RU2352023C1 - Солнечный фотоэлектрический модуль - Google Patents
Солнечный фотоэлектрический модуль Download PDFInfo
- Publication number
- RU2352023C1 RU2352023C1 RU2007138672/28A RU2007138672A RU2352023C1 RU 2352023 C1 RU2352023 C1 RU 2352023C1 RU 2007138672/28 A RU2007138672/28 A RU 2007138672/28A RU 2007138672 A RU2007138672 A RU 2007138672A RU 2352023 C1 RU2352023 C1 RU 2352023C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- photovoltaic module
- solar photovoltaic
- module according
- solar
- lenses
- Prior art date
Links
Images
Classifications
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E10/00—Energy generation through renewable energy sources
- Y02E10/50—Photovoltaic [PV] energy
Abstract
Изобретение относится к области солнечной энергетики. Солнечный фотоэлектрический модуль содержит фронтальную панель (3), боковые стенки (1) и тыльную панель (2), первичные и вторичные оптические концентраторы и солнечные фотоэлементы (9) с теплоотводящими элементами (10). Первичные оптические концентраторы выполнены в форме соприкасающихся друг с другом линз, сформированных в виде тыльной поверхности фронтальной панели (3). Вторичные оптические концентраторы выполнены в виде фоконов (8). Изобретение обеспечивает при высокой эффективности преобразования солнечного излучения в электроэнергию относительно низкую стоимость за счет упрощения технологии изготовления его элементов и сборки самого модуля. 15 з.п. ф-лы, 14 ил.
Description
Изобретение относится к области солнечной энергетики и, в частности, к концентраторным солнечным фотоэлектрическим модулям, применяемым, например, в наземных гелиоэнергетических установках, предназначенных для систем автономного энергоснабжения в различных климатических зонах.
Одним из наиболее перспективных методов получения электроэнергии из возобновляемых источников является фотоэлектрическое преобразование концентрированного солнечного излучения с использованием дорогостоящих высокоэффективных многокаскадных солнечных элементов и недорогих оптических концентраторов. Использование оптических концентраторов, обеспечивающих степень концентрации солнечного излучения 500 -1000 крат, имеющих высокую оптическую эффективность, позволяет достичь высокого КПД преобразования солнечного излучения в электричество и сократить суммарную площадь солнечных элементов пропорционально кратности концентрирования солнечного излучения. Оптические концентраторы позволяют увеличить эффективность преобразования солнечного излучения, но от вклада их стоимости в общую стоимость модуля, степени сложности их изготовления и сборки модуля, величины срока эксплуатации зависит экономичность фотоэлектрического модуля.
Известен концентраторный солнечный фотоэлектрический модуль (см. заявка US №20070089778, МПК H02N 6/00, опубликован 26.04.2007), содержащий боковые стенки и фронтальную панель с установленным на ее тыльной стороне множеством пар коаксиальных осесимметричных криволинейных зеркал, фокусирующих солнечное излучение на фотоэлементы, установленные на тыльной панели. Недостаток известного модуля - в сложности изготовления двух отражательных оптических элементов с необходимой точностью профиля.
Известен солнечный фотоэлектрический модуль (см. заявка WO №2006128417, МПК H01L 31/052, опубликован 07.12.2006), содержащий боковые стенки и фронтальную светопрозрачную панель с первыми фокусирующими солнечное излучение элементами на ее тыльной стороне, светопрозрачную промежуточную панель с вторыми фокусирующими солнечное излучение элементами и тыльную панель с солнечными фотоэлементами. Недостаток известного модуля в том, что наличие промежуточной светопрозрачной панели повышает стоимость известного модуля.
Известен солнечный фотоэлектрический модуль (см. патент RU №44002, МПК H01L 31/00, опубликован 10.02.2005), содержащий боковые стенки и фронтальную панель из силикатного стекла с линзами Френеля на ее тыльной стороне, а также тыльную панель из силикатного стекла с солнечными фотоэлементами и теплоотводяшими основаниями на ее фронтальной стороне. Между фронтальной и тыльной панелями установлена промежуточная панель из силикатного стекла, на фронтальной стороне которой установлены плоско-выпуклые линзы, соосные с соответствующими линзами Френеля. Расстояние между промежуточной панелью и теплоотводящими основаниями больше толщины фотоэлементов, но не превышает разность величин фокусного расстояния плоско-выпуклых линз и толщины промежуточной панели. С помощью боковых стенок модуля обеспечивается параллельность фронтальной и тыльной панелей, а также расположение их относительно друг друга с учетом обеспечения точной фокусировки.
Известный солнечный фотоэлектрический модуль имеет высокие технические характеристики, но технологический процесс его изготовления достаточно сложен.
Известен солнечный фотоэлектрический модуль, предназначенный для концентрационной гелиоустановки (см. патент US №6653551, кл. H01L 31/052, опубликован 25.11.2003), содержащий множество солнечных электрических концентраторов с четырехступенчатой системой концентрации солнечного излучения. Каждый солнечный электрический концентратор включает первый оптический концентратор в виде линзы Френеля, установленный на фронтальной панели и концентрирующий солнечное излучение в пять-десять раз, второй оптический концентратор в виде линзы Френеля, установленный на промежуточной панели, третий оптический концентратор в виде параболического концентратора, расположенный под первым концентратором на тыльной панели и концентрирующий солнечное излучение в двадцать-пятьдесят раз, и четвертый оптический концентратор в виде стеклянной линзы. Под четвертым оптическим концентратором размещен многопереходный солнечный элемент.
Известный солнечный фотоэлектрический модуль имеет высокую эффективность, но его экономичность низка из-за стоимости дополнительного четвертого концентратора, а также из-за необходимости при сборке конструкции точно устанавливать соосно четыре оптических концентратора.
Наиболее близким к заявляемому техническому решению по совокупности существенных признаков является солнечный фотоэлектрический модуль, предназначенный для концентрационной гелиоустановки (см. патент US №6717045, кл. H01L 31/052, опубликован 06.04.2004), содержащий множество солнечных электрических концентраторов с трехступенчатой системой концентрации солнечного излучения. Каждый солнечный электрический концентратор включает первый оптический концентратор в виде линзы Френеля, установленный на фронтальной панели, концентрирующий солнечное излучение в пять-десять раз, второй оптический концентратор в виде параболического концентратора, расположенный под первым концентратором на промежуточной панели и концентрирующий солнечное излучение в двадцать-пятьдесят раз, и третий оптический концентратор в виде стеклянной линзы. Под третьим оптическим концентратором размещен многопереходный солнечный элемент.
Использование в солнечном фотоэлектрическом модуле-прототипе трехступенчатой системы концентрации солнечного излучения усложняет технологический процесс его изготовления и, как следствие, повышает его стоимость.
Задачей заявляемого технического решения являлась разработка солнечного фотоэлектрического модуля, который бы имел, при высокой эффективности преобразования солнечного излучения в электроэнергию, относительно низкую стоимость за счет упрощения технологии изготовления его элементов и сборки самого модуля.
Поставленная задача решается тем, что солнечный фотоэлектрический модуль содержит монолитную фронтальную панель, боковые стенки и тыльную панель, первичные оптические концентраторы в форме соприкасающихся друг с другом линз, сформированных в виде тыльной поверхности фронтальной панели, вторичные оптические концентраторы в виде фоконов, установленных меньшим основанием на светочувствительных поверхностях солнечных фотоэлементов с теплоотводящими элементами, размещенных на фронтальной поверхности тыльной панели соосно соответствующим первичным оптическим концентраторам. Первичные оптические концентраторы составляют с фронтальной панелью одно целое, что упрощает процесс их изготовления и монтажа. Вторичные оптические концентраторы - фоконы, обеспечивают необходимую кратность концентрирования солнечного излучения и улучшают разориентационную характеристику модуля.
Толщину фронтальной панели выбирают с учетом обеспечения ее заданной прочности и заданного фокусного расстояния первичных концентраторов.
Высоту hf фоконов выбирают в пределах 3-15 мм. При hf меньше 3 мм повышается сложность технологии изготовления фоконов и сборки модуля. При hf больше 15 мм поверхность фокона, на которую падает излучение, используется не полностью.
Диаметр d1 большего основания фоконов составляет 2-20 мм. При d1 меньше 2 мм повышается сложность технологии изготовления фоконов и сборки модуля. При d1 больше 20 мм поверхность фокона, на которую падает излучение, используется не полностью.
Диаметр dm меньшего основания фоконов составляет 1-4 мм. При dm меньше 1 мм повышается сложность технологии изготовления фоконов. При dm больше 4 мм кратность концентрирования фоконом будет недостаточной.
Линзы первичных оптических концентраторов выполнены в виде плосковыпуклых линз с фокусным расстоянием F, равным 3-12 см. При F меньше 3 см увеличивается величина потерь из-за отражения излучения. При F больше 12 см высота модуля становится излишне большой и повышается сложность сборки модуля.
Плосковыпуклые линзы могут иметь в плане форму квадрата с длиной lк стороны 2-4 см.
Плосковыпуклые линзы могут также иметь в плане форму правильного шестиугольника с длиной lш стороны 12-25 мм.
Линзы первичных оптических концентраторов могут представлять собой линзы Френеля с фокусным расстоянием 7-20 см и иметь в плане форму квадрата с длиной lк стороны 5-8 см.
Линзы Френеля могут иметь в плане форму правильного шестиугольника с длиной
lш стороны 3-5 см.
Фоконы вторичных оптических концентраторов могут быть выполнены из силикатного стекла, при этом большие основания фоконов могут быть выполнены в форме выпуклой линзы.
Фоконы вторичных оптических концентраторов могут быть также выполнены полыми и изготовлены из листового алюминия, при этом большие или меньшие основания фоконов могут быть закрыты пластинами из силикатного стекла для изолирования солнечного элемента от внутренней среды модуля.
Плосковыпуклые линзы могут также иметь в плане форму правильного шестиугольника с длиной lш стороны 12-25 мм.
Линзы первичных оптических концентраторов могут представлять собой линзы Френеля с фокусным расстоянием 7-20 см и иметь в плане форму квадрата с длиной lк стороны 5-8 см.
Линзы Френеля могут иметь в плане форму правильного шестиугольника с длиной
lш стороны 3-5 см.
Большие или меньшие основания четырехгранных равносторонних усеченных призм могут быть закрыты пластинами из силикатного стекла для изолирования солнечного элемента от внутренней среды модуля.
Варианты заявляемого солнечного фотоэлектрического модуля поясняются чертежами, где:
на фиг.1 схематично изображено поперечное сечение солнечного фотоэлектрического модуля с квадратными плоско-выпуклыми линзами в аксонометрии;
на фиг.2 схематично показано поперечное сечение солнечного фотоэлектрического модуля с правильными шестиугольными линзами Френеля в аксонометрии;
на фиг.3 схематично изображено поперечное сечение солнечного фотоэлектрического модуля с квадратными линзами Френеля в аксонометрии;
на фиг.4 схематично изображено поперечное сечение солнечного фотоэлектрического модуля с правильными шестиугольными плоско-выпуклыми линзами в аксонометрии;
на фиг.5 показан вид сбоку в разрезе на первый вариант фокона;
на фиг.6 показан вид сверху на первый вариант фокона;
на фиг.7 показан вид сбоку в разрезе на второй вариант фокона;
на фиг.8 показан вид сверху на второй вариант фокона;
на фиг.9 показан вид сбоку в разрезе на третий вариант фокона;
на фиг.10 показан вид сверху на третий вариант фокона;
на фиг.11 показан вид сбоку в разрезе на четвертый вариант фокона;
на фиг.12 показан вид сверху на четвертый вариант фокона;
на фиг.13 показан вид сбоку в разрезе на пятый вариант фокона;
на фиг.14 показан вид сверху на пятый вариант фокона.
Заявляемый солнечный фотоэлектрический модуль (см. фиг.1, фиг.2 фиг.3, фиг.4) содержит выполненные из силикатного стекла боковые стенки 1, тыльную панель 2 и монолитную фронтальную панель 3, на тыльной поверхности которой путем литья под давлением сформированы соприкасающихся друг с другом первичные оптические концентраторы. Первичные оптические концентраторы могут быть выполнены в форме квадратных плосковыпуклых линз 4 (см. фиг.1) или квадратных линз Френеля 5 (см. фиг.3), а также в форме правильных шестиугольных плоско-выпуклых линз 6 (см. фиг.4) или правильных шестиугольных линз Френеля 7 (см. фиг.2). Вторичные оптические концентраторы по первому варианту выполнены в виде фоконов 8, установленных меньшим основанием на светочувствительных поверхностях солнечных фотоэлементов 9 с теплоотводящими элементами-основаниями 10, размещенных на фронтальной поверхности тыльной панели 2 соосно соответствующим первичным оптическим концентраторам. Высота hf фоконов 8 лежит в пределах 3-15 мм. Диаметр d1 большего основания фоконов 8 составляет 2-20 мм. Диаметр dm меньшего основания фоконов 8 составляет 1-4 мм. Плоско-выпуклые линзы 4, 6 имеют фокусное расстояние F в пределах 3-12 см. Плоско-выпуклые линзы 4 имеют длину lк стороны 2-4 см. Плосковыпуклые линзы 6 имеют длину lш стороны 12-25 мм. Линзы Френеля 5, 7 имеют фокусное расстояние 7-20 см. Линзы Френеля 5 имеют длину lк стороны 5-8 см. Линзы Френеля 7 имеют длину lш стороны 3-5 см. Фоконы 8 вторичных оптических концентраторов могут быть выполнены из силикатного стекла. Фоконы 8 могут иметь плоские большие основания 11 (см. фиг.5, фиг.6) или в форме выпуклой линзы 12 (см. фиг.7, фиг.8). Фоконы 6 вторичных оптических концентраторов могут быть также выполнены полыми (см. фиг.9, фиг.10), а их стенки 13 изготовлены из листового алюминия, при этом большие или меньшие основания (см. фиг.13, фиг.14) фоконов 6 могут быть закрыты пластинами 14 (см. фиг.11, фиг.12), 15 (см. фиг.13, фиг.14), выполненными из силикатного стекла. В боковых противолежащих стенках 1 фотоэлектрического модуля выполнены отверстия 16 для сообщения с окружающей средой внутреннего пространства модуля. Солнечные фотоэлементы 9, прикрепленные к теплоотводящему основанию 10, герметизированы от воздействия внешней среды вторичными концентраторам из силикатного стекла, установленными на фотоэлементы 9. Сообщение с окружающей средой внутреннего пространства модуля, в котором расположены концентраторы из силикатного стекла, не изменяющие своих свойств под воздействием влаги, исключает возникновение перепадов давления между внутренним объемом модуля и атмосферой, таким образом не допуская возникновения сильных механических напряжений в конструкции.
При работе заявляемого солнечного фотоэлектрического модуля, ориентированного перпендикулярно солнечным лучам, плоско-выпуклые линзы 4, 6 (или линзы Френеля 5, 7), а также вторичные оптические концентраторы концентрируют солнечный свет и фокусируют его на светочувствительных поверхностях солнечных фотоэлементов 9. Солнечные фотоэлементы 9 преобразуют энергию квантов света в электрическую, создавая разность потенциалов на своих контактах. Вырабатываемая модулем электроэнергия подается к внешнему потребителю или накопителю энергии.
Claims (16)
1. Солнечный фотоэлектрический модуль, включающий монолитную фронтальную панель, боковые стенки и тыльную панель, первичные оптические концентраторы в форме соприкасающихся друг с другом линз, сформированных в виде тыльной поверхности фронтальной панели, вторичные оптические концентраторы в виде фоконов, установленных меньшим основанием на светочувствительных поверхностях солнечных фотоэлементов с теплоотводящими элементами, размещенных на фронтальной поверхности тыльной панели соосно соответствующим первичным оптическим концентраторам, при этом высота hf фоконов составляет 3-15 мм, диаметр di их большего основания равен 2-20 мм, а диаметр dm их меньшего основания составляет 1-4 мм.
2. Солнечный фотоэлектрический модуль по п.1, отличающийся тем, что линзы первичных оптических концентраторов представляют собой плосковыпуклые линзы с фокусным расстоянием F, равным 3-12 см.
3. Солнечный фотоэлектрический модуль по п.2, отличающийся тем, что плосковыпуклые линзы имеют в плане форму квадрата.
4. Солнечный фотоэлектрический модуль по п.3, отличающийся тем, что длина lк стороны квадрата составляет 2-4 см.
5. Солнечный фотоэлектрический модуль по п.2, отличающийся тем, что плосковыпуклые линзы имеют в плане форму правильного шестиугольника.
6. Солнечный фотоэлектрический модуль по п.5, отличающийся тем, что длина lш стороны правильного шестиугольника составляет 12-25 мм.
7. Солнечный фотоэлектрический модуль по п.1, отличающийся тем, что линзы первичных оптических концентраторов представляют собой линзы Френеля с фокусным расстоянием 7-20 см.
8. Солнечный фотоэлектрический модуль по п.7, отличающийся тем, что линзы Френеля имеют в плане форму квадрата.
9. Солнечный фотоэлектрический модуль по п.8, отличающийся тем, что длина lк стороны квадрата составляет 5-8 см.
10. Солнечный фотоэлектрический модуль по п.7, отличающийся тем, что линзы Френеля имеют в плане форму правильного шестиугольника.
11. Солнечный фотоэлектрический модуль по п.10, отличающийся тем, что длина lш стороны правильного шестиугольника составляет 3- 5 см.
12. Солнечный фотоэлектрический модуль по любому из пп.1-11, отличающийся тем, что фоконы вторичных оптических концентраторов выполнены из силикатного стекла.
13. Солнечный фотоэлектрический модуль по п.12, отличающийся тем, что большие основания фоконов выполнены в форме выпуклой линзы.
14. Солнечный фотоэлектрический модуль по любому из пп.1-11, отличающийся тем, что фоконы вторичных оптических концентраторов выполнены полыми и изготовлены из листового алюминия.
15. Солнечный фотоэлектрический модуль по п.14, отличающийся тем, что большие основания фоконов закрыты пластинами из силикатного стекла.
16. Солнечный фотоэлектрический модуль по п.14, отличающийся тем, что меньшие основания фоконов закрыты пластинами из силикатного стекла.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2007138672/28A RU2352023C1 (ru) | 2007-10-19 | 2007-10-19 | Солнечный фотоэлектрический модуль |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2007138672/28A RU2352023C1 (ru) | 2007-10-19 | 2007-10-19 | Солнечный фотоэлектрический модуль |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2352023C1 true RU2352023C1 (ru) | 2009-04-10 |
Family
ID=41015087
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2007138672/28A RU2352023C1 (ru) | 2007-10-19 | 2007-10-19 | Солнечный фотоэлектрический модуль |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2352023C1 (ru) |
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2611693C1 (ru) * | 2015-11-13 | 2017-02-28 | Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Физико-технический институт им. А.Ф. Иоффе Российской академии наук | Солнечный концентраторный модуль |
| RU181493U1 (ru) * | 2018-01-09 | 2018-07-17 | Сергей Александрович Корчак | Концентратор солнечной энергии |
| RU2690728C1 (ru) * | 2018-06-19 | 2019-06-05 | Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Физико-технический институт им. А.Ф. Иоффе Российской академии наук | Концентраторно-планарный солнечный фотоэлектрический модуль |
| RU2740738C1 (ru) * | 2020-04-20 | 2021-01-20 | Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Физико-технический институт им. А.Ф. Иоффе Российской академии наук | Мощный концентраторный фотоэлектрический модуль |
-
2007
- 2007-10-19 RU RU2007138672/28A patent/RU2352023C1/ru not_active IP Right Cessation
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2611693C1 (ru) * | 2015-11-13 | 2017-02-28 | Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Физико-технический институт им. А.Ф. Иоффе Российской академии наук | Солнечный концентраторный модуль |
| RU181493U1 (ru) * | 2018-01-09 | 2018-07-17 | Сергей Александрович Корчак | Концентратор солнечной энергии |
| RU2690728C1 (ru) * | 2018-06-19 | 2019-06-05 | Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Физико-технический институт им. А.Ф. Иоффе Российской академии наук | Концентраторно-планарный солнечный фотоэлектрический модуль |
| RU2740738C1 (ru) * | 2020-04-20 | 2021-01-20 | Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Физико-технический институт им. А.Ф. Иоффе Российской академии наук | Мощный концентраторный фотоэлектрический модуль |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US6559371B2 (en) | High-concentration photovoltaic assembly for a utility-scale power generation system | |
| RU2307294C9 (ru) | Фотоэлектрический модуль (варианты) | |
| RU2611693C1 (ru) | Солнечный концентраторный модуль | |
| WO2010061637A1 (ja) | 調光型太陽光発電モジュール用光学層、及び、調光型太陽光発電モジュール、及び、調光型太陽光発電パネル | |
| NL1040088C2 (en) | Concentrating solar panel with diffuse light conversion. | |
| EP3455886B1 (en) | Optomechanical system for capturing and transmitting incident light with a variable direction of incidence to at least one collecting element and corresponding method | |
| US20120152317A1 (en) | High concentration photovoltaic module | |
| JP2006332113A (ja) | 集光型太陽光発電モジュール及び集光型太陽光発電装置 | |
| RU2352023C1 (ru) | Солнечный фотоэлектрический модуль | |
| RU2370856C2 (ru) | Концентраторный фотоэлектрический модуль | |
| RU2436192C1 (ru) | Фотоэлектрический модуль с наноструктурным фотоэлементом | |
| KR101437903B1 (ko) | 하부플레이트의 강성과 조립성을 향상시킨 집광형 태양전지모듈 패널 | |
| US8889982B2 (en) | Concentrator for solar radiation and use thereof | |
| US20120260970A1 (en) | Device for concentrating and converting solar energy | |
| US20110271954A1 (en) | Solar concentrator | |
| US20120000509A1 (en) | Multi-directional solar energy collector system | |
| KR102361351B1 (ko) | 적층형 태양광패널 | |
| RU2496181C1 (ru) | Фотоэлектрический концентраторный субмодуль | |
| KR20010100071A (ko) | 모듈형 반사체를 구비한 태양광 집광 발전장치 | |
| RU2641627C1 (ru) | Солнечный фотоэлектрический концентраторный модуль | |
| CN111725342A (zh) | 高吸收率的光伏组件 | |
| RU2436193C1 (ru) | Фотовольтаический концентраторный модуль | |
| CN213213412U (zh) | 一种宽角度光导聚光太阳能组件 | |
| RU2740738C1 (ru) | Мощный концентраторный фотоэлектрический модуль | |
| Andreev et al. | Concentrator PV modules of" all-glass" design with modified structure |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PC41 | Official registration of the transfer of exclusive right |
Effective date: 20120712 |
|
| MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20131020 |