric module with concentrator RU2154778C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU98121982/06A RU2154778C1 (en) 1998-12-02 1998-12-02 Solar photoelectric module with concentrator

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU98121982/06A RU2154778C1 (en) 1998-12-02 1998-12-02 Solar photoelectric module with concentrator

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2154778C1 true RU2154778C1 (en) 2000-08-20

Family

ID=20213045

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU98121982/06A RU2154778C1 (en) 1998-12-02 1998-12-02 Solar photoelectric module with concentrator

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2154778C1 (en)

Cited By (5)

* 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)
RU2499327C1 (en) * 2012-04-11 2013-11-20 Открытое акционерное общество "Ракетно-космическая корпорация "Энергия" имени С.П. Королева" Concentrated electromagnetic radiation receiver/converter
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
RU2572167C1 (en) * 2014-05-27 2015-12-27 Дмитрий Семенович Стребков Solar module with concentrator (versions)
RU2576072C2 (en) * 2014-06-17 2016-02-27 Дмитрий Семенович Стребков Solar module with concentrator and method of making same

Cited By (5)

* 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
RU2499327C1 (en) * 2012-04-11 2013-11-20 Открытое акционерное общество "Ракетно-космическая корпорация "Энергия" имени С.П. Королева" Concentrated electromagnetic radiation receiver/converter
RU2572167C1 (en) * 2014-05-27 2015-12-27 Дмитрий Семенович Стребков Solar module with concentrator (versions)
RU2576072C2 (en) * 2014-06-17 2016-02-27 Дмитрий Семенович Стребков Solar module with concentrator and method of making same

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US6541694B2 (en) Nonimaging light concentrator with uniform irradiance
US20080251112A1 (en) Concentrating photovoltaic kaleidoscope and method
JPH10221528A (en) Solar battery device
TW201110386A (en) Non-imaging light concentrator
CA2564835A1 (en) Concentrating solar collector
US4246042A (en) Fixed solar energy concentrator
RU2503895C2 (en) Solar module with concentrator (versions) and method of its manufacturing
RU2133415C1 (en) Solar photoelectric module (options)
RU2154778C1 (en) Solar photoelectric module with concentrator
RU2520803C2 (en) Solar module with concentrator and method of its production
US20100307480A1 (en) Non-tracking solar collectors
RU2154244C1 (en) Solar photoelectric module with concentrator
JP4313841B1 (en) Solar lens and solar-powered equipment
RU2576752C2 (en) Solar module with concentrator
RU2204769C2 (en) Solar module with concentrator
RU2135909C1 (en) Solar photoelectric module with concentrator
AU712237B2 (en) Photovoltaic cell system and an optical structure therefore
RU2158045C1 (en) Solar module with radiant-energy concentrator (design versions)
RU2154777C1 (en) Solar photoelectric module with concentrator
RU2134849C1 (en) Solar photoelectric module with concentrator
RU2608797C2 (en) Solar module with concentrator (versions)
RU2154243C1 (en) Solar power plant
RU2168679C1 (en) Solar photoelectric module with concentrator
RU2572167C1 (en) Solar module with concentrator (versions)
WO2014116498A1 (en) Solar waveguide concentrator

Legal Events

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

Effective date: 20051203