RU2608797C2 - Solar module with concentrator (versions) - Google Patents

Solar module with concentrator (versions) Download PDF

Info

Publication number
RU2608797C2
RU2608797C2 RU2014149590A RU2014149590A RU2608797C2 RU 2608797 C2 RU2608797 C2 RU 2608797C2 RU 2014149590 A RU2014149590 A RU 2014149590A RU 2014149590 A RU2014149590 A RU 2014149590A RU 2608797 C2 RU2608797 C2 RU 2608797C2
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
angle
rays
cylindrical
plane
concentrator
Prior art date
Application number
RU2014149590A
Other languages
Russian (ru)
Other versions
RU2014149590A (en
Inventor
Дмитрий Семенович Стребков
Original Assignee
Федеральное государственное бюджетное научное учреждение Федеральный научный агроинженерный центр ВИМ (ФГБНУ ФНАЦ ВИМ)
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 Федеральное государственное бюджетное научное учреждение Федеральный научный агроинженерный центр ВИМ (ФГБНУ ФНАЦ ВИМ) filed Critical Федеральное государственное бюджетное научное учреждение Федеральный научный агроинженерный центр ВИМ (ФГБНУ ФНАЦ ВИМ)
Priority to RU2014149590A priority Critical patent/RU2608797C2/en
Publication of RU2014149590A publication Critical patent/RU2014149590A/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2608797C2 publication Critical patent/RU2608797C2/en

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02S—GENERATION OF ELECTRIC POWER BY CONVERSION OF INFRARED RADIATION, VISIBLE LIGHT OR ULTRAVIOLET LIGHT, e.g. USING PHOTOVOLTAIC [PV] MODULES
    • H02S10/00—PV power plants; Combinations of PV energy systems with other systems for the generation of electric power
    • H02S10/30—Thermophotovoltaic systems
    • 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

  • Optical Elements Other Than Lenses (AREA)
  • Lenses (AREA)

Abstract

FIELD: solar engineering.
SUBSTANCE: invention relates to solar engineering, in particular, to solar modules with concentrators of solar radiation to obtain electricity and heat. Solar module with concentrator, having a working surface, on which solar radiation is incident, concentrator and radiation receiver, on working surface there is deflecting optical system, made in form of louvres made of mirror facets, having a surface for input and output of beams, mirror facets are made in form of cylindrical mirror reflectors with curvature radius R and beam input plane with width d and are placed in an optically transparent medium with refraction index n, beam exit angle β1 for cylindrical mirror reflectors, beam exit angle of deflecting optical system β2, angle ϕ0 of inclination of beam entrance plane of cylindrical mirror reflectors and their curvature radius R at normal incidence of rays on working surface of module are related through relationships given in patent claim, distance a between cylindrical mirror reflectors on working surface and width of input surface of cylindrical mirror reflectors satisfies relationship a=dsin ϕ0, wherein for any angles ϕ0 lower face of cylindrical mirror reflector and upper face of next cylindrical mirror reflector are located in one vertical plane. There is also a second version of solar module.
EFFECT: use of invention increases specific power module and reduces its cost.
4 cl, 6 dwg

Description

Изобретение относится к гелиотехнике, в частности к солнечным модулям с концентраторами солнечного излучения для получения электричества и тепла.The invention relates to solar engineering, in particular to solar modules with solar radiation concentrators for generating electricity and heat.

Известен солнечный модуль с концентратором на основе параболоцилиндрических фоклинов, установленных с двух сторон по краям фотопреобразователей (Solar Tobay, Yuly/August 1997, p. 31).A solar module with a concentrator based on parabolic cylindrical foklins mounted on both sides along the edges of photoconverters is known (Solar Tobay, Yuly / August 1997, p. 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.A disadvantage of the known module is the low concentration ratio of 2-2.5. Another disadvantage is the high height of the module with a hub, 4-6 times the size of a flat module without a hub.

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 фацет, 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 экраны (Патент РФ №2133415. Солнечный фотоэлектрический модуль (варианты) / Безруких П.П., Стребков Д.С., Тверьянович Э.В., Иродионов А.Е. // БИ. 1999. №20).The closest in technical essence to the present invention is a solar module containing an energy concentrator having a working surface on which solar radiation is incident, miniature mirror screens are installed on the working surface of the prism, made in the form of blinds made of flat mirror faces, the connected photo converters are made with a two-sided working surface, the concentrator - in the form of two symmetrically located prisms having a common photoconverter, and on the working surface miniature mirror screens are installed in the area of one or both prisms (RF Patent No. 2133415. Solar photovoltaic module (options) / Bezrukikh P.P., Strebkov D.S., Tveryanovich E.V., Irodionov A.E. // BI 1999. No. 20).

Недостатками известного солнечного модуля являются большие оптические потери в жалюзи и низкий коэффициент концентрации.The disadvantages of the known solar module are large optical losses in the blinds and a low concentration coefficient.

Задачей предлагаемого изобретения является создание солнечного модуля с концентратором, имеющего высокий оптический КПД и высокий коэффициент концентрации солнечного излучения.The objective of the invention is the creation of a solar module with a concentrator having a high optical efficiency and a high concentration coefficient of solar radiation.

В результате использования предлагаемого солнечного модуля повышается удельная мощность модуля и снижается его стоимость.As a result of using the proposed solar module, the specific power of the module increases and its cost decreases.

Вышеуказанный технический результат достигается тем, что в солнечном модуле с концентратором, имеющем рабочую поверхность, на которую падает солнечное излучение, концентратор и приемник излучения, на рабочей поверхности установлена отклоняющая оптическая система, выполненная в виде жалюзи из зеркальных фацет, имеющая поверхности входа и выхода лучей, зеркальные фацеты выполнены в виде цилиндрических зеркальных отражателей с радиусом кривизны R и плоскостью входа лучей шириной d и помещены в оптически прозрачную среду с коэффициентом преломления n, угол выхода лучей β1 для цилиндрических зеркальных отражателей, угол выхода лучей отклоняющей оптической системы β2, угол ϕ0 наклона плоскости входа лучей цилиндрических зеркальных отражателей и их радиус кривизны R при нормальном падении лучей на рабочую поверхность модуля связаны соотношениями:The above technical result is achieved by the fact that in a solar module with a concentrator having a working surface on which solar radiation is incident, a concentrator and a radiation receiver, a deflecting optical system is installed on the working surface, made in the form of a mirror facet blinds having input and output ray surfaces The mirror facets are made in the form of cylindrical mirror reflectors with a radius of curvature R and an input plane of rays of width d and placed in an optically transparent medium with a coefficient relomleniya n, output ray angle β 1 for the cylindrical mirror reflectors, the angle of the output beam deflecting optical system β 2, the angle of inclination φ 0 input beams cylindrical plane mirror reflectors and their radius of curvature R at normal incidence of beams on the work surface modules are related by:

β1=2ϕ0-2θ при ϕ<ϕ0,β 1 = 2ϕ 0 -2θ for ϕ <ϕ 0 ,

β1=2ϕ0+2θ при ϕ>ϕ0,β 1 = 2ϕ 0 + 2θ for ϕ> ϕ 0 ,

β1=2ϕ0, θ=0 при ϕ=ϕ0,β 1 = 2ϕ 0 , θ = 0 for ϕ = ϕ 0 ,

β2=arcsin[(sin β1)⋅n],β 2 = arcsin [(sin β 1 ) ⋅n],

Figure 00000001
Figure 00000001

Figure 00000002
Figure 00000002

где β1 - угол выхода лучей для цилиндрических зеркальных отражателей;where β 1 is the angle of the rays for cylindrical specular reflectors;

β2 - угол выхода лучей отклоняющей оптической системы;β 2 - the angle of exit of the rays of the deflecting optical system;

ϕ0 - угол наклона плоскости входа лучей цилиндрических зеркальных отражателей;ϕ 0 - the angle of inclination of the input plane of the rays of the cylindrical mirror reflectors;

n - коэффициент преломления оптической прозрачной среды;n is the refractive index of an optical transparent medium;

ϕ - угол наклона касательной плоскости к поверхности цилиндрического зеркального отражателя в точке падения лучей;ϕ is the angle of inclination of the tangent plane to the surface of the cylindrical specular reflector at the point of incidence of the rays;

θ - угол между плоскостью входа лучей цилиндрического зеркального отражателя и касательной плоскостью к поверхности цилиндрического зеркального отражателя в точке падения лучей;θ is the angle between the plane of entry of the rays of the cylindrical specular reflector and the tangent plane to the surface of the cylindrical specular reflector at the point of incidence of the rays;

θ0 - угол между плоскостью входа лучей и касательной плоскостью на краях цилиндрического зеркального отражателя,θ 0 is the angle between the plane of entry of the rays and the tangent plane at the edges of the cylindrical mirror reflector,

углы β1, β2, ϕ и ϕ0 отсчитываются от вертикали к рабочей поверхности против часовой стрелки, расстояние а между цилиндрическими зеркальными отражателями на рабочей поверхности и ширина поверхности входа цилиндрических зеркальных отражателей удовлетворяет соотношению:the angles β 1 , β 2 , ϕ and ϕ 0 are counted from the vertical to the working surface counterclockwise, the distance and between the cylindrical mirror reflectors on the working surface and the width of the entrance surface of the cylindrical mirror reflectors satisfies the relation:

a=dsin ϕ0, a = dsin ϕ 0 ,

при котором для любых углов ϕ0 нижняя грань цилиндрического зеркального отражателя и верхняя грань следующего цилиндрического зеркального отражателя находятся в одной вертикальной плоскости, а концентратор выполнен в виде призмы полного внутреннего отражения с острым углом ψ, который связан с коэффициентом преломления материала призмы n1 и углом выхода лучей β2 соотношением:at which for any angles ϕ 0 the lower face of the cylindrical specular reflector and the upper face of the next cylindrical specular reflector are in the same vertical plane, and the hub is made in the form of a prism of total internal reflection with an acute angle ψ, which is associated with the refractive index of the prism material n 1 and the angle the output of the rays β 2 ratio:

Figure 00000003
Figure 00000003

где n - коэффициент преломления оптической прозрачной среды;where n is the refractive index of an optical transparent medium;

β2 - угол выхода лучей отклоняющей оптической системы;β 2 - the angle of exit of the rays of the deflecting optical system;

n1 - коэффициент преломления материала призмы.n 1 is the refractive index of the prism material.

В другом варианте солнечного модуля с концентратором модуль содержит установленные в одной плоскости вторую оптическую отклоняющую систему и второй призменный концентратор с общим двусторонним приемником, а угол между поверхностями входа цилиндрических зеркальных отражателей первой и второй отклоняющих оптических систем равен 2ϕ0.In another embodiment of a solar module with a concentrator, the module comprises a second optical deflecting system and a second prism concentrator with a common two-sided receiver mounted in the same plane, and the angle between the input surfaces of the cylindrical mirror reflectors of the first and second deflecting optical systems is 2ϕ 0 .

Вышеуказанный технический результат достигается также тем, что в солнечном модуле с концентратором, имеющем рабочую поверхность, на которую падает солнечное излучение, концентратор и приемник излучения, на рабочей поверхности установлена отклоняющая оптическая система, выполненная в виде жалюзи из зеркальных фацет, имеющая поверхности входа и выхода лучей, зеркальные фацеты выполнены в виде цилиндрических зеркальных отражателей с радиусом кривизны R и плоскостью входа лучей шириной d и помещены в оптически прозрачную среду с коэффициентом преломления n, угол выхода лучей β1 для цилиндрических зеркальных отражателей, угол выхода лучей отклоняющей оптической системы β2, угол ϕ0 наклона плоскости входа лучей цилиндрических зеркальных отражателей и их радиус кривизны R при нормальном падении лучей на рабочую поверхность модуля связаны соотношениями:The above technical result is also achieved by the fact that in a solar module with a concentrator having a working surface on which solar radiation is incident, a concentrator and a radiation receiver, a deflecting optical system is installed on the working surface, made in the form of blinds made of mirror facets, having input and output surfaces rays, mirror facets are made in the form of cylindrical mirror reflectors with a radius of curvature R and an entrance plane of rays of width d and placed in an optically transparent medium with a coefficient ntom refractive index n, the output ray angle β 1 for the cylindrical mirror reflectors, the angle of the output beam deflecting optical system β 2, the angle of inclination φ 0 input beams cylindrical plane mirror reflectors and their radius of curvature R at normal incidence of beams on the work surface modules are related by:

β1=2ϕ0-2θ при ϕ<ϕ0,β 1 = 2ϕ 0 -2θ for ϕ <ϕ 0 ,

β1=2ϕ0+2θ при ϕ>ϕ0,β 1 = 2ϕ 0 + 2θ for ϕ> ϕ 0 ,

β1=2ϕ0, θ=0 при ϕ=ϕ0,β 1 = 2ϕ 0 , θ = 0 for ϕ = ϕ 0 ,

β2=arcsin[(sin β1)⋅n],β 2 = arcsin [(sin β 1 ) ⋅n],

Figure 00000004
Figure 00000004

Figure 00000005
Figure 00000005

где β1 - угол выхода лучей для цилиндрических зеркальных отражателей;where β 1 is the angle of the rays for cylindrical specular reflectors;

β2 - угол выхода лучей отклоняющей оптической системы;β 2 - the angle of exit of the rays of the deflecting optical system;

ϕ0 - угол наклона плоскости входа лучей цилиндрических зеркальных отражателей;ϕ 0 - the angle of inclination of the input plane of the rays of the cylindrical mirror reflectors;

n - коэффициент преломления оптической прозрачной среды;n is the refractive index of an optical transparent medium;

ϕ - угол наклона касательной плоскости к поверхности цилиндрического зеркального отражателя в точке падения лучей;ϕ is the angle of inclination of the tangent plane to the surface of the cylindrical specular reflector at the point of incidence of the rays;

θ - угол между плоскостью входа лучей цилиндрического зеркального отражателя и касательной плоскостью к поверхности цилиндрического зеркального отражателя в точке падения лучей;θ is the angle between the plane of entry of the rays of the cylindrical specular reflector and the tangent plane to the surface of the cylindrical specular reflector at the point of incidence of the rays;

θ0 - угол между плоскостью входа лучей и касательной плоскостью на краях цилиндрического зеркального отражателя,θ 0 is the angle between the plane of entry of the rays and the tangent plane at the edges of the cylindrical mirror reflector,

углы β1, β2, ϕ и ϕ0 отсчитываются от вертикали к рабочей поверхности против часовой стрелки, расстояние а между цилиндрическими зеркальными отражателями на рабочей поверхности и ширина поверхности входа цилиндрических зеркальных отражателей удовлетворяет соотношению;angles β 1 , β 2 , ϕ and ϕ 0 are counted from the vertical to the working surface counterclockwise, the distance a between the cylindrical mirror reflectors on the working surface and the width of the entrance surface of the cylindrical mirror reflectors satisfies the relation;

a=dsin ϕ0, a = dsin ϕ 0 ,

при котором для любых углов ϕ0 нижняя грань цилиндрического зеркального отражателя и верхняя грань следующего цилиндрического зеркального отражателя находятся в одной вертикальной плоскости, а концентратор выполнен в виде полупараболоцилиндрического зеркального отражателя с апертурным углом δ, который связан с углом β2 следующим соотношением:at which, for any angles ϕ 0, the lower face of the cylindrical specular reflector and the upper face of the next cylindrical specular reflector are in the same vertical plane, and the hub is made in the form of a semi-parabolic cylindrical specular reflector with an aperture angle δ, which is connected with the angle β 2 by the following relation:

β2≥90°-2δ.β 2 ≥90 ° -2δ.

В другом варианте солнечного модуля с концентратором модуль содержит установленные в одной плоскости вторую оптическую отклоняющую систему и второй полупараболоцилиндрический концентратор с общим двусторонним приемником, а угол между поверхностями входа цилиндрических зеркальных отражателей первой и второй отклоняющих оптических систем равен 2ϕ0.In another embodiment of a solar module with a concentrator, the module comprises a second optical deflecting system and a second semi-parabolic-cylindrical concentrator with a common two-sided receiver mounted in the same plane, and the angle between the input surfaces of the cylindrical reflector of the first and second deflecting optical systems is 2ϕ 0 .

Солнечный модуль с концентратором иллюстрируется на фиг. 1-6.A solar module with a hub is illustrated in FIG. 1-6.

На фиг. 1 представлена схема оптической отклоняющей системы с цилиндрическими зеркальными отражателями, которые помещены в оптически прозрачную среду, и ход лучей в ней (двухмерное изображение).In FIG. 1 shows a diagram of an optical deflecting system with cylindrical mirror reflectors that are placed in an optically transparent medium, and the path of the rays in it (two-dimensional image).

На фиг. 2 представлен ход лучей в солнечном модуле с призменным концентратором с оптической отклоняющей системой в виде жалюзи из миниатюрных цилиндрических отражателей, которые помещены в оптически прозрачную среду.In FIG. Figure 2 shows the beam path in a solar module with a prism concentrator with an optical deflecting system in the form of blinds made of miniature cylindrical reflectors that are placed in an optically transparent medium.

На фиг. 3 показан общий вид солнечного модуля с одной оптической отклоняющей системой и призменным концентратором.In FIG. 3 shows a general view of a solar module with one optical deflecting system and a prism concentrator.

На фиг. 4 показан солнечный модуль с концентратором, состоящий из первой и второй оптических отклоняющих систем в виде жалюзи из зеркальных цилиндрических отражателей, которые помещены в оптически прозрачную среду, и первого и второго призменного концентратора с общим приемником.In FIG. 4 shows a solar module with a concentrator, consisting of the first and second optical deflecting systems in the form of blinds made of mirror cylindrical reflectors that are placed in an optically transparent medium, and the first and second prism concentrators with a common receiver.

На фиг. 5 показан общий вид солнечного модуля с одной оптической отклоняющей системой и с одним полупараболоцилиндрическим концентратором.In FIG. 5 shows a general view of a solar module with one optical deflecting system and with one semi-parabolic cylinder concentrator.

На фиг. 6 представлен солнечный модуль с концентратором, состоящий из первой и второй оптических отклоняющих систем в виде жалюзи из зеркальных цилиндрических отражателей, которые помещены в оптически прозрачную среду, и первого и второго полуцилиндрического концентратора с общим приемником.In FIG. 6 shows a solar module with a concentrator, consisting of the first and second optical deflecting systems in the form of blinds made of mirror cylindrical reflectors that are placed in an optically transparent medium, and the first and second half-cylindrical concentrators with a common receiver.

Солнечный модуль с концентратором на фиг. 1 содержит зеркальную отклоняющую периодическую оптическую систему 1 высотой h, шириной l и длиной L, состоящую из цилиндрических зеркальных отражателей 2 с радиусом кривизны R и с плоскостью 3 входа лучей шириной d, установленных под углом ϕ0. Солнечный модуль имеет рабочую поверхность 4, на которую падает излучение 5. Цилиндрические зеркальные отражатели 2 установлены друг от друга на расстоянии а под углом ϕ0 к вертикальной плоскости и помещены в оптически прозрачную среду 6 с коэффициентом преломления n.The solar module with the concentrator in FIG. 1 contains a mirror deflecting periodic optical system 1 of height h, width l and length L, consisting of cylindrical mirror reflectors 2 with a radius of curvature R and with an input plane 3 of rays of width d installed at an angle ϕ 0 . The solar module has a working surface 4, on which radiation 5 is incident. Cylindrical mirror reflectors 2 are mounted from each other at a distance a at an angle ϕ 0 to the vertical plane and placed in an optically transparent medium 6 with a refractive index n.

Количество цилиндрических зеркальных отражателей 2 в отклоняющей оптической системе

Figure 00000006
. Обозначим через β1 угол выхода лучей от цилиндрических зеркальных отражателей 2 в оптической системе 1. Угол β1 отсчитывается от вертикальной плоскости. Угол β1 выбирается из условия максимального отклонения отраженного луча на выходе из системы на расстоянии ОЕ=2а.The number of cylindrical mirror reflectors 2 in the deflecting optical system
Figure 00000006
. Denote by β 1 the angle of exit of the rays from the cylindrical mirror reflectors 2 in the optical system 1. The angle β 1 is counted from the vertical plane. The angle β 1 is selected from the condition of maximum deviation of the reflected beam at the exit from the system at a distance of OE = 2 a .

Принимая h=1, получим:Taking h = 1, we get:

Figure 00000007
Figure 00000007

На фиг. 2 касательная 7 в точке А и касательная 8 в точке D к цилиндрическому зеркальному отражателю 2 образуют угол θ0 с плоскостью 3 входа лучей. Обозначим через θ угол между плоскостью входа лучей цилиндрического зеркального отражателя 2 и касательной плоскостью к поверхности цилиндрического зеркального отражателя 2 в точке падения лучей. Касательная 9 в точке G параллельна плоскости 3 входа лучей, поэтому в точке G θ=0. Из фиг. 2 следует, что θ0=max θ в точках А и D, в точке G θ=0, на участке AG θ<ϕ0, а на участке GD θ>ϕ0.In FIG. 2 tangent 7 at point A and tangent 8 at point D to the cylindrical specular reflector 2 form an angle θ 0 with a plane 3 of the input of the rays. Let θ denote the angle between the plane of entry of the rays of the cylindrical specular reflector 2 and the tangent plane to the surface of the cylindrical specular reflector 2 at the point of incidence of the rays. The tangent 9 at the point G is parallel to the plane 3 of the ray input, therefore, at the point G θ = 0. From FIG. 2 it follows that θ 0 = max θ at points A and D, at the point G θ = 0, in the segment AG θ <ϕ 0 , and in the segment GD θ> ϕ 0 .

Радиус кривизны цилиндрического зеркального отражателя R=АО1 и высоту сегмента FG найдем из Δ O1AF: AF=AO1sinθ0, AO1=R,

Figure 00000008
,We find the radius of curvature of the cylindrical specular reflector R = AO 1 and the segment height FG from Δ O 1 AF: AF = AO 1 sinθ 0 , AO 1 = R,
Figure 00000008
,

Figure 00000009
Figure 00000009

FG=O1G-O1F,

Figure 00000010
,
Figure 00000011
.FG = O 1 GO 1 F,
Figure 00000010
,
Figure 00000011
.

Figure 00000012
Figure 00000012

Для лучей, нормальных к рабочей поверхности 4 модуля в точке А: β1=2ϕ-2θ0.For rays normal to the working surface 4 of the module at point A: β 1 = 2ϕ-2θ 0 .

Подставляя β1 из (1), получим для точки А:Substituting β 1 from (1), we obtain for point A:

Figure 00000013
Figure 00000013

В точке В: β1=2ϕ+2θ0.At point B: β 1 = 2ϕ + 2θ 0 .

Figure 00000014
Figure 00000014

В точке G: θ=0, β1=2ϕ0=arctg(2tgϕ0).At the point G: θ = 0, β 1 = 2ϕ 0 = arctan (2tgϕ 0 ).

Для любой точки цилиндрического зеркального отражателя 2:For any point of the cylindrical specular reflector 2:

Figure 00000015
Figure 00000015

где ϕ - угол наклона касательной плоскости к поверхности цилиндрического зеркального отражателя 2 в точке падения лучей, углы β1, ϕ и ϕ0 отсчитываются от вертикали к рабочей поверхности 4 против часовой стрелки.where ϕ is the angle of inclination of the tangent plane to the surface of the cylindrical mirror reflector 2 at the point of incidence of the rays, the angles β 1 , ϕ and ϕ 0 are counted from the vertical to the working surface 4 counterclockwise.

При расчете оптической отклоняющей периодической системы 1 на фиг. 1, 2 принимается, что точки В и D находятся на одной вертикали к поверхности для всех цилиндрических зеркальных отражателей 2 при любом угле ϕ0. Это означает, что при увеличении ϕ0 и постоянной ширине d цилиндрического зеркального отражателя 2 растет расстояние а=tgϕ0, между цилиндрическими зеркальными отражателями.When calculating the optical deflection of the periodic system 1 in FIG. 1, 2, it is assumed that points B and D are on the same vertical to the surface for all cylindrical mirror reflectors 2 for any angle ϕ 0 . This means that with increasing ϕ 0 and a constant width d of the cylindrical mirror reflector 2, the distance a = tgϕ 0 between the cylindrical mirror reflectors increases.

Из фиг. 2 и формул (6) следует, что угол выхода лучей β1 изменяется при отражении лучей от различных участков цилиндрического зеркального отражателя 2.From FIG. 2 and formulas (6) it follows that the angle of exit of the rays β 1 changes when the rays are reflected from different sections of the cylindrical mirror reflector 2.

Figure 00000016
Figure 00000016

Figure 00000017
- угол выхода лучей при отражении от нижнего края (точка D) цилиндрического зеркального отражателя 2,
Figure 00000017
- the exit angle of the rays when reflected from the lower edge (point D) of the cylindrical mirror reflector 2,

Figure 00000018
- угол выхода лучей при отражении от верхнего края (точка А) цилиндрического зеркального отражателя 2.
Figure 00000018
- the angle of exit of the rays when reflected from the upper edge (point A) of the cylindrical mirror reflector 2.

Оптическая отклоняющая система 1 из цилиндрических зеркальных отражателей 2 обеспечивает 100%-е переотражение излучения 5, поступающего на рабочую поверхность 4 солнечного модуля с концентратором.The optical deflecting system 1 of the cylindrical specular reflectors 2 provides 100% re-reflection of the radiation 5 entering the working surface 4 of the solar module with a concentrator.

Обозначим через β2 угол выхода лучей из оптической отклоняющей системы 1, которая содержит прозрачную среду 6, с коэффициентом преломления n.We denote by β 2 the angle of exit of the rays from the optical deflecting system 1, which contains a transparent medium 6, with a refractive index of n.

Figure 00000019
Figure 00000019

Угол β2 отсчитывается от вертикали против часовой стрелки.The angle β 2 is counted from the vertical counterclockwise.

ОбозначимDenote

Figure 00000020
,
Figure 00000020
,

Figure 00000021
Figure 00000021

На фиг. 2 и 3 призменный концентратор 10 выполнен в виде призмы полного внутреннего отражения с коэффициентом преломления n и с острым углом ψ и отделен от отклоняющей оптической системы 1 с помощью воздушного промежутка 11. Луч, выходящий из оптической отклоняющей системы 1 под углом β2 min, поступает на поверхность входа 12 призменного концентратора 10 под углом β3=β2 min. Излучение входит в призменный концентратор 10 под углом

Figure 00000022
, поступает на грань переотражения 13 под углом β5=β4+ψ, отражается от грани переотражения 13 и поступает на поверхность входа 12 под углом β6=β4+2ψ, который должен быть больше угла полного внутреннего отражения
Figure 00000023
.In FIG. 2 and 3, the prism concentrator 10 is made in the form of a prism of total internal reflection with a refractive index n and an acute angle ψ and is separated from the deflecting optical system 1 by an air gap 11. A beam exiting the optical deflecting system 1 at an angle β 2 min to the surface of the entrance 12 of the prismatic concentrator 10 at an angle β 3 = β 2 min . The radiation enters the prism concentrator 10 at an angle
Figure 00000022
arrives at the face of rereflection 13 at an angle β 5 = β 4 + ψ, is reflected from the face of rereflection 13 and enters the surface of the entrance 12 at an angle β 6 = β 4 + 2ψ, which should be greater than the angle of total internal reflection
Figure 00000023
.

Figure 00000024
Figure 00000024

Из (9) получаем соотношение между ψ, β2 min и n1:From (9) we obtain the relation between ψ, β 2 min and n 1 :

Figure 00000025
Figure 00000025

Все входящие лучи, удовлетворяющие условию (1), (6), (8) и (10), будут поступать на приемник 14.All incoming rays that satisfy condition (1), (6), (8) and (10) will arrive at receiver 14.

Коэффициент концентрации к=ctg ψ.Concentration coefficient k = ctg ψ.

В варианте солнечного модуля с концентратором на фиг. 4 первый 15 и второй 16 призменные концентраторы с острыми углами ψ имеют общий двусторонний приемник 17, рабочую поверхность 18, на которой установлены первая 19 и вторая 20 отклоняющие лучи встречно оптические системы, поверхности входа 21 и 22 лучей призменных концентраторов 15 и 16 находятся в одной плоскости, а угол между плоскостями входа 23 и 24 цилиндрических зеркальных отражателей 25 и 26 составляет 2ϕ0. Призменные концентраторы 15, 16 установлены таким образом, что их отраженные потоки излучения направлены навстречу друг другу и поступают на общий двусторонний приемник излучения 17, установленный на опорном устройстве 27 со слежением за солнцем по одной оси.In the embodiment of the solar module with the concentrator in FIG. 4, the first 15 and second 16 prismatic concentrators with sharp angles ψ have a common two-sided receiver 17, a working surface 18, on which the first 19 and second 20 deflecting beams are opposed to optical systems, the input surfaces 21 and 22 of the prism concentrators 15 and 16 are in one plane, and the angle between the input planes 23 and 24 of the cylindrical mirror reflectors 25 and 26 is 2ϕ 0 . The prism concentrators 15, 16 are installed in such a way that their reflected radiation fluxes are directed towards each other and arrive at a common two-sided radiation receiver 17 mounted on the supporting device 27 with tracking the sun along one axis.

Коэффициент концентрации для солнечного модуля с двумя призменными концентраторами 15 и 16 и с двусторонним приемником 17 (фиг. 4) составляет:The concentration coefficient for the solar module with two prism concentrators 15 and 16 and with a two-sided receiver 17 (Fig. 4) is:

к=2ctg ψ.k = 2ctg ψ.

Солнечный модуль с концентратором на фиг. 5 содержит полупараболоцилиндрический концентратор 28 с параметрическим углом δ, фокальной осью F и вершиной O2 с поверхностью входа 29 лучей, которая параллельна рабочей поверхности 4 солнечного модуля с концентратором. Приемник 30 установлен между фокальной осью F и вершиной O2 полупараболоцилиндрического концентратора 28.The solar module with the concentrator in FIG. 5 contains a semi-parabolic cylindrical concentrator 28 with a parametric angle δ, focal axis F and apex O 2 with an input surface 29 of rays that is parallel to the working surface 4 of the solar module with the concentrator. A receiver 30 is mounted between the focal axis F and the apex O 2 of the semi-parabolic cylinder concentrator 28.

В солнечном модуле с концентратором на фиг. 5 отклоняющая оптическая система шириной L=АС создает на поверхности входа 29 лучей полупараболоцилиндрического концентратора 28 поток лучей с углом β2,

Figure 00000026
.In the solar module with the concentrator in FIG. 5 a deflecting optical system with a width of L = AC creates on the input surface 29 rays of a semi-parabolic-cylindrical concentrator 28 a stream of rays with an angle β 2 ,
Figure 00000026
.

Коэффициент концентрации солнечного модуля с концентратором при нормальном падении излучения 5 на рабочую поверхность 4 равен:The concentration coefficient of the solar module with the concentrator with a normal incidence of radiation 5 on the working surface 4 is equal to:

Figure 00000027
.
Figure 00000027
.

Параметрический угол δ определяется из условия:The parametric angle δ is determined from the condition:

Figure 00000028
,
Figure 00000028
,

Figure 00000029
.
Figure 00000029
.

На фиг. 6 солнечный модуль с концентратором содержит первую 31 и вторую 32 отклоняющие лучи встречно оптические системы, у которых угол между поверхностями входа 33 и 34 цилиндрических зеркальных отражателей двух отклоняющих оптических систем составляет 2ϕ0. Солнечный модуль содержит первый 35 и второй 36 полупараболоцилиндрические концентраторы с общей фокальной осью F, общим двухсторонним приемником 37, у которых поверхности входа 38 и 39 находятся в одной плоскости. Линии 40 и 41, которые являются касательными к поверхности полупараболоцилиндрических концентраторов 35 и 36 у поверхностей входа 38 и 39 и внешними границами апертурных углов, образуют между собой угол 180° - 2δ. Коэффициент концентрации солнечного модуля с концентратором на фиг. 6 равен:In FIG. 6, a solar module with a concentrator contains the first 31 and second 32 deflecting beams of counter-optical systems in which the angle between the input surfaces 33 and 34 of the cylindrical mirror reflectors of two deflecting optical systems is 2ϕ 0 . The solar module contains the first 35 and second 36 semi-parabolic cylinders with a common focal axis F, a common two-sided receiver 37, in which the input surfaces 38 and 39 are in the same plane. Lines 40 and 41, which are tangent to the surface of the semi-parabolic cylindrical concentrators 35 and 36 at the entrance surfaces 38 and 39 and the external boundaries of the aperture angles, form an angle of 180 ° - 2δ between themselves. The concentration coefficient of the solar module with the concentrator in FIG. 6 is equal to:

Figure 00000030
.
Figure 00000030
.

Примеры выполнения солнечного модуля с концентраторомExamples of a solar module with a hub

Пример 1. На фиг. 1, 2, 3 отклоняющая оптическая система 1 состоит из 273 цилиндрических зеркальных отражателей 2 размером плоскости входа d=15 мм. Угол наклона плоскости входа 3 цилиндрических зеркальных отражателей ϕ0=18,5°, расстояние между цилиндрическими зеркальными отражателями а=d⋅sinϕ0=4,76 мм, радиус кривизны R=267,78 мм, высота сегмента 0,104 мм, угол входа лучей β0=0°, θ0=1,605°, углы выхода лучей β1 min=35,79°, β1 max=40,21°.Example 1. In FIG. 1, 2, 3, the deflecting optical system 1 consists of 273 cylindrical mirror reflectors 2 with the size of the entrance plane d = 15 mm. The angle of inclination of the inlet plane of 3 cylindrical mirror reflectors ϕ 0 = 18.5 °, the distance between the cylindrical mirror reflectors a = d⋅sinϕ 0 = 4.76 mm, the radius of curvature R = 267.78 mm, the height of the segment 0.104 mm, the angle of entry of the rays β 0 = 0 °, θ 0 = 1.605 °, beam exit angles β 1 min = 35.79 °, β 1 max = 40.21 °.

Углы выхода лучей из оптической отклоняющей системы с оптической средой из стекла с коэффициентом преломления n=1,51:The angles of exit of the rays from the optical deflecting system with an optical medium of glass with a refractive index of n = 1.51:

Figure 00000031
,
Figure 00000031
,

Figure 00000032
.
Figure 00000032
.

Угол полного внутреннего отражения для стекла:The angle of total internal reflection for glass:

Figure 00000033
.
Figure 00000033
.

Острый угол в призменном концентраторе 10 из стекла (n1=1,51):An acute angle in a prism concentrator 10 made of glass (n 1 = 1.51):

Figure 00000034
.
Figure 00000034
.

Коэффициент концентрации для солнечного модуля с концентратором на фиг. 1, 2, 3:The concentration coefficient for the solar module with the concentrator in FIG. 1, 2, 3:

к=ctgψ=20,15.k = ctgψ = 20.15.

Приемник 14 имеет размеры 6,25×1250 мм, состоит из 36 кремниевых солнечных элементов размером 625×31,25 мм. Геометрический коэффициент концентрации к=20,15, оптический КПД 85%, КПД приемника 15%, КПД модуля 12,75%. Размеры модуля 1300×1250 мм. Площадь модуля 1,635 м2. Пиковая электрическая мощность 208,46 Вт при освещенности 1 кВт/м2 и температуре 25°С.The receiver 14 has dimensions of 6.25 × 1250 mm, consists of 36 silicon solar cells with a size of 625 × 31.25 mm. Geometric concentration coefficient k = 20.15, optical efficiency 85%, receiver efficiency 15%, module efficiency 12.75%. Module dimensions 1300 × 1250 mm. The module area is 1.635 m 2 . Peak electric power is 208.46 W at an illumination of 1 kW / m 2 and a temperature of 25 ° C.

Для солнечного модуля на фиг. 4 коэффициент концентрации к=40,3, размеры модуля 2600×1250 мм, размеры двустороннего приемника 17 625×1250 мм, пиковая электрическая мощность 416,92 Вт.For the solar module in FIG. 4, the concentration coefficient is k = 40.3, the dimensions of the module are 2600 × 1250 mm, the dimensions of the two-sided receiver are 17 625 × 1250 mm, and the peak electric power is 416.92 W.

Пример 2. На фиг. 5 отклоняющая оптическая система 1 состоит из 273 цилиндрических зеркальных отражателей 2 размером плоскости входа d=15 мм. Угол наклона плоскости входа 3 цилиндрических зеркальных отражателей ϕ0=18,5°, расстояние между цилиндрическими зеркальными отражателями а=d⋅sinϕ0=4,76 мм, радиус кривизны R=267,78 мм, высота сегмента 0,104 мм, угол входа лучей β0=0°, θ0=1,605°, углы выхода лучей β1 min=35,79°, β1 max=40,21°. Углы выхода лучей из оптической отклоняющей системы с оптической средой из стекла n=1,5:Example 2. In FIG. 5, the deflecting optical system 1 consists of 273 cylindrical mirror reflectors 2 with the size of the entrance plane d = 15 mm. The angle of inclination of the inlet plane of 3 cylindrical mirror reflectors ϕ 0 = 18.5 °, the distance between the cylindrical mirror reflectors a = d⋅sinϕ 0 = 4.76 mm, the radius of curvature R = 267.78 mm, the height of the segment 0.104 mm, the angle of entry of the rays β 0 = 0 °, θ 0 = 1.605 °, beam exit angles β 1 min = 35.79 °, β 1 max = 40.21 °. The angles of exit of the rays from the optical deflecting system with an optical medium of glass n = 1.5:

Figure 00000035
,
Figure 00000035
,

Figure 00000036
.
Figure 00000036
.

Апертурный угол полупараболоцилиндрического концентратора 28 δ=14°, зеркальные отражатели концентратора 28 выполнены из полированного алюминия. Геометрический коэффициент концентрации к=17,09, оптический КПД модуля 80%, Приемник 30 имеет размеры 75×1250 мм, состоит из 36 кремниевых солнечных элементов размером 75×31,25 мм. КПД приемника 16%, КПД модуля 12,8%. Размеры модуля 1300×1250 мм. Площадь модуля 1,635 м2. Пиковая электрическая мощность 209,28 Вт при освещенности 1 кВт/м2 и температуре 25°С.The aperture angle of the semi-parabolic cylinder concentrator 28 δ = 14 °, the mirror reflectors of the concentrator 28 are made of polished aluminum. The geometric concentration coefficient k = 17.09, the optical efficiency of the module is 80%, Receiver 30 has dimensions of 75 × 1250 mm, consists of 36 silicon solar cells with a size of 75 × 31.25 mm. The efficiency of the receiver is 16%, the efficiency of the module is 12.8%. Module dimensions 1300 × 1250 mm. The module area is 1.635 m 2 . Peak electric power is 209.28 W at an illumination of 1 kW / m 2 and a temperature of 25 ° C.

Для солнечного модуля на фиг. 6 коэффициент концентрации к=34,18, размеры модуля 2600×1250 мм, размеры двустороннего приемника 37 675×1250 мм, пиковая электрическая мощность 418,56 Вт.For the solar module in FIG. 6, the concentration coefficient k = 34.18, the dimensions of the module 2600 × 1250 mm, the dimensions of the two-sided receiver 37 675 × 1250 mm, the peak electrical power 418.56 watts.

Солнечный модуль с концентратором работает следующим образом (фиг. 1, 2, 3). Солнечное излучение 5 поступает по нормали на рабочую поверхность 4 солнечного модуля с концентратором, отражается от цилиндрических зеркальных отражателей 2 под углом β1, выходит под углом β2 из отклоняющей оптической системы 1 и через воздушный промежуток 11 поступает под углом β3=β2 на поверхность входа 12 в призменный концентратор 10 и концентрируется на приемнике 14.A solar module with a hub works as follows (Fig. 1, 2, 3). Solar radiation 5 enters normally to the working surface 4 of the solar module with a concentrator, is reflected from the cylindrical mirror reflectors 2 at an angle β 1 , comes out at an angle β 2 from the deflecting optical system 1, and through the air gap 11 enters at an angle β 3 = β 2 at the surface of the entrance 12 to the prism concentrator 10 and concentrates on the receiver 14.

В солнечном модуле с концентратором на фиг. 4 солнечное излучение 5 концентрируется на двустороннем приемнике 17.In the solar module with the concentrator in FIG. 4, solar radiation 5 is concentrated on a two-way receiver 17.

В солнечном модуле с концентратором на фиг. 5 солнечное излучение поступает по нормали на рабочую поверхность 4 модуля и в оптическую отклоняющую систему 1, отражается от цилиндрических зеркальных отражателей 2 под углом β1, выходит под углом β2 в воздушный промежуток 11, поступает под углом β3=β2 на поверхность входа 29 полупараболоцилиндрического концентратора 28, отражается от полупараболоцилиндрической поверхности концентратора и поступает на приемник 30 при условии:

Figure 00000037
.In the solar module with the concentrator in FIG. 5, solar radiation enters normally to the working surface 4 of the module and to the optical deflecting system 1, is reflected from the cylindrical mirror reflectors 2 at an angle β 1 , comes out at an angle β 2 into the air gap 11, comes at an angle β 3 = β 2 to the entrance surface 29 of the semi-parabolic cylinder concentrator 28, is reflected from the semi-parabolic cylinder surface of the concentrator and arrives at the receiver 30 provided:
Figure 00000037
.

Лучи с углами

Figure 00000038
собираются в области, близкой к фокальной оси F полупараболоцилиндрического концентратора 28.Rays with corners
Figure 00000038
are collected in the region close to the focal axis F of the semi-parabolic cylinder concentrator 28.

В связи с тем, что лучи, выходящие из оптической отклоняющей системы, не параллельны, а образуют расходящийся поток с углами выхода в диапазоне

Figure 00000039
, излучение будет концентрироваться не в фокальной оси F полупараболоцилиндрического концентратора 28, а равномерно распределяться по всей площади фотоприемника 30, что улучшает условия теплоотвода от поверхности фотоприемника и снижает потери от неравномерного освещения.Due to the fact that the rays emerging from the optical deflecting system are not parallel, but form a diverging stream with exit angles in the range
Figure 00000039
, the radiation will not be concentrated in the focal axis F of the semi-parabolic-cylindrical concentrator 28, but will be evenly distributed over the entire area of the photodetector 30, which improves the conditions of heat removal from the surface of the photodetector and reduces losses from uneven lighting.

В солнечном модуле с концентратором на фиг. 6 солнечное излучение концентрируется с двух сторон на приемнике 37, в результате коэффициент концентрации увеличивается в два раза по сравнению с солнечным модулем с концентратором на фиг. 5.In the solar module with the concentrator in FIG. 6, solar radiation is concentrated on two sides on the receiver 37, as a result, the concentration coefficient is doubled compared to the solar module with the concentrator in FIG. 5.

Основные требования к солнечным модулям с концентраторами из кремния: коэффициент концентрации не более 10-12 из условия воздушного или водяного охлаждения модулей и использование рассеянного излучения в пределах апертурного угла концентратора. Такие солнечные модули с концентраторами могут быть использованы со следящими системами для установки на крышах зданий или на земле. При стоимости зеркальных отражателей 30 долл./м2, концентрации 5, оптическом КПД 0,85 и электрическом КПД 15% стоимость солнечного модуля с концентратором составит 86,58 долл./м2, 0,378 долл./Вт, при этом стоимости концентратора и приемника будут примерно равны и составлять по 50% от стоимости модуля.The main requirements for solar modules with silicon concentrators: a concentration coefficient of not more than 10-12 from the conditions of air or water cooling of the modules and the use of scattered radiation within the aperture angle of the concentrator. Such solar modules with concentrators can be used with tracking systems for installation on roofs of buildings or on the ground. If the cost of mirror reflectors is $ 30 / m 2 , concentration 5, optical efficiency 0.85 and electrical efficiency 15%, the cost of a solar module with a concentrator will be $ 86.58 / m 2 , $ 0.378 / W, while the cost of the concentrator and the receiver will be approximately equal and amount to 50% of the module cost.

По сравнению с прототипом солнечный модуль с концентратором имеет нулевые косинусные потери, большой срок службы и низкую стоимость. Приемники 14, 17 и 30 могут быть выполнены с устройством отвода тепла для получения электроэнергии и горячей воды или горячего воздуха.Compared with the prototype, a solar module with a hub has zero cosine losses, a long service life and low cost. The receivers 14, 17 and 30 can be made with a heat removal device for generating electricity and hot water or hot air.

Claims (40)

1. Солнечный модуль с концентратором, имеющий рабочую поверхность, на которую падает солнечное излучение, концентратор и приемник излучения, на рабочей поверхности установлена отклоняющая оптическая система, выполненная в виде жалюзи из зеркальных фацет, имеющая поверхности входа и выхода лучей, отличающийся тем, что зеркальные фацеты выполнены в виде цилиндрических зеркальных отражателей с радиусом кривизны R и плоскостью входа лучей шириной d и помещены в оптически прозрачную среду с коэффициентом преломления n, угол выхода лучей β1 для цилиндрических зеркальных отражателей, угол выхода лучей отклоняющей оптической системы β2, угол ϕ0 наклона плоскости входа лучей цилиндрических зеркальных отражателей и их радиус кривизны R при нормальном падении лучей на рабочую поверхность модуля связаны соотношениями:1. A solar module with a concentrator having a working surface on which solar radiation is incident, a concentrator and a radiation receiver, a deflecting optical system is installed on the working surface, made in the form of louvres of mirror facets, having input and output surfaces of the rays, characterized in that the mirrors facets are made in the form of cylindrical mirror reflectors with a radius of curvature R and an entrance plane of rays of width d and placed in an optically transparent medium with a refractive index n, the exit angle of the rays β 1 dl I cylindrical reflectors, the angle of exit of the rays of the deflecting optical system β 2 , the angle ϕ 0 of the slope of the plane of entry of the rays of the cylindrical mirror reflectors and their radius of curvature R during normal incidence of the rays on the working surface of the module are related by the relations: β1=2ϕ0-2θ при ϕ<ϕ0,β 1 = 2ϕ 0 -2θ for ϕ <ϕ 0 , β1=2ϕ0+2θ при ϕ>ϕ0,β 1 = 2ϕ 0 + 2θ for ϕ> ϕ 0 , β1=2ϕ0, θ=0 при ϕ=ϕ0,β 1 = 2ϕ 0 , θ = 0 for ϕ = ϕ 0 , β2=arcsin[(sin β1)⋅n],β 2 = arcsin [(sin β 1 ) ⋅n],
Figure 00000040
,
Figure 00000040
,
Figure 00000041
,
Figure 00000041
, где β1 - угол выхода лучей для цилиндрических зеркальных отражателей;where β 1 is the angle of the rays for cylindrical specular reflectors; β2 - угол выхода лучей отклоняющей оптической системы;β 2 - the angle of exit of the rays of the deflecting optical system; ϕ0 - угол наклона плоскости входа лучей цилиндрических зеркальных отражателей;ϕ 0 - the angle of inclination of the input plane of the rays of the cylindrical mirror reflectors; n - коэффициент преломления оптической прозрачной среды;n is the refractive index of an optical transparent medium; ϕ - угол наклона касательной плоскости к поверхности цилиндрического зеркального отражателя в точке падения лучей;ϕ is the angle of inclination of the tangent plane to the surface of the cylindrical specular reflector at the point of incidence of the rays; θ - угол между плоскостью входа лучей цилиндрического зеркального отражателя и касательной плоскостью к поверхности цилиндрического зеркального отражателя в точке падения лучей;θ is the angle between the plane of entry of the rays of the cylindrical specular reflector and the tangent plane to the surface of the cylindrical specular reflector at the point of incidence of the rays; θ0 - угол между плоскостью входа лучей и касательной плоскостью на краях цилиндрического зеркального отражателя,θ 0 is the angle between the plane of entry of the rays and the tangent plane at the edges of the cylindrical mirror reflector, углы β1, β2, ϕ и ϕ0 отсчитываются от вертикали к рабочей поверхности против часовой стрелки, расстояние а между цилиндрическими зеркальными отражателями на рабочей поверхности и ширина поверхности входа цилиндрических зеркальных отражателей удовлетворяет соотношению:the angles β 1 , β 2 , ϕ and ϕ 0 are counted from the vertical to the working surface counterclockwise, the distance and between the cylindrical mirror reflectors on the working surface and the width of the entrance surface of the cylindrical mirror reflectors satisfies the relation: a=dsin ϕ0, a = dsin ϕ 0 , при котором для любых углов ϕ0 нижняя грань цилиндрического зеркального отражателя и верхняя грань следующего цилиндрического зеркального отражателя находятся в одной вертикальной плоскости, а концентратор выполнен в виде призмы полного внутреннего отражения с острым углом ψ, который связан с коэффициентом преломления материала призмы n1 и углом выхода лучей β2 соотношением:at which for any angles ϕ 0 the lower face of the cylindrical specular reflector and the upper face of the next cylindrical specular reflector are in the same vertical plane, and the hub is made in the form of a prism of total internal reflection with an acute angle ψ, which is associated with the refractive index of the prism material n 1 and the angle the output of the rays β 2 ratio:
Figure 00000042
,
Figure 00000042
, где n - коэффициент преломления оптической прозрачной среды;where n is the refractive index of an optical transparent medium; β2 - угол выхода лучей отклоняющей оптической системы;β 2 - the angle of exit of the rays of the deflecting optical system; n1 - коэффициент преломления материала призмы.n 1 is the refractive index of the prism material. 2. Солнечный модуль с концентратором по п. 1, отличающийся тем, что модуль содержит установленные в одной плоскости вторую оптическую отклоняющую систему и второй призменный концентратор с общим двусторонним приемником, а угол между поверхностями входа цилиндрических зеркальных отражателей первой и второй отклоняющих оптических систем равен 2ϕ0.2. A solar module with a concentrator according to claim 1, characterized in that the module contains a second optical deflecting system and a second prism concentrator with a common two-sided receiver installed in one plane, and the angle between the input surfaces of the cylindrical reflector of the first and second deflecting optical systems is 2ϕ 0 . 3. Солнечный модуль с концентратором, имеющий рабочую поверхность, на которую падает солнечное излучение, концентратор и приемник излучения, на рабочей поверхности установлена отклоняющая оптическая система, выполненная в виде жалюзи из зеркальных фацет, имеющая поверхности входа и выхода лучей, отличающийся тем, что зеркальные фацеты выполнены в виде цилиндрических зеркальных отражателей с радиусом кривизны R и плоскостью входа лучей шириной d и помещены в оптически прозрачную среду с коэффициентом преломления n, угол выхода лучей β1 для цилиндрических зеркальных отражателей, угол выхода лучей отклоняющей оптической системы β2, угол ϕ0 наклона плоскости входа лучей цилиндрических зеркальных отражателей и их радиус кривизны R при нормальном падении лучей на рабочую поверхность модуля связаны соотношениями:3. A solar module with a concentrator having a working surface on which solar radiation is incident, a concentrator and a radiation receiver, a deflecting optical system is installed on the working surface, made in the form of a louvre made of mirror facets, having input and output surfaces of the rays, characterized in that the mirror facets are made in the form of cylindrical mirror reflectors with a radius of curvature R and an entrance plane of rays of width d and placed in an optically transparent medium with a refractive index n, the exit angle of the rays β 1 dl I cylindrical reflectors, the angle of exit of the rays of the deflecting optical system β 2 , the angle ϕ 0 of the slope of the plane of entry of the rays of the cylindrical mirror reflectors and their radius of curvature R during normal incidence of the rays on the working surface of the module are related by the relations: β1=2ϕ0-2θ при ϕ<ϕ0,β 1 = 2ϕ 0 -2θ for ϕ <ϕ 0 , β1=2ϕ0+2θ при ϕ>ϕ0,β 1 = 2ϕ 0 + 2θ for ϕ> ϕ 0 , β1=2ϕ0, θ=0 при ϕ=ϕ0,β 1 = 2ϕ 0 , θ = 0 for ϕ = ϕ 0 , β2=arcsin[(sin β1)⋅n],β 2 = arcsin [(sin β 1 ) ⋅n],
Figure 00000040
,
Figure 00000040
,
Figure 00000041
,
Figure 00000041
, где β1 - угол выхода лучей для цилиндрических зеркальных отражателей;where β 1 is the angle of the rays for cylindrical specular reflectors; β2 - угол выхода лучей отклоняющей оптической системы;β 2 - the angle of exit of the rays of the deflecting optical system; ϕ0 - угол наклона плоскости входа лучей цилиндрических зеркальных отражателей;ϕ 0 - the angle of inclination of the input plane of the rays of the cylindrical mirror reflectors; n - коэффициент преломления оптической прозрачной среды;n is the refractive index of an optical transparent medium; ϕ - угол наклона касательной плоскости к поверхности цилиндрического зеркального отражателя в точке падения лучей;ϕ is the angle of inclination of the tangent plane to the surface of the cylindrical specular reflector at the point of incidence of the rays; θ - угол между плоскостью входа лучей цилиндрического зеркального отражателя и касательной плоскостью к поверхности цилиндрического зеркального отражателя в точке падения лучей;θ is the angle between the plane of entry of the rays of the cylindrical specular reflector and the tangent plane to the surface of the cylindrical specular reflector at the point of incidence of the rays; θ0 - угол между плоскостью входа лучей и касательной плоскостью на краях цилиндрического зеркального отражателя, углы β1, β2, ϕ и ϕ0 отсчитываются от вертикали к рабочей поверхности против часовой стрелки, расстояние а между цилиндрическими зеркальными отражателями на рабочей поверхности и ширина поверхности входа цилиндрических зеркальных отражателей удовлетворяет соотношению;θ 0 is the angle between the ray entry plane and the tangent plane at the edges of the cylindrical specular reflector, angles β 1 , β 2 , ϕ and ϕ 0 are counted counterclockwise from the vertical to the working surface, the distance a between the cylindrical mirror reflectors on the working surface and the width of the surface the entrance of the cylindrical mirror reflectors satisfies the relation; a=dsin ϕ0, a = dsin ϕ 0 , при котором для любых углов ϕ0 нижняя грань цилиндрического зеркального отражателя и верхняя грань следующего цилиндрического зеркального отражателя находятся в одной вертикальной плоскости, а концентратор выполнен в виде полупараболоцилиндрического зеркального отражателя с апертурным углом δ, который связан с углом β2 следующим соотношением:at which, for any angles ϕ 0, the lower face of the cylindrical specular reflector and the upper face of the next cylindrical specular reflector are in the same vertical plane, and the hub is made in the form of a semi-parabolic cylindrical specular reflector with an aperture angle δ, which is connected with the angle β 2 by the following relation: β2≥90°-2δ.β 2 ≥90 ° -2δ. 4. Солнечный модуль с концентратором по п. 3, отличающийся тем, что модуль содержит установленные в одной плоскости вторую оптическую отклоняющую систему и второй полупараболоцилиндрический концентратор с общим двусторонним приемником, а угол между поверхностями входа цилиндрических зеркальных отражателей первой и второй отклоняющих оптических систем равен 2ϕ0.4. A solar module with a concentrator according to claim 3, characterized in that the module comprises a second optical deflecting system and a second semi-parabolic-cylindrical concentrator with a common two-sided receiver mounted in one plane, and the angle between the input surfaces of the cylindrical mirror reflectors of the first and second deflecting optical systems is 2ϕ 0 .
RU2014149590A 2014-12-10 2014-12-10 Solar module with concentrator (versions) RU2608797C2 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2014149590A RU2608797C2 (en) 2014-12-10 2014-12-10 Solar module with concentrator (versions)

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2014149590A RU2608797C2 (en) 2014-12-10 2014-12-10 Solar module with concentrator (versions)

Publications (2)

Publication Number Publication Date
RU2014149590A RU2014149590A (en) 2016-07-10
RU2608797C2 true RU2608797C2 (en) 2017-01-24

Family

ID=56372349

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2014149590A RU2608797C2 (en) 2014-12-10 2014-12-10 Solar module with concentrator (versions)

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2608797C2 (en)

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5877874A (en) * 1995-08-24 1999-03-02 Terrasun L.L.C. Device for concentrating optical radiation
RU2133415C1 (en) * 1998-04-29 1999-07-20 Всероссийский научно-исследовательский институт электрификации сельского хозяйства Solar photoelectric module (options)
RU2503895C2 (en) * 2011-09-08 2014-01-10 Государственное научное учреждение Всероссийский научно-исследовательский институт электрификации сельского хозяйства Российской академии сельскохозяйственных наук (ГНУ ВИЭСХ Россельхозакадемии) Solar module with concentrator (versions) and method of its manufacturing
RU2520803C2 (en) * 2012-05-15 2014-06-27 Государственное научное учреждение Всероссийский научно-исследовательский институт электрификации сельского хозяйства Российской академии сельскохозяйственных наук (ГНУ ВИЭСХ Россельхозакадемии) Solar module with concentrator and method of its production

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5877874A (en) * 1995-08-24 1999-03-02 Terrasun L.L.C. Device for concentrating optical radiation
RU2133415C1 (en) * 1998-04-29 1999-07-20 Всероссийский научно-исследовательский институт электрификации сельского хозяйства Solar photoelectric module (options)
RU2503895C2 (en) * 2011-09-08 2014-01-10 Государственное научное учреждение Всероссийский научно-исследовательский институт электрификации сельского хозяйства Российской академии сельскохозяйственных наук (ГНУ ВИЭСХ Россельхозакадемии) Solar module with concentrator (versions) and method of its manufacturing
RU2520803C2 (en) * 2012-05-15 2014-06-27 Государственное научное учреждение Всероссийский научно-исследовательский институт электрификации сельского хозяйства Российской академии сельскохозяйственных наук (ГНУ ВИЭСХ Россельхозакадемии) Solar module with concentrator and method of its production

Also Published As

Publication number Publication date
RU2014149590A (en) 2016-07-10

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US10020413B2 (en) Fabrication of a local concentrator system
JP2000147262A (en) Converging device and photovoltaic power generation system utilizing the device
EP1994336A2 (en) A hybrid primary optical component for optical concentrators
TW201110386A (en) Non-imaging light concentrator
US20160048008A1 (en) Tracking-Free High Concentration Ratio Solar Concentrator
US20110197968A1 (en) Solar collector panel
US20150009568A1 (en) Light collection system and method
RU2503895C2 (en) Solar module with concentrator (versions) and method of its manufacturing
RU2576742C2 (en) Solar module with concentrator
RU2608797C2 (en) Solar module with concentrator (versions)
RU2576752C2 (en) Solar module with concentrator
JP6351459B2 (en) Solar cell module
RU2154778C1 (en) Solar photoelectric module with concentrator
RU2599076C2 (en) Solar module with concentrator
RU2576739C2 (en) Solar module with concentrator
US20100307480A1 (en) Non-tracking solar collectors
RU2576072C2 (en) Solar module with concentrator and method of making same
JP2010169981A (en) Solar lens and solar light utilizing device
RU2580462C1 (en) Solar module with concentrator
CN110325801B (en) Solar energy condenser
RU2645800C1 (en) Solar module with concentrator
RU2572167C1 (en) Solar module with concentrator (versions)
RU2154244C1 (en) Solar photoelectric module with concentrator
RU2557272C1 (en) Roofing solar panel
RU2154243C1 (en) Solar power plant

Legal Events

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

Effective date: 20170211