RU2488915C2 - Solar concentrator module (versions) - Google Patents

Solar concentrator module (versions) Download PDF

Info

Publication number
RU2488915C2
RU2488915C2 RU2011122751/28A RU2011122751A RU2488915C2 RU 2488915 C2 RU2488915 C2 RU 2488915C2 RU 2011122751/28 A RU2011122751/28 A RU 2011122751/28A RU 2011122751 A RU2011122751 A RU 2011122751A RU 2488915 C2 RU2488915 C2 RU 2488915C2
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
concentrator
receiver
solar
cylindrical
latitude
Prior art date
Application number
RU2011122751/28A
Other languages
Russian (ru)
Other versions
RU2011122751A (en
Inventor
Дмитрий Семенович Стребков
Ирина Валерьевна Митина
Original Assignee
Российская академия сельскохозяйственных наук Государственное научное учреждение Всероссийский научно-исследовательский институт электрификации сельского хозяйства Российской академии сельскохозяйственных наук (ГНУ ВИЭСХ Россельхозакадемии)
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 Российская академия сельскохозяйственных наук Государственное научное учреждение Всероссийский научно-исследовательский институт электрификации сельского хозяйства Российской академии сельскохозяйственных наук (ГНУ ВИЭСХ Россельхозакадемии) filed Critical Российская академия сельскохозяйственных наук Государственное научное учреждение Всероссийский научно-исследовательский институт электрификации сельского хозяйства Российской академии сельскохозяйственных наук (ГНУ ВИЭСХ Россельхозакадемии)
Priority to RU2011122751/28A priority Critical patent/RU2488915C2/en
Publication of RU2011122751A publication Critical patent/RU2011122751A/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2488915C2 publication Critical patent/RU2488915C2/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
    • 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

Landscapes

  • Photovoltaic Devices (AREA)
  • Mounting And Adjusting Of Optical Elements (AREA)
  • Optical Elements Other Than Lenses (AREA)

Abstract

FIELD: physics.
SUBSTANCE: solar concentrator module, according to the invention, has a receiver with a double-sided working surface, placed in the plane of symmetry between the focal axis of the concentrator and the surface of the concentrator, which is made in form of mirror reflectors, characterised by that the receiver is mounted in the plane of symmetry of a cylindrical concentrator; branches of the concentrator in the cross-section are formed by circles of radius R, which is equal to the height H of the receiver with centres at points O1 and O2, lying on the borders of the receiver in its top edge; wherein focal axes of the branches of the cylindrical concentrator, passing through the centres of circles O1 and O2 parallel to the top edge of the receiver, are directed in the North-South direction and are inclined in the northern hemisphere to the horizontal plane in the southern direction at an angle φ=90°-α, where α is the latitude. In the southern hemisphere, focal axes are inclined to the horizontal surface in the northern direction at an angle φ=90°-α and in the equator zone with a latitude from 30° of the southern latitude to 30° of the northern latitude, the focal axes of the cylindrical concentrator are parallel to the horizontal surface. Another version of the solar concentrator module described above is also disclosed.
EFFECT: invention provides efficient operation of the solar module during the entire daylight in stationary mode without tracking the sun, high concentration of solar radiation, high efficiency of using solar energy n the solar concentrator module owing to removal of heat from the photodetector and use of said heat in cogeneration mode to produce electrical energy and heat.
6 cl, 4 dwg

Description

Изобретение относится к гелиотехнике, в частности к солнечным концентраторным модулям для получения электрической и тепловой энергии.The invention relates to solar technology, in particular to solar concentrator modules for generating electrical and thermal energy.

Известен солнечный модуль с концентратором, в котором зеркальные отражатели получены разворотом вокруг фокальной оси параболоцилиндрических отражателей, нижние края которых соединены цилиндрическим отражателем, а приемник излучения установлен в плоскости между фокальной осью и цилиндрическим отражателем (Стребков Д.С., Тверьянович Э.В. Концентраторы солнечного излучения. М., изд. ГНУ ВИЭСХ, 2007, с.180).A solar module with a hub is known, in which mirror reflectors are obtained by turning around the focal axis of parabolic cylindrical reflectors, the lower edges of which are connected by a cylindrical reflector, and the radiation receiver is installed in the plane between the focal axis and the cylindrical reflector (Strebkov D.S., Tveryanovich E.V. Concentrators solar radiation. M., ed. GNU VIESH, 2007, p.180).

Недостатком известного модуля является ориентация фокальной оси на юг и малый апертурный угол 20-60°, что не позволяет в летние месяцы использовать солнечное излучение в утренние и вечерние часы.A disadvantage of the known module is the orientation of the focal axis to the south and a small aperture angle of 20-60 °, which does not allow the use of solar radiation in the morning and evening hours in the summer months.

Известен фотоэлектрический модуль, содержащий концентратор солнечной энергии, выполненный в виде оптически прозрачной призмы полного внутреннего отражения, имеющей форму усеченной четырехугольной пирамиды (а.с. СССР №1620784, МКИ F24J 2/08, БИ №2, 1991 г.).A known photovoltaic module containing a solar energy concentrator made in the form of an optically transparent prism of total internal reflection having the shape of a truncated quadrangular pyramid (AS USSR No. 1620784, MKI F24J 2/08, BI No. 2, 1991).

Разновеликие прямоугольные основания служат гранями входа и выхода излучения. Фотопреобразователь установлен в контакте с гранью выхода излучения, т.е. в контакте с меньшим основанием. Отношение площадей граней призмы, содержащих рабочую поверхность и солнечные элементы, определяет теоретический коэффициент концентрации солнечного фотоэлектрического модуля.Different-sized rectangular bases serve as the faces of the input and output of radiation. The photoconverter is installed in contact with the face of the radiation output, i.e. in contact with a smaller base. The ratio of the face areas of the prism containing the working surface and solar cells determines the theoretical concentration coefficient of the solar photovoltaic module.

Недостатком данного конструктивного решения является односторонняя рабочая поверхность и невозможность использовать в стационарном режиме без слежения солнечную энергию в утренние и вечерние часы.The disadvantage of this design solution is the one-sided working surface and the inability to use solar energy in the morning and evening hours in a stationary mode without tracking.

Известен солнечный фотоэлектрический модуль с концентратором лучистой энергии, содержащий оптически прозрачный элемент в виде призменного концентратора с входной и выходной гранями и фотопреобразователь, входная грань выполнена в форме шестиугольника. В варианте конструкции модуля используется фотопреобразователь с двухсторонней чувствительностью, который устанавливается на круглых выходных гранях двух идентичных оптических элементов солнечных фотоэлектрических модулей, направленных в противоположные стороны (Пат. РФ №2158045, 20.10.2000 г.).Known solar photovoltaic module with a concentrator of radiant energy, containing an optically transparent element in the form of a prism concentrator with input and output faces and a photoconverter, the input face is made in the form of a hexagon. In the design variant of the module, a photoconverter with two-side sensitivity is used, which is mounted on the round output faces of two identical optical elements of solar photovoltaic modules directed in opposite directions (Pat. RF No. 2158045, 10/20/2000).

Недостатком известного модуля является низкий коэффициент использования энергии Солнца тыльной поверхностью модуля в стационарном режиме без слежения за солнцем. Другим недостатком известных солнечных концентраторных модулей является использование в качестве приемников фотопреобразователей без системы охлаждения, что приводит при повышенной концентрации к их перегреву и снижению КПД и не позволяет использовать модуль в режиме когенерации для получения электрической энергии и тепла.A disadvantage of the known module is the low coefficient of solar energy utilization by the rear surface of the module in stationary mode without tracking the sun. Another disadvantage of the known solar concentrator modules is the use of photoconverters without a cooling system as receivers, which leads to their overheating and reduced efficiency when the concentration is high and does not allow the module to be used in cogeneration mode to generate electric energy and heat.

Задачей предлагаемого изобретения является обеспечение эффективной работы солнечного модуля в течение всего светового дня в стационарном режиме без слежения за солнцем и увеличение концентрации солнечного излучения.The objective of the invention is to ensure the efficient operation of the solar module throughout the daylight hours in a stationary mode without tracking the sun and increasing the concentration of solar radiation.

Другой задачей предлагаемого изобретения является повышение эффективности использования солнечной энергии в солнечном концентраторном модуле за счет отвода тепла от фотоприемника и использование его в режиме когенерации для производства электрической энергии и тепла.Another objective of the invention is to increase the efficiency of use of solar energy in the solar concentrator module by removing heat from the photodetector and using it in cogeneration mode to produce electric energy and heat.

В результате использования предлагаемого изобретения повышается выработка электрической энергии и теплоты и снижается стоимость произведенной энергии.As a result of the use of the present invention, the generation of electric energy and heat is increased and the cost of the generated energy is reduced.

Вышеуказанный технический результат достигается тем, что в солнечном концентраторном модуле, содержащем приемник с двухсторонней рабочей поверхностью, установленный в плоскости симметрии между фокальной осью концентратора и поверхностью концентратора, выполненного в виде зеркальных отражателей, приемник установлен в плоскости симметрии цилиндрического концентратора, ветви концентратора в поперечном сечении образованы окружностями радиуса R, равного высоте Н приемника с центрами в точках O1 и О2, расположенными по краям приемника в верхней его кромке; при этом фокальные оси ветвей цилиндрического концентратора, проходящие через центры окружностей O1 и О2 параллельно верхней кромке 8 приемника, ориентированы в направлении Север-Юг и наклонены в северном полушарии к плоскости горизонта в южном направлении под углом φ=90°-α, где α - широта местности; причем в южном полушарии фокальные оси наклонены к горизонтальной поверхности в северном направлении под углом φ=90°-α, а в экваториальной зоне с широтой от 30° южной широты до 30° северной широты фокальные оси цилиндрического концентратора параллельны горизонтальной поверхности.The above technical result is achieved in that in a solar concentrator module containing a receiver with a two-sided working surface, installed in the plane of symmetry between the focal axis of the concentrator and the surface of the concentrator made in the form of mirror reflectors, the receiver is installed in the symmetry plane of a cylindrical concentrator, the branches of the concentrator in cross section formed by circles of radius R equal to the height H of the receiver with centers at points O 1 and O 2 located at the edges of the receiver at its upper edge; the focal axes of the branches of the cylindrical concentrator passing through the centers of circles O 1 and O 2 parallel to the upper edge 8 of the receiver are oriented in the North-South direction and are inclined in the northern hemisphere to the horizon plane in the southern direction at an angle φ = 90 ° -α, where α is the latitude of the area; moreover, in the southern hemisphere, the focal axes are inclined to the horizontal surface in the northern direction at an angle φ = 90 ° -α, and in the equatorial zone with latitudes from 30 ° southern latitude to 30 ° northern latitude, the focal axes of the cylindrical concentrator are parallel to the horizontal surface.

В варианте солнечного концентраторного модуля в качестве концентратора использован фацетный зеркальный цилиндрический отражатель.In a variant of the solar concentrator module, a facet mirror cylindrical reflector is used as a concentrator.

Еще в одном варианте солнечного концентраторного модуля в качестве концентратора использован зеркальный фацетный отражатель Френеля.In another embodiment of the solar concentrator module, a Fresnel mirror facet reflector is used as a concentrator.

В солнечном концентраторном модуле, содержащем приемник с двухсторонней рабочей поверхностью, установленный в плоскости симметрии между фокальной осью концентратора и поверхностью концентратора, выполненного в виде зеркальных отражателей, приемник содержит встроенные призменные концентраторы в виде четырехгранной пирамиды с четырьмя боковыми отражающими поверхностями, которые наклонены к рабочей поверхности приемника под углом β=25-39°; при этом цилиндрический фацетный зеркальный отражатель выполнен из двух ветвей и имеет апертуру 120°, а призменные концентраторы установлены с двух сторон каждого солнечного элемента с двухсторонней рабочей поверхностью; причем солнечные элементы в приемнике соединены последовательно в секцию; секции соединены между собой параллельно; секции расположены параллельно фокальным осям, и каждая последовательная секция содержит развязывающий диод и соединена параллельно с другими секциями из последовательно соединенных солнечных элементов.In a solar concentrator module containing a receiver with a two-sided working surface mounted in the plane of symmetry between the focal axis of the concentrator and the surface of the concentrator made in the form of mirror reflectors, the receiver contains built-in prism concentrators in the form of a tetrahedral pyramid with four side reflective surfaces that are inclined to the working surface the receiver at an angle β = 25-39 °; while the cylindrical facet mirror reflector is made of two branches and has an aperture of 120 °, and prism concentrators are installed on both sides of each solar cell with a two-sided working surface; moreover, the solar cells in the receiver are connected in series to the section; sections are interconnected in parallel; the sections are parallel to the focal axes, and each successive section contains a decoupling diode and is connected in parallel with other sections from series-connected solar cells.

В варианте солнечного концентраторного модуля в качестве концентратора с зеркальными отражателями использован фацетный цилиндрический зеркальный отражатель.In a variant of the solar concentrator module, a facet cylindrical mirror reflector was used as a concentrator with mirror reflectors.

Еще в одном варианте солнечного концентраторного модуля в качестве концентратора с зеркальными отражателями использован зеркальный фацетный отражатель Френеля.In another embodiment of the solar concentrator module, a Fresnel mirror facet reflector is used as a concentrator with mirror reflectors.

Сущность предлагаемого изобретения поясняется чертежами.The essence of the invention is illustrated by drawings.

На фиг.1 представлено поперечное сечение солнечного концентраторного модуля с двухсторонним приемником и линейным цилиндрическим концентратором с апертурой 120°.Figure 1 shows a cross section of a solar concentrator module with a two-sided receiver and a linear cylindrical concentrator with an aperture of 120 °.

На фиг.2 показано поперечное сечение солнечного концентраторного модуля с двухсторонним приемником и концентратором в виде зеркальных отражателей Френеля с апертурой 180°.Figure 2 shows a cross section of a solar concentrator module with a two-sided receiver and a concentrator in the form of Fresnel mirror reflectors with an aperture of 180 °.

На фиг.3 показано поперечное сечение солнечного концентраторного модуля с приемником с двухсторонней рабочей поверхностью со встроенными призменными концентраторами в виде четырехгранной пирамиды с четырьмя боковыми отражающими поверхностями и цилиндрическим фацетным концентратором.Figure 3 shows a cross section of a solar concentrator module with a receiver with a two-sided working surface with built-in prism concentrators in the form of a tetrahedral pyramid with four side reflective surfaces and a cylindrical facet concentrator.

На фиг.4 представлено продольное сечение солнечного концентраторного модуля с двухсторонним приемником со встроенными призменными концентраторами в виде четырехгранной пирамиды с четырьмя боковыми отражающими поверхностями и цилиндрическим фацетным концентратором.Figure 4 shows a longitudinal section of a solar concentrator module with a two-sided receiver with built-in prism concentrators in the form of a tetrahedral pyramid with four side reflective surfaces and a cylindrical facet concentrator.

На фиг.1 приемник с двусторонней рабочей поверхностью 2 и 3 установлен в плоскости симметрии цилиндрического концентратора 5, ветви 6 и 7 которого в поперечном сечении образованы окружностями радиуса R, равного высоте Н приемника 1 с центрами в точках O1 и О2, расположенными по краям приемника в верхней его кромке; при этом фокальные оси ветвей цилиндрического концентратора, проходящие через центры окружностей O1 и О2 параллельно верхней кромке 8 приемника, ориентированы в направлении Север-Юг и наклонены в северном полушарии к плоскости горизонта в южном направлении под углом φ=90°-α, где α - широта местности; причем в южном полушарии фокальные оси наклонены к горизонтальной поверхности в северном направлении под углом φ=90°-α, а в экваториальной зоне с широтой от 30° южной широты до 30° северной широты фокальные оси цилиндрического концентратора параллельны горизонтальной поверхности 11.Figure 1, the receiver with a two-sided working surface 2 and 3 is installed in the plane of symmetry of the cylindrical hub 5, the branches 6 and 7 of which in cross section are formed by circles of radius R equal to the height H of receiver 1 with centers at points O 1 and O 2 located along the edges of the receiver in its upper edge; the focal axes of the branches of the cylindrical concentrator passing through the centers of circles O 1 and O 2 parallel to the upper edge 8 of the receiver are oriented in the North-South direction and are inclined in the northern hemisphere to the horizon plane in the southern direction at an angle φ = 90 ° -α, where α is the latitude of the area; moreover, in the southern hemisphere, the focal axes are inclined to the horizontal surface in the northern direction at an angle φ = 90 ° -α, and in the equatorial zone with latitudes from 30 ° southern latitude to 30 ° northern latitude, the focal axes of the cylindrical concentrator are parallel to the horizontal surface 11.

Два солнечных концентраторных модуля, расположенные рядом с приемниками 1 и 12 в параллельных плоскостях, удалены друг от друга на расстояние L. L = H ⋅ ctg 180 − γ 2

Figure 00000001
где γ - апертурный угол, Н - высота приемника.Two solar concentrator modules located next to receivers 1 and 12 in parallel planes are spaced apart by a distance L. L = H ⋅ ctg 180 - γ 2
Figure 00000001
 where γ is the aperture angle, H is the height of the receiver.

Угол ψ = 180 − γ 2

Figure 00000002
определяет высоту солнца над горизонтом, при котором освещается полностью одна из рабочих поверхностей приемника.Angle ψ = 180 - γ 2
Figure 00000002
 determines the height of the sun above the horizon at which one of the working surfaces of the receiver is fully illuminated.

На фиг.2 приемник 1 с двухсторонней рабочей поверхностью 2 и 3 установлен на опорах 13 над горизонтальной поверхностью 11 на высоте Н0 от горизонтальной поверхности 11. Плоскость приемника 1 ориентирована в направлении Север-Юг. Солнечный концентраторный модуль содержит зеркальные отражатели Френеля 14 и 15, 17 и 18, расположенные симметрично по обе стороны приемника 1. Высота h зеркальных отражателей Френеля над горизонтальной поверхностью 11 не превышает высоту Н0 опоры 13 приемника 1. h≤Н0. Поперечное сечение зеркальных отражателей Френеля 14 и 15 образовано окружностями радиусом R1, а поперечное сечение зеркальных отражателей 17 и 18 образовано окружностями радиусом R2 с центрами в точках O1 и О2, расположенных по краям верхней кромки 8 приемника 1.In figure 2, the receiver 1 with a two-sided working surface 2 and 3 is mounted on supports 13 above the horizontal surface 11 at a height of H 0 from the horizontal surface 11. The plane of the receiver 1 is oriented in the North-South direction. The solar concentrator module contains Fresnel reflectors 14 and 15, 17 and 18, located symmetrically on both sides of the receiver 1. The height h of the Fresnel mirror reflectors above the horizontal surface 11 does not exceed the height H 0 of the support 13 of the receiver 1. h≤H 0 . The cross section of the Fresnel mirror reflectors 14 and 15 is formed by circles of radius R 1 , and the cross section of the mirror reflectors 17 and 18 is formed by circles of radius R 2 with centers at points O 1 and O 2 located at the edges of the upper edge 8 of receiver 1.

Зеркальные отражатели Френеля 14, 15, 17, 18 выполнены в виде хорд окружностей с радиусом R1, R2. На фиг.2 показано в качестве примера две окружности с радиусом R1, R2 и хордами в виде линейных зеркальных отражателей 14, 15, 17, 18, но в реальных конструкциях в соответствии с пожеланиями изготовителя их может быть несколько десятков.Fresnel mirror reflectors 14, 15, 17, 18 are made in the form of chords of circles with radius R 1 , R 2 . Figure 2 shows as an example two circles with a radius of R 1 , R 2 and chords in the form of linear mirror reflectors 14, 15, 17, 18, but in real designs, in accordance with the wishes of the manufacturer, there can be several tens.

Солнечный концентраторный модуль на фиг.2 при установке приемника 1 в один ряд имеет апертуру, равную 180°, т.е. работает полный световой день. При установке нескольких концентраторных модулей с параллельным расположением приемников расстояние L между ними определяется путем выбора угла Ψ, соответствующего высоте солнца над горизонтом при полном освещении приемника с учетом затенения его соседними приемниками.The solar concentrator module in Fig. 2, when the receiver 1 is installed in one row, has an aperture of 180 °, i.e. full daylight hours. When installing several concentrator modules with a parallel arrangement of receivers, the distance L between them is determined by choosing the angle соответствующего corresponding to the height of the sun above the horizon with full illumination of the receiver, taking into account the shadowing of its neighboring receivers.

На фиг.3, 4 приемник с двухсторонней рабочей поверхностью содержит встроенные призменные концентраторы 25 и 26 в виде четырехгранной пирамиды с четырьмя боковыми отражающими поверхностями 27, 28, 29, 30, которые наклонены к рабочей поверхности 2 и 3 приемника 1 под углом β=25-39°. Цилиндрический фацетный зеркальный отражатель выполнен из двух ветвей 31 и 32 и имеет апертуру 120°.Figure 3, 4, the receiver with a two-sided working surface contains built-in prism concentrators 25 and 26 in the form of a tetrahedral pyramid with four side reflective surfaces 27, 28, 29, 30, which are inclined to the working surface 2 and 3 of the receiver 1 at an angle β = 25 -39 °. The cylindrical facet mirror reflector is made of two branches 31 and 32 and has an aperture of 120 °.

Призменные концентраторы 25 и 26 установлены с двух сторон каждого солнечного элемента 33 с двухсторонней рабочей поверхностью. На фиг.6 солнечные элементы 33 в приемнике соединены последовательно в секцию 34; секции соединены между собой параллельно. Секции расположены параллельно фокальным осям 21 и 22. Каждая последовательная секция 34 содержит развязывающий диод 35 и соединена параллельно с другими секциями из последовательно соединенных солнечных элементов 33.Prism concentrators 25 and 26 are installed on both sides of each solar cell 33 with a two-sided working surface. 6, the solar cells 33 in the receiver are connected in series to section 34; sections are interconnected in parallel. The sections are parallel to the focal axes 21 and 22. Each serial section 34 contains a decoupling diode 35 and is connected in parallel with other sections from series-connected solar cells 33.

Солнечный концентраторный модуль работает следующим образом.Solar concentrator module operates as follows.

Солнечное излучение попадает на концентратор, отраженное концентрированное излучение приходит на приемник с двусторонней рабочей поверхностью. Если концентратор установлен стационарно, в первой половине дня работает одна ветвь концентратора со стороны приемника, во второй половине дня - другая ветвь концентратора и другая сторона приемника. В полуденные часы концентратор обеспечивает освещение двух рабочих поверхностей приемника.Solar radiation enters the concentrator; concentrated concentrated radiation enters the receiver with a double-sided working surface. If the concentrator is installed permanently, in the first half of the day one branch of the concentrator works from the receiver side, in the second half of the day - the other branch of the concentrator and the other side of the receiver. At noon, the concentrator provides illumination of the two working surfaces of the receiver.

Пример 1 выполнения солнечного концентраторного модуля. Фотоприемник (фиг.1) размером 1,2 м × 2,5 м содержит 8 параллельных секций 34, в каждой из которых последовательно соединены 36 двусторонних солнечных элементов 33 размером 125×61,25 мм, каждая секция имеет развязывающие диоды 35. Концентратор с размерами миделя 2,1×2,5 м выполнен из двух ветвей, поперечное сечение представляет собой окружности, равные высоте приемника 1,2 м, радиусом Н=1,8 м с центром в точках O1 и О2, расположенных по краям приемника в верхних его точках. Угловая апертура солнечного концентраторного модуля составляет 120°, геометрический коэффициент концентрации в полдень равен k=1,75. Площадь фотоприемника 3 м2, пиковая электрическая мощность фотоприемника при стандартной освещенности 1 кВт/м2 и температуре 25°С составляет 450 Вт, КПД 15%, пиковая электрическая мощность солнечного концентраторного модуля при оптическом КПД концентратора 0,88 и геометрическом коэффициенте концентрации 1,75 составляет 693 Вт. Солнечный концентраторный модуль с угловой апертурой 120° работает 8 часов в сутки.Example 1 of a solar concentrator module. The photodetector (Fig. 1) with a size of 1.2 m × 2.5 m contains 8 parallel sections 34, in each of which 36 bilateral solar cells 33 in size of 125 × 61.25 mm are connected in series, each section has decoupling diodes 35. The concentrator with the midship size 2.1 × 2.5 m is made of two branches, the cross section is a circle equal to the height of the receiver 1.2 m, radius H = 1.8 m centered at points O 1 and O 2 located at the edges of the receiver at its top points. The angular aperture of the solar concentrator module is 120 °, the geometric concentration coefficient at noon is k = 1.75. The area of the photodetector is 3 m 2 , the peak electric power of the photodetector with standard illumination of 1 kW / m 2 and a temperature of 25 ° C is 450 W, the efficiency is 15%, the peak electric power of the solar concentrator module with an optical efficiency of the concentrator 0.88 and geometric concentration coefficient 1, 75 is 693 watts. A solar concentrator module with a 120 ° angle aperture operates 8 hours a day.

Пример 2. Солнечный концентраторный модуль (фиг.2) содержит зеркальные отражатели Френеля 14 и 15, 17 и 18 с общей апертурой 14,4 м, расположенные симметрично. Размеры фотоприемника 2,1×2,5 м аналогично примеру 1 по обе стороны приемника. Высота зеркальных отражателей Френеля над горизонтальной поверхностью 11 равна высоте Н0 опоры 13 фотоприемника и равна h=Н0=1,5 м. Поперечное сечение зеркальных отражателей Френеля 14 и 15 образовано окружностями R1=4,2 м. Поперечное сечение зеркальных отражателей Френеля 17 и 18 образовано окружностями радиусом R2=9,6 м. Угловая апертура модуля равна 180°, время работы 12 часов в сутки. Пиковая электрическая мощность солнечного концентраторного модуля в полдень при геометрическом коэффициенте концентрации k=4,6, оптическом КПД 0,88 составляет 1,8 кВт.Example 2. The solar concentrator module (figure 2) contains Fresnel mirror reflectors 14 and 15, 17 and 18 with a total aperture of 14.4 m, located symmetrically. The dimensions of the photodetector 2.1 × 2.5 m as in example 1 on both sides of the receiver. The height of the Fresnel mirror reflectors above the horizontal surface 11 is equal to the height H 0 of the support 13 of the photodetector and is equal to h = H 0 = 1.5 m. The cross section of the Fresnel mirror reflectors 14 and 15 is formed by circles R 1 = 4.2 m. The cross section of the Fresnel mirror reflectors 17 and 18 are formed by circles with a radius of R 2 = 9.6 m. The angular aperture of the module is 180 °, the operating time is 12 hours a day. The peak electric power of the solar concentrator module at noon with a geometric concentration coefficient k = 4.6, and an optical efficiency of 0.88 is 1.8 kW.

Общий геометрический коэффициент концентрации для солнечного концентраторного модуля составляет k=6 для фиг.3. Предлагаемая конструкция солнечного концентраторного модуля позволяет производить электрическую энергию в течение 8-12 часов в сутки в объеме, превышающем производство электрической энергии солнечным фотоэлектрическим модулем с системой слежения. Стационарное исполнение солнечного концентраторного модуля повышает надежность электроснабжения, а использование стационарных неследящих концентраторов позволяет снизить расход полупроводниковых материалов и стоимость вырабатываемой электроэнергии.The total geometric concentration coefficient for the solar concentrator module is k = 6 for FIG. 3. The proposed design of the solar concentrator module allows the production of electrical energy for 8-12 hours per day in an amount exceeding the production of electrical energy by a solar photovoltaic module with a tracking system. The stationary design of the solar concentrator module increases the reliability of power supply, and the use of stationary non-tracking concentrators can reduce the consumption of semiconductor materials and the cost of generated electricity.

Claims (6)

1. Солнечный концентраторный модуль, содержащий приемник с двусторонней рабочей поверхностью, установленный в плоскости симметрии между фокальной осью концентратора и поверхностью концентратора, выполненного в виде зеркальных отражателей, отличающийся тем, что приемник установлен в плоскости симметрии цилиндрического концентратора, ветви концентратора в поперечном сечении образованы окружностями радиуса R, равного высоте Н приемника с центрами в точках О1 и O2, расположенными по краям приемника в верхней его кромке; при этом фокальные оси ветвей цилиндрического концентратора, проходящие через центры окружностей O1 и О2 параллельно верхней кромке приемника, ориентированы в направлении север-юг и наклонены в северном полушарии к плоскости горизонта в южном направлении под углом φ=90°-α, где α - широта местности; причем в южном полушарии фокальные оси наклонены к горизонтальной поверхности в северном направлении под углом φ=90°-α, а в экваториальной зоне с широтой от 30° южной широты до 30° северной широты фокальные оси цилиндрического концентратора параллельны горизонтальной поверхности.1. A solar concentrator module comprising a receiver with a two-sided working surface mounted in the plane of symmetry between the focal axis of the concentrator and the surface of the concentrator made in the form of mirror reflectors, characterized in that the receiver is installed in the plane of symmetry of the cylindrical concentrator, the branches of the concentrator in the cross section are formed by circles radius R equal to the height H of the receiver with centers at points O 1 and O 2 located at the edges of the receiver in its upper edge; the focal axes of the branches of the cylindrical concentrator passing through the centers of circles O 1 and O 2 parallel to the upper edge of the receiver are oriented in the north-south direction and are inclined in the northern hemisphere to the horizon plane in the southern direction at an angle φ = 90 ° -α, where α - latitude of the terrain; moreover, in the southern hemisphere, the focal axes are inclined to the horizontal surface in the northern direction at an angle φ = 90 ° -α, and in the equatorial zone with latitudes from 30 ° southern latitude to 30 ° northern latitude, the focal axes of the cylindrical concentrator are parallel to the horizontal surface. 2. Солнечный концентраторный модуль по п.1, отличающийся тем, что в качестве концентратора использован фацетный зеркальный цилиндрический отражатель.2. The solar concentrator module according to claim 1, characterized in that a facet mirror cylindrical reflector is used as a concentrator. 3. Солнечный концентраторный модуль по п.1, отличающийся тем, что в качестве концентратора использован зеркальный фацетный отражатель Френеля.3. The solar concentrator module according to claim 1, characterized in that the Fresnel mirror facet reflector is used as the concentrator. 4. Солнечный концентраторный модуль, содержащий приемник с двусторонней рабочей поверхностью, установленный в плоскости симметрии между фокальной осью концентратора и поверхностью концентратора, выполненного в виде зеркальных отражателей, отличающийся тем, что приемник содержит встроенные призменные концентраторы в виде четырехгранной пирамиды с четырьмя боковыми отражающими поверхностями, которые наклонены к рабочей поверхности приемника под углом β=25-39°; при этом цилиндрический фацетный зеркальный отражатель выполнен из двух ветвей и имеет апертуру 120°, а призменные концентраторы установлены с двух сторон каждого солнечного элемента с двухсторонней рабочей поверхностью; причем солнечные элементы в приемнике соединены последовательно в секцию; секции соединены между собой параллельно; секции расположены параллельно фокальным осям, и каждая последовательная секция содержит развязывающий диод и соединена параллельно с другими секциями из последовательно соединенных солнечных элементов.4. A solar concentrator module comprising a receiver with a two-sided working surface, mounted in a plane of symmetry between the focal axis of the concentrator and the concentrator surface, made in the form of mirror reflectors, characterized in that the receiver contains built-in prism concentrators in the form of a tetrahedral pyramid with four side reflective surfaces, which are inclined to the working surface of the receiver at an angle β = 25-39 °; while the cylindrical facet mirror reflector is made of two branches and has an aperture of 120 °, and prism concentrators are installed on both sides of each solar cell with a two-sided working surface; moreover, the solar cells in the receiver are connected in series to the section; sections are interconnected in parallel; the sections are parallel to the focal axes, and each successive section contains a decoupling diode and is connected in parallel with other sections from series-connected solar cells. 5. Солнечный концентраторный модуль по п.9, отличающийся тем, что в качестве концентратора с зеркальными отражателями использован фацетный цилиндрический зеркальный отражатель.5. The solar concentrator module according to claim 9, characterized in that a facet cylindrical mirror reflector is used as a concentrator with mirror reflectors. 6. Солнечный концентраторный модуль по п.9, отличающийся тем, что в качестве концентратора с зеркальными отражателями использован зеркальный фацетный отражатель Френеля. 6. The solar concentrator module according to claim 9, characterized in that a Fresnel mirror facet reflector is used as a concentrator with mirror reflectors.
RU2011122751/28A 2011-06-07 2011-06-07 Solar concentrator module (versions) RU2488915C2 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2011122751/28A RU2488915C2 (en) 2011-06-07 2011-06-07 Solar concentrator module (versions)

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2011122751/28A RU2488915C2 (en) 2011-06-07 2011-06-07 Solar concentrator module (versions)

Publications (2)

Publication Number Publication Date
RU2011122751A RU2011122751A (en) 2012-12-20
RU2488915C2 true RU2488915C2 (en) 2013-07-27

Family

ID=49155795

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2011122751/28A RU2488915C2 (en) 2011-06-07 2011-06-07 Solar concentrator module (versions)

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2488915C2 (en)

Cited By (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2554674C2 (en) * 2013-09-13 2015-06-27 Федеральное государственное бюджетное научное учреждение "Всероссийский научно-исследовательский институт электрификации сельского хозяйства" (ФГБНУ ВИЭСХ) Thermal photoelectric module with parabolic-cylinder concentrator of solar radiation
RU2583317C1 (en) * 2015-01-29 2016-05-10 Общество с ограниченной ответственностью "СОЛЭКС-Р" Combined concentrator for photoelectric apparatus
RU2593598C1 (en) * 2015-03-03 2016-08-10 ОАО "Концерн "Орион" System for remote monitoring and control of solar concentrator module
RU2686123C1 (en) * 2018-06-19 2019-04-24 федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Национальный исследовательский университет "МЭИ" (ФГБОУ ВО "НИУ "МЭИ") Photoelectric module
RU2702311C1 (en) * 2018-10-24 2019-10-07 Федеральное государственное бюджетное научное учреждение Федеральный научный агроинженерный центр ВИМ(ФГБНУ ФНАЦ ВИМ) Solar power plant (versions)
RU193323U1 (en) * 2019-07-24 2019-10-24 Федеральное государственное бюджетное научное учреждение "Федеральный научный агроинженерный центр ВИМ" (ФГБНУ ФНАЦ ВИМ) Foldable thermal photovoltaic concentrator module with double-sided photocells
RU2718687C1 (en) * 2019-07-23 2020-04-13 Открытое акционерное общество "Авангард" Solar concentrator module remote monitoring and control system
RU2773805C1 (en) * 2021-10-25 2022-06-09 Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Физико-технический институт им. А.Ф. Иоффе Российской академии наук Concentrator solar panel

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2158045C1 (en) * 1999-01-15 2000-10-20 Всероссийский научно-исследовательский институт электрификации сельского хозяйства Solar module with radiant-energy concentrator (design versions)
RU2172451C1 (en) * 2000-11-16 2001-08-20 Стребков Дмитрий Семенович Solar module with concentrator (alternatives)
RU2172903C1 (en) * 2000-04-07 2001-08-27 Стребков Дмитрий Семенович Solar module with concentrator
RU2206837C2 (en) * 2001-01-19 2003-06-20 Стребков Дмитрий Семенович Solar module with concentrator (alternatives)
WO2009135892A2 (en) * 2008-05-07 2009-11-12 Peter Draheim Device and method for concentrating incident light

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2158045C1 (en) * 1999-01-15 2000-10-20 Всероссийский научно-исследовательский институт электрификации сельского хозяйства Solar module with radiant-energy concentrator (design versions)
RU2172903C1 (en) * 2000-04-07 2001-08-27 Стребков Дмитрий Семенович Solar module with concentrator
RU2172451C1 (en) * 2000-11-16 2001-08-20 Стребков Дмитрий Семенович Solar module with concentrator (alternatives)
RU2206837C2 (en) * 2001-01-19 2003-06-20 Стребков Дмитрий Семенович Solar module with concentrator (alternatives)
WO2009135892A2 (en) * 2008-05-07 2009-11-12 Peter Draheim Device and method for concentrating incident light

Cited By (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2554674C2 (en) * 2013-09-13 2015-06-27 Федеральное государственное бюджетное научное учреждение "Всероссийский научно-исследовательский институт электрификации сельского хозяйства" (ФГБНУ ВИЭСХ) Thermal photoelectric module with parabolic-cylinder concentrator of solar radiation
RU2583317C1 (en) * 2015-01-29 2016-05-10 Общество с ограниченной ответственностью "СОЛЭКС-Р" Combined concentrator for photoelectric apparatus
RU2593598C1 (en) * 2015-03-03 2016-08-10 ОАО "Концерн "Орион" System for remote monitoring and control of solar concentrator module
RU2686123C1 (en) * 2018-06-19 2019-04-24 федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Национальный исследовательский университет "МЭИ" (ФГБОУ ВО "НИУ "МЭИ") Photoelectric module
RU2702311C1 (en) * 2018-10-24 2019-10-07 Федеральное государственное бюджетное научное учреждение Федеральный научный агроинженерный центр ВИМ(ФГБНУ ФНАЦ ВИМ) Solar power plant (versions)
RU2718687C1 (en) * 2019-07-23 2020-04-13 Открытое акционерное общество "Авангард" Solar concentrator module remote monitoring and control system
RU193323U1 (en) * 2019-07-24 2019-10-24 Федеральное государственное бюджетное научное учреждение "Федеральный научный агроинженерный центр ВИМ" (ФГБНУ ФНАЦ ВИМ) Foldable thermal photovoltaic concentrator module with double-sided photocells
RU2773805C1 (en) * 2021-10-25 2022-06-09 Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Физико-технический институт им. А.Ф. Иоффе Российской академии наук Concentrator solar panel

Also Published As

Publication number Publication date
RU2011122751A (en) 2012-12-20

Similar Documents

Publication Publication Date Title
RU2488915C2 (en) Solar concentrator module (versions)
Jaaz et al. Design and development of compound parabolic concentrating for photovoltaic solar collector
US6469241B1 (en) High concentration spectrum splitting solar collector
Muhammad-Sukki et al. Solar concentrators
US8664514B2 (en) Multiplexing solar light chamber
RU2694066C1 (en) Solar house
Li Design and development of a lens-walled compound parabolic concentrator-a review
US20110192460A1 (en) Solar Power Generator
US20160079461A1 (en) Solar generator with focusing optics including toroidal arc lenses
US20120255594A1 (en) Solar Power Generator Module
JP2014232739A (en) Photovoltaic power generation device
Baig et al. Optical analysis of a CPC based CPV/T system for application in the kingdom of saudi arabia
RU2702311C1 (en) Solar power plant (versions)
US20140345670A1 (en) Passively Tracking Partially Concentrating Photovoltaic Solar Panel
CN102607195A (en) Distributed solar light-heat mirror field for equilibrium power generation
RU2730544C1 (en) Sunny house
CN201725081U (en) Solar concentrator by reflection of flat plate-type flat glass mirrors
CN103411754A (en) Method for measuring distribution of intensity of light spots of reflecting type concentrating photovoltaic condenser
US10199527B2 (en) Solar concentrator and illumination apparatus
JP2011129847A (en) Reflecting concentrated solar power generating module
WO2005124245A2 (en) Reflecting solar concentrator for the generation of electrical energy
CN202581856U (en) Distributed solar photo-thermal mirror field for balanced power generation
RU2496181C1 (en) Photoelectric concentrator submodule
CN201570996U (en) Solar sun-tracking device
RU2755204C1 (en) Solar house

Legal Events

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

Effective date: 20130612