RU2172451C1

RU2172451C1 - Solar module with concentrator (alternatives)

Info

Publication number: RU2172451C1
Application number: RU2000128578/06A
Authority: RU
Inventors: Д.С. Стребков; Э.В. Тверьянович; С.Н. Кивалов; А.Е. Иродионов
Original assignee: Стребков Дмитрий Семенович; Тверьянович Эдуард Владимирович
Priority date: 2000-11-16
Filing date: 2000-11-16
Publication date: 2001-08-20

Abstract

FIELD: solar engineering for electrical energy and heat generation. SUBSTANCE: module has reflector built up of two parts of different size which are separated by symmetry plane crossing top and focal axis of reflector. Main mirror reflector is made in the form of one branch of parabolic-cylindrical reflector and is provided with second semi- cylindrical mirror reflector; one edge of radiation detector bandwidth having bilateral effective surface is aligned with focal axis of mirror reflector and its opposite edge is located on branch of parabolic- cylindrical reflector; detector bandwidth equals radius of second mirror reflector. Solar module with concentrator may be mounted on balcony or under transparent roof of building. EFFECT: enhanced efficiency of solar energy utilization and coefficient of concentration. 32 cl, 9 dwg

Description

Изобретение относится к гелиоэнергетике, в частности к солнечным энергетическим модулям с концентраторами для получения электрической энергии и теплоты. The invention relates to solar energy, in particular to solar energy modules with concentrators for generating electric energy and heat.

Известен солнечный модуль с концентратором, в котором солнечное излучение собирается параболоцилиндрическим фоклином, выполненным из двух параболоцилиндров, и отражается на приемник излучения, установленный на нижнем основании фоклина (патент США N 3923381 от 2.12.75 г., кл. 350/293, 126/271, 350/294). A solar module with a concentrator is known, in which solar radiation is collected by a parabolocylindrical foclin made of two parabolocylinders and reflected on a radiation receiver mounted on the lower base of the foclin (US patent N 3923381 dated 2.12.75, CL 350/293, 126 / 271, 350/294).

Недостатком известного модуля является низкая концентрация, связанная с его апертурным углом α соотношением

При α = 25^o K_геом = 2,36. Другим недостатком является низкая эффективность использования солнечной энергии из-за неравномерного освещения приемника концентрированным излучением.A disadvantage of the known module is the low concentration associated with its aperture angle α by the ratio

At α = 25 ^o K, _geom = 2.36. Another disadvantage is the low efficiency of the use of solar energy due to uneven illumination of the receiver with concentrated radiation.

Известен солнечный фотоэлектрический модуль с концентратором солнечной энергии, содержащий скоммутированные и установленные между двумя листами стекла двухсторонние солнечные элементы, в виде полос, перпендикулярных основанию модуля, с тыльной стороны которых симметрично относительно середины солнечных элементов установлено два полуцилиндрических концентратора, суммарная площадь аппаратуры которых в два раза больше площади солнечных элементов. При установке под углом к горизонту, равным широте местности, и полярной ориентации оси концентраторов юг - север. Фотоэлектрический модуль работает круглый год без слежения за солнцем с теоретическим коэффициентом концентрации K= 2. Фактический коэффициент концентрации с учетом косинусных потерь и потерь на отражение составляет 1,56 (I. Edmond, Solar Energy Materials. 1990. N 21, p.173-190). A solar photovoltaic module with a solar energy concentrator is known, comprising bilateral solar cells commutated and installed between two sheets of glass, in the form of strips perpendicular to the base of the module, two semi-cylindrical concentrators, the total equipment area of which are doubled, are installed on the back side of which are symmetrical relative to the middle of the solar cells more area of solar cells. When installed at an angle to the horizon, equal to the latitude of the terrain, and the polar orientation of the axis of the concentrators south - north. The photovoltaic module operates year-round without tracking the sun with a theoretical concentration coefficient K = 2. The actual concentration coefficient, taking into account cosine and reflection losses, is 1.56 (I. Edmond, Solar Energy Materials. 1990. N 21, p. 173- 190).

Недостатком известного фотоэлектрического модуля является низкий коэффициент концентрации и высокая стоимость модуля, практически равная стоимости фотоэлектрического модуля без концентратора. Другим недостатком является невозможность использования модуля при другой, кроме полярной, системы ориентации на Солнце, например в фотоэлектрических фасадах зданий и при ориентации восток - запад. A disadvantage of the known photovoltaic module is the low concentration coefficient and the high cost of the module, almost equal to the cost of the photovoltaic module without a hub. Another disadvantage is the impossibility of using the module in a solar orientation system other than the polar one, for example, in photovoltaic facades of buildings and in the east-west orientation.

Еще одним из недостатков известного устройства является невозможность использования его в фасадах зданий для получения теплоты и освещения зданий естественным солнечным излучением. Another disadvantage of the known device is the impossibility of using it in the facades of buildings to obtain heat and lighting of buildings with natural solar radiation.

Задачей изобретения является увеличение коэффициента концентрации, повышение эффективности использования солнечной энергии и снижение стоимости получаемой электроэнергии и теплоты, а также создание эффективных гелиотехнических устройств, встроенных в фасады и крыши зданий для обеспечения их электроэнергией, теплом, горячей водой, энергией для приготовления пищи и естественным солнечным освещением. The objective of the invention is to increase the concentration coefficient, increase the efficiency of use of solar energy and reduce the cost of electricity and heat, as well as the creation of effective solar systems built into the facades and roofs of buildings to provide them with electricity, heat, hot water, energy for cooking and natural solar lighting.

В результате использования предлагаемого солнечного модуля с концентратором увеличивается коэффициент концентрации, появляется возможность использовать солнечный модуль для энергоснабжения и освещения зданий и создания энергетических установок. As a result of using the proposed solar module with a concentrator, the concentration coefficient increases, it becomes possible to use the solar module for energy supply and lighting of buildings and the creation of power plants.

Вышеуказанный технический результат достигается тем, что в солнечном модуле, содержащем линейно-фокусирующий параболоцилиндрический зеркальный отражатель и приемник в виде полосы, установленный параллельно фокальной плоскости отражателя, зеркальный отражатель выполнен в виде одной ветви параболоцилиндрического отражателя, один край полосы приемника с двухсторонней рабочей поверхностью совпадает с фокальной осью зеркального отражателя, а второй противоположный край полосы приемника расположен на ветви параболоцилиндрического отражателя. The above technical result is achieved in that in a solar module containing a linearly focusing parabolic cylindrical reflector and a receiver in the form of a strip mounted parallel to the focal plane of the reflector, the mirror reflector is made in the form of one branch of the parabolic cylindrical reflector, one edge of the receiver strip with a two-sided working surface coincides with the focal axis of the specular reflector, and the second opposite edge of the receiver strip is located on the branch of the parabolic cylinder from razhitelstva.

Для увеличения эффективности использования солнечной энергии отражатель состоит из двух разновеликих частей, разделенных плоскостью симметрии, проходящей через вершину и фокальную ось отражателя, причем большая часть отражателя выполнена в виде одной ветви параболоцилиндрического отражателя, а меньшая часть в виде кругового цилиндрического отражателя с осью, совпадающей с фокальной осью, один край полосы приемника излучения совпадает с краем кругового цилиндрического отражателя, а противоположный край полосы приемника совпадает с фокальной осью. To increase the efficiency of using solar energy, the reflector consists of two different parts divided by a plane of symmetry passing through the vertex and the focal axis of the reflector, with most of the reflector made in the form of one branch of a parabolic cylindrical reflector, and the smaller part in the form of a circular cylindrical reflector with an axis coinciding with focal axis, one edge of the strip of the radiation receiver coincides with the edge of a circular cylindrical reflector, and the opposite edge of the strip of the receiver coincides with focal axis.

Для увеличения коэффициента концентрации основной зеркальный отражатель выполнен в виде одной ветви параболоцилиндрического отражателя и снабжен вторым полуцилиндрическим зеркальным отражателем, края которого совпадают с фокальной осью и ветвью основного параболоцилиндрического зеркального отражателя, оптическая ось второго зеркального отражателя параллельна фокальной плоскости основного отражателя и расположена на середине расстояния между фокальной осью и ветвью основного зеркального отражателя, а ширина полосы приемника излучения равна радиусу второго зеркального отражателя. Причем края полосы приемника излучения совпадают с фокальной осью основного зеркального отражателя и оптической осью второго зеркального отражателя, или края полосы приемника излучения совпадают с оптической осью и ветвью второго зеркального отражателя. To increase the concentration coefficient, the main specular reflector is made in the form of one branch of a parabolic-cylindrical reflector and is equipped with a second semicylindrical specular reflector, the edges of which coincide with the focal axis and the branch of the main para-cylindrical specular reflector, the optical axis of the second specular reflector is parallel to the focal plane of the main reflector and is located in the middle of the distance between the focal axis and the branch of the main mirror reflector, and the receiver bandwidth of radiation is equal to the radius of the second mirror reflector. Moreover, the edges of the strip of the radiation receiver coincide with the focal axis of the main mirror reflector and the optical axis of the second mirror reflector, or the edges of the strip of the radiation receiver coincide with the optical axis and branch of the second mirror.

Солнечный модуль с концентратором установлен на балконе здания, или установлен в виде стены здания, или установлен под прозрачной крышей здания, а фокальная плоскость наклонена к горизонтальной плоскости под углом 113,5^o-Φ, где Φ - широта местности при горизонтальном расположении солнечного модуля и под углом 113,5^o-Φ-δ при вертикальном расположении модуля.A solar module with a concentrator is installed on the balcony of the building, or installed in the form of a wall of the building, or installed under the transparent roof of the building, and the focal plane is inclined to the horizontal plane at an angle of 113.5 ^o -Φ, where Φ is the latitude of the area with the horizontal location of the solar module at an angle of 113.5 ^o -Φ-δ with a vertical arrangement of the module.

В другом варианте исполнения фокальная плоскость параболоцилиндрического отражателя наклонена к горизонтальной плоскости под углом 66,5^o-Φ+δ при горизонтальном расположении солнечного модуля и под углом 66,5^o-Φ при вертикальном расположении солнечного модуля.In another embodiment, the focal plane of the parabolic cylindrical reflector is inclined to the horizontal plane at an angle of 66.5 ^o -Φ + δ for a horizontal arrangement of the solar module and at an angle of 66.5 ^o -Φ for a vertical arrangement of the solar module.

Для получения горячей воды и отопления солнечный модуль с концентратором содержит приемник излучения в виде пластины металлического абсорбера с просветляющим покрытием на двух сторонах пластины, окруженной с двух сторон прозрачной теплоизолирующей оболочкой. Приемник имеет внутренние каналы для протекания охлаждающей жидкости или воздуха. To produce hot water and heating, a solar module with a concentrator contains a radiation receiver in the form of a plate of a metal absorber with an antireflective coating on both sides of the plate, surrounded on both sides by a transparent heat-insulating shell. The receiver has internal channels for the flow of coolant or air.

Для комбинированного производства электрической энергии и теплоты на металлической пластине закреплены с двух сторон скоммутированные солнечные элементы с просветляющим покрытием. For the combined production of electric energy and heat, commutated solar cells with an antireflective coating are fixed on two sides on a metal plate.

Для получения электрической энергии солнечный модуль имеет приемник из скоммутированных солнечных элементов с двухсторонней рабочей поверхностью, которые заключены в прозрачную оболочку и имеют каналы для обдува воздухом. To receive electrical energy, the solar module has a receiver of commutated solar cells with a double-sided working surface, which are enclosed in a transparent shell and have channels for blowing air.

Для увеличения эффективности преобразования солнечной энергии в электрическую энергию и тепло солнечный модуль содержит два или более приемника с металлическим абсорбером, у которых каналы для протекания охлаждающей жидкости соединены последовательно и параллельно таким образом, что поток охлаждающей жидкости направляют от приемника с солнечными элементами к приемнику с просветляющим покрытием. To increase the efficiency of converting solar energy into electrical energy and heat, the solar module contains two or more receivers with a metal absorber, in which channels for the flow of coolant are connected in series and parallel so that the flow of coolant is directed from the receiver with solar cells to the receiver with antireflective coated.

Сущность изобретения поясняется фиг. 1 - 9. The invention is illustrated in FIG. 19.

На фиг. 1 представлен общий вид солнечного модуля с концентратором, где зеркальный отражатель в виде одной ветви параболоцилиндрического концентратора, а края полосы приемника излучения совпадают с фокальной осью и вершиной параболоцилиндрического концентратора. In FIG. Figure 1 shows a general view of a solar module with a concentrator, where a mirror reflector is in the form of one branch of a parabolic cylindrical concentrator, and the edges of the strip of the radiation receiver coincide with the focal axis and apex of the parabolic cylindrical concentrator.

На фиг. 2 - солнечный модуль с концентратором, где зеркальный отражатель состоит из двух разновеликих частей, а края полосы приемника излучения совпадают с фокальной осью параболоцилиндрического концентратора и ветвью цилиндрического отражателя. In FIG. 2 - a solar module with a concentrator, where the specular reflector consists of two different parts, and the edges of the strip of the radiation receiver coincide with the focal axis of the parabolic cylindrical concentrator and the branch of the cylindrical reflector.

На фиг. 3 - солнечный модуль с концентратором, где основной зеркальный отражатель выполнен в виде одной ветви параболоцилиндрического отражателя и снабжен вторым полуцилиндрическим зеркальным отражателем, а полоса приемника излучения установлена в плоскости симметрии параболоцилиндрического концентратора между его фокальной осью и оптической осью второго полуцилиндрического отражателя. In FIG. 3 - a solar module with a concentrator, where the main mirror reflector is made in the form of one branch of a parabolic cylindrical reflector and is equipped with a second semi-cylindrical mirror reflector, and the radiation receiver strip is mounted in the plane of symmetry of the parabolic cylindrical concentrator between its focal axis and the optical axis of the second half-cylindrical reflector.

На фиг. 4 - солнечный модуль с концентратором, где края полосы приемника излучения совпадают с оптической осью и ветвью второго зеркального отражателя. In FIG. 4 - a solar module with a concentrator, where the edges of the strip of the radiation receiver coincide with the optical axis and the branch of the second mirror reflector.

На фиг. 5 - солнечный модуль с концентратором, где полоса приемника излучения установлена в горизонтальной плоскости между ветвью параболоцилиндрического отражателя и оптической осью второго зеркального отражателя. In FIG. 5 - a solar module with a concentrator, where the strip of the radiation receiver is installed in a horizontal plane between the branch of the parabolic cylindrical reflector and the optical axis of the second mirror reflector.

На фиг. 6 - солнечный модуль с концентратором, где полоса приемника излучения установлена в вертикальной плоскости между фокальной осью полуцилиндрического отражателя и оптической осью второго зеркального отражателя. In FIG. 6 is a solar module with a concentrator, where the strip of the radiation receiver is installed in a vertical plane between the focal axis of the semi-cylindrical reflector and the optical axis of the second mirror reflector.

На фиг. 7 - солнечный модуль с концентратором, установленный на балконе здания. In FIG. 7 - a solar module with a hub mounted on the balcony of the building.

На фиг. 8 - солнечные модули с концентраторами, установленные вертикально в виде стены здания друг над другом, у каждого модуля полоса приемника излучения установлена в горизонтальной плоскости между фокальной осью параболоцилиндрического отражателя и оптической осью второго зеркального отражателя. In FIG. 8 - solar modules with concentrators, mounted vertically in the form of a building wall on top of each other, for each module, the radiation receiver strip is installed in the horizontal plane between the focal axis of the parabolic cylinder reflector and the optical axis of the second mirror reflector.

На фиг. 9 - солнечный модуль с концентратором, установленный под прозрачной крышей здания. In FIG. 9 - a solar module with a hub installed under the transparent roof of the building.

На фиг. 1 солнечный модуль с концентратором содержит основной фокусирующий параболоцилиндрический зеркальный отражатель 1 с апертурным углом δ, приемник с двухсторонней рабочей поверхностью 2, фокальную ось 3 и фокальную плоскость отражателя 4. Ширина солнечного модуля в горизонтальной плоскости равна D, состоит из проекции d₁ ширины приемника d на плоскость миделя 5 и ширины миделя D - d₁ между фокальной осью 3 и ветвью параболоцилиндрического концентратора 1. Фокальная плоскость 3 наклонена к горизонтальной плоскости под углом 113,5^o-Φ, где Φ - широта местности установки солнечного модуля.In FIG. 1 solar module with a concentrator contains the main focusing parabolic cylindrical specular reflector 1 with an aperture angle δ, a receiver with a two-sided working surface 2, the focal axis 3 and the focal plane of the reflector 4. The width of the solar module in the horizontal plane is equal to D, consists of a projection d ₁ of the receiver width d 5 on the plane midsection and the midsection width D - d ₁ between the focal axis of the parabolic trough 3 and a branch hub 1. focal plane 3 is inclined to the horizontal plane at an angle of 113,5 ^o -Φ, wherein Φ - Latitude estnosti solar module installation.

На фиг. 2 - солнечный модуль с концентратором содержит фокусирующий параболоцилиндрический зеркальный отражатель 1 с фокальной осью 3, приемник с двухсторонней рабочей поверхностью 2, круговой цилиндрический отражатель 6 с радиусом d, равным ширине приемника 2. Для увеличения концентрации солнечного излучения часть параболоцилиндра, находящаяся между его фокальной плоскостью и приемником излучения заменена на круговой цилиндр радиуса d. In FIG. 2 - a solar module with a concentrator contains a focusing parabolic cylindrical specular reflector 1 with a focal axis 3, a receiver with a two-sided working surface 2, a circular cylindrical reflector 6 with a radius d equal to the width of the receiver 2. To increase the concentration of solar radiation, a part of the parabolic cylinder located between its focal plane and the radiation receiver is replaced by a circular cylinder of radius d.

Геометрический коэффициент концентрации для солнечного модуля на фиг. 1 и 2
K_геом = D/d.The geometric concentration coefficient for the solar module in FIG. 1 and 2
K _geome = D / d.

Если плоскость приемника параллельна плоскости миделя концентратора, то d₁ = d

Если плоскость приемника перпендикулярна плоскости миделя концентратора, то d₁ = 0

На фиг. 3 солнечный модуль с концентратором содержит фокусирующий параболоцилиндрический зеркальный отражатель 1 с фокальной осью 3, установленный в фокальной плоскости 4 приемник с двухсторонней рабочей поверхностью 2, второй полуцилиндрический зеркальный отражатель 7 с центром 0, радиус

которого равен половине фокусного расстояния AF параболоцилиндрического отражателя. При введении второго полуцилиндрического зеркального концентратора на фиг. 3-9 площадь приемника уменьшается в два раза и возрастает коэффициент геометрической концентрации

Для δ^° = 30^o значения геометрической концентрации согласно формулам (1), (2), (3) составляют 5; 4 и 8 соответственно, т.е. введение второго зеркального концентратора увеличивает коэффициент концентрации в 1,6-2 раза.If the plane of the receiver is parallel to the plane of the midsection of the concentrator, then d ₁ = d

If the plane of the receiver is perpendicular to the plane of the midsection of the concentrator, then d ₁ = 0

In FIG. 3, the solar module with a concentrator contains a focusing parabolic cylindrical specular reflector 1 with a focal axis 3, a receiver with a two-sided working surface 2 mounted in the focal plane 4, a second semi-cylindrical specular reflector 7 with center 0, radius

which is equal to half the focal length AF of the parabolic cylindrical reflector. With the introduction of the second semi-cylindrical mirror concentrator in FIG. 3-9, the receiver area is halved and the geometric concentration coefficient increases

For δ ^° = 30 ^{o, the} values of geometric concentration according to formulas (1), (2), (3) are 5; 4 and 8, respectively, i.e. the introduction of a second mirror concentrator increases the concentration coefficient by 1.6-2 times.

Для угла δ = 48^o, соответствующего 12 месяцам стационарной работы солнечного модуля с концентратором, коэффициент геометрической концентрации составляет согласно формулам (1), (2) и (3) соответственно 3,23; 2,23; 4,46.For the angle δ = 48 ^o , corresponding to 12 months of stationary operation of the solar module with a concentrator, the geometric concentration coefficient is, according to formulas (1), (2) and (3), 3.23; 2.23; 4.46.

На фиг. 4 солнечный модуль с концентратором содержит фокусирующий параболоцилиндрический зеркальный отражатель 1 с фокальной осью 3, приемник с двухсторонней рабочей поверхностью 2, установленный в фокальной плоскости 4, второй полуцилиндрический зеркальный отражатель 7, причем края полосы приемника излучения 2 совпадают с оптической осью 8 и ветвью второго зеркального отражателя 7. In FIG. 4, the solar module with the concentrator comprises a focusing parabolic cylindrical specular reflector 1 with a focal axis 3, a receiver with a two-sided working surface 2 mounted in the focal plane 4, a second semi-cylindrical specular reflector 7, and the edges of the strip of the radiation receiver 2 coincide with the optical axis 8 and the branch of the second mirror reflector 7.

На фиг. 5 солнечный модуль с концентратором содержит фокусирующий параболоцилиндрический зеркальный отражатель 1 с фокальной осью 3, установленный горизонтально приемник с двухсторонней рабочей поверхностью 2, второй полуцилиндрический зеркальный отражатель 7, причем края полосы приемника излучения совпадают с фокальной осью 3 параболоцилиндрического отражателя 1 и с оптической осью 8 второго зеркального отражателя 7. In FIG. 5, the solar module with the concentrator comprises a focusing parabolic-cylindrical specular reflector 1 with a focal axis 3, a horizontal receiver with a two-sided working surface 2, a second semi-cylindrical specular reflector 7, and the edges of the radiation receiver strip coincide with the focal axis 3 of the parabolic cylindrical reflector 1 and with the optical axis 8 of the second mirror reflector 7.

На фиг. 6 солнечный модуль с концентратором содержит фокусирующий параболоцилиндрический зеркальный отражатель 1 с фокальной осью 3, приемник с двухсторонней рабочей поверхностью 2, второй полуцилиндрический зеркальный отражатель 7. In FIG. 6, a solar module with a concentrator comprises a focusing parabolic cylindrical specular reflector 1 with a focal axis 3, a receiver with a two-sided working surface 2, and a second semi-cylindrical specular reflector 7.

На фиг. 7 солнечный модуль с концентратором содержит фокусирующий параболоцилиндрический зеркальный отражатель 1 с фокальной осью 3, приемник с двухсторонней рабочей поверхностью 2, второй полуцилиндрический зеркальный отражатель 7. Солнечный модуль с концентратором установлен на балконе 9 здания 10. In FIG. 7, a solar module with a concentrator contains a focusing parabolic cylindrical specular reflector 1 with a focal axis 3, a receiver with a two-sided working surface 2, a second semi-cylindrical specular reflector 7. A solar module with a concentrator is installed on the balcony 9 of building 10.

На фиг. 8 солнечные модули с параболоцилиндрическими концентраторами 1 установлены в вертикальной стене 11 здания 10. Каждый солнечный модуль с концентратором содержит фокусирующий параболоцилиндрический зеркальный отражатель 1 с фокальной осью 3, приемник с двухсторонней рабочей поверхностью 2, второй полуцилиндрический зеркальный отражатель 7. Фокальная плоскость 4 параболоцилиндрического концентратора 1 наклонена к горизонтальной плоскости под углом 113,5^o-Φ-δ, где Φ - широта местности.In FIG. 8 solar modules with parabolic-cylindrical concentrators 1 are installed in the vertical wall 11 of building 10. Each solar module with a concentrator contains a focusing para-cylindrical mirror reflector 1 with a focal axis 3, a receiver with a two-sided working surface 2, a second half-cylindrical mirror reflector 7. Focal plane 4 of a parabolic cylindrical concentrator 1 inclined to the horizontal plane at an angle of 113.5 ^o -Φ-δ, where Φ is the latitude of the terrain.

На фиг. 9 солнечные модули с концентраторами установлены под прозрачной крышей 12 здания 10. Каждый солнечный модуль с концентратором содержит фокусирующий параболоцилиндрический зеркальный отражатель 1 с фокальной осью 3, приемник с двухсторонней рабочей поверхностью 2 установлен в фокальной плоскости между фокальной осью 3 и оптической осью 8 полуцилиндрического зеркального отражателя 7. In FIG. 9 solar modules with concentrators are installed under the transparent roof 12 of building 10. Each solar module with a concentrator contains a focusing para-cylindrical specular reflector 1 with a focal axis 3, a receiver with a two-sided working surface 2 is installed in the focal plane between the focal axis 3 and the optical axis 8 of a semi-cylindrical specular reflector 7.

Приемник 2 выполнен в виде пластины металлического абсорбера с просветляющим покрытием на двух сторонах, окруженного с двух сторон прозрачной теплоизолирующей оболочкой. Приемник имеет внутренние каналы для протекания воды или наружные каналы для обдува воздухом. The receiver 2 is made in the form of a plate of a metal absorber with an antireflection coating on two sides, surrounded on both sides by a transparent heat-insulating shell. The receiver has internal channels for the flow of water or external channels for blowing air.

В другом варианте исполнения приемника 2 на металлической пластине абсорбера установлены с двух сторон вместо просветляющего покрытия скоммутированные солнечные элементы с просветляющим покрытием. In another embodiment, the receiver 2 on the metal plate of the absorber mounted on both sides instead of antireflection coating switched solar cells with antireflection coating.

Еще в одном варианте конструкции в качестве приемника установлены скоммутированные солнечные элементы с двухсторонней рабочей поверхностью. In yet another design embodiment, commutated solar cells with a double-sided working surface are installed as the receiver.

Солнечный модуль с концентратором работает следующим образом. A solar module with a hub operates as follows.

Параболоцилиндрический концентратор 1 с фокальной осью 3, ориентированной с запада на восток, концентрирует солнечное излучение в пределах апертурного угла δ на приемнике 2. Солнечное излучение 22 июня концентрируется на фокальной оси 3. По мере уменьшения склонения Солнца в пределах апертурного угла δ полоса концентрированного излучения перемещается от фокальной оси вдоль приемника 2. Цилиндрический отражатель 6 увеличивает концентрацию солнечного излучения при низком склонении Солнца, когда солнечное излучение падает на часть приемника 2, удаленную от фокальной оси 3. Приемник 2 преобразует солнечную энергию в тепловую и электрическую энергию. A parabolic cylindrical concentrator 1 with a focal axis 3 oriented from west to east concentrates solar radiation within the aperture angle δ at receiver 2. On June 22, solar radiation concentrates on the focal axis 3. As the declination of the Sun decreases within the aperture angle δ, the concentrated radiation band moves from the focal axis along the receiver 2. The cylindrical reflector 6 increases the concentration of solar radiation at low declination of the Sun, when solar radiation falls on part of the receiver and 2, remote from the focal axis 3. The receiver 2 converts the solar energy into thermal energy and electrical energy.

Время работы солнечного модуля в стационарном состоянии определяется соотношением

где T - количество месяцев, а δ - апертура в градусах.The operating time of the solar module in a stationary state is determined by the ratio

where T is the number of months, and δ is the aperture in degrees.

Для солнечных модулей на фиг. 1 и 2 время стационарной работы T равно времени перемещения полосы концентрированного излучения вдоль приемника 2. С противоположной стороны приемник 2 освещается неконцентрированным солнечным излучением. For solar modules in FIG. 1 and 2, the stationary operation time T is equal to the time of movement of the concentrated radiation band along the receiver 2. On the opposite side, the receiver 2 is illuminated with non-concentrated solar radiation.

Для солнечных модулей с дополнительным цилиндрическим отражателем 7 полоса концентрированного солнечного излучения в течение времени T/2 попадает на одну поверхность приемника 2, а в течение времени T/2 переотражается с помощью дополнительного зеркального отражателя 7 на противоположную рабочую поверхность приемника 2. В результате площадь приемника 2 уменьшается в 2 раза и возрастает коэффициент концентрации. Эффективность использования солнечного излучения увеличивается за счет перераспределения концентрированного излучения на цилиндрическом отражателе 6 или 7 и более однородного и равномерного освещения приемника 2. For solar modules with an additional cylindrical reflector 7, a strip of concentrated solar radiation during a time T / 2 hits one surface of the receiver 2, and during the time T / 2 it is reflected using an additional mirror reflector 7 to the opposite working surface of the receiver 2. As a result, the area of the receiver 2 decreases by 2 times and the concentration coefficient increases. The efficiency of using solar radiation increases due to the redistribution of concentrated radiation on a cylindrical reflector 6 or 7 and more uniform and uniform illumination of the receiver 2.

Примеры конкретного исполнения солнечного модуля с концентратором. Examples of specific performance of a solar module with a concentrator.

1. Солнечный фотоэлектрический модуль с параболоцилиндрическим концентратором 1 имеет размеры 0,8х2,0 м, апертуру 36^o, диаметр дополнительного цилиндрического зеркального отражателя 7 равен 200 мм, а ширина приемника излучения 2 равна 100 мм. В качестве полосы приемника 2 установлены вертикально (фиг. 6) 36 скоммутированных солнечных элементов размером 50х100 мм в стеклянной оболочке шириной 110 мм и общей длиной 1800 мм.1. The solar photovoltaic module with a parabolic-cylindrical concentrator 1 has dimensions of 0.8x2.0 m, an aperture of 36 ^° , the diameter of the additional cylindrical specular reflector 7 is 200 mm, and the width of the radiation detector 2 is 100 mm. As the strip of the receiver 2 are installed vertically (Fig. 6) 36 commutated solar cells measuring 50x100 mm in a glass shell with a width of 110 mm and a total length of 1800 mm.

Солнечный модуль ориентирован на юг таким образом, что фокальная плоскость 4 наклонена к горизонтальной поверхности под углом 58^o. Время работы в стационарном состоянии для широты города Москвы Φ = 55^o составляет 9 месяцев с 1 февраля по 1 ноября. Электрическая мощность электрического модуля равна 80 Вт, напряжение 12 В, коэффициент геометрической концентрации 5,8; оптический КПД - 0,8; фактический коэффициент концентрации - 4,64.The solar module is oriented south in such a way that the focal plane 4 is inclined to the horizontal surface at an angle of 58 ^o . The operating time in a stationary state for the latitude of the city of Moscow Φ = 55 ^o is 9 months from February 1 to November 1. The electrical power of the electrical module is 80 W, voltage 12 V, coefficient of geometric concentration 5.8; optical efficiency - 0.8; the actual concentration coefficient is 4.64.

2. Солнечный тепловой модуль с параболоцилиндрическим концентратором 1 с апертурой δ = 24^oC имеет приемник 2 в виде абсорбера из пластины алюминия толщиной 2 мм, в центре которой сваркой присоединена трубка из латуни диаметром 12 мм. Абсорбер имеет с двух сторон просветляющее покрытие и защитное покрытие из закаленного стекла толщиной 3 мм. Ширина модуля равна 1,2 м, длина 2,5 м. При вертикальном расположении приемника 2 шириной 200 мм в соответствии с формулой (2) для фиг. 1 коэффициент геометрической концентрации равен 6,04.2. A solar thermal module with a parabolic-cylindrical concentrator 1 with an aperture of δ = 24 ^o C has a receiver 2 in the form of an absorber from a 2 mm thick aluminum plate, in the center of which a 12 mm brass tube is connected by welding. The absorber has an antireflection coating on both sides and a protective coating of tempered glass 3 mm thick. The width of the module is 1.2 m, the length is 2.5 m. With a vertical arrangement of the receiver 2 200 mm wide in accordance with the formula (2) for FIG. 1, the geometric concentration coefficient is 6.04.

При установке дополнительного цилиндрического отражателя 7 диаметром 200 мм согласно формуле (3) фиг. 3 коэффициент геометрической концентрации увеличивается в 2 раза до K_геом = 12,08, а ширина приемника 2 уменьшается до 100 мм. Время стационарной работы составляет шесть месяцев, а тепловая мощность модуля равна 2 кВт, температура воды на выходе из абсорбера 95^oC.When installing an additional cylindrical reflector 7 with a diameter of 200 mm according to formula (3) of FIG. 3, the geometric concentration coefficient increases by a factor of 2 to K _geom = 12.08, and the width of receiver 2 decreases to 100 mm. Stationary work time is six months, and the thermal power of the module is 2 kW, the water temperature at the outlet of the absorber is 95 ^o C.

По сравнению с прототипом при использовании двухсторонних приемников 2 удается упростить конструкцию стационарного концентратора, используя одну ветвь параболы, уменьшить фокусное расстояние модуля, увеличить степень концентрации излучения и за счет снижения площади приемника снизить стоимость солнечного модуля. Compared with the prototype, when using two-sided receivers 2, it is possible to simplify the design of the stationary concentrator using one parabola branch, reduce the focal length of the module, increase the degree of radiation concentration, and reduce the cost of the solar module by reducing the receiver area.

Claims

1. A solar module with a concentrator, containing the main linear-focusing parabolic cylindrical mirror reflector and a receiver in the form of a strip mounted parallel to the focal axis of the reflector, characterized in that the mirror reflector is made in the form of one branch of the parabolic cylinder reflector, one edge of the receiver strip coincides with the two-sided working surface with the focal axis of the mirror reflector, and the second opposite edge of the receiver strip is located on the branch of the parabolic cylinder.

2. A solar module with a concentrator according to claim 1, characterized in that it is installed on the balcony of the building.

3. A solar module with a concentrator according to claim 1, characterized in that it is installed in the form of a building wall.

4. A solar module with a concentrator according to claim 1, characterized in that it is installed under the transparent roof of the building.

5. The solar module with the concentrator according to claim 1, or 2, 3, or 4, characterized in that the focal plane of the concentrator is inclined to the horizontal plane at an angle of 113.5 ^o -Φ with a horizontal arrangement of the solar module and at an angle of 113.5 ^o -Φ-δ with a vertical arrangement of the module, where Φ is the latitude of the terrain, δ is the aperture angle of the concentrator.

6. The solar module with the concentrator according to claim 1, or 2, 3, or 4, characterized in that the focal plane of the concentrator is inclined to the horizontal plane at an angle of 66.5 ^o -Φ + δ with the horizontal location of the solar module and at an angle of 66 , 5 ^o -Φ with a vertical arrangement of the module.

7. A solar module with a concentrator according to claim 1, or 2, or 3, or 4, or 5, or 6, characterized in that the solar module comprises a radiation detector in the form of a metal plate with an antireflective coating on both sides of the plate and flow channels coolant or air, the plate is surrounded on both sides by a transparent heat-insulating shell.

8. A solar module with a concentrator according to claim 1, or 2, or 3, or 4, or 5, 6, or 7, characterized in that the radiation detector in the form of a metal plate with channels for the flow of coolant or air contains two sides commutated solar cells with antireflection coating.

9. The solar module with a concentrator according to claim 1, or 2, or 3, or 4, or 5, or 6, characterized in that the solar module has a receiver of switched solar cells with a double-sided working surface, which are enclosed in a transparent shell and have external channels for air blowing.

10. A solar module with a concentrator according to claim 1, or 2, or 3, or 4, or 5, or 6, or 7, or 8, or 9, characterized in that the module contains two or more receivers with a metal plate and channels for coolant or air, at least one receiver has switched solar cells with an antireflection coating fixed to the plate on both sides and at least one receiver on both sides of the plate has an antireflection coating, the channels of the receivers are connected in series and parallel so that along cooling flow First, receivers with solar cells are installed, and then receivers with an antireflection coating.

11. A solar module with a concentrator, comprising a main linearly focusing parabolic cylindrical specular reflector and a radiation receiver mounted parallel to the focal axis of the reflector, characterized in that the reflector consists of two different parts separated by a plane of symmetry passing through the vertex and the focal axis of the reflector, and a large part of the reflector is made in the form of one branch of a parabolic-cylindrical reflector, and the smaller part is in the form of a circular cylindrical reflector with an axis coinciding with axis, one edge of the strip of the radiation receiver coincides with the edge of a circular cylindrical reflector, and the opposite edge of the strip of the receiver coincides with the focal axis.

12. The solar module with the hub according to claim 11, characterized in that it is installed on the balcony of the building.

13. The solar module with the hub according to claim 11, characterized in that it is installed in the form of a building wall.

14. The solar module with the hub according to claim 11, characterized in that it is installed under the transparent roof of the building.

15. A solar module with a concentrator according to claim 11, or 12, or 13, or 14, characterized in that the focal plane of the concentrator is inclined to the horizontal plane at an angle of 113.5 ^o -Φ with a horizontal arrangement of the solar module and at an angle of 113.5 ^o -Φ-δ with a vertical arrangement of the module, where Φ is the latitude of the terrain, δ is the aperture angle of the concentrator.

16. A solar module with a concentrator according to claim 11, or 12, or 13, or 14, characterized in that the focal plane of the concentrator is inclined to the horizontal plane at an angle of 66.5 ^o -Φ + δ with the horizontal location of the solar module and at an angle of 66 , 5 ^o -Φ with a vertical arrangement of the module.

17. A solar module with a concentrator according to claim 11, or 12, or 13, or 14, or 15, or 16, characterized in that the solar module comprises a radiation receiver in the form of a metal plate with an antireflective coating on both sides of the plate and flow channels coolant or air, the plate is surrounded on both sides by a transparent heat-insulating shell.

18. A solar module with a concentrator according to claim 11, or 12, or 13, or 14, or 15, 16, or 17, characterized in that the radiation detector in the form of a metal plate with channels for the flow of coolant or air contains two sides commutated solar cells with antireflection coating.

19. A solar module with a concentrator according to claim 11, or 12, or 13, or 14, or 15, or 16, characterized in that the solar module has a receiver of switched solar cells with a double-sided working surface, which are enclosed in a transparent shell and have external channels for air blowing.

20. A solar module with a concentrator according to claim 11, or 12, or 13, or 14, or 15, or 16, or 17, or 18, or 19, characterized in that the module contains two or more receivers with a metal plate and channels for coolant or air, at least one receiver has switched solar cells with an antireflection coating fixed to the plate on both sides and at least one receiver on both sides of the plate has an antireflection coating, the channels of the receivers are connected in series and parallel so that along flow oh azhdayuschey fluid or air is first installed receivers with solar cells, and then receivers with antireflection coating.

21. A solar module with a concentrator, comprising a main linearly-focusing parabolic cylindrical specular reflector and a receiver in the form of a strip mounted parallel to the focal axis of the main reflector, characterized in that the main specular reflector is made in the form of one branch of the parabolic cylindrical reflector and is equipped with a second semi-cylindrical specular reflector, edges which coincide with the focal axis and branch of the main parabolic-cylindrical specular reflector, the optical axis of the second specular razhatelya parallel to the focal axis of the main reflector and is located midway between the focal axis and the main branch of the mirror reflector, and the width of the emission band of the receiver is equal to the radius of the second mirror reflector.

22. The solar module with the hub according to item 21, wherein the edges of the strip of the radiation receiver coincide with the focal axis of the main mirror reflector and the optical axis of the second mirror reflector.

23. The solar module with the hub according to item 21, wherein the edges of the strip of the radiation receiver coincide with the optical axis and the branch of the second mirror reflector.

24. A solar module with a hub according to claim 21, or 22, or 23, characterized in that it is installed on the balcony of the building.

25. The solar module with the hub according to item 21, or 22, or 23, characterized in that it is installed in the form of a building wall.

26. The solar module with the hub according to item 21, or 22, or 23, characterized in that it is installed under the transparent roof of the building.

27. The solar module with the concentrator according to item 21, or 22, or 23, or 24, or 25, or 26, characterized in that the focal plane of the concentrator is inclined to the horizontal plane at an angle of 113.5 ^o -Φ with the horizontal location of the solar module and at an angle of 113.5 ^o -Φ-δ with a vertical arrangement of the module, where Φ is the latitude of the terrain, δ is the aperture angle of the concentrator.

28. The solar module with the concentrator according to item 21, or 22, or 23, or 24, or 25, or 26, characterized in that the focal plane of the concentrator is inclined to the horizontal plane at an angle of 66.5 ^o -Φ + δ with a horizontal arrangement solar module and at an angle of 66.5 ^o -Φ with a vertical module.

29. The solar module with the hub according to item 21, or 22, or 23, or 24, or 25, or 26, or 27, or 28, characterized in that the solar module contains a radiation receiver in the form of a metal plate with an antireflection coating on two sides of the plate and channels for the flow of coolant or air, the plate is surrounded on both sides by a transparent heat-insulating shell.

30. A solar module with a concentrator according to claim 21, or 22, or 23, or 24, or 25, or 26, or 27, or 28, or 29, characterized in that the radiation receiver is in the form of a metal plate with channels for the cooling to flow liquid or air contains commutated solar cells with antireflection coating fixed on both sides.

31. The solar module with the concentrator according to item 21, or 22, or 23, or 24, or 25, or 26, or 27, or 28, characterized in that the solar module has a receiver of switched solar cells with a two-sided working surface, which enclosed in a transparent shell and have external channels for blowing air.

32. A solar module with a concentrator according to claim 21, or 22, or 23, or 24, or 25, or 26, or 27, or 28, or 29, or 30, or 31, characterized in that the module contains two or more a receiver with a metal plate and channels for coolant or air, at least one receiver has commutated solar cells with an antireflective coating attached to the plate on both sides and at least one receiver on both sides of the plate is an antireflection coating, the channels of the receivers are connected in series and parallel so that by ho y coolant or air flow established first receivers with solar cells, and then receivers with antireflection coating.