RU2580462C1 - Солнечный модуль с концентратором - Google Patents
Солнечный модуль с концентратором Download PDFInfo
- Publication number
- RU2580462C1 RU2580462C1 RU2015104574/06A RU2015104574A RU2580462C1 RU 2580462 C1 RU2580462 C1 RU 2580462C1 RU 2015104574/06 A RU2015104574/06 A RU 2015104574/06A RU 2015104574 A RU2015104574 A RU 2015104574A RU 2580462 C1 RU2580462 C1 RU 2580462C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- mirror
- concentrator
- angle
- working surface
- solar
- Prior art date
Links
Images
Classifications
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E10/00—Energy generation through renewable energy sources
- Y02E10/40—Solar thermal energy, e.g. solar towers
Landscapes
- Photovoltaic Devices (AREA)
Abstract
Изобретение относится к гелиотехнике, в частности к солнечным модулям с концентраторами солнечного излучения для получения электричества и тепла. Солнечный модуль с концентратором имеет рабочую поверхность, на которую падает излучение, на рабочей поверхности установлены миниатюрные зеркальные отражатели, выполненные в виде жалюзи из плоских зеркальных отражателей, жалюзи содержат устройство для изменения расстояния между зеркальными отражателями, расстояние а между миниатюрными зеркальными отражателями на рабочей поверхности, угол входа лучей β0, выхода лучей β1 и угол φ наклона зеркальных отражателей связаны соотношениями, указанными в формуле изобретения. Концентратор может быть выполнен в виде призмы полного внутреннего отражения или в виде полупараболоцилиндрического зеркального отражателя. Изобретение должно повысить удельную мощность приемника. 2 з.п. ф-лы, 3 ил.
Description
Изобретение относится к гелиотехнике, в частности к солнечным модулям с концентраторами солнечного излучения для получения электричества и тепла.
Известен солнечный модуль с концентратором на основе параболоцилиндрических фоклинов, установленных с двух сторон по краям фотопреобразователей (Solar Today, July/August 1997, р. 31).
Недостатком известного модуля является низкий коэффициент концентрации 2-2,5. Другим недостатком является большая высота модуля с концентратором, превышающая размер плоского модуля без концентратора в 4-6 раз.
Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому изобретению является солнечный модуль, содержащий концентратор энергии, имеющий рабочую поверхность, на которую падает солнечное излучение, на рабочей поверхности призмы установлены миниатюрные зеркальные экраны, выполненные в виде жалюзи из плоских зеркальных отражателей, скоммутированные фотопреобразователи выполнены с двусторонней рабочей поверхностью, концентратор - в виде двух симметрично расположенных призм, имеющих общий фотопреобразователь, а на рабочей поверхности концентратора в зоне одной или обеих призм установлены миниатюрные зеркальные отражатели (патент РФ №2133415. Солнечный фотоэлектрический модуль (варианты) / Безруких П.П., Стребков Д.С., Тверьянович Э.В., Иродионов А.Е. // БИ. 1999. №20).
Недостатками всех известных типов фотоэлектрических модулей является низкая удельная мощность фотопреобразователя.
Задачей предлагаемого изобретения является создание солнечного модуля со статическим концентратором, имеющим размеры в поперечном сечении, соизмеримые с размерами плоского модуля и имеющие повышенную удельную мощность приемника.
В результате использования предлагаемого солнечного модуля повышается удельная мощность приемника.
Вышеуказанный технический результат достигается тем, что в солнечном модуле с концентратором, имеющем рабочую поверхность, на которую падает излучение, на рабочей поверхности установлены миниатюрные зеркальные экраны, выполненные в виде жалюзи из плоских зеркальных отражателей, жалюзи содержат устройство для изменения расстояния между зеркальными отражателями, расстояние а между миниатюрными зеркальными отражателями на рабочей поверхности, угол входа лучей β0, выхода лучей β1 и угол φ наклона зеркальных отражателей связаны соотношениями:
β0=2φ-arctg(2tgφ)
а 0=d·sinφ0
где d - длина каждого миниатюрного зеркального отражателя,
φ0 - начальный угол наклона зеркального отражателя,
а0 - расстояние между зеркальными отражателями при начальном угле φ0,
углы β0, β1 φ0 и угол φ отсчитываются от вертикали к рабочей поверхности против часовой стрелки.
В варианте солнечного модуля концентратор выполнен в виде призмы полного внутреннего отражения.
В варианте солнечного модуля концентратор выполнен в виде полупараболоцилиндрического зеркального отражателя.
Сущность изобретения иллюстрируется на фиг. 1-3, где на фиг. 1 показана оптическая система и ход лучей в солнечном модуле с концентратором; на фиг. 2 - солнечный модуль с жалюзи из плоских зеркальных отражателей и призменным концентратором, поперечное сечение; на фиг. 3 - солнечный модуль с концентратором в виде полупараболоцилиндрического зеркального отражателя.
На фиг. 1 солнечный модуль с концентратором содержит жалюзи 1 из N зеркальных отражателей 2 длиной d, установленных друг от друга на расстоянии а под углом φ к вертикальной плоскости. Жалюзи содержат устройство 3 для изменения расстояния между зеркальными отражателями и угла наклона зеркальных отражателей 2. Обозначим через β0 и β1 угол входа луча и выхода лучей в оптической системе. Углы β0 и β1 отсчитываются от вертикальной плоскости. Угол β1 выбирается из условия максимального отклонения отраженного луча на выходе из жалюзи на расстоянии 2 а-δ от точки входа луча, где δ - бесконечно малая величина, обеспечивающая полную оптическую прозрачность жалюзи.
При расчете жалюзи на фиг. 1 принимается, что точки В и D находятся на одной вертикали к поверхности для всех зеркал при любом угле φ. Это означает, что при увеличении φ растет расстояние а между зеркалами. Для практических применений важно использовать жалюзи, в которых ширина зеркала остается постоянной при изменении угла φ наклона зеркал, а расстояние а между зеркалами изменяется. Фиксируем величину AD=d - ширина зеркального отражателя и φ0 - начальный угол наклона зеркального отражателя, при котором точки В и D находятся в одной вертикальной плоскости (фиг. 1).
На фиг. 1 видно, что при φ>φ0, d=const, В′ находится на одной вертикали с точкой D′. На фиг. 1 показаны положения второго зеркала В′Е и ход отраженного луча AE′ при d=const, при котором В′ находится на одной вертикали с D′.
При φ>φ0, чтобы отраженный луч β1 уместился в размер D′E′=а, надо увеличивать β0 и а.
Угол выхода отраженного луча на фиг. 1:
Расстояние между миниатюрными отражателями при начальном угле φ0 зеркальных отражателей:
При произвольном угле φ наклона зеркальных отражателей
Из (2) и (3) следует:
На фиг. 2 солнечный модуль с концентратором энергии содержит призму полного внутреннего отражения 4 с острым углом ψ, на боковой грани 5 которой установлен приемник 6. Призма имеет тыльную зеркальную поверхность 7 и рабочую поверхность 8, на которую падает излучение. На рабочей поверхности 8 призмы 4 установлены соединенные в жалюзи 1 миниатюрные зеркальные отражатели 2 с устройством 3 изменения расстояния между зеркальными отражателями и угла наклона зеркальных отражателей.
На фиг. 3 концентратор солнечной энергии выполнен в виде полупараболоцилиндрического отражателя 9 с параметрическим углом δ с фокальной осью 10 и приемником 11.
Приведем пример выполнения солнечного модуля с концентратором (фиг. 3).
Жалюзи 1 состоят из зеркальных отражателей 2 размером d=50 мм, расстояние между отражателями а=20 мм, l=1250 мм. Угол наклона зеркальных отражателей φ=22,5°, угол входа лучей β0=5,4°, углы выхода лучей β5=39,6°, β6=73,8°, пропускание Δ=4,37 мм, апертурный угол полупараболоцилиндрического концентратора 9 δ=26,2°, зеркальные отражатели концентратора 2 выполнены из стеклянных фацет. Приемник 11 имеет размеры 125×1250 мм, состоит из 36 кремниевых солнечных элементов размером 125×31,25 мм, соединенных последовательно. Геометрический коэффициент концентрации к=4,32, косинусные потери 4,4%, оптический КПД 80%, КПД приемника 15%. Площадь модуля 0,6875 м2. Общий КПД модуля 11,946%. Пиковая электрическая мощность 82,13 Вт при освещенности 1 кВт м2 и температуре 25°C.
Солнечный модуль с концентратором работает следующим образом (фиг. 2).
Солнечное излучение поступает на зеркальный отражатель 2 под углом входа β0, попадает на рабочую поверхность призмы 4 под углом β1, под углом β2 поступает на зеркальную поверхность 7 и после отражения от зеркальной поверхности 7 под углом β3 и полного внутреннего отражения от рабочей поверхности 8 под углом β4 попадает на приемник 6. Выполнение модуля в виде полупараболоцилиндрического или призменного концентратора с миниатюрными зеркальными отражателями позволяет увеличить концентрацию солнечного излучения и удельную мощность солнечного модуля с концентратором по сравнению с солнечным модулем с призменным концентратором и уменьшить толщину солнечного модуля за счет снижения острого угла призменного концентратора ψ и параметрического угла δ в полупараболоцилиндрическом концентраторе.
Claims (3)
1. Солнечный модуль с концентратором, имеющий рабочую поверхность, на которую падает излучение, на рабочей поверхности установлены миниатюрные зеркальные экраны, выполненные в виде жалюзи из плоских зеркальных отражателей, отличающийся тем, что жалюзи содержат устройство для изменения расстояния между зеркальными отражателями, расстояние a между миниатюрными зеркальными отражателями на рабочей поверхности, угол входа лучей β0, выхода лучей β1 и угол φ наклона зеркальных отражателей связаны соотношениями:
β0=2φ-arctg(2tgφ)
a0=d·sin φ0
где d - длина каждого миниатюрного зеркального отражателя,
φ0 - начальный угол наклона зеркального отражателя,
a0 - расстояние между зеркальными отражателями при начальном угле φ0,
углы β0, β1, φ0 и угол φ отсчитываются от вертикали к рабочей поверхности против часовой стрелки.
β0=2φ-arctg(2tgφ)
a0=d·sin φ0
где d - длина каждого миниатюрного зеркального отражателя,
φ0 - начальный угол наклона зеркального отражателя,
a0 - расстояние между зеркальными отражателями при начальном угле φ0,
углы β0, β1, φ0 и угол φ отсчитываются от вертикали к рабочей поверхности против часовой стрелки.
2. Солнечный модуль по п. 1, отличающийся тем, что концентратор выполнен в виде призмы полного внутреннего отражения.
3. Солнечный модуль по п. 1, отличающийся тем, что концентратор выполнен в виде полупараболоцилиндрического зеркального отражателя.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2015104574/06A RU2580462C1 (ru) | 2015-02-11 | 2015-02-11 | Солнечный модуль с концентратором |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2015104574/06A RU2580462C1 (ru) | 2015-02-11 | 2015-02-11 | Солнечный модуль с концентратором |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2580462C1 true RU2580462C1 (ru) | 2016-04-10 |
Family
ID=55794102
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2015104574/06A RU2580462C1 (ru) | 2015-02-11 | 2015-02-11 | Солнечный модуль с концентратором |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2580462C1 (ru) |
Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US4143640A (en) * | 1975-05-08 | 1979-03-13 | Massachusetts Institute Of Technology | Venetian-blind solar collector |
RU2133415C1 (ru) * | 1998-04-29 | 1999-07-20 | Всероссийский научно-исследовательский институт электрификации сельского хозяйства | Солнечный фотоэлектрический модуль (варианты) |
RU2172903C1 (ru) * | 2000-04-07 | 2001-08-27 | Стребков Дмитрий Семенович | Солнечный модуль с концентратом |
RU2303205C1 (ru) * | 2006-03-24 | 2007-07-20 | Российская Академия сельскохозяйственных наук Государственное научное учреждение Всероссийский научно-исследовательский институт электрификации сельского хозяйства (ГНУ ВИЭСХ РОССЕЛЬХОЗАКАДЕМИИ) | Солнечная энергетическая установка (варианты) |
-
2015
- 2015-02-11 RU RU2015104574/06A patent/RU2580462C1/ru not_active IP Right Cessation
Patent Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US4143640A (en) * | 1975-05-08 | 1979-03-13 | Massachusetts Institute Of Technology | Venetian-blind solar collector |
RU2133415C1 (ru) * | 1998-04-29 | 1999-07-20 | Всероссийский научно-исследовательский институт электрификации сельского хозяйства | Солнечный фотоэлектрический модуль (варианты) |
RU2172903C1 (ru) * | 2000-04-07 | 2001-08-27 | Стребков Дмитрий Семенович | Солнечный модуль с концентратом |
RU2303205C1 (ru) * | 2006-03-24 | 2007-07-20 | Российская Академия сельскохозяйственных наук Государственное научное учреждение Всероссийский научно-исследовательский институт электрификации сельского хозяйства (ГНУ ВИЭСХ РОССЕЛЬХОЗАКАДЕМИИ) | Солнечная энергетическая установка (варианты) |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
Ali et al. | An optical analysis of a static 3-D solar concentrator | |
Leutz et al. | Design of a nonimaging Fresnel lens for solar concentrators | |
Ries et al. | High-flux photovoltaic solar concentrators with kaleidoscope-based optical designs | |
Antonini et al. | Modelling of compound parabolic concentrators for photovoltaic applications | |
ES2399254B1 (es) | Sistema reflexivo de concentracion solar fotovoltaica | |
Paul | Application of compound parabolic concentrators to solar photovoltaic conversion: A comprehensive review | |
RU2503895C2 (ru) | Солнечный модуль с концентратором и способ его изготовления (варианты) | |
Khalid et al. | Optical performance of quasi-stationary, low-concentration, and low-profile compound parabolic concentrators | |
Onubogu et al. | Optical characterization of two-stage non-imaging solar concentrator for active daylighting system | |
RU2301379C2 (ru) | Гелиоэнергетический модуль для преобразования электромагнитного излучения от удаленного источника светового излучения (варианты) | |
RU2520803C2 (ru) | Солнечный модуль с концентратором и способ его изготовления | |
ZA200502622B (en) | Method of increasing the output power from photovoltaic cells. | |
RU2576742C2 (ru) | Солнечный модуль с концентратором | |
RU2580462C1 (ru) | Солнечный модуль с концентратором | |
RU2576752C2 (ru) | Солнечный модуль с концентратором | |
RU2576072C2 (ru) | Солнечный модуль с концентратором и способ его изготовления | |
RU2576739C2 (ru) | Солнечный модуль с концентратором | |
RU2154778C1 (ru) | Солнечный фотоэлектрический модуль с концентратором | |
CN104297826B (zh) | 一种用于聚光系统的非成像二次反射镜 | |
RU2204769C2 (ru) | Солнечный модуль с концентратором | |
RU2557272C1 (ru) | Кровельная солнечная панель | |
RU2599076C2 (ru) | Солнечный модуль с концентратором | |
RU2608797C2 (ru) | Солнечный модуль с концентратором (варианты) | |
JP2010169981A (ja) | 太陽レンズと太陽光利用装置 | |
CN110325801B (zh) | 太阳能聚光器 |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20170212 |