RU2690728C1 - Concentrator-planar solar photoelectric module - Google Patents
Concentrator-planar solar photoelectric module Download PDFInfo
- Publication number
- RU2690728C1 RU2690728C1 RU2018122560A RU2018122560A RU2690728C1 RU 2690728 C1 RU2690728 C1 RU 2690728C1 RU 2018122560 A RU2018122560 A RU 2018122560A RU 2018122560 A RU2018122560 A RU 2018122560A RU 2690728 C1 RU2690728 C1 RU 2690728C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- concentrator
- elements
- photovoltaic module
- planar
- photoelectric converters
- Prior art date
Links
- 230000005855 radiation Effects 0.000 claims abstract description 51
- 230000003287 optical effect Effects 0.000 claims abstract description 38
- 230000001681 protective effect Effects 0.000 claims abstract description 28
- 238000000576 coating method Methods 0.000 claims description 14
- 239000011248 coating agent Substances 0.000 claims description 13
- 239000000463 material Substances 0.000 claims description 10
- 229920001296 polysiloxane Polymers 0.000 claims description 8
- 239000004065 semiconductor Substances 0.000 claims description 5
- 229910021423 nanocrystalline silicon Inorganic materials 0.000 claims description 3
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 abstract description 8
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 abstract description 3
- 230000000694 effects Effects 0.000 abstract description 2
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract description 2
- 230000035515 penetration Effects 0.000 abstract 1
- 239000010409 thin film Substances 0.000 description 17
- 229910021417 amorphous silicon Inorganic materials 0.000 description 12
- 229910045601 alloy Inorganic materials 0.000 description 8
- 239000000956 alloy Substances 0.000 description 8
- 238000013461 design Methods 0.000 description 8
- XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N Silicon Chemical compound [Si] XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 7
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 7
- 238000009434 installation Methods 0.000 description 7
- 229910052710 silicon Inorganic materials 0.000 description 7
- 239000010703 silicon Substances 0.000 description 7
- 239000010408 film Substances 0.000 description 5
- 239000011521 glass Substances 0.000 description 5
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 description 5
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 5
- 239000005368 silicate glass Substances 0.000 description 5
- 239000010949 copper Substances 0.000 description 4
- 230000007423 decrease Effects 0.000 description 4
- 230000005611 electricity Effects 0.000 description 4
- 230000004907 flux Effects 0.000 description 4
- MARUHZGHZWCEQU-UHFFFAOYSA-N 5-phenyl-2h-tetrazole Chemical compound C1=CC=CC=C1C1=NNN=N1 MARUHZGHZWCEQU-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- DQXBYHZEEUGOBF-UHFFFAOYSA-N but-3-enoic acid;ethene Chemical compound C=C.OC(=O)CC=C DQXBYHZEEUGOBF-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 230000015556 catabolic process Effects 0.000 description 3
- 239000004020 conductor Substances 0.000 description 3
- 238000006731 degradation reaction Methods 0.000 description 3
- 239000005038 ethylene vinyl acetate Substances 0.000 description 3
- 239000012634 fragment Substances 0.000 description 3
- 238000010030 laminating Methods 0.000 description 3
- 238000000034 method Methods 0.000 description 3
- 229920001200 poly(ethylene-vinyl acetate) Polymers 0.000 description 3
- 230000008569 process Effects 0.000 description 3
- 229910000838 Al alloy Inorganic materials 0.000 description 2
- RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N Copper Chemical compound [Cu] RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 229920004936 Lavsan® Polymers 0.000 description 2
- 229910000577 Silicon-germanium Inorganic materials 0.000 description 2
- 229910052782 aluminium Inorganic materials 0.000 description 2
- XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N aluminium Chemical compound [Al] XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 150000001875 compounds Chemical class 0.000 description 2
- 229910052802 copper Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000003989 dielectric material Substances 0.000 description 2
- 229910052733 gallium Inorganic materials 0.000 description 2
- 229910021424 microcrystalline silicon Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000000203 mixture Substances 0.000 description 2
- 229920003229 poly(methyl methacrylate) Polymers 0.000 description 2
- 239000005020 polyethylene terephthalate Substances 0.000 description 2
- 229920000642 polymer Polymers 0.000 description 2
- 239000004926 polymethyl methacrylate Substances 0.000 description 2
- 229910052718 tin Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000012780 transparent material Substances 0.000 description 2
- -1 urethane compound Chemical class 0.000 description 2
- 229910052725 zinc Inorganic materials 0.000 description 2
- 229910004613 CdTe Inorganic materials 0.000 description 1
- KNVYNJNRQSRZLS-UHFFFAOYSA-N [Cu++].[Ga+3].[Se]=[In] Chemical compound [Cu++].[Ga+3].[Se]=[In] KNVYNJNRQSRZLS-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- KTSFMFGEAAANTF-UHFFFAOYSA-N [Cu].[Se].[Se].[In] Chemical compound [Cu].[Se].[Se].[In] KTSFMFGEAAANTF-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000000853 adhesive Substances 0.000 description 1
- 230000001070 adhesive effect Effects 0.000 description 1
- 238000013459 approach Methods 0.000 description 1
- 230000002238 attenuated effect Effects 0.000 description 1
- 230000005540 biological transmission Effects 0.000 description 1
- 239000000919 ceramic Substances 0.000 description 1
- DVRDHUBQLOKMHZ-UHFFFAOYSA-N chalcopyrite Chemical group [S-2].[S-2].[Fe+2].[Cu+2] DVRDHUBQLOKMHZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000002485 combustion reaction Methods 0.000 description 1
- 238000005260 corrosion Methods 0.000 description 1
- 230000007797 corrosion Effects 0.000 description 1
- 229910021419 crystalline silicon Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000009826 distribution Methods 0.000 description 1
- 239000005357 flat glass Substances 0.000 description 1
- 230000017525 heat dissipation Effects 0.000 description 1
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 description 1
- 238000010348 incorporation Methods 0.000 description 1
- 229910052738 indium Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000003475 lamination Methods 0.000 description 1
- 230000007774 longterm Effects 0.000 description 1
- 230000007246 mechanism Effects 0.000 description 1
- 239000011368 organic material Substances 0.000 description 1
- 238000010248 power generation Methods 0.000 description 1
- 238000007789 sealing Methods 0.000 description 1
- 150000003346 selenoethers Chemical class 0.000 description 1
- 238000012360 testing method Methods 0.000 description 1
- 230000007704 transition Effects 0.000 description 1
- 238000012795 verification 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
- H01L31/054—Optical elements directly associated or integrated with the PV cell, e.g. light-reflecting means or light-concentrating means
- H01L31/0543—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 refractive type, e.g. lenses
-
- 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
- Physics & Mathematics (AREA)
- Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
- Electromagnetism (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Computer Hardware Design (AREA)
- Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
- Power Engineering (AREA)
- Photovoltaic Devices (AREA)
Abstract
Description
Заявляемое изобретение относится к области солнечной энергетики и, в частности, к комбинированным концентраторно-планарным фотоэлектрическим модулям, с увеличенной суммарной энергетической выработкой за счет преобразования прямого солнечного излучения высокоэффективными концентраторными ячейками типа «линза Френеля - многопереходный солнечный элемент», и рассеянного диффузного солнечного излучения - планарными фотоэлектрическими ячейками.The invention relates to the field of solar energy and, in particular, to a combined concentrator-planar photovoltaic modules, with increased total energy output due to the conversion of direct solar radiation by highly efficient concentrator cells of the "Fresnel lens - multi-junction solar element", and diffuse diffuse solar radiation - planar photovoltaic cells.
Среди многообразия полупроводниковых материалов для создания фотоэлектрических преобразователей (ФЭП) солнечного излучения выделяются соединения А3В5, на основе которых создают многопереходные гетероструктуры для элементов космических солнечных батарей и высокоэффективных ФЭП концентрированного солнечного излучения. В ФЭП на основе многопереходных А3В5 наногетероструктур коэффициент полезного действия фотоэлектрического преобразования находится на уровне 40-44% и имеет перспективу для увеличения до 50% в ближайшие годы. Этот тип ФЭП является непревзойденным рекордсменом по эффективности. Однако для экономически оправданного их использования в наземных условиях требуется применение оптических концентраторов солнечного излучения и систем слежения за положением Солнца, а также размещения концентраторных фотоэнергоустановок в регионах с потенциально высоким уровнем поступления прямой солнечной радиации. В силу естественных оптических потерь для передаваемой (фокусируемой) концентраторами лучистой энергии, а также омических потерь в многопереходных ФЭП, коэффициент полезного действия фотоэлектрического модуля несколько снижается относительно указанных выше показателей (на 10-15 относительных процентов), оставаясь, тем не менее, в диапазоне значений более 30%. Для создания неконцентраторных планарных ФЭП применяют другие типы материалов. В этой группе, помимо ФЭП на основе кристаллического кремния, активно создают тонкопленочные элементы из аморфного кремния (a-Si) и родственных каскадных структур (тандемные элементы на основе аморфного и микрокристаллического кремния - a-Si/uc-Si, двух и трехкаскадные элементы на основе сплавов аморфного и микрокристаллического кремния - a-Si/a-Si/uc-Si, a-Si/a-SiGe/uc-Si и a-Si/uc-Si /uc-SiGe), теллурида кадмия CdTe, многокомпонентных полупроводниковых соединений со структурой халькопирита (селенид меди-галлия-индия CIS - CuInSe2, CIGS - Cu(In, Ga)Se2, CIGSS - CuIn1xGaxSe2ySy) и др. Фотоэлектрические батареи на основе тонкопленочных материалов изготавливают по технологиям, обеспечивающим коэффициент полезного действия на уровне 12-20%. Такие батареи монтируют неподвижно, в том числе на фасадах и на покатых крышах зданий, то есть там, где установка высокоэффективных систем с А3В5-фотоэлементами невозможна или энергетически и экономически нецелесообразна.Among the variety of semiconductor materials for the creation of photoelectric converters (solar cells) of solar radiation, A3B5 compounds are distinguished, on the basis of which they create multi-junction heterostructures for elements of space solar cells and high-efficiency solar cells with concentrated solar radiation. In photoelectric transducers based on multijunction A3B5 nanoheterostructures, the efficiency of photoelectric conversion is at the level of 40-44% and has the prospect of increasing to 50% in the coming years. This type of FEP is an unsurpassed record for efficiency. However, for their economically justified use in terrestrial conditions, the use of optical concentrators of solar radiation and tracking systems for the position of the Sun, as well as the placement of concentrator photovoltaic power plants in regions with potentially high levels of direct solar radiation are required. Due to natural optical losses for the transmitted (focused) concentrators of radiant energy, as well as ohmic losses in multi-junction FEP, the efficiency of the photovoltaic module somewhat decreases relative to the above indicators (by 10-15 relative percent), remaining, however, in the range values over 30%. Other types of materials are used to create non-concentrating planar solar cells. In this group, in addition to FEP based on crystalline silicon, thin-film elements made of amorphous silicon (a-Si) and related cascade structures (tandem elements based on amorphous and microcrystalline silicon — a-Si / uc-Si, two and three-stage elements on based on amorphous and microcrystalline silicon alloys - a-Si / a-Si / uc-Si, a-Si / a-SiGe / uc-Si and a-Si / uc-Si / uc-SiGe), cadmium telluride CdTe, multicomponent semiconductor compounds with a chalcopyrite structure (selenide, copper-indium-gallium CIS - CuInSe 2, CIGS - Cu (In, Ga ) Se 2, CIGSS - CuIn 1x Ga x Se 2y S y) etc. Fotoe. ektricheskie based thin-film battery materials are made on technologies providing efficiency at 12-20%. Such batteries are mounted motionless, including on the facades and on the sloping roofs of buildings, that is, where the installation of highly efficient systems with А3В5 photo cells is impossible or is not economically and economically feasible.
Создание комбинированных фотоэлектрических модулей, выполненных на элементной базе с использованием обоих типов материалов, позволяет преобразовывать как энергию прямого солнечного излучения концентраторными фотоэлектрическим ячейками, так и энергию рассеянного (диффузного) солнечного излучения планарными солнечными элементами. Превосходство комбинированных модулей над обыкновенными концентраторными модулями заключается в сохранении существенной энергопроизводительности в условиях облачной и пасмурной погоды, когда прямое излучение ослаблено или отсутствует, тогда как диффузное излучение, свободно проникая сквозь линзу Френеля, которая для такого излучения выступает в роли рассеивателя, достигает планарных солнечных элементов. Работа на общую нагрузку обоих фотоэлектрических контуров (концентраторного и планарного) позволит снизить общие колебания в электрогенерации при переходе между режимами преобразования сконцентрированного и диффузного (рессеянного) излучений.The creation of combined photovoltaic modules made on the element base with the use of both types of materials makes it possible to convert both the energy of direct solar radiation by concentrator photovoltaic cells and the energy of scattered (diffuse) solar radiation by planar solar cells. The superiority of the combined modules over ordinary concentrator modules is to maintain substantial energy efficiency in cloudy and overcast weather, when direct radiation is attenuated or absent, while diffuse radiation freely penetrates through the Fresnel lens, which reaches planar solar cells for such radiation . Work on the total load of both photovoltaic circuits (concentrator and planar) will reduce the overall fluctuations in power generation during the transition between the modes of conversion of concentrated and diffuse (recurring) radiation.
Известен солнечный концентраторный модуль (см. патент RU 2307294, МПК H01L 31/052, опубликован 27.09.2007), содержащий фронтальную панель из силикатного стекла с линзами Френеля не ее тыльной стороне, а также концентраторные ФЭП с теплоотводящими основаниями. На дополнительной промежуточной панели из силикатного стекла установлены плоско-выпуклые линзы, соосные с соответствующими линзами Френеля. Теплоотводящие основания расположены на тыльной панели из силикатного стекла или выполнены в виде лотков с плоским дном и закреплены на тыльной стороне промежуточной панели. Фотоактивные поверхности ФЭП находятся в фокусе двух оптических концентраторов - линз Френеля и плоско-выпуклых линз. Известный солнечный концентраторный модуль обеспечивает увеличение энергопроизводительности и обладает хорошей разориентационной характеристикой. Однако недостатком известного модуля является высокий уровень концентрации солнечного излучения на ФЭП. В центре фокального пятна, создаваемого двумя оптическими концентраторами (линзой Френеля и плоско-выпуклой линзой), концентрация солнечного излучения достигает 5000-7000 крат, что приводит к снижению эффективности преобразования излучения в электроэнергию и уменьшает срок службы ФЭП.The solar concentrator module is known (see patent RU 2307294, IPC H01L 31/052, published 09/27/2007), which contains a front panel made of silicate glass with Fresnel lenses not on its back side, as well as concentrator photoelectric transducers with heat-removing bases. An additional intermediate silicate glass panel contains flat convex lenses that are coaxial with the corresponding Fresnel lenses. Heat-removing bases are located on the back panel of silicate glass or are made in the form of trays with a flat bottom and are fixed on the back side of the intermediate panel. The photoactive surfaces of the FEP are in the focus of two optical concentrators — Fresnel lenses and plane-convex lenses. The well-known solar concentrator module provides an increase in energy efficiency and has a good misorientation characteristic. However, a disadvantage of the known module is the high level of concentration of solar radiation on the FEP. In the center of the focal spot created by two optical concentrators (Fresnel lens and plano-convex lens), the concentration of solar radiation reaches 5000-7000 times, which leads to a decrease in the efficiency of conversion of radiation into electricity and reduces the service life of solar cells.
Известен солнечный концентраторный модуль (см. патент RU 2354005, МПК H01L 31/052, опубликован 27.04.2009), содержащий фронтальную панель из силикатного стекла с линзовыми концентраторами из силикона на ее внутренней стороне, боковые стенки, а также тыльную панель, на верхней стороне которой на теплоотводящих основаниях установлены концентраторные ФЭП и соосные им дополнительные оптические элементы, которые входят в состав узлов защиты концентраторных ФЭП от агрессивного воздействия атмосферной среды. Узел защиты концентраторных ФЭП может быть выполнен в виде герметично установленных на теплоотводящие основания шин, изготовленных из диэлектрического материала с токоведущими металлизированными покрытиями с обеих сторон.The solar concentrator module is known (see patent RU 2354005, IPC H01L 31/052, published on April 27, 2009), which contains a front panel made of silicate glass with lens concentrators made of silicone on its inner side, side walls, and also a back panel, on the upper side which on the heat-removing bases are installed concentrator solar cells and additional optical elements coaxial to them, which are part of the components of the protection concentrator solar cells from the aggressive influence of the atmospheric environment. The protection center of concentrator photoelectric transducers can be made in the form of hermetically mounted tires on heat-removing bases made of a dielectric material with conductive metallized coatings on both sides.
Известный фотоэлектрический модуль обеспечивает увеличение энергопроизводительности, повышение надежности и срока службы. Основным недостатком известного фотоэлектрического модуля является сложность изготовления и высокая стоимость его конструкции.The well-known photovoltaic module provides increased energy efficiency, increased reliability and service life. The main disadvantage of the known photovoltaic module is the complexity of manufacturing and the high cost of its design.
Известен солнечный концентраторный модуль (см. патент RU 2395136, МПК H01L 31/042, опубликован 15.06.2009), содержащий боковые стенки, фронтальную панель с линзами Френеля на ее внутренней стороне, светопрозрачную тыльную панель и концентраторные солнечные ФЭП на теплоотводящих основаниях. Позиционирование ФЭП обеспечивается точными отверстиями в центрирующих планках, которые одновременно являются элементами коммутации и выполнены из диэлектрического материала с двусторонним металлическим покрытием. Однако недостатком известного модуля является невысокий срок его эксплуатации из-за выгорания органических материалов при попадании сфокусированного пятна солнечного излучения на края отверстий центрирующих планок при случайной разориентации фотоэлектрического модуля. При этом продукты горения оседают на фотоприемных поверхностях ФЭП, уменьшая эффективность преобразования солнечного излучения.The solar concentrator module is known (see patent RU 2395136, IPC H01L 31/042, published 15.06.2009), which contains side walls, a front panel with Fresnel lenses on its inner side, a translucent back panel and concentrator solar solar cells on heat-removing bases. The positioning of the FEP is provided by precise holes in the centering bars, which are simultaneously switching elements and are made of a dielectric material with a double-sided metallic coating. However, a disadvantage of the known module is its low lifetime due to the burning out of organic materials when a focused spot of solar radiation hits the edges of the holes of the centering bars when the photovoltaic module is randomly disoriented. In this case, the combustion products are deposited on the photodetector surfaces of the FEP, reducing the conversion efficiency of solar radiation.
Известен солнечный концентраторный фотоэлектрический модуль (см. патент RU 2578735, МПК H01L 31/042, опубликован 27.03.2016), содержащий боковые стенки, фронтальную панель с линзами Френеля на ее внутренней стороне, светопрозрачную тыльную панель, коммутационные планки и солнечные ФЭП на теплоотводящих основаниях. В качестве теплопроводящих оснований выступают металлические платы с регулярно расположенными углублениями под ФЭП для их позиционирования. Теплопроводящие основания установлены на фронтальной или тыльной стороне тыльной панели модуля параллельно друг другу с шагом между углублениями равным расстоянию между центрами соседних линз Френеля.A solar concentrator photovoltaic module is known (see patent RU 2578735, IPC H01L 31/042, published 03/27/2016), which contains side walls, a front panel with Fresnel lenses on its inner side, a translucent back panel, patch panels and solar solar cells on heat-dissipating bases . As the heat-conducting bases are metal plates with regularly spaced grooves under the FEP for their positioning. The heat-conducting bases are installed on the front or back side of the rear panel of the module parallel to each other with a pitch between the recesses equal to the distance between the centers of the adjacent Fresnel lenses.
Известный фотоэлектрический модуль позволяет повысить точность позиционирования ФЭП, что увеличивает эффективность преобразования солнечного излучения, и упростить сборку конструкции фотоэлектрического модуля. Однако недостатком известного модуля является высокая вероятность отказа. Так как конструкция модуля предполагает параллельное соединение ФЭП на металлической плате, то при выходе из строя хотя бы одного преобразователя, снижаются рабочие характеристики всей группы ФЭП на металлической плате, что приводит к снижению энергопроизводительности модуля.The well-known photovoltaic module allows to improve the accuracy of positioning of solar cells, which increases the conversion efficiency of solar radiation, and simplify the assembly of the design of the photovoltaic module. However, the disadvantage of the known module is a high probability of failure. Since the design of the module involves parallel connection of solar cells on a metal board, then if at least one converter fails, the performance of the entire group of solar cells on a metal board decreases, which leads to a decrease in the module's energy efficiency.
Известен концентраторно-планарный фотоэлектрический модуль (см. патент US 20140261627 А1 МПК H01L 31/052, опубликован 18.09.2014) с планарными неконцентраторными кремниевыми ФЭП, устанавливаемыми на электрогенерирующей панели с концентраторными ФЭП или над ней. При этом в кремниевых ФЭП большой площади должны быть отверстия для пропускания сконцентрированного излучения к местам расположения концентраторных ФЭП.Known concentrator-planar photovoltaic module (see US Patent 20140261627 A1 IPC H01L 31/052, published 09/18/2014) with planar non-concentrator silicon FEP installed on an electrogenerating panel with or above concentrator FEP. At the same time, in a large area of silicon FEP there must be openings for the transmission of concentrated radiation to the locations of the concentrator FEP.
Очевидным недостатком известного концентраторно-планарного фотоэлектрического модуля является высокая технологическая сложность изготовления кремниевых фотопреобразователей с отверстиями. Использование же концепции многоэлементного массива из малоразмерных кремниевых ФЭП сопряжено со значительными технологическими затратами из-за сложности сборки такой панели и ее монтажа в модуле. В вариантном исполнении ФЭП, захватывающих диффузный свет, на основе аморфного кремния и/или его сплавов, теллурида кадмия и/или его сплавов, селенида меди-галлия-индия и/или его сплавов, их встраивание в концентраторный модуль также предполагается в виде отдельного конструктивного элемента с соответствующими дополнительными техническими и финансовыми издержками. Какая-либо защита элементов неконцентраторной части электрогенерирующего основания от попадания сфокусированного излучения не предусмотрена, что снижает надежность и эксплуатационный ресурс ФЭП, преобразующих диффузное (рассеянное) излучение в концентраторном модуле.An obvious disadvantage of the known concentrator-planar photovoltaic module is the high technological complexity of manufacturing silicon photoconverters with holes. Using the concept of a multi-element array of small-sized silicon FEP is associated with significant technological costs due to the complexity of the assembly of such a panel and its installation in the module. In a variant design of photoelectric diffusers capturing diffuse light, based on amorphous silicon and / or its alloys, cadmium telluride and / or its alloys, copper-gallium-indium selenide and / or its alloys, their incorporation into the concentrator module is also assumed as a separate constructive element with the corresponding additional technical and financial costs. No protection of the elements of the non-concentrator part of the electrogenerating base from the ingress of focused radiation is not provided, which reduces the reliability and operational life of solar cells that convert diffuse (diffuse) radiation in the concentrator module.
Известен концентраторно-планарный фотоэлектрический модуль (см. патент US 2017062630 А1 МПК H01L 31/0232, H01L 31/02, опубликован 02.03.2017), совпадающий с настоящим решением по наибольшему числу существенных признаков и принятый за прототип. Концентраторно-планарный фотоэлектрический модуль-прототип включает концентрирующие элементы (линзы), концентраторные ФЭП, смонтированные на рабочей поверхности планарных неконцентраторных ФЭП, располагаемых на плоском основании. В основном варианте используют плоские кремниевые ФЭП.Known concentrator-planar photovoltaic module (see US Patent 2017062630 A1 IPC H01L 31/0232, H01L 31/02, published 03/02/2017), which coincides with this decision on the largest number of essential features and adopted for the prototype. Concentrator-planar photovoltaic module-prototype includes concentrating elements (lenses), concentrator FEP mounted on the working surface of planar non-concentrator FEP, located on a flat base. In the basic version, flat silicon FEP is used.
К достоинствам этого варианта следует отнести возможность интеграции дополнительных элементов (например, байпасных диодов и элементов электрической коммутации) непосредственно в пластину неконцентраторных кремниевых ФЭП. В других вариантах исполнения в качестве преобразователей неконцентрированного излучения применены элементы на основе селенида меди-индия и/или его сплавов CuInSe2, теллурида кадмия и др. Однако во всех случаях планарные неконцентраторные ФЭП со сформированной контактной сеткой индивидуально устанавливают на плоское основание, то есть, по сути, представляют собой дискретные элементы, пусть и значительной площади (0,04 м2 максимум), а не изготавливают в едином технологическом процессе формирования плоского основания. С учетом того, что в фотоэлектрических модулях для коммерческих применений площадь рабочей поверхности модуля, как правило, превышает 0.5 м2, монтаж таких дискретных элементов сопряжен с дополнительными затратами. В известном комбинированном модуле концентраторные ФЭП предназначены для работы с прямым солнечным излучением, а планарные неконцентраторные ФЭП - для преобразования рассеянного излучения, а в ряде случаев и прямого излучения, проходящего сквозь концентраторный элемент. При этом планарные неконцентраторные ФЭП несут всю функцию отвода тепла от концентраторных ФЭП. При разориентации концентраторно-планарного фотоэлектрического модуля-прототипа относительно направления на Солнце, возможно смещение сфокусированного излучения с фотоприемной площадки и выход его за пределы концентраторного ФЭП, вызывая выход из строя планарных неконцентраторных ФЭП, что снижает надежность и эксплуатационный ресурс планарных неконцентраторных ФЭП.The advantages of this option include the ability to integrate additional elements (for example, bypass diodes and electrical switching elements) directly into the non-concentrator silicon FEP plate. In other versions, elements based on copper-indium selenide and / or its alloys CuInSe 2 , cadmium telluride, etc. were used as converters of non-concentrated radiation. However, in all cases planar non-concentrator solar cells with a formed contact grid are individually placed on a flat base, that is, in fact, they are discrete elements, albeit of a large area (0.04 m 2 maximum), and are not manufactured in a single technological process of forming a flat base. Taking into account the fact that in photovoltaic modules for commercial applications, the working surface area of the module, as a rule, exceeds 0.5 m 2 , the installation of such discrete elements involves additional costs. In the well-known combined module, concentrator solar cells are designed to work with direct solar radiation, and planar non-concentrator solar cells - to convert the scattered radiation, and in some cases, direct radiation passing through the concentrator element. In this case, planar non-concentrator solar cells carry the entire function of heat removal from concentrator solar cells. When the concentrator-planar photovoltaic module of the prototype is disoriented relative to the direction to the Sun, it is possible to shift the focused radiation from the photoreceiver site and exit it beyond the limits of the concentrator photovoltaic field, causing failure of planar non-concentrator photoelectric cells, which reduces the reliability and operational life of planar non-concentrator photoelectric cells.
Задачей заявляемого изобретения является разработка концентраторно-планарного фотоэлектрического модуля с повышенной надежностью и эксплуатационным ресурсом.The task of the invention is to develop a concentrator-planar photovoltaic module with increased reliability and operational resource.
Поставленная задача решается тем, что концентраторно-планарный фотоэлектрический модуль, содержит фронтальную светопрозрачную панель с концентрирующими оптическим элементами, светопрозрачную тыльную панель, на которой сформированы планарные неконцентраторные фотоэлектрические преобразователи с окнами, противолежащими концентрирующим оптическим элементам, в которых размещены концентраторные фотоэлектрические преобразователи, и элементы крепления. Фронтальная панель и тыльная панель соединены элементами крепления. Центр фотоприемной площадки каждого концентраторного фотоэлектрического преобразователя лежит на одной оси с центром соответствующего концентрирующего оптического элемента и совпадает с его фокусом. Новым в концентраторно-планарном фотоэлектрическом модуле является то, что концентраторные фотоэлектрические преобразователи снабжены защитными отражающими элементами с боковой светоотражающей поверхностью, установленными на фронтальной стороне тыльной панели и исключающими попадание концентрированного солнечного излучения на планарные неконцентраторные фотоэлектрические преобразователи при разориентации модуля от направления на Солнце.The problem is solved by the fact that the concentrator-planar photovoltaic module contains a front translucent panel with concentrating optical elements, a translucent rear panel on which planar non-concentrator photoelectric converters are formed with windows opposite to the concentrating optical elements in which the concentrator photoelectric converters are located, and the fastening elements . Front panel and rear panel are connected by fasteners. The center of the photoreceiver site of each concentrator photoelectric converter lies on the same axis with the center of the corresponding concentrating optical element and coincides with its focus. New in the concentrator-planar photovoltaic module is that concentrator photoelectric converters are equipped with protective reflective elements with a side reflecting surface mounted on the front side of the rear panel and excluding the ingress of concentrated solar radiation to planar non-concentrator photoelectric converters when the module is misoriented from the direction of the Sun.
Защитные отражающие элементы могут быть выполнены в виде полых усеченных пирамид с внутренними светоотражающими поверхностями, обращенных большими основаниями к фронтальной панели, а концентраторные фотоэлектрические преобразователи установлены на тыльной стороне тыльной панели и снабжены теплопроводящим радиатором.Protective reflective elements can be made in the form of hollow truncated pyramids with internal reflective surfaces facing large bases towards the front panel, and concentrator photoelectric converters are installed on the back side of the rear panel and equipped with a heat-conducting radiator.
Защитные отражающие элементы могут быть выполнены в виде сплошных светопрозрачных усеченных пирамид, обращенных большими основаниями к фронтальной панели, на наклонные стенки пирамид нанесено светоотражающее покрытие, а концентраторные фотоэлектрические преобразователи установлены на тыльной стороне тыльной панели и снабжены теплопроводящим радиатором.Protective reflective elements can be made in the form of continuous translucent truncated pyramids, facing large bases to the front panel, a reflective coating is applied to the inclined walls of the pyramids, and concentrator photoelectric converters are installed on the rear side of the rear panel and equipped with a heat-conducting radiator.
Окна в планарных неконцентраторных фотоэлектрических преобразователей могут быть выполнены в виде полос, над которыми установлены защитные отражающие элементы в виде-образных теплопроводящих желобов с боковыми стенками со светоотражающим покрытием, а концентраторные фотоэлектрические преобразователи установлены на основаниях желобов, служащих теплопроводящим радиатором.Windows in planar non-concentrator photoelectric converters can be made in the form of strips, over which protective reflecting elements are installed in the form of -shaped heat-conducting grooves with side walls with a reflective coating, and concentrator photoelectric converters installed on the bases of the grooves, which serve as a heat-conducting radiator.
Боковые стенки теплопроводящих желобов могут быть выполнены утолщенными к основанию желоба.The side walls of the heat-conducting gutters can be made thickened to the base of the gutter.
Концентрирующие оптические элементы могут быть выполнены из силикона в виде линз Френеля квадратной формы, сформированных вплотную друг к другу на тыльной стороне фронтальной панели.Concentrating optical elements can be made of silicone in the form of square-shaped Fresnel lenses, formed close to each other on the back side of the front panel.
Концентраторные фотоэлектрические преобразователи могут быть выполнены на основе А3В5 гетероструктуры.Concentrator photoelectric converters can be made on the basis of A 3 B 5 heterostructures.
Планарные неконцентраторные фотоэлектрические преобразователи могут быть выполнены на основе структур, выбранных из группы полупроводниковых материалов a-Si/nc-Si, CuInSe2, Cu(In1-xGax)Se2.Planar non-concentrator photoelectric converters can be made on the basis of structures selected from the group of semiconductor materials a-Si / nc-Si, CuInSe 2 , Cu (In 1-x Ga x ) Se 2 .
Элементы крепления могут быть выполнены в виде боковых панелей или в виде рам.Fastening elements can be made in the form of side panels or in the form of frames.
Светопрозрачные пластины фронтальной и тыльной панелей могут быть выполнены из силикатного стекла оптического качества, а концентрирующие оптические элементы могут быть типа «классическая плоско-выпуклая линза», «классическая линза Френеля», «линза Френеля с оптическими элементами полного внутреннего отражения» и выполнены из оптически прозрачных материалов типа полиметилметакрилата, силиконового или уретанового компаунда и других.Translucent plates of the front and back panels can be made of optical-grade silicate glass, and concentrating optical elements can be of the type “classical flat convex lens”, “classical Fresnel lens”, “Fresnel lens with optical elements of total internal reflection” and are made of optical transparent materials like polymethyl methacrylate, silicone or urethane compound, and others.
Теплопроводящие радиаторы могут быть выполнены из сплавов алюминия (в этом случае монтаж концентраторного ФЭП производят на плату из теплопроводящего материала, которую затем соединяют с радиатором) или другого металла/сплава (например, меди). В этом случае на радиатор могут быть нанесены покрытия из Zn, или Sn, или Ni, служащие для увеличения коррозионной стойкости и улучшения условий монтажа ФЭП.Heat-conducting radiators can be made of aluminum alloys (in this case, the installation of concentrator FEP is made on the board of heat-conducting material, which is then connected to the radiator) or another metal / alloy (for example, copper). In this case, the radiator can be coated with Zn, or Sn, or Ni, which serve to increase the corrosion resistance and improve the conditions for the installation of solar cells.
В случае расположения теплопроводящих радиаторов снаружи модуля (на тыльной стороне тыльной панели), на их внешнюю (обратную по отношению в потоку сконцентрированного солнечного излучения) поверхность может быть нанесено теплоизлучающее покрытие. Для уменьшения отражения света на границах раздела сред, объем между поверхностью стеклянной пластины тыльной панели в области оптических окон и фотоприемными площадками концентраторных ФЭП может быть заполнен оптическим силиконом.If the heat-conducting radiators are located outside the module (on the rear side of the rear panel), a heat-radiating coating may be applied to their external (opposite in relation to the concentrated solar radiation flux) surface. To reduce the reflection of light at the interfaces of the media, the volume between the surface of the glass plate of the rear panel in the region of the optical windows and the photodetector pads of the concentrator FEP can be filled with optical silicone.
Тыльная сторона модуля может быть загерметизирована отверждаемой полимерной композицией или ламинирующей этиленвинилацетатной пленкой с последующим нанесением защитной пленки из лавсана.The back side of the module can be sealed with a curable polymer composition or a laminating ethylene-vinyl acetate film, followed by the application of a protective lavsan film.
Теплопроводящие радиаторы могут быть прикреплены к поверхности стеклянной пластины тыльной панели при помощи теплопроводящего силикона или адгезива.Heat-conducting radiators can be attached to the surface of the backplate glass plate using heat-conducting silicone or adhesive.
Настоящее техническое решение поясняется чертежами, где:This technical solution is illustrated by drawings, where:
на фиг. 1 схематически изображен фрагмент концентраторно-планарного фотоэлектрического модуля в первом воплощении настоящего изобретения;in fig. 1 shows schematically a fragment of a concentrator-planar photovoltaic module in the first embodiment of the present invention;
на фиг. 2 схематически изображен фрагмент модуля во втором воплощении настоящего изобретения;in fig. 2 shows schematically a fragment of a module in a second embodiment of the present invention;
на фиг. 3 схематически изображен фрагмент концентраторно-планарного фотоэлектрического модуля в третьем воплощении настоящего изобретения;in fig. 3 shows schematically a fragment of a concentrator-planar photovoltaic module in the third embodiment of the present invention;
Концентраторно-планарный фотоэлектрический модуль 1 (см. фиг. 1-фиг. 3) содержит фронтальную (линзовую) панель 2 на основе светопрозрачной пластины 3 с концентрирующими оптическим элементами 4 и тыльную (электрогенерирующую) панель 5, с планарными неконцентраторными тонкопленочными ФЭП 6, сформированными технологическим процессом на тыльной поверхности светопрозрачной пластины 3' в виде параллельных друг другу протяженных узких полос (фотогенерирующих ячеек) одинаковой площади с диффузно отражающим покрытием 7 с тыльной стороны, и концентраторными ФЭП 8 на теплопроводящих радиаторах 9, установленных на тыльной поверхности пластины 3'. Планарные неконцентраторные тонкопленочные ФЭП 6 сформированы в виде полос, обходящих зоны расположения теплопроводящих радиаторов 9, образовывая оптические окна 10, противолежащие концентрирующим оптическим элементам 4 фронтальной панели 2, где отсутствуют планарные неконцентраторные тонкопленочные ФЭП 6 и диффузно отражающее покрытие 7. Планарные неконцентраторные тонкопленочные ФЭП 6 одинаковой площади электрически соединены в группы при помощи металлического проводника (на чертеже не показан). Равенство площадей обеспечивает равные по величине фототоки планарных неконцентраторных ФЭП 6 для соединения этих ФЭП в последовательную электрическую цепь. Взаимное расположение фронтальной панели 2 и тыльной панели 5 фиксируют элементами 11 крепления. Теплопроводящие радиаторы 9 позиционируют в пределах оптических окон 10 на поверхности светопрозрачной пластины 3', и крепят к ее поверхности таким образом, чтобы центры фотоприемных площадок каждого концентраторного ФЭП 8 находились на одной оси с центром соответствующего концентрирующего оптического элемента 4 фронтальной панели 3, обеспечивая положение фокального пятна на концентраторном ФЭП 8 при точной ориентации фотоэлектрического модуля в направлении на Солнце. Концентрирующие оптические элементы 4 могут быть типа «классическая плоско-выпуклая линза», «классическая линза Френеля», «линза Френеля с оптическими элементами полного внутреннего отражения» и выполнены из оптически прозрачных материалов типа полиметилметакрилата, силиконового или уретанового компаунда и других, могут иметь квадратную или иную форму, обеспечивающую расположение концентраторов вплотную друг к другу, и прочно соединены с поверхностью светопрозрачной пластины 3 фронтальной панели 2, выполняющей защитную и несущую функции. Концентраторные ФЭП 8 и байпасные диоды (при необходимости) могут быть установлены непосредственно как на теплопроводящие радиаторы 9, так и на теплопроводящие платы 12 с последующим монтажом на теплопроводящие радиаторы 9. Теплопроводящие радиаторы 9 могут быть выполнены из сплавов алюминия или другого металла/сплава (например, меди с покрытием из Zn, или Sn, или Ni). Теплопроводящие платы 12 могут быть выполнены в виде многослойных конструкций на основе алюминия, керамики, кремния и др. с обеспечением необходимой электроотводящей и изолирующей функций. Тыльная сторона модуля 1 может быть загерметизирована защитным электроизолирующим покрытием 13, например, ламинирующей этиленвинилацетатной пленкой или отверждаемой полимерной композицией с последующим нанесением защитной пленки из лавсана, если это требуется в силу эксплуатации в агрессивных условиях. На внешнюю (обратную по отношению в потоку сконцентрированного солнечного излучения) поверхность теплопроводящих радиаторов 9 может быть нанесено теплоизлучающее покрытие 14. Электрическое соединение концентраторных ФЭП 8 в последовательно-параллельную цепь осуществляют при помощи металлических проводников (на чертеже не показаны) с выводом на коммутационный терминал. Электрогенерирующая часть на основе планарных неконцентраторных ФЭП 6 формирует отдельную электрическую схему с выводом на коммутационный терминал. В вариантном исполнении схемы электрической коммутации концентраторный и планарный контуры могут быть соединены параллельно, при условии генерации более высокого фототока в последовательно-параллельной цепи из концентраторных ФЭП и более высокого напряжения в цепи на основе планарных тонкопленочных ФЭП. В первом воплощении настоящего изобретения (см. фиг. 1) защита планарных неконцентраторных ФЭП 6 от попадания сконцентрированного солнечного излучения высокой плотности при разориентации модуля реализуют при помощи индивидуально устанавливаемых на фронтальной поверхности светопрозрачной пластины 3' соосно над каждым концентраторным ФЭП 8 защитных отражающих элементов 15 в виде полых усеченных пирамид с внутренними светоотражающими поверхностями, обращенных большими основаниями к фронтальной (линзовой) панели 2. При работе модуля 1 в режиме разориентации относительно направления на Солнце, такие защитные диффузно отражающие элементы 13 рассеивают сфокусированное излучение в объем модуля 1 и, тем самым, предотвращают попадание сконцентрированного солнечного излучения высокой плотности на планарные неконцентраторные ФЭП 6. При этом концентраторные ФЭП 8 на теплопроводящих радиаторах 9 установлены на тыльной поверхности светопрозрачной пластины 3' напротив оптических окон 10, и находятся снаружи модуля 1. Второе воплощение настоящего изобретения, (см. фиг. 2) отличается от первого воплощения тем, что защитные отражающие элементы 16 выполнены в виде сплошных светопрозрачных усеченных пирамид (калейдоскопов), обращенных большими основаниями к фронтальной (линзовой) панели 2, на наклонные стенки пирамид нанесено светоотражающее покрытие. При работе модуля 1 в режиме разориентации относительно направления на Солнце, такие калейдоскопы переотражают сфокусированное излучение в сторону от тонкопленочных планарных неконцентраторных ФЭП 6 для минимизации их деградации. Внешние наклонные стенки таких пирамид могут взаимодействовать с поступающим излучением по принципу полного внутреннего отражения или иметь дополнительное зеркальное покрытие для увеличения эффективности отражения. В частном случае, такие защитные отражающие элементы 16 могут направлять излучения по направлению к концентраторному ФЭП, а в случае выпуклой фронтальной поверхности - дополнительно фокусировать его, и выполнять роль как защитного элемента для планарных неконцентраторных ФЭП 6, так и вторичного оптического концентрирующего элемента. Третье воплощение настоящего изобретения (см. фиг. 3) отличается от первого и второго воплощений тем, что защитные отражающие элементы 17 выполнены в виде -образных теплопроводящих желобов с боковыми стенками с диффузно отражающей поверхностью. При этом основания желобов служат теплопроводящим радиатором 9 для концентраторных ФЭП 8. Защитные отражающие элементы 17 с концентраторными ФЭП 8 на теплопроводящих платах 12 установлены на рабочей (обращенной к фронтальной панели 2) поверхности светопрозрачной пластины 3' и находятся внутри модуля 1. Боковые наклонные стенки защитных отражающих элементов 17 обеспечивают гарантированную защиту планарных неконцентраторных ФЭП 6 от попадания сильно сфокусированного излучения вплоть до углов разориентации (в поперечном направлении модуля), за пределами которых плотность излучения в сконцентрированном световом потоке, достигающем элементы тонкопленочной структуры, не является критичной (повреждающей) для тонкопленочных планарных неконцентраторных ФЭП 6. В продольном направлении при любых углах разориентации пятно сфокусированного солнечного излучения будет оставаться остается в пределах защитного отражающего элемента 17. Оптические окна 10 в этом случае имеют вид полосы, разделяющей тонкопленочные планарные неконцентраторные ФЭП 6 на изолированные группы с последовательной коммутацией планарных неконцентраторных ФЭП 6 в них. Ширина оптических окон 10 в тонкопленочных слоях тыльной панели 5 совпадает или несколько превышает ширину основания защитного отражающего элемента 17. Конструктивно защитные отражающие элементы 17 имеют протяженную форму, что увеличивает суммарную удельную площадь плоского теплоотвода и снижает нагрев концентраторных ФЭП 8, и могут быть предназначены для установки одной или нескольких теплопроводящих плат 12 с коммутируемыми в электрическую цепь концентраторными ФЭП 8. Их длина должна быть меньше габаритного размера светопрозрачной пластины 3' и, как правило, выбирается из соображений обеспечения точности позиционирования концентраторных ФЭП 8 относительно оптической оси концентрирующего оптического элемента 4 при температурном расширении материала защитных отражающих элементов 17 и сохранения конструктивной прочности модуля 1 при возникновении механических напряжений по причине разницы коэффициентов температурного расширения материалов. Для улучшения теплоотвода, основания желобов защитных элементов 17 могут быть выполнены утолщенными.The concentrator-planar photovoltaic module 1 (see Fig. 1-Fig. 3) contains a front (lens)
Комбинированный концентраторно-планарный фотоэлектрический модуль 1 работает следующим образом. Концентраторно-планарный фотоэлектрический модуль модуль 1 устанавливают на поворотную платформу с системой слежения за Солнцем и ориентируют платформу в пространстве так, чтобы плоскость светопрозрачной пластины 3 фронтальной панели 2 с концентрирующими оптическими элементами 4 была перпендикулярна световому потоку солнечного излучения. При этом концентрирующие оптические элементы 4 фокусируют прямое солнечное излучение на фотоприемные площадки концентраторных ФЭП 8, установленных на теплопроводящие радиаторы 9, которые закреплены на рабочей или тыльной поверхности светопрозрачной пластины 3' тыльной панели 5 с тонкопленочными планарными неконцентраторными ФЭП 6, преобразующими поступающее сквозь концентратор диффузное (при отсутствии прямого) излучение или рассеянное концентрирующим оптическим элементом 4 излучение. На фронтальной стороне тыльной панели 5 установлены защитные отражающие элементы 15, 16 или 17, отражающие (рассеивающие) излучение из областей, прилегающих к концентраторным ФЭП 8, предотвращая тем самым попадание концентрированного солнечного излучения на планарные неконцентраторные ФЭП 6 для минимизации их деградации при локальном засвечивании световым потоком высокой плотности при разориентации модуля 1 от направления на Солнце. Теплопроводящие радиаторы 9 имеют форму и конфигурацию, обеспечивающие эффективный теплоотвод от концентраторного ФЭП 8 При подключении к внешним контактам фотоэлектрического модуля 1 электрической нагрузки, в цепи нагрузки будет протекать электрический ток, генерируемый в контуре с концентраторными ФЭП 8 под воздействием сконцентрированного прямого солнечного излучения и в контуре с планарными неконцентраторными ФЭП 6 при преобразовании диффузного или рассеянного солнечного излучения. Коэффициент полезного действия концентраторной части фотоэлектрического модуля 1 с концентраторными ФЭП 8 может достигать 35%, а планарной части с тонкопленочными планарными неконцентраторными ФЭП 6 - 9-17% в зависимости от выбранной для них полупроводниковой структуры и конструкции. Часть солнечной энергии, не преобразованная в электрическую, превращается в тепло, которое передается от ФЭП 8 к теплопроводящим платам 12 с теплопроводящими радиаторами 9 и далее к светопрозрачной пластине 3' тыльной панели 5 с последующим рассеиванием в окружающее пространство посредством конвекционного теплообмена.Combined concentrator-planar
Для практической проверки заявляемых решений был изготовлен экспериментальный образец комбинированного модуля с защитными отражающими элементами в виде-образных теплопроводящих желобов с диффузно отражающими боковыми стенками из алюминиевого сплава. В качестве материала светопрозрачных пластин линзовой и электрогенерирующей панелей было выбрано стекло «солнечного» качества. На поверхности стеклянной пластины фронтальной панели были сформированы из оптически прозрачного силикона концентраторы типа «линза Френеля» квадратной формы примыкающие друг к другу. На тыльной поверхности стеклянной пластины тыльной панели были нанесены слои тонкопленочных планарных неконцентраторных ФЭП на основе каскадной структуры a-Si/nc-Si с оптическими окнами в виде полос, разделяющих планарные неконцентраторные ФЭП на изолированные группы, на фронтальной поверхности стеклянной пластины установлены защитные элементы с концентраторными ФЭП на основе А3В5 гетероструктур на теплопроводящих платах. Тыльная сторона модуля была загерметизирована ламинирующей этиленвинилацетатной пленкой. Проведенные испытания продемонстрировали работоспособность комбинированного модуля, при этом его энерговыработка превысила энерговыработку аналогичного концентраторного модуля на 5%.For the practical verification of the proposed solutions, an experimental sample of the combined module with protective reflective elements in the form of -shaped heat-conducting grooves with diffusely reflecting aluminum alloy side walls. Glass of “solar” quality was chosen as the material of the translucent plates of the lens and electrogenerating panels. On the surface of the glass plate of the front panel, square-shaped Fresnel-type concentrators of optically transparent silicone were formed adjacent to each other. Layers of thin-film planar non-concentrator FEP based on a-Si / nc-Si cascade structure with optical windows in the form of strips dividing planar non-concentrator FEP into isolated groups were deposited on the back surface of the back plate glass plate; protective elements with concentrator elements were installed on the front surface of the glass plate FEP based on A3B5 heterostructures on heat-conducting boards. The back of the module was sealed with a laminating ethylene-vinyl acetate film. The tests performed demonstrated the operability of the combined module, while its energy production exceeded the energy production of a similar concentrator module by 5%.
В настоящей конструкции модуля исключается возможность деградации тонкопленочных планарных неконцентраторных ФЭП и выгорания элементов конструкции при смещении сфокусированного солнечного излучения относительно концентраторных ФЭП в область тонкопленочных структур планарных неконцентраторных ФЭП. За счет этого настоящая конструкция фотоэлектрического модуля имеет увеличенный срок эксплуатации при сохранении эффективности преобразования солнечного излучения при одновременном увеличении общего энергосъема и годовой выработки электроэнергии.This module design excludes the possibility of degradation of thin-film planar non-concentrator solar cells and burnout of structural elements when the focused solar radiation shifts relative to the concentrator solar cells in the region of the thin-film structures of planar non-concentrator solar cells. Due to this, the present design of the photovoltaic module has an increased service life while maintaining the efficiency of conversion of solar radiation while increasing the total energy output and annual electricity generation.
При производстве модуля предлагается использовать родственные по сути и используемым материалам технологические процессы ламинирования и герметизации, нашедшие широкое применение при изготовлении электрогенерирующих оснований в модулях как планарного, так и концентраторного типов. Распространение предложенного комбинированного фотоэлектрического модуля в системах «зеленой» энергетики даст большой экономический эффект, обусловленный тем, что модуль прост по конструкции, высокотехнологичен в изготовлении, обладает высокими фотоэлектрическими и технико-экономическими показателями и прочностными характеристиками, обеспечивающими надежную и долговременную эксплуатацию.In the production of the module, it is proposed to use lamination and sealing processes related to the substance and materials used, which are widely used in the manufacture of electrogenerating bases in modules of both planar and concentrator types. The distribution of the proposed combined photovoltaic module in the systems of "green" energy will give a large economic effect, due to the fact that the module is simple in design, high-tech to manufacture, has high photoelectric and technical and economic indicators and strength characteristics that ensure reliable and long-term operation.
Изобретение направлено на увеличение энергетического потенциала высокоэффективных фотоэлектрических модулей с концентраторами солнечного излучения и расширение климатических областей их применения, в том числе за счет сочетания концентраторных технологий А3В5 с экономически эффективными подходами стандартной планарной фотоэнергетики.The invention is aimed at increasing the energy potential of high-efficiency photovoltaic modules with solar concentrators and expanding the climatic areas of their application, including by combining A3B5 concentrator technologies with cost-effective approaches to standard planar photovoltaic.
Концентраторно-планарные фотоэлектрические модули предназначены к применению в наземных энергетических установках с механизмом непрерывного слежения за положением Солнца, работающих в составе систем «зеленой энергетики» в климатических зонах с переменным отношением прямой и диффузной составляющих в общем потоке излучения.Hub-planar photovoltaic modules are intended for use in terrestrial power plants with a continuous tracking mechanism for the position of the Sun, working as part of the "green energy" systems in climatic zones with a variable ratio of direct and diffuse components in the total radiation flux.
Claims (10)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2018122560A RU2690728C1 (en) | 2018-06-19 | 2018-06-19 | Concentrator-planar solar photoelectric module |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2018122560A RU2690728C1 (en) | 2018-06-19 | 2018-06-19 | Concentrator-planar solar photoelectric module |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2690728C1 true RU2690728C1 (en) | 2019-06-05 |
Family
ID=67037443
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2018122560A RU2690728C1 (en) | 2018-06-19 | 2018-06-19 | Concentrator-planar solar photoelectric module |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2690728C1 (en) |
Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2740738C1 (en) * | 2020-04-20 | 2021-01-20 | Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Физико-технический институт им. А.Ф. Иоффе Российской академии наук | Powerful concentrator photoelectric module |
RU2744355C1 (en) * | 2020-08-04 | 2021-03-05 | Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Физико-технический институт им. А.Ф. Иоффе Российской академии наук | Concentrator photoelectric module |
RU2773716C1 (en) * | 2021-10-11 | 2022-06-08 | Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Физико-технический институт им. А.Ф. Иоффе Российской академии наук | Concentrator photoelectric module with planar elements |
Citations (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2352023C1 (en) * | 2007-10-19 | 2009-04-10 | Общество с ограниченной ответственностью "Национальная инновационная компания "Новые энергетические проекты" (ООО "Национальная инновационная компания "НЭП") | Solar photoelectric module |
RU2370856C2 (en) * | 2007-10-19 | 2009-10-20 | Общество с ограниченной ответственностью "Национальная инновационная компания "Новые энергетические проекты" (ООО "Национальная инновационная компания "НЭП") | Concentrator photoelectric module |
RU2395136C1 (en) * | 2009-06-15 | 2010-07-20 | Учреждение Российской академии наук Физико-технический институт им. А.Ф. Иоффе РАН | Photovoltaic module |
RU2578735C1 (en) * | 2014-12-10 | 2016-03-27 | Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Физико-технический институт им. А.Ф. Иоффе Российской академии наук | Concentrator solar photovoltaic module |
RU2611693C1 (en) * | 2015-11-13 | 2017-02-28 | Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Физико-технический институт им. А.Ф. Иоффе Российской академии наук | Solar concentrator module |
-
2018
- 2018-06-19 RU RU2018122560A patent/RU2690728C1/en active
Patent Citations (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2352023C1 (en) * | 2007-10-19 | 2009-04-10 | Общество с ограниченной ответственностью "Национальная инновационная компания "Новые энергетические проекты" (ООО "Национальная инновационная компания "НЭП") | Solar photoelectric module |
RU2370856C2 (en) * | 2007-10-19 | 2009-10-20 | Общество с ограниченной ответственностью "Национальная инновационная компания "Новые энергетические проекты" (ООО "Национальная инновационная компания "НЭП") | Concentrator photoelectric module |
RU2395136C1 (en) * | 2009-06-15 | 2010-07-20 | Учреждение Российской академии наук Физико-технический институт им. А.Ф. Иоффе РАН | Photovoltaic module |
RU2578735C1 (en) * | 2014-12-10 | 2016-03-27 | Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Физико-технический институт им. А.Ф. Иоффе Российской академии наук | Concentrator solar photovoltaic module |
RU2611693C1 (en) * | 2015-11-13 | 2017-02-28 | Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Физико-технический институт им. А.Ф. Иоффе Российской академии наук | Solar concentrator module |
Cited By (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2740738C1 (en) * | 2020-04-20 | 2021-01-20 | Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Физико-технический институт им. А.Ф. Иоффе Российской академии наук | Powerful concentrator photoelectric module |
RU2744355C1 (en) * | 2020-08-04 | 2021-03-05 | Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Физико-технический институт им. А.Ф. Иоффе Российской академии наук | Concentrator photoelectric module |
RU2773716C1 (en) * | 2021-10-11 | 2022-06-08 | Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Физико-технический институт им. А.Ф. Иоффе Российской академии наук | Concentrator photoelectric module with planar elements |
RU214760U1 (en) * | 2022-04-19 | 2022-11-14 | Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Физико-технический институт им. А.Ф. Иоффе Российской академии наук | SOLAR RADIATION CONCENTRATOR |
RU2789205C1 (en) * | 2022-05-13 | 2023-01-31 | Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Физико-технический институт им. А.Ф. Иоффе Российской академии наук | Solar photovoltaic power plant |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US9923112B2 (en) | Concentrated photovoltaic system modules using III-V semiconductor solar cells | |
US8049150B2 (en) | Solar collector with end modifications | |
US8410350B2 (en) | Modular solar panels with heat exchange | |
US7728219B2 (en) | Photovoltaic cells, modules and methods of making same | |
US20120167942A1 (en) | Low-concentration flat profile photovoltaic modules | |
US20100126554A1 (en) | Staggered light collectors for concentrator solar panels | |
US20080185034A1 (en) | Fly's Eye Lens Short Focal Length Solar Concentrator | |
CN102044585B (en) | Concentrated photovoltaic system modules using iii-v semiconductor solar cells | |
JP2011003896A (en) | Receiver structure for photovoltaic concentrator system comprising group iii-v compound semiconductor solar cell | |
US20130306130A1 (en) | Solar module apparatus with edge reflection enhancement and method of making the same | |
WO2006049524A1 (en) | Photovoltaic module | |
KR20120018792A (en) | Solar photovoltaic concentrator panel | |
WO2004114419A1 (en) | Linear compound photovoltaic module and reflector | |
RU2690728C1 (en) | Concentrator-planar solar photoelectric module | |
US20110203638A1 (en) | Concentrating linear photovoltaic receiver and method for manufacturing same | |
US20160005910A1 (en) | Vertical multi-junction photovoltaic cell with reverse current limiting element | |
JP4898145B2 (en) | Concentrating solar cell module | |
Loeckenhoff et al. | Development, characterisation and 1000 suns outdoor tests of GaAs monolithic interconnected module (MIM) receivers | |
RU2395136C1 (en) | Photovoltaic module | |
CN201733250U (en) | Line-focusing light-focusing photovoltaic module | |
RU2354005C1 (en) | Photoelectric module | |
RU2475888C1 (en) | Photovoltaic module design | |
RU2578735C1 (en) | Concentrator solar photovoltaic module | |
US20190353882A1 (en) | Solar concentrator apparatus and solar collector array | |
JP2016214079A (en) | Concentrating solar power generation panel and concentrating solar power generation apparatus |