RU2555197C1 - Device for converting solar energy - Google Patents
Device for converting solar energy Download PDFInfo
- Publication number
- RU2555197C1 RU2555197C1 RU2014108039/28A RU2014108039A RU2555197C1 RU 2555197 C1 RU2555197 C1 RU 2555197C1 RU 2014108039/28 A RU2014108039/28 A RU 2014108039/28A RU 2014108039 A RU2014108039 A RU 2014108039A RU 2555197 C1 RU2555197 C1 RU 2555197C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- strip
- solar energy
- trenches
- converting solar
- trench
- Prior art date
Links
- 230000005855 radiation Effects 0.000 claims abstract description 35
- 239000011248 coating agent Substances 0.000 claims abstract description 13
- 238000000576 coating method Methods 0.000 claims abstract description 13
- 239000000463 material Substances 0.000 claims abstract description 12
- 239000000758 substrate Substances 0.000 claims abstract description 8
- 238000005452 bending Methods 0.000 claims abstract description 6
- 230000000694 effects Effects 0.000 claims abstract description 5
- 238000007789 sealing Methods 0.000 claims description 23
- 230000001681 protective effect Effects 0.000 claims description 14
- 239000011261 inert gas Substances 0.000 claims description 8
- 238000001816 cooling Methods 0.000 claims description 6
- 238000009423 ventilation Methods 0.000 claims description 5
- 239000011253 protective coating Substances 0.000 claims description 4
- 239000003507 refrigerant Substances 0.000 claims description 4
- 241000208202 Linaceae Species 0.000 claims 1
- 235000004431 Linum usitatissimum Nutrition 0.000 claims 1
- 238000010521 absorption reaction Methods 0.000 abstract description 13
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 abstract description 10
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 abstract description 5
- 230000002829 reductive effect Effects 0.000 abstract description 3
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract 1
- 239000010410 layer Substances 0.000 description 54
- 238000009434 installation Methods 0.000 description 8
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 7
- 239000000428 dust Substances 0.000 description 6
- 230000005611 electricity Effects 0.000 description 6
- 238000000034 method Methods 0.000 description 6
- 239000004065 semiconductor Substances 0.000 description 6
- 238000004049 embossing Methods 0.000 description 5
- 238000001914 filtration Methods 0.000 description 5
- 239000005871 repellent Substances 0.000 description 5
- 238000013461 design Methods 0.000 description 4
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 4
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 description 4
- 230000003287 optical effect Effects 0.000 description 4
- 238000005299 abrasion Methods 0.000 description 3
- 230000003068 static effect Effects 0.000 description 3
- 230000001154 acute effect Effects 0.000 description 2
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 2
- 238000004140 cleaning Methods 0.000 description 2
- 239000002826 coolant Substances 0.000 description 2
- 230000007423 decrease Effects 0.000 description 2
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 2
- -1 dirt - Substances 0.000 description 2
- 238000009826 distribution Methods 0.000 description 2
- 239000011888 foil Substances 0.000 description 2
- 239000012535 impurity Substances 0.000 description 2
- 238000003032 molecular docking Methods 0.000 description 2
- 238000001228 spectrum Methods 0.000 description 2
- 238000003860 storage Methods 0.000 description 2
- 229910018072 Al 2 O 3 Inorganic materials 0.000 description 1
- 241000206761 Bacillariophyta Species 0.000 description 1
- 229910004261 CaF 2 Inorganic materials 0.000 description 1
- RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N Copper Chemical compound [Cu] RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- ZOKXTWBITQBERF-UHFFFAOYSA-N Molybdenum Chemical compound [Mo] ZOKXTWBITQBERF-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000010748 Photoabsorption Effects 0.000 description 1
- 229910004298 SiO 2 Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910010413 TiO 2 Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000004026 adhesive bonding Methods 0.000 description 1
- 239000012790 adhesive layer Substances 0.000 description 1
- 230000002411 adverse Effects 0.000 description 1
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 1
- 230000000295 complement effect Effects 0.000 description 1
- 239000002131 composite material Substances 0.000 description 1
- 230000006835 compression Effects 0.000 description 1
- 238000007906 compression Methods 0.000 description 1
- 238000010276 construction Methods 0.000 description 1
- 229910052802 copper Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000010949 copper Substances 0.000 description 1
- 239000003989 dielectric material Substances 0.000 description 1
- 238000005265 energy consumption Methods 0.000 description 1
- 150000002222 fluorine compounds Chemical class 0.000 description 1
- 239000002803 fossil fuel Substances 0.000 description 1
- 239000011521 glass Substances 0.000 description 1
- 230000005484 gravity Effects 0.000 description 1
- 238000012423 maintenance Methods 0.000 description 1
- 239000011159 matrix material Substances 0.000 description 1
- 239000000203 mixture Substances 0.000 description 1
- 229910052750 molybdenum Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000011733 molybdenum Substances 0.000 description 1
- 238000005457 optimization Methods 0.000 description 1
- 230000008520 organization Effects 0.000 description 1
- 230000036961 partial effect Effects 0.000 description 1
- 230000000737 periodic effect Effects 0.000 description 1
- 229920003229 poly(methyl methacrylate) Polymers 0.000 description 1
- 239000004417 polycarbonate Substances 0.000 description 1
- 229920000515 polycarbonate Polymers 0.000 description 1
- 229920006254 polymer film Polymers 0.000 description 1
- 239000004926 polymethyl methacrylate Substances 0.000 description 1
- 238000003825 pressing Methods 0.000 description 1
- 230000002940 repellent Effects 0.000 description 1
- 238000012827 research and development Methods 0.000 description 1
- 229910052710 silicon Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000010703 silicon Substances 0.000 description 1
- 150000003568 thioethers Chemical class 0.000 description 1
- 238000007666 vacuum forming Methods 0.000 description 1
- 238000003466 welding Methods 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L31/00—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
- H01L31/04—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof adapted as photovoltaic [PV] conversion devices
- H01L31/042—PV modules or arrays of single PV cells
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L31/00—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
- H01L31/04—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof adapted as photovoltaic [PV] conversion devices
- H01L31/054—Optical elements directly associated or integrated with the PV cell, e.g. light-reflecting means or light-concentrating means
- H01L31/0547—Optical elements directly associated or integrated with the PV cell, e.g. light-reflecting means or light-concentrating means comprising light concentrating means of the reflecting type, e.g. parabolic mirrors, concentrators using total internal reflection
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F24—HEATING; RANGES; VENTILATING
- F24S—SOLAR HEAT COLLECTORS; SOLAR HEAT SYSTEMS
- F24S70/00—Details of absorbing elements
- F24S70/20—Details of absorbing elements characterised by absorbing coatings; characterised by surface treatment for increasing absorption
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F24—HEATING; RANGES; VENTILATING
- F24S—SOLAR HEAT COLLECTORS; SOLAR HEAT SYSTEMS
- F24S70/00—Details of absorbing elements
- F24S70/60—Details of absorbing elements characterised by the structure or construction
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F24—HEATING; RANGES; VENTILATING
- F24S—SOLAR HEAT COLLECTORS; SOLAR HEAT SYSTEMS
- F24S70/00—Details of absorbing elements
- F24S70/20—Details of absorbing elements characterised by absorbing coatings; characterised by surface treatment for increasing absorption
- F24S70/225—Details of absorbing elements characterised by absorbing coatings; characterised by surface treatment for increasing absorption for spectrally selective absorption
-
- 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
- Y02E10/52—PV systems with concentrators
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- Sustainable Development (AREA)
- Electromagnetism (AREA)
- Computer Hardware Design (AREA)
- Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
- Power Engineering (AREA)
- Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Sustainable Energy (AREA)
- Thermal Sciences (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Combustion & Propulsion (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- General Engineering & Computer Science (AREA)
- Photovoltaic Devices (AREA)
Abstract
Description
Предлагаемое изобретение относится к области солнечной энергетики, а именно к полупроводниковым приборам для генерирования электрической энергии из светового излучения Солнца, в частности к устройствам матричных фотоэлектрических преобразователей со специальными поверхностными рельефами, преобразующим солнечную энергию в электрическую, и может быть использовано для получения и аккумулирования электрической энергии, например в качестве источников электричества для освещения в темное время суток, работы электронасоса, в системах энергообеспечения различных объектов - автомобилей, катеров, яхт, пунктов метеонаблюдения, телекоммуникационных систем, информационных стендов и т.п.The present invention relates to the field of solar energy, in particular to semiconductor devices for generating electrical energy from the light of the sun, in particular to devices of matrix photoelectric converters with special surface reliefs that convert solar energy into electrical energy, and can be used to receive and accumulate electrical energy , for example, as sources of electricity for lighting in the dark, the operation of an electric pump, in electronic systems power supply of various objects - cars, boats, yachts, weather observation points, telecommunication systems, information stands, etc.
В настоящее время проблема использования экологически чистых, доступных и дешевых источников энергии встала достаточно остро. В энергетических программах многих стран мира все большее место занимает использование нетрадиционных возобновляемых источников энергии. В связи с увеличением потребления энергии во всем мире запасы традиционных источников энергии (различных видов ископаемого топлива) должны истощиться в не слишком отдаленном будущем. Поэтому необходимо разрабатывать и использовать альтернативные традиционным источники энергии. И здесь особое место по своей доступности и неисчерпаемости занимает солнечная энергия, являющаяся также одним из наиболее экологически чистых источников энергии.Currently, the problem of using environmentally friendly, affordable and cheap energy sources has become quite acute. In the energy programs of many countries of the world, the use of non-traditional renewable energy sources is increasingly taking place. Due to the increase in energy consumption worldwide, the reserves of traditional energy sources (various types of fossil fuels) should be depleted in the not too distant future. Therefore, it is necessary to develop and use alternative energy sources. And here a special place in its accessibility and inexhaustibility is occupied by solar energy, which is also one of the most environmentally friendly sources of energy.
Считается, что основными устройствами, непосредственно преобразующими солнечную энергию в электричество, обеспечивающими практически постоянную мощность при низких эксплуатационных расходах и фактически не загрязняющими окружающую среду, являются солнечные батареи.It is believed that the main devices that directly convert solar energy into electricity, provide almost constant power at low operating costs and actually do not pollute the environment, are solar panels.
В последнее время наблюдается рост исследований и разработок дешевых гибких солнечных батарей. Достоинством гибких солнечных батарей является то, что они могут принимать рассеянный и слабый солнечный свет (если Солнце скрыто за облаками) намного эффективнее, чем другие устройства для преобразования солнечной энергии, например кристаллические объемные батареи. Коме этого они намного терпимее относятся к затемнению или высоким рабочим температурам, которые характерны для работы под «открытым» Солнцем, особенно в «жарких» регионах планеты.Recently, there has been an increase in research and development of cheap flexible solar panels. The advantage of flexible solar cells is that they can receive diffused and weak sunlight (if the sun is hidden behind the clouds) much more efficient than other devices for converting solar energy, such as crystalline volumetric batteries. To whom they are much more tolerant of dimming or high working temperatures, which are typical for working under the "open" Sun, especially in the "hot" regions of the planet.
Однако существующие в настоящее время устройства для преобразования солнечной энергии в электрическую энергию являются недостаточно эффективными по ряду причин. Хотя они дополняют друг друга полезными технологическими приемами, средствами и приспособлениями, однако все они имеют относительно низкий коэффициент полезного действия (КПД), зависящий от угла наклона Солнца к поверхности солнечной батареи, при высокой стоимости таких устройств. Кроме того, для монтажа элементов солнечных батарей требуются довольно громоздкие приспособления.However, current devices for converting solar energy into electrical energy are not efficient enough for a number of reasons. Although they complement each other with useful technological methods, tools and devices, all of them have a relatively low coefficient of performance (COP), depending on the angle of inclination of the Sun to the surface of the solar battery, with the high cost of such devices. In addition, the installation of solar cells requires rather bulky devices.
Основным недостатком существующих устройств для преобразования солнечной энергии в электрическую энергию является большая зависимость КПД от угла падения солнечного излучения. При отклонении излучения от зенита более чем на 10° начинает резко падать КПД и при углах около 40° устройство для преобразования солнечной энергии практически перестает преобразовывать солнечную энергию. Это приводит к необходимости либо использовать дополнительные дорогостоящие устройства для слежения за Солнцем, что возможно только в случае малогабаритных солнечных батарей, либо не менее сложные накопительные устройства, позволяющие накапливать пиковую энергию при нахождении Солнца в зените и распределять ее затем в течение суток, что актуально для солнечных электростанций. Наличие же световых ловушек в виде полостей приводит к возможности попадания излучения внутрь конструкции при значительном отклонении Солнца от зенита. Так, при угле 20° при вершине четырехгранной пирамиды коэффициент переотражения внутри ее составляет 4,25 для угла отклонения от зенита 70°. Кривая суточного распределения энергии, выдаваемая в течение светового дня, более полого спускается к нулю, обеспечивая повышение общего КПД устройства для преобразования солнечной энергии на 10-60%. Такие устройства для преобразования солнечной энергии, в результате, не требуют слежения за Солнцем и накопительных установок, что резко снижает затраты на установку и эксплуатацию устройства для преобразования солнечной энергии.The main disadvantage of existing devices for converting solar energy into electrical energy is a large dependence of efficiency on the angle of incidence of solar radiation. When the radiation deviates from the zenith by more than 10 °, the efficiency begins to drop sharply, and at angles of about 40 ° the device for converting solar energy practically ceases to convert solar energy. This leads to the need to either use additional expensive devices for tracking the Sun, which is possible only in the case of small-sized solar batteries, or no less complex storage devices that allow you to accumulate peak energy when the Sun is at its zenith and then distribute it during the day, which is relevant for solar power plants. The presence of light traps in the form of cavities leads to the possibility of radiation entering the structure with a significant deviation of the Sun from the zenith. So, at an angle of 20 ° at the apex of the tetrahedral pyramid, the reflection coefficient inside it is 4.25 for an angle of deviation from the zenith of 70 °. The curve of the daily distribution of energy, issued during the daylight hours, more gently descends to zero, providing an increase in the overall efficiency of the device for converting solar energy by 10-60%. Such devices for converting solar energy, as a result, do not require tracking the Sun and storage installations, which dramatically reduces the cost of installing and operating a device for converting solar energy.
Поэтому проблема создания именно гибкого устройства для преобразования солнечной энергии, обеспечивающего повышение его КПД посредством формирования специального поверхностного рельефа в фотоэлектрических преобразователях на поверхности больших размеров при удешевлении производства и упрощении эксплуатации такого устройства, в настоящее время встала достаточно остро.Therefore, the problem of creating exactly a flexible device for converting solar energy, providing an increase in its efficiency through the formation of a special surface relief in photovoltaic converters on large surfaces while cheapening production and simplifying the operation of such a device, has now become quite acute.
Известен солнечный элемент, включающий поверхностно-структурированный первый электрически проводящий слой полупроводника с текстурированными лицевой и тыльной поверхностями, на которых сформированы первая и вторая оксидные пленки соответственно, первый электрически проводящий высокоплотный слой полупроводника, сформированный в пределах поверхности первого электрически проводящего слоя полупроводника, множество первых углублений траншейного типа, сформированных с промежутками на тыльной поверхности первого электрически проводящего слоя полупроводника, третью оксидную пленку, сформированную на внешней поверхности первых углублений, первые и вторые электрически проводящие примесные области для обеспечения взаимно различных форм электрической проводимости в первом электрически проводящем слое полупроводника между соседними первыми углублениями, первые и вторые металлические электроды, сформированные в каждом из первых углублений соответственно первым и вторым электрически проводящим примесным областям [1].A solar cell is known, including a surface-structured first electrically conductive semiconductor layer with textured front and back surfaces on which the first and second oxide films are formed, respectively, a first electrically conductive high-density semiconductor layer formed within the surface of the first electrically conductive semiconductor layer, a plurality of first recesses trench type formed with gaps on the back surface of the first electrically wire a semiconductor layer, a third oxide film formed on the outer surface of the first recesses, first and second electrically conductive impurity regions to provide mutually different forms of electrical conductivity in the first electrically conductive semiconductor layer between adjacent first recesses, the first and second metal electrodes formed in each of the first recesses, respectively, the first and second electrically conductive impurity regions [1].
Недостатком известного солнечного элемента является то, что оптическое качество рабочих поверхностей этих углублений обеспечивает использование не более 50% падающего солнечного излучения. Остальная часть излучения выходит из конструкций и рассеивается в окружающем пространстве, т.е. имеют место существенные потери падающего солнечного излучения и, как следствие, низкий КПД преобразования солнечной энергии. Кроме этого технология изготовления этих конструкций даже такого низкого оптического качества является дорогостоящим процессом. Для монтажа элементов известного устройства требуются довольно громоздкие приспособления.A disadvantage of the known solar cell is that the optical quality of the working surfaces of these recesses ensures the use of not more than 50% of the incident solar radiation. The rest of the radiation leaves the structures and is scattered in the surrounding space, i.e. there are significant losses of incident solar radiation and, as a result, low efficiency of solar energy conversion. In addition, the manufacturing technology of these structures even of such low optical quality is an expensive process. For the installation of elements of the known device requires rather bulky devices.
Наиболее близким техническим решением (прототипом) является устройство для преобразования солнечной энергии, содержащее, по крайней мере, одну пару подложек, каждая из которых выполнена в виде полосы, при этом, по крайней мере, одна из полос выполнена с периодическим профилем в ее продольном направлении и переменным профилем в поперечном направлении, с нанесенным на ее рабочую поверхность фотоприемным слоем, при этом подложки одной пары соединены между собой с возможностью образования профилями, по крайней мере, одного ряда полостей в виде конусов, и/или пирамид, и/или сфер, и/или сфероидов, и/или цилиндров, и/или усеченных конусов, и/или усеченных пирамид, при этом полости в разных рядах в поперечном направлении могут быть выполнены различной формы. Толщина полосы может быть меньше высоты профиля поперечного и/или продольного сечения этой полосы [2].The closest technical solution (prototype) is a device for converting solar energy, containing at least one pair of substrates, each of which is made in the form of a strip, while at least one of the strips is made with a periodic profile in its longitudinal direction and a variable profile in the transverse direction, with a photodetector layer deposited on its working surface, while the substrates of one pair are interconnected with the possibility of forming profiles of at least one row of cavities in e cones, and / or a pyramid, and / or areas and / or the spheroid and / or cylinders and / or of truncated cones, and / or truncated pyramids, with the cavity in different rows of different shapes may be formed in the transverse direction. The thickness of the strip may be less than the height of the profile of the transverse and / or longitudinal section of this strip [2].
Недостатком известного технического решения (прототипа) является то, что оптическое качество рабочих поверхностей этих полостей обеспечивает использование не более 50% падающего солнечного излучения. Остальная часть излучения выходит из конструкций и рассеивается в окружающем пространстве, т.е. имеют место существенные потери падающего солнечного излучения и, как следствие, низкий КПД преобразования солнечной энергии.A disadvantage of the known technical solution (prototype) is that the optical quality of the working surfaces of these cavities ensures the use of not more than 50% of the incident solar radiation. The rest of the radiation leaves the structures and is scattered in the surrounding space, i.e. there are significant losses of incident solar radiation and, as a result, low efficiency of solar energy conversion.
Новым достигаемым техническим результатом предлагаемого изобретения является повышение КПД устройства для преобразования солнечной энергии посредством увеличения коэффициента поглощения фотоприемного слоя за счет увеличения количества переотражений отраженного от фотоприемного слоя излучения внутри трехмерной структуры траншейного типа, снижения зависимости коэффициента поглощения от угла падения солнечного излучения при упрощении технологии изготовления, установки и эксплуатации устройства, снижении его веса и снижения зависимости коэффициента поглощения от угла падения солнечного излучения при упрощении технологии изготовления, установки и эксплуатации устройства, снижении его веса и стоимости.A new achievable technical result of the present invention is to increase the efficiency of the device for converting solar energy by increasing the absorption coefficient of the photodetector layer by increasing the number of re-reflections of the radiation reflected from the photodetector layer inside the three-dimensional structure of the trench type, reducing the dependence of the absorption coefficient on the angle of incidence of solar radiation while simplifying manufacturing technology, installation and operation of the device, reducing its weight and reducing power the dependence of the absorption coefficient on the angle of incidence of solar radiation while simplifying the manufacturing technology, installation and operation of the device, reducing its weight and cost.
Новый технический результат достигается тем, что в устройстве для преобразования солнечной энергии, содержащем, по крайней мере, одну пару подложек, каждая из которых выполнена в виде полосы, при этом, по крайней мере, одна из полос выполнена профилированной с периодически повторяющимся профилем, образующим полости траншейного типа, и установлена с возможностью соединения своей лицевой поверхностью с тыльной поверхностью второй полосы, в отличие от прототипа полосы выполнены из материала, обеспечивающего возможность формирования их профилированными посредством изгибания, полоса, выполненная профилированной с периодически повторяющимся профилем, образующим полости траншейного типа, установлена с возможностью соединения своей лицевой поверхностью с тыльной поверхностью второй полосы и образования их профилями, по крайней мере, одного ряда траншей, а из полос одной пары - гибкого устройства для преобразования солнечной энергии, профили, по крайней мере, одного ряда траншей выполнены с возможностью образования части окружности, и/или части гиперболы, и/или части параболы, и/или траншеи с плоским, выпуклым или вогнутым дном и наклонными расширяющимися боковыми стенками, при этом все траншеи выполнены с направленными наружу перпендикулярными или наклонными относительно воображаемой плоскости, наложенной на края соответствующей траншеи первой полосы, бортами по контуру соответствующей траншеи, причем траншеи выполнены с нанесенным на их рабочую поверхность фотоприемным слоем, а борты траншей - с нанесенным на их поверхность фотоприемным слоем или отражающим покрытием.A new technical result is achieved in that in a device for converting solar energy containing at least one pair of substrates, each of which is made in the form of a strip, while at least one of the strips is made profiled with a periodically repeating profile forming cavity of the trench type, and is installed with the possibility of connecting its front surface with the back surface of the second strip, unlike the prototype strip made of material that provides the possibility of forming them milled by means of bending, a strip made profiled with a periodically repeating profile forming a cavity of a trench type is installed with the possibility of connecting its front surface with the back surface of the second strip and forming their profiles of at least one row of trenches, and of the strips of one pair - flexible devices for converting solar energy, profiles of at least one row of trenches are configured to form part of a circle, and / or part of a hyperbola, and / or part of a parabo trens and / or trenches with a flat, convex or concave bottom and inclined expanding side walls, with all trenches made outward perpendicular or inclined relative to an imaginary plane superimposed on the edges of the corresponding trench of the first strip, with sides along the contour of the corresponding trench, moreover, the trench made with a photodetector layer deposited on their working surface, and the sides of the trenches with a photodetector layer deposited on their surface or a reflective coating.
Борты могут быть выполнены с изгибом.The sides can be made with a bend.
На поверхности, расположенные между краями двух соседних бортов, выполненных с наклоном к центру соответствующей траншеи, может быть нанесен фотоприемный слой.On the surface located between the edges of two adjacent sides made with an inclination to the center of the corresponding trench, a photodetector layer can be applied.
Между второй полосой и фотоприемным слоем может быть размещено отражающее покрытие.A reflective coating may be placed between the second strip and the photodetector layer.
В устройство может быть введен герметизирующий корпус, установленный с возможностью герметизации полостей, сформированных второй полосой.A sealing body may be introduced into the device, which is installed with the possibility of sealing the cavities formed by the second strip.
Пространство, герметизируемое герметизирующим корпусом, может быть заполнено инертным газом или в нем создан вакуум.The space sealed by the sealing body may be filled with inert gas or a vacuum may be created in it.
На рабочей поверхности герметизирующего корпуса может быть размещен, по крайней мере, один светопрозрачный экран.At least one translucent screen can be placed on the working surface of the sealing housing.
На тыльную поверхность светопрозрачного экрана может быть нанесен слой, обеспечивающий фильтрацию солнечного излучения, падающего на рабочую поверхность второй полосы, заданной длины волны.A layer can be applied to the back surface of the translucent screen, which provides filtering of solar radiation incident on the working surface of the second strip of a given wavelength.
На лицевую поверхность светопрозрачного экрана может быть нанесено предохраняющее его от атмосферного воздействия защитное покрытие.A protective coating can be applied to the front surface of the translucent screen.
На тыльной стороне первой полосы может быть размещен дополнительный защитный экран с возможностью герметизации тыльной стороны первой полосы от атмосферного воздействия.On the back side of the first strip, an additional protective screen can be placed with the possibility of sealing the back side of the first strip from atmospheric effects.
Пространство, герметизируемое дополнительным защитным экраном, может быть заполнено инертным газом.The space sealed by an additional protective shield may be filled with inert gas.
В устройство может быть введен второй герметичный корпус, выполненный с отверстиями, обеспечивающими возможность принудительного охлаждения через них тыльной стороны первой полосы посредством вентиляции воздуха или подвода хладоагента.A second sealed enclosure may be introduced into the device, made with openings providing the possibility of forced cooling through them of the rear side of the first strip by air ventilation or by supplying a refrigerant.
Устройство может быть выполнено в двухстороннем исполнении.The device can be made in two-way execution.
На внешнем контуре устройства могут быть установлены крепежные узлы, обеспечивающие возможность сборки в единую солнечную батарею по крайней мере двух устройств для преобразования солнечной энергии с созданием механического и электрического контактов между ними, и, по крайней мере, одно антистатическое устройство.Fasteners can be installed on the external circuit of the device, which makes it possible to assemble at least two devices for converting solar energy into a single solar battery with the creation of mechanical and electrical contacts between them, and at least one antistatic device.
На фиг. 1-16 представлены принципиальные схемы выполнения устройства для преобразования солнечной энергии.In FIG. 1-16 are schematic diagrams of an apparatus for converting solar energy.
Устройство для преобразования солнечной энергии содержит пару полос, выполненных из материала, обеспечивающего возможность формирования их профилированными с периодически повторяющимся профилем, образующим полости 1 траншейного типа, посредством изгибания, а из полос одной пары - гибкого устройства для преобразования солнечной энергии, при этом первая полоса 2 выполнена профилированной с возможностью соединения своей лицевой поверхностью 3 с тыльной поверхностью 8 второй полосы 4, наложенной на первую полосу 2 и повторяющую ее профиль, профили траншей выполнены в виде части окружности 5, при этом все траншеи выполнены с направленными наружу изогнутыми относительно воображаемой плоскости, наложенной на края соответствующей траншеи первой полосы 2, бортами 6 по контуру соответствующей траншеи, причем на рабочую поверхность траншей и бортов 6 второй полосой 4 нанесен фотоприемный слой 7. При этом борта 6 выполнены с наклоном внутрь траншеи (фиг. 1).A device for converting solar energy contains a pair of strips made of material that allows them to be formed profiled with a periodically repeating profile, forming
При этом первая полоса 2 выполнена из материала, позволяющего формировать профиль, например, методом вакуумного прессования или методом тиснения по матрицам на базовой подложке, имеющей профиль соответствующего траншейного типа. Это обеспечивает оптическое качество стенок соответствующих траншей, формирующих полости 1. При этом изготовление профилированной второй полосы 2 проводится на серийном оборудовании, что значительно снижает себестоимость самой подложки и устройства для преобразования солнечной энергии в целом.Moreover, the
Вторая плоская полоса 4 с нанесенным на ее рабочую поверхность фотоприемным слоем 7 посредством изгибания укладывается на лицевую поверхность 3, профилированную в виде части окружности 5 траншей, своей тыльной поверхностью 8 и прикрепляется к ней клеевым слоем 9.The second
На фиг. 2 борта 10 по контуру соответствующей траншеи выполнены вертикально относительно воображаемой плоскости, наложенной на края соответствующей траншеи первой полосы 2 (плоскости устройства).In FIG. 2
На фиг. 3 профили траншей выполнены в виде части гиперболы (параболы) 11, при этом их борта 10 выполнены вертикально относительно воображаемой плоскости, наложенной на края соответствующей траншеи первой полосы 2 (плоскости устройства).In FIG. 3, the profiles of the trenches are made as part of a hyperbola (parabola) 11, while their
На фиг. 4 профили траншей выполнены в виде части гиперболы (параболы) 11 и борта 12 выполнены с наклоном к центру соответствующей траншеи. Дно 13 гиперболы (параболы) 11 выполнено плоским. На лицевые поверхности бортов 12 нанесено отражающее покрытие 14. На плоские поверхности, расположенные между краями двух соседних бортов, выполненных с наклоном к центру соответствующей траншеи, может быть нанесен фотоприемный слой 7.In FIG. 4 profiles of trenches are made as part of a hyperbola (parabola) 11 and
На фиг. 5 профили траншей выполнены с выпуклым дном 15 и наклонными расширяющимися боковыми стенками 16, а борта 10 выполнены вертикально относительно воображаемой плоскости, наложенной на края соответствующей траншеи первой полосы 2 (плоскости устройства).In FIG. 5, the profiles of the trenches are made with a
На фиг. 6 профили траншей выполнены с выпуклым дном 15 и наклонными расширяющимися боковыми стенками 16, а борта 12 выполнены с наклоном к центру соответствующей траншеи.In FIG. 6, the profiles of the trenches are made with a
При этом для всех вариантов бортов 6, 10, 12 может быть установлено отражающее покрытие 14 (вместо фотоприемного слоя 7).Moreover, for all variants of the
На фиг. 7 представлена схема фотоприемного слоя 7. Фотоприемный слой 7 является составной структурой и состоит из лицевого электрода 36, непосредственно фотопоглощающего слоя 17, который может быть выполнен в одно- или многокаскадном исполнении на основе кремния, диатомовых водорослей и пр. и иметь различные коэффициенты поглощения в различных диапазонах длин волн солнечного спектра, и тыльного электрода 18. Фотоприемный слой 7 размещен на лицевой поверхности второй полосы 4. При этом между второй полосой 4 и фотоприемным слоем 7 может быть размещено отражающее покрытие 19.In FIG. 7 is a diagram of the
На фиг. 8 показано устройство для преобразования солнечной энергии 20, установленное в герметизирующий корпус 21, на рабочей поверхности 22 которого может быть размещен светопрозрачный экран 23. По местам стыковки 24 герметизирующего корпуса 21 и светопрозрачного экрана 23 с другим устройством для преобразования солнечной энергии 25 производится герметизация полостей 1 для защиты фотоприемного слоя 7 от атмосферного воздействия. Крепежный герметизируемый узел 26 обеспечивает состыковку устройства для преобразования солнечной энергии 20 с другим устройством для преобразования солнечной энергии 25. Контактные выводы 27 обеспечивают как съем электроэнергии с отдельного устройства для преобразования солнечной энергии 20, так и с нескольких устройств для преобразования солнечной энергии 20, 25 при соответствующем их электрическом контакте выводов 27. На тыльную поверхность светопрозрачного экрана 23 может быть нанесен слой 28, обеспечивающий фильтрацию солнечного излучения, падающего на рабочую поверхность второй полосы 4, заданной длины волны, для обеспечения максимального поглощения излучения на оптимальных длинах волн для конкретного фотопоглощающего слоя 7. С лицевой стороны на светопрозрачный экран 23 может быть нанесено самоочищающееся защитное покрытие 29, обладающее свойством пыле-, грязе-, водоотталкивания и повышающее стойкость предлагаемого устройства для преобразования солнечной энергии к истиранию и царапинам. Охлаждение устройства для преобразования солнечной энергии в этом случае происходит за счет естественной конвекции с развитой поверхности устройств 20, 25. Для снятия статического электричества с устройства для преобразования солнечной энергии на герметизирующем корпусе 21 устанавливается антистатическое устройство 30.In FIG. 8 shows a device for converting
Загерметизированное герметизирующим корпусом 21 пространство может быть заполнено инертным газом или в нем может быть создан вакуум.The space sealed by the sealing
На фиг. 9 представлено устройство для преобразования солнечной энергии, на тыльной стороне которого размещен дополнительный защитный экран 31, герметично соединенный с первой полосой 2, при этом загерметизированное пространство 32 заполнено инертным газом. В этом случае герметизирующий корпус 21 изготавливается с возможностью герметизации устройства по местам стыковки его со светопрозрачным экраном 23 и дополнительным защитным экраном 31 для защиты полостей 1, 32 от атмосферного воздействия.In FIG. 9 shows a device for converting solar energy, on the back of which there is an additional
Наличие в устройстве для преобразования солнечной энергии светопрозрачного экрана 23, размещенного на рабочей поверхности 22 устройства для преобразования солнечной энергии, и дополнительного защитного экрана 31, размещенного на тыльной поверхности устройства для преобразования солнечной энергии, позволяет в совокупности с первой полосой 2, представляющей собой подложку, обеспечить создание конструкции сотовой панели. Данные конструкции имеют высокие прочностные характеристики при малом удельном весе, что оказывается важным при установке устройства для преобразования солнечной энергии и его последующей эксплуатации.The presence in the device for converting solar energy of a
На фиг. 10 представлено устройство для преобразования солнечной энергии, на первый герметизирующий корпус 21 которого может быть установлен второй герметичный корпус 33, выполненный с отверстиями (штуцерами) 34, обеспечивающими возможность принудительного охлаждения через них тыльной стороны первой полосы 2 посредством вентиляции воздуха или подвода хладоагента 35.In FIG. 10, a device for converting solar energy is presented, on the
Все фотоприемные слои 7, лицевой 36 и тыльный 18 электроды, контактирующие с лицевой и тыльной сторонами фотоприемного слоя 7 соответственно, наносятся на вторую полосу 4 до или после тиснения, после чего производится сборка устройства для преобразования солнечной энергии (фиг. 9-10), в том числе в виде солнечной батареи, состоящей из таких устройств (фиг. 8). При этом устройство для преобразования солнечной энергии может содержать то число пар полос 2, 4, которое требуется в зависимости от условий его эксплуатации и требуемой мощности и производительности.All photodetector layers 7,
Полости 1 предназначены для обеспечения максимально возможного поглощения падающей на фотоприемный слой 7 солнечной энергии за счет многократного переотражения и соответственно поглощения излучения внутри полостей 1 траншей соответствующего типа. Организация дополнительных «ловушек» для солнечной энергии, падающей на рабочую поверхность устройства для преобразования солнечной энергии, в виде части окружности 5, части гиперболы (параболы) 11, траншеи с плоским дном 13 (выпуклым дном 15 или вогнутым дном) и наклонными расширяющимися боковыми стенками 16, снабженными бортами 6, 10, 12, позволяет получить более эффективное распределение углов падения света на поверхность фотоприемного слоя 7, что и повышает КПД устройства для преобразования солнечной энергии.The
При этом каждая полоса 2, 4 может быть выполнена, например, из гибкого полимерного материала или металлической фольги, обеспечивающей гибкость полос 2, 4, например, прессованием или способом вакуумного формования полимерных пленок или металлической фольги. Выбор материала второй полосы 4 зависит от типа фотоприемного слоя 7 и способа его нанесения. Например, при высокотемпературном способе создания p-n переходов в качестве второй полосы 4 используются, например, медь, молибден и др.Moreover, each
Вторая полоса 4 является основанием, на которое наносится фотоприемный слой 7 и лицевой 36 и тыльный 18 электроды.The
В зависимости от материала, из которого изготовлена вторая полоса 4, определяется необходимость наличия диэлектрического слоя 32. При изготовлении полосы 2 из диэлектрического материала на ней далее сразу последовательно формируются тыльный электрод 18, фотоприемный слой 7 и лицевой электрод 36 (фиг. 7). В случае изготовления второй полосы 4 из металла на нее дополнительно наносится диэлектрический слой, на котором далее последовательно формируются тыльный электрод 18, фотопоглощающий слой 7 и лицевой электрод 36.Depending on the material from which the
На рабочей поверхности устройства для преобразования солнечной энергии может быть размещен один или несколько защитных светопрозрачных экранов 23, предназначенных для предохранения фотоприемного слоя 7 и электродов 18, 36 от неблагоприятного воздействия внешней среды (фиг. 8). В зависимости от конкретных условий эксплуатации устройства для преобразования солнечной энергии защитный светопрозрачный экран 23 выполняют из оптически прозрачных полимерных материалов (ПВХ, поликарбонат и т.п.) или стекла и, как правило, на его лицевую поверхность наносят пыле- и/или водоотталкивающее и/или износостойкое покрытие 29, предназначенное для повышения стойкости поверхности к истиранию и царапинам, а также для отталкивания загрязнений и воды от защитного светопрозрачного экрана 23. Пыле- и/или водоотталкивающее и/или износостойкое покрытие 29 предпочтительно выполняют из полиметилметакрилата толщиной 5 мкм (фиг. 8).On the working surface of the device for converting solar energy can be placed one or more protective
На тыльную поверхность защитного светопрозрачного экрана 23 может быть нанесен слой 28, обеспечивающий фильтрацию солнечного излучения, падающего на рабочую поверхность 22 герметизирующего корпуса 21, заданной длины волны и, как следствие, оптимизацию диапазона длин волн солнечного излучения, проходящего через защитный светопрозрачный экран 23 и пыле- и/или водоотталкивающее и/или износостойкое покрытие 29 (при его наличии) для различных типов фотоприемного слоя 7.A
В качестве слоя 28, обеспечивающего фильтрацию солнечного излучения, падающего на рабочую поверхность 22 герметизирующего корпуса 21, используют, например, оксиды: Al2O3 (1,59), SiO2 (1,46), TiO2 (2,2-2,6); фториды: MgF2 (1,38), CaF2 (1,24), LiF (1,35); сульфиды: ZnS (2,35), CdS. Выбор конкретного материала зависит от типа фотоприемного слоя 7 и определяется длиной волны спектра, активно поглощаемой фотоприемным слоем 7. Кроме того, для создания эффекта фильтрации солнечного излучения может быть использован слой голографического тиснения.As a
На первый герметизирующий корпус 21 может быть установлен второй герметичный корпус 33, выполненный с отверстиями (штуцерами) 34, обеспечивающими возможность принудительного охлаждения через них тыльной стороны полосы 2 посредством вентиляции воздуха или подвода хладоагента 35, например воды (фиг. 10). Это имеет существенное значение, поскольку при работе любого устройства для преобразования солнечной энергии происходит повышение температуры фотоприемного устройства 7, что снижает электрические характеристики устройства для преобразования солнечной энергии устройства для преобразования солнечной энергии. При этом введение во внутреннее пространство второго герметичного корпуса 33, выполненного с отверстиями (штуцерами) 34, обеспечивающими возможность принудительного охлаждения через них тыльной стороны полосы 2 посредством вентиляции воздуха или подвода хладоагента 35, например воды или воздуха, приводит не только к снижению температуры полос 2, 4 и фотоприемного устройства 7, но и осуществляет нагрев самого хладоагента, например воды, которая в таком случае является дополнительным полезным продуктом предлагаемого изобретения. Это важно для повышения КПД устройства для преобразования солнечной энергии, которое зависит от температуры, связанной как с поглощением излучения, так и с температурой окружающей среды.A second sealed
Создание загерметизированных пространств посредством герметизирующего корпуса 21 и второго герметичного корпуса 33 позволяет обеспечить защиту внутренних систем устройства для преобразования солнечной энергии от атмосферного воздействия и создания области пониженного давления. При этом данные загерметизированные пространства могут быть заполнены инертным газом. Герметизация может создаваться сваркой или склеиванием материала по внешнему контуру устройства для преобразования солнечной энергии. Это обеспечивает плотное прилегание пыле- и/или водоотталкивающего и/или износостойкого покрытия 29 (при его наличии), размещенного на рабочей поверхности устройства для преобразования солнечной энергии, и дополнительного защитного экрана 31, размещенного на тыльной стороне устройства для преобразования солнечной энергии, а также светопрозрачного слоя 23 в сотовой панели и снижает вероятность их отслаивания в процессе эксплуатации устройства для преобразования солнечной энергии при повышении температуры полос 2, 4. При повышении температуры в процессе эксплуатации устройства для преобразования солнечной энергии давление внутри загерметизированных пространств герметизирующего корпуса 21 и второго герметичного корпуса 33 начинает расти. Для снижения вероятности разгерметизации устройства для преобразования солнечной энергии в этом случае необходимая разница давлений рассчитывается с учетом условий эксплуатации в южных или северных климатических зонах.The creation of sealed spaces through the sealing
Аналогично может быть обеспечена герметизация соответствующих пар полос 2 и 4 при их соединении между собой по внешнему контуру 12, при этом загерметизированное пространство герметизирующего корпуса 21 и второго герметичного корпуса 33 может быть заполнено инертным газом или в нем может быть создан вакуум (фиг. 10).Similarly, the corresponding pairs of
На внешнем контуре устройства для преобразования солнечной энергии устанавливаются крепежные герметизируемые узлы 26, предназначенные для обеспечения возможности сборки в единую солнечную батарею требуемых размеров ряда устройств для преобразования солнечной энергии с созданием между ними механического и электрического контактов. Крепежные герметизируемые узлы 26 могут изготавливаться в виде кнопочного соединения, например, посредством тиснения рельефа. Кроме того, герметизируемые узлы 26 могут быть выполнены в виде любых известных соединений, таких как замковые, резьбовые и т.д. В результате, при сборке нескольких устройств для преобразования солнечной энергии в солнечную батарею не требуется сложных и материалоемких устройств и приспособлений. Установка на внешнем контуре предлагаемого устройства для преобразования солнечной энергии крепежных герметизируемых узлов 26 обеспечивает простоту сборки множества устройств для преобразования солнечной энергии в солнечную батарею и, при необходимости, их замену (фиг. 8).On the external circuit of the device for converting solar energy, fastening
Для снятия заряда статического электричества устройство для преобразования солнечной энергии снабжается антистатическим устройством 30, предназначенным для обеспечения снятия заряда статического электричества с устройства для преобразования солнечной энергии (фиг. 8). В качестве антистатического устройства 30 может быть использован антистатический шнур, например, компании «Юман», устанавливаемый на внешнем контуре устройства для преобразования солнечной энергии.To remove the charge of static electricity, the device for converting solar energy is provided with an
Электрические шины обеспечивают электрический контакт лицевых 36 и тыльных 18 электродов отдельных устройств для преобразования солнечной энергии при их сборке в большую солнечную батарею. Электрические шины обеспечивают съем электрической энергии с солнечной батареи (фиг. 8).Electric buses provide electrical contact of the front 36 and rear 18 electrodes of individual devices for converting solar energy when they are assembled into a large solar battery. Electric buses provide the removal of electrical energy from the solar battery (Fig. 8).
Устройство для преобразования солнечной энергии работает следующим образом.A device for converting solar energy works as follows.
Солнечное излучение, попадая внутрь полостей 1, сформированных по их внешнему контуру траншеями в виде части окружности 5, части гиперболы (параболы) 11, траншеи с плоским дном 13 (выпуклым дном 15 или вогнутым дном) и наклонными расширяющимися боковыми стенками 16, снабженными бортами 6, 10, 12 (фиг. 8), многократно переотражается от стенок соответствующих полостей 1. При этом при каждом дополнительном переотражении происходит поглощение света в фотоприемном слое 7 и его преобразование в электрическую энергию. Съем электрической энергии осуществляется посредством лицевого 36 и тыльного 18 электродов, контактирующих соответственно с лицевой и тыльной сторонами фотоприемного слоя 7 и далее через электрические шины.Solar radiation entering the
Угол наклона расширяющихся боковых стенок 16, угол наклона бортов 6, 10, 12, форма полостей 1 выбираются с учетом типа фотоприемного слоя, его шероховатости и технологических возможностей формирования первой полосы 2, изгибания второй полосы 4 без разрушения фотоприемного слоя 7 и нарушения электрических контактов фотопоглощающего слоя 17 с лицевым 36 и тыльным 18 электродами.The angle of inclination of the expanding
Угол наклона и размеры соответствующих бортов 6, 10, 12 учитывают КПД фотопоглощения при различных углах наклона Солнца к горизонту. При этом наличие шероховатости фотоприемного слоя 7 приводит к частичному рассеиванию отраженного излучения и отражению его в виде расширяющегося конуса, что обеспечивает попадание отраженного пучка света внутрь полости 1 при меньших углах наклона соответствующего борта 6, 10, 12.The angle of inclination and the dimensions of the corresponding
Коэффициент полезного действия фотоприемного слоя 7 (в зависимости от его типа) падает с увеличением наклона Солнца к горизонту. Поэтому размещение на соответствующих бортах 6, 10, 12 отражающего покрытия 14 обеспечивает более полное отражение падающего света внутрь полостей 1 и увеличение КПД устройства в целом.The efficiency of the photodetector layer 7 (depending on its type) decreases with increasing tilt of the Sun to the horizon. Therefore, the placement on the
Установка фотоприемного слоя 7 (при выполнении соответствующих бортов 6, 10, 12 с наклоном) на плоские поверхности, расположенные между краями двух соседних бортов 6, 10, 12, позволяет более полно использовать падающее излучение по всему сечению над поверхностью устройства.The installation of the photodetector layer 7 (when the
На фиг. 11 представлен ход лучей падающего (37) и отраженного (38) солнечного излучения. При низком наклоне Солнца к горизонту (39) при отсутствии бортов отраженный сигнал отражается от поверхности один раз (точка отражения-поглощения 40) и выходит из полости 1. При наличии бортов 6, 10, 12 количество переотражений увеличивается по мере наклона соответствующих бортов 6, 10, 12 внутрь полости 1. Угол наклона выбирается с учетом свойств фотоприемного слоя 7 и его шероховатости, а также КПД при различных энергиях падающего излучения.In FIG. 11 shows the course of the rays of the incident (37) and reflected (38) solar radiation. With a low tilt of the Sun to the horizon (39) in the absence of sides, the reflected signal is reflected from the surface once (reflection-absorption point 40) and leaves
При наличии шероховатости на лицевой поверхности фотоприемного слоя 7 отраженный луч рассеивается в угле (41) и меняет характер переотражений (фиг. 12).In the presence of roughness on the front surface of the
Ход отраженных лучей в зависимости от конфигурации полости 1 показан на фиг. 13 (профиль траншеи в виде части окружности 5) и фиг. 14 (профиль траншеи в виде части гиперболы (параболы) 11).The course of the reflected rays depending on the configuration of the
Оптимальное расположение устройства для преобразования солнечной энергии относительно плоскости движения 42 Солнца показано на фиг. 15. Полости 1 располагаются перпендикулярно плоскости суточного движения Солнца. Угол наклона (43) устройства для преобразования солнечной энергии к горизонту равен широте местности, где оно устанавливается.The optimal arrangement of the device for converting solar energy relative to the plane of motion of the
На фиг. 16 представлен способ применения устройства для преобразования солнечной энергии в двухстороннем исполнении. Это важно при ограниченности допустимого размера площади устройства, например установка их на столбах освещения 44. Для увеличения энергосъема с устройства для преобразования солнечной энергии без увеличения площади используют его двухстороннее исполнение. При этом с тыльной стороны устройства для преобразования солнечной энергии вне зоны тени 45 от данного устройства устанавливают отражающее зеркало 46. При отражении от зеркала 46 падающего излучения 37 происходит освещение второй (затененной) стороны устройства для преобразования солнечной энергии и увеличение энергосъема.In FIG. 16 shows a method of using a device for converting solar energy in two-sided execution. This is important when the permissible size of the device’s area is limited, for example, installing them on
На основании вышеизложенного новым достигаемым техническим результатом предлагаемого изобретения является:Based on the foregoing, a new achievable technical result of the invention is:
1. Повышение КПД за счет более качественного исполнения, в том числе больших возможностей по глубине, профиля траншей, формирующих полости 1. Данные полости 1 обеспечивают поглощение на фотоприемном слое 7 траншей более 70% падающего излучения.1. Increased efficiency due to better performance, including greater depth capabilities, of the profile of the trenches forming the
2. Обеспечивается возможность изготовления двухсторонних устройств для преобразования солнечной энергии (фиг. 16), в которых либо обе стороны работают в условиях рассеянного света, либо одна сторона устройства для преобразования солнечной энергии работает с прямым солнечным излучением, а вторая - либо от отраженного дополнительным отражающим устройством излучения, например от зеркала, либо от рассеянного излучения. То есть предлагаемое устройство для преобразования солнечной энергии может работать только за счет поглощения рассеянного света (без непосредственного прямого падения на его рабочую поверхность солнечного излучения).2. It is possible to manufacture two-sided devices for converting solar energy (Fig. 16), in which either both sides operate in scattered light, or one side of the device for converting solar energy works with direct solar radiation, and the second either from the reflected additional reflective radiation device, for example from a mirror, or from scattered radiation. That is, the proposed device for converting solar energy can only work due to the absorption of scattered light (without direct direct impact on its working surface of solar radiation).
3. Предлагаемое устройство для преобразования солнечной энергии практически не зависит от угла падения света, так как при любом угле падения на него солнечных лучей последние, попадая в полости 1, многократно переотражаются на боковых стенках траншей.3. The proposed device for converting solar energy is practically independent of the angle of incidence of light, since at any angle of incidence of sunlight on it, the latter, entering
4. Использование в конструкции легких, недорогих полимерных материалов и серийной технологии тиснения больших поверхностей снижает себестоимость предлагаемого устройства для преобразования солнечной энергии не менее чем на порядок по сравнению с прототипом.4. The use of lightweight, inexpensive polymeric materials and serial technology for embossing large surfaces in the design reduces the cost of the proposed device for converting solar energy by at least an order of magnitude compared with the prototype.
5. Использование защитного светопрозрачного экрана 23 позволяет повысить прочность предлагаемого устройства для преобразования солнечной энергии. В сочетании с простыми крепежными узлами 26, которые изготавливаются в едином процессе тиснения полос 2, 4, предлагаемое устройство для преобразования солнечной энергии легко собирается и разбирается, в том числе в виде солнечной батареи из многих устройств для преобразования солнечной энергии.5. The use of a protective
6. Применение самоочищающегося защитное покрытия 29, повышающего стойкость предлагаемого устройства для преобразования солнечной энергии к истиранию и царапинам, а также обладающего свойством пыле-, грязе-, водоотталкивания, позволяет увеличить срок его эксплуатации и снижает затраты на обслуживание данного устройства. При необходимости, загрязнения могут быть просто смыты водой.6. The use of self-cleaning
7. Легкость и гибкость предлагаемого устройства для преобразования солнечной энергии, простота его сборки и малая зависимость КПД от угла падения света не требуют использования сложных и тяжелых приспособлений при установке и оптимальной эксплуатации данного устройства.7. The ease and flexibility of the proposed device for converting solar energy, the simplicity of its assembly and the small dependence of efficiency on the angle of incidence of light do not require the use of complex and heavy devices during installation and optimal operation of this device.
8. Возможность использования пониженного давления в герметизируемых пространствах и полостях 1 предлагаемого устройства для преобразования солнечной энергии и применения антистатического устройства 30 обеспечивают возможность его более длительной эксплуатации в различных климатических условиях, например в южных или северных климатических зонах.8. The possibility of using reduced pressure in the pressurized spaces and
9. Различные варианты выполнения предлагаемого устройства для преобразования солнечной энергии позволяют изготавливать его для различных целей и условий эксплуатации, например, в южных или северных климатических зонах.9. Various embodiments of the proposed device for converting solar energy allow it to be manufactured for various purposes and operating conditions, for example, in southern or northern climatic zones.
10. Технологичность нанесения фотоприемных слоев 7 и разнообразие их состава в предлагаемом устройстве для преобразования солнечной энергии позволяют организовать серийное дешевое производство данного устройства.10. The manufacturability of the application of the photodetector layers 7 and the diversity of their composition in the proposed device for converting solar energy make it possible to organize serial cheap production of this device.
Используемые источникиSources used
1. Патент WO №2012074176, 2012, МКИ H01L 31/042.1. Patent WO No. 2012074176, 2012,
2. Патент WO №2013/002662, 2013; RU 2011/000460 от 27.06.2011, F24J 2/46, H01L 31/052.2. Patent WO No. 2013/002662, 2013; RU 2011/000460 dated 06/27/2011,
Claims (14)
Priority Applications (2)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2014108039/28A RU2555197C1 (en) | 2014-03-04 | 2014-03-04 | Device for converting solar energy |
PCT/RU2015/000118 WO2015133933A1 (en) | 2014-03-04 | 2015-02-25 | Device for converting solar energy |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2014108039/28A RU2555197C1 (en) | 2014-03-04 | 2014-03-04 | Device for converting solar energy |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2555197C1 true RU2555197C1 (en) | 2015-07-10 |
Family
ID=53538318
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2014108039/28A RU2555197C1 (en) | 2014-03-04 | 2014-03-04 | Device for converting solar energy |
Country Status (2)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2555197C1 (en) |
WO (1) | WO2015133933A1 (en) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
WO2021046258A1 (en) * | 2019-09-04 | 2021-03-11 | Unm Rainforest Innovations | Flexibility-assisted heat removal in thin crystalline silicon solar cells |
Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
WO2010101054A1 (en) * | 2009-03-02 | 2010-09-10 | シャープ株式会社 | Process for producing semiconductor device |
WO2012074176A1 (en) * | 2010-11-30 | 2012-06-07 | 주식회사 선반도체 | Solar cell and a production method therefor |
RU2011114099A (en) * | 2008-09-12 | 2012-10-20 | Солютиа Инк. (Us) | THIN FILMED PHOTOELECTRIC MODULE WITH PROFILED SUBSTRATE |
WO2013002662A1 (en) * | 2011-06-27 | 2013-01-03 | Общество С Ограниченной Ответственностью "Инносфера Технолоджи" | Device for converting solar energy |
Family Cites Families (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
WO2013032356A1 (en) * | 2011-09-02 | 2013-03-07 | Общество С Ограниченной Ответственностью "Инносфера Технолоджи" | Device with a photoreceptive layer for converting solar energy into electrical energy |
-
2014
- 2014-03-04 RU RU2014108039/28A patent/RU2555197C1/en active
-
2015
- 2015-02-25 WO PCT/RU2015/000118 patent/WO2015133933A1/en active Application Filing
Patent Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2011114099A (en) * | 2008-09-12 | 2012-10-20 | Солютиа Инк. (Us) | THIN FILMED PHOTOELECTRIC MODULE WITH PROFILED SUBSTRATE |
WO2010101054A1 (en) * | 2009-03-02 | 2010-09-10 | シャープ株式会社 | Process for producing semiconductor device |
WO2012074176A1 (en) * | 2010-11-30 | 2012-06-07 | 주식회사 선반도체 | Solar cell and a production method therefor |
WO2013002662A1 (en) * | 2011-06-27 | 2013-01-03 | Общество С Ограниченной Ответственностью "Инносфера Технолоджи" | Device for converting solar energy |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
WO2021046258A1 (en) * | 2019-09-04 | 2021-03-11 | Unm Rainforest Innovations | Flexibility-assisted heat removal in thin crystalline silicon solar cells |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
WO2015133933A1 (en) | 2015-09-11 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US7804023B2 (en) | Bifacial thin film solar cell and method for making the same | |
AU2014308538B2 (en) | A device for generating electric energy | |
US8242351B2 (en) | Solar cell structure including a plurality of concentrator elements with a notch design and predetermined radii and method | |
US20130118559A1 (en) | Busses for bifacial photovoltaic cells | |
US20110192460A1 (en) | Solar Power Generator | |
JPWO2012046319A1 (en) | Solar cell module | |
WO2008127142A1 (en) | Photovoltaic module | |
US9082911B2 (en) | Three-dimensional metamaterial device with photovoltaic bristles | |
US20120152317A1 (en) | High concentration photovoltaic module | |
WO2014142650A1 (en) | Concentrating solar panel with diffuse light conversion | |
US8669460B2 (en) | System and methods for optimal light collection array | |
US20090188563A1 (en) | Solar Cell Structure Including A Plurality of Concentrator Elements With A Notch Design and Predetermined Radii and Method | |
US20160064588A1 (en) | Concentrator lens for directing light to a photovoltaic target or mirrored surface and a dynamic window apparatus utilizing the same | |
KR20140097057A (en) | Domed photovoltaic device | |
RU2555197C1 (en) | Device for converting solar energy | |
US20140130842A1 (en) | Bussing for pv-module with unequal-efficiency bi-facial pv-cells | |
RU2690728C1 (en) | Concentrator-planar solar photoelectric module | |
US10079571B2 (en) | Photovoltaic systems with intermittent and continuous recycling of light | |
RU2354005C1 (en) | Photoelectric module | |
EP3459122A1 (en) | Photovoltaic module | |
WO2013002662A1 (en) | Device for converting solar energy | |
RU2544866C1 (en) | Device with photoreceiving layer for conversion of solar energy into electrical energy | |
Chatten et al. | Luminescent and geometric concentrators for building integrated photovoltaics | |
CN104332508A (en) | Solar cell module | |
US20190353882A1 (en) | Solar concentrator apparatus and solar collector array |