RU2444808C2 - Солнечный фотоэлектрический модуль с концентратором - Google Patents
Солнечный фотоэлектрический модуль с концентратором Download PDFInfo
- Publication number
- RU2444808C2 RU2444808C2 RU2010107547/28A RU2010107547A RU2444808C2 RU 2444808 C2 RU2444808 C2 RU 2444808C2 RU 2010107547/28 A RU2010107547/28 A RU 2010107547/28A RU 2010107547 A RU2010107547 A RU 2010107547A RU 2444808 C2 RU2444808 C2 RU 2444808C2
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- receiver
- fresnel lens
- radius
- periphery
- photovoltaic module
- 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
Фотоэлектрический модуль солнечного концентрированного излучения относится к гелиотехнике. Солнечный фотоэлектрический модуль с концентратором, содержащий линзу Френеля с концентрическим рабочим профилем и фотоэлектрический приемник ФЭП в фокальной плоскости с устройством охлаждения, отличающийся тем, что линза Френеля состоит из двух зон с рабочими профилями, одна с концентрацией лучей от периферии к центру, а другая - от центра к периферии; приемник выполнен в виде кольца из скоммутированных высоковольтных ФЭП шириной Δr и с внутренним радиусом кольцевого приемника r0, равным соотношению r0=n0*Δr, где n0 выбирается из ряда целых чисел n=0…N и внешним радиусом линзы R-N*Δr, где N - число интервалов величиной Δr. Изобретение обеспечивает повышение КПД преобразования и снижения стоимости вырабатываемой энергии. 4 ил.
Description
Изобретение относится к гелиотехнике и конструкции солнечных модулей с фотоэлектрическими и тепловыми приемниками солнечного излучения и концентраторами.
Известны солнечные модули с фотоэлектрическими преобразователями (ФЭП) и концентраторами солнечного излучения в виде линзы Френеля (Д.С.Стребков, Э.В.Тверьянович. «Концентраторы солнечного излучения», глава 2 «Концентраторы на основе линз Френеля», стр.50-66. Известные солнечные модули имеют линзы с рабочим профилем, создающие в плоскости фотоэлектрического преобразователя высокие концентрации в фокальной плоскости, достигающие 2000 крат и более, которые не могут быть использованы кремниевыми планарными ФЭП.
Известен солнечный фотоэлектрический модуль (прототип), состоящий из линзы Френеля и фотоэлектрического приемника (ФЭП), выполненного из последовательно соединенных секторов круглого планарного ФЭП и расположенного на фокусном расстоянии с соответствующей продольной дефокусировкой фокального пятна (Тверьянович Э.В., Красина Е.А., Жуков К.В., Мусихин М.В., Невежин О.А. Исследование фотоэлектрических модулей на основе линз Френеля. Сб. Концентраторы солнечного излучения для фотоэлектрических энергоустановок. Л.: Энергоатомиздат, 1986, с.33-36).
Недостатками известного технического решения являются:
- снижение КПД планарными кремниевыми ФЭП при высоких концентрациях солнечного излучения;
- расположение оптического фокуса на оси линзы Френеля и неоднородность распределения освещенности поверхности фотоприемника ограничивают конфигурацию и тип применяемых ФЭП (возможно применение только круглых планарных ФЭП);
- низкие напряжения на одном планарном ФЭП (~0,5 B) приводят к необходимости последовательной коммутации большого числа ФЭП в солнечном фотоэлектрическом модуле, чтобы набрать напряжение 12В и выше, приемлемое для дальнейшего использования в электрических аккумуляторах, инверторах постоянного тока в переменный и т.п. Последовательная коммутация большого числа ФЭП уменьшает надежность системы, т.к. выход из строя одного элемента цепи приводит к отказу всей цепи.
Задачей предлагаемого изобретения является обеспечение работы солнечного фотоэлектрического модуля при высоких концентрациях и равномерного освещения фотоприемника, получение на одном ФЭП (модуле) технически приемлемого напряжения (12B и выше), повышение КПД преобразования и снижения стоимости вырабатываемой энергии.
В результате использования предлагаемого изобретения - на поверхности высоковольтного фотопреобразователя формируется равномерная освещенность концентрированного излучения.
Вышеуказанный технический результат достигается тем, что в солнечном фотоэлектрическом модуле с концентратором, содержащем линзу Френеля с концентрическим рабочим профилем и фотоэлектрический приемник ФЭП в фокальной плоскости с устройством охлаждения, линза Френеля состоит из двух зон с рабочими профилями, одна с концентрацией лучей от периферии к центру, а другая - от центра симметрии к периферии; а преемник выполнен в виде кольца из скоммутированных высоковольтных ФЭП шириной Δr и с внутренним радиусом кольцевого приемника r0, равным r0=n0*Δr, где n0 выбирается из ряда целых чисел n=0…N и внешним радиусом линзы R=N*Δr, где N - число интервалов величиной Δr.
Сущность изобретения поясняется фиг.1, 2, 3, 4.
На фиг.1 представлена схема конструкции фотоэлектрического модуля с линзой Френеля, обеспечивающей равномерное распределение концентрированного излучения на приемнике.
На фиг.2 представлен ход лучей от линзы Френеля до приемника.
На фиг.3 представлен график зависимости геометрической концентрации модуля от площади приемника.
На фиг.4 представлены графики распределения концентрации освещенности на приемнике модуля с различными внутренними радиусами.
Фотоэлектрический модуль содержит: концентрическую линзу Френеля 1, которая состоит из двух зон с рабочими профилями, одна зона 2 с концентрацией лучей от периферии к центру, а другая зона 3 - от центра симметрии 4 к периферии; приемник 5 с устройством охлаждения 6 приемника, установленный в фокальной плоскости 7, выполнен в виде кольца из скоммутированных высоковольтных ФЭП шириной Δr и с внутренним радиусом кольцевого приемника r0, равным соотношению r0=n0*Δr, где n0 выбирается из ряда целых чисел n=0…N и внешним радиусом линзы R=N*Δr, где N - число интервалов величиной Δr.
Основные расчетные соотношения хода лучей от линзы Френеля до приемника:
где βn - угол между лучом, перпендикулярным наружной плоскости ЛФ 1 и преломленным лучом, попадающим на приемник 5, расположенным на радиусе Rno; j1n - угол между лучом, перпендикулярным наружной плоскости ЛФ 1, и лучом, перпендикулярным к рабочей плоскости, расположенной на радиусе Rn; j2n - угол между лучом, перпендикулярным к рабочей плоскости линзы Френеля, и преломленным лучом, попадающим на приемник 5, расположенным на радиусе Rno=r0.
Радиус Rn равен соотношению:
Относительный коэффициент преломления n12 определяется согласно соотношению:
Расстояние от ЛФ 1 до приемника 5 H определяется соотношением:
Ширина рабочей плоскости ЛФ 1 ln равно соотношению:
Высота наклона рабочей плоскости ЛФ 1 hn равна соотношению:
Площадь освещенности приемника 5 Sno с внутренним радиусом r0 рассчитывается согласно выражению:
Площади приемника 5 ΔSmno с внутренним радиусом r0 в интервалах Δm рассчитывается согласно выражению:
где m выбирается из ряда чисел m=0…1, кратному Δm.
Суммарные площади освещенности ΔSmn по радиусу приемника 5 в интервалах Δm рассчитывается согласно выражению:
Значение ряда в формуле (11) имеет вид:
Концентрация освещенности по радиусу приемника 5 Kmno в интервалах Δm соответствует выражению:
Геометрическая концентрация освещенности приемника 5 Kno равна:
На основании приведенных формул произведен расчет зависимости геометрической концентрации модуля от ширины (площади) приемника 5 (фиг.3).
При уменьшении внутреннего радиуса приемника 5 r0 от R до 0 (при постоянном значении Δr), т.е. при уменьшении площади приемника 5 происходит увеличение геометрической концентрации модуля Kno.
Таким образом, можно изменять геометрическую концентрацию модуля, не меняя габаритных размеров линзы Френеля 1 и выбранный тип приемника 5.
На фиг.4 приведены зависимости распределения освещенности по радиусу приемника 5 с различными внутренними радиусами r0 от изменения радиуса приемника 5. На основании приведенных характеристик видно, что изменение концентрации освещенности по радиусу преемника 5, при изменении внутреннего радиуса r0, не превышает 10%, что не влияет на электрофизические характеристики ФЭП.
Пример выполнения солнечного модуля с концентратором.
Концентрическая линза Френеля 1 радиусом R=15 см выполнена из пластмассы с коэффициентом преломления n12=1,5; рабочий профиль линзы состоит из чередующихся концентрических призм шириной Δr=1 см с углами наклона, обеспечивающими концентрацию лучей на приемник 5, выполненный в виде кольца из скоммутированных высоковольтных ФЭП шириной Δr=1 см и с внутренним радиусом r0=7 см, закрепленный на кольцевом устройстве охлаждения 6 на расстоянии H=28,6 см. Концентрация освещенности на всей поверхности фотоэлектрического приемника 5 составит K=15 крат.
Таким образом, предложенный фотоэлектрический модуль солнечного концентрированного излучения с высоковольтным фотоэлектрическим преобразователем и линзой Френеля 1 обеспечивает: равномерное распределение освещенности на фотоприемнике 5, из последовательно-параллельно соединенных ФЭП, тем самым повышая напряжение модуля и КПД преобразования солнечной энергии в электрическую.
Работает солнечный фотоэлектрический модуль с концентратором следующим образом.
Солнечное излучение, попадая на поверхность прямоугольной линзы Френеля 1, преломляется на ее рабочих профилях, изготовленных с интервалами Δr и углами наклона j1n, ориентированных в своих зонах таким образом, чтобы одна зона 2 обеспечивала концентрацию лучей от периферии к центру, а другая зона 3 - от центра симметрии 4 к периферии под углами βn, формируя на поверхности приемника 5 с устройством охлаждения 6 шириной Δr, установленного в фокальной плоскости 7, равномерную освещенность концентрированного излучения; приемник 5 выполнен в виде кольца из скоммутированных высоковольтных фотоэлектрических преобразователей шириной Δr и с внутренним радиусом r0, равным соотношению r0=n0*Δr, где n0 выбирается из ряда целых чисел n=0…N и внешним радиусом линзы R=N*Δr, где N - число интервалов величиной Δr.
Claims (1)
- Солнечный фотоэлектрический модуль с концентратором, содержащий линзу Френеля с концентрическим рабочим профилем и установленный фотоэлектрический приемник ФЭП в фокальной плоскости с устройством охлаждения, отличающийся тем, что линза Френеля состоит из двух зон с рабочими профилями: одна с концентрацией лучей от периферии к центру, а другая - от центра к периферии; приемник выполнен в виде кольца из скоммутированных высоковольтных ФЭП шириной Δr и с внутренним радиусом кольцевого приемника r0, равным соотношению r0=n0·Δr, где n0 выбирается из ряда целых чисел n=0…N, и внешним радиусом линзы R=N·Δr, где N - число интервалов величиной Δr.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2010107547/28A RU2444808C2 (ru) | 2010-03-02 | 2010-03-02 | Солнечный фотоэлектрический модуль с концентратором |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2010107547/28A RU2444808C2 (ru) | 2010-03-02 | 2010-03-02 | Солнечный фотоэлектрический модуль с концентратором |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2010107547A RU2010107547A (ru) | 2011-09-10 |
RU2444808C2 true RU2444808C2 (ru) | 2012-03-10 |
Family
ID=44757269
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2010107547/28A RU2444808C2 (ru) | 2010-03-02 | 2010-03-02 | Солнечный фотоэлектрический модуль с концентратором |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2444808C2 (ru) |
Citations (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US6653551B2 (en) * | 2001-10-23 | 2003-11-25 | Leon L. C. Chen | Stationary photovoltaic array module design for solar electric power generation systems |
RU44002U1 (ru) * | 2004-11-02 | 2005-02-10 | Алферов Жорес Иванович | Фотоэлектрический модуль (варианты) |
JP2005099802A (ja) * | 2003-09-24 | 2005-04-14 | Crf Soc Consortile Per Azioni | 太陽放射線を電気、熱または化学エネルギーに変換する素子のための多焦点集光器 |
RU2307294C2 (ru) * | 2004-11-01 | 2007-09-27 | Жорес Иванович Алферов | Фотоэлектрический модуль (варианты) |
RU82066U1 (ru) * | 2008-10-31 | 2009-04-10 | Общество с ограниченной ответственностью "Национальная инновационная компания "Новые энергетические проекты" | Фотоэлектрический модуль солнечной батареи |
RU2377696C1 (ru) * | 2008-09-09 | 2009-12-27 | Закрытое Акционерное Общество "ТЕЛЕКОМ-СТВ" | Концентраторный фотоэлектрический модуль |
-
2010
- 2010-03-02 RU RU2010107547/28A patent/RU2444808C2/ru not_active IP Right Cessation
Patent Citations (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US6653551B2 (en) * | 2001-10-23 | 2003-11-25 | Leon L. C. Chen | Stationary photovoltaic array module design for solar electric power generation systems |
JP2005099802A (ja) * | 2003-09-24 | 2005-04-14 | Crf Soc Consortile Per Azioni | 太陽放射線を電気、熱または化学エネルギーに変換する素子のための多焦点集光器 |
RU2307294C2 (ru) * | 2004-11-01 | 2007-09-27 | Жорес Иванович Алферов | Фотоэлектрический модуль (варианты) |
RU44002U1 (ru) * | 2004-11-02 | 2005-02-10 | Алферов Жорес Иванович | Фотоэлектрический модуль (варианты) |
RU2377696C1 (ru) * | 2008-09-09 | 2009-12-27 | Закрытое Акционерное Общество "ТЕЛЕКОМ-СТВ" | Концентраторный фотоэлектрический модуль |
RU82066U1 (ru) * | 2008-10-31 | 2009-04-10 | Общество с ограниченной ответственностью "Национальная инновационная компания "Новые энергетические проекты" | Фотоэлектрический модуль солнечной батареи |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
RU2010107547A (ru) | 2011-09-10 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
WO2009008996A2 (en) | Design and fabrication of a local concentrator system | |
RU2436192C1 (ru) | Фотоэлектрический модуль с наноструктурным фотоэлементом | |
KR200390785Y1 (ko) | 태양 전지 장치 | |
RU2444809C2 (ru) | Солнечный фотоэлектрический модуль с концентратором | |
RU2444808C2 (ru) | Солнечный фотоэлектрический модуль с концентратором | |
KR101909228B1 (ko) | 선형 프레넬 렌즈를 사용한 집광형 태양광 발전용 집광장치 | |
RU2505755C2 (ru) | Солнечный фотоэлектрический модуль с параболоторическим концентратором | |
RU2554674C2 (ru) | Теплофотоэлектрический модуль с параболоцилиндрическим концентратором солнечного излучения | |
KR101105247B1 (ko) | 측면 노광형 태양전지 | |
RU2411422C1 (ru) | Солнечный фотоэлектрический модуль | |
Chiromawa et al. | Concept of Bee-eyes array of Fresnel lenses as a solar photovoltaic concentrator system | |
US20150207007A1 (en) | Compound Linear V Fresnel-Parabolic Trough Solar Concentrator | |
KR200400891Y1 (ko) | 태양광 발전용 집광유닛 | |
KR200404291Y1 (ko) | 태양광 발전용 집광유닛을 구비한 태양 추적장치 | |
RU2617041C1 (ru) | Солнечный фотоэлектрический модуль со стационарным концентратором (варианты) | |
RU2496181C1 (ru) | Фотоэлектрический концентраторный субмодуль | |
RU2436193C1 (ru) | Фотовольтаический концентраторный модуль | |
KR101109044B1 (ko) | 태양광 집광장치 | |
KR100991986B1 (ko) | 태양전지 | |
KR20070006499A (ko) | 태양광 발전용 집광유닛 및 그를 구비한 태양 추적장치 | |
KR101121638B1 (ko) | 태양광 집광장치 | |
KR101469583B1 (ko) | 태양광 집광 장치 | |
Kavehvash et al. | An energy efficient refractive structure for energy concentration on PV cells | |
JP2010199342A (ja) | 太陽電池とモジュール及び太陽光発電装置 | |
RU2543256C2 (ru) | Солнечный теплофотоэлектрический модуль с параболоторическим концентратором |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20120303 |