RU2700655C1 - Solar module with concentrator - Google Patents
Solar module with concentrator Download PDFInfo
- Publication number
- RU2700655C1 RU2700655C1 RU2019111864A RU2019111864A RU2700655C1 RU 2700655 C1 RU2700655 C1 RU 2700655C1 RU 2019111864 A RU2019111864 A RU 2019111864A RU 2019111864 A RU2019111864 A RU 2019111864A RU 2700655 C1 RU2700655 C1 RU 2700655C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- concentrator
- mirror
- solar
- angle
- optical system
- Prior art date
Links
- 230000005855 radiation Effects 0.000 claims abstract description 18
- 230000003287 optical effect Effects 0.000 claims abstract description 16
- 230000000903 blocking effect Effects 0.000 claims abstract description 13
- 230000000694 effects Effects 0.000 abstract description 3
- 230000005611 electricity Effects 0.000 abstract description 2
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract 1
- 230000007423 decrease Effects 0.000 description 4
- 230000004907 flux Effects 0.000 description 4
- 241000446313 Lamella Species 0.000 description 1
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 1
- 239000002131 composite material Substances 0.000 description 1
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 1
- 238000002329 infrared spectrum Methods 0.000 description 1
- 230000010354 integration Effects 0.000 description 1
- 239000000463 material Substances 0.000 description 1
- 238000004088 simulation Methods 0.000 description 1
- 238000001228 spectrum Methods 0.000 description 1
- 230000037072 sun protection Effects 0.000 description 1
- 238000001429 visible spectrum Methods 0.000 description 1
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
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E10/00—Energy generation through renewable energy sources
- Y02E10/50—Photovoltaic [PV] energy
Landscapes
- Photovoltaic Devices (AREA)
- Optical Elements Other Than Lenses (AREA)
- Mounting And Adjusting Of Optical Elements (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к гелиотехнике, в частности к солнечным модулям с концентраторами солнечного излучения для получения электроэнергии и тепла.The invention relates to solar technology, in particular to solar modules with solar concentrators for generating electricity and heat.
Известен солнечный модуль с концентратором, содержащий голографическую сетку, разделяющую падающий спектр солнечного излучения на видимый и инфракрасный диапазон, а также линзу Френеля, концентрирующую видимый спектр на фотоэлектрический преобразователь, а инфракрасный спектр – на теплообменник (Xia, X.W.; Parfenov, A.V.; Aye, T.M.; Shih, M.-Y. Efficient hybrid electric and thermal energy generation. In Proceedings of SPIE, San Diego, CA, USA, 22–24 August 2011).A known solar module with a concentrator containing a holographic grid separating the incident spectrum of solar radiation into the visible and infrared ranges, as well as a Fresnel lens, concentrating the visible spectrum onto a photoelectric converter, and the infrared spectrum onto a heat exchanger (Xia, XW; Parfenov, AV; Aye, TM; Shih, M.-Y. Eficient hybrid electric and thermal energy generation. In Proceedings of SPIE, San Diego, CA, USA, August 22-24, 2011).
Недостатками известного модуля являются потери на френелевское отражение, высокая материалоемкость.The disadvantages of the known module are losses on the Fresnel reflection, high material consumption.
Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому изобретению является солнечный модуль, содержащий концентратор энергии, состоящий из голографической линзы, которая фокусирует падающее излучение на теплофотоэлектрический приемник, солнечный модуль с концентратором интегрирован в систему солнцезащитных ламелей, вращающихся вслед за движением Солнца (Julia Marín-Sáez, Daniel Chemisana, Álex Moreno, Alberto Riverola, Jesús Atencia and María-Victoria Collados. Energy Simulation of a Holographic PVT Concentrating System for Building Integration Applications. Energies 2016, 9, 577; 25 July 2016).The closest in technical essence to the present invention is a solar module containing an energy concentrator, consisting of a holographic lens that focuses the incident radiation on a photovoltaic receiver, a solar module with a concentrator is integrated into a system of sun-protection lamellas rotating after the movement of the sun (Julia Marín-Sáez, Daniel Chemisana, Álex Moreno, Alberto Riverola, Jesús Atencia and María-Victoria Collados. Energy Simulation of a Holographic PVT Concentrating System for Building Integration Applications. Energies 2016, 9, 577; July 25, 2016).
Недостатками всех известных типов солнечных модулей является низкая удельная мощность приемника солнечного излучения.The disadvantages of all known types of solar modules is the low specific power of the solar radiation receiver.
Задачей предлагаемого изобретения является повышение удельной мощности приемника солнечного излучения.The objective of the invention is to increase the specific power of the receiver of solar radiation.
В результате использования предлагаемого солнечного модуля повышается удельная мощность приемника за счет того, что концентратор выполнен в виде голографической линзы с гелиостатом, имеющим нулевые потери солнечной энергии на блокировку и затенение. As a result of using the proposed solar module, the specific power of the receiver is increased due to the fact that the concentrator is made in the form of a holographic lens with a heliostat having zero loss of solar energy for blocking and shading.
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 из зеркальных отражателей, выполненных в виде жалюзи из плоских зеркальных фацет, согласно изобретению, концентратор выполнен в виде голографической линзы, при этом проекция угла на плоскость симметрии отклоняющей оптической системы между направлением на Солнце и базовой плоскостью h, угол возвышения нормали к зеркальной поверхности отражателей относительно базовой плоскости z, ширина зеркальных отражателей b, минимальное расстояние между зеркальными отражателями для предотвращения затенения и блокировки tbs связаны соотношением: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 falls, a concentrator and a radiation receiver, a deflecting optical system of mirror reflectors made in the form of blinds made of flat mirror faces is installed on the working surface , the hub is made in the form of a holographic lens, with the projection of the angle on the plane of symmetry of the deflecting optical system between the direction to the Sun and the base plane oskost h, the angle of elevation of the normal to the reflector surface of the reflectors relative to the base plane z, the width of the mirror reflectors b, the minimum distance between the mirror reflectors to prevent shading and blocking t bs are related by the ratio:
, ,
где b – ширина зеркальных отражателей, where b is the width of the mirror reflectors,
tbs – шаг зеркальных отражателей, предотвращающий блокировку и затенение, t bs - step of mirror reflectors, preventing blocking and shading,
h –проекция на плоскость симметрии отклоняющей оптической системы угла между направлением на Солнце и базовой плоскостью, h is the projection on the plane of symmetry of the deflecting optical system of the angle between the direction to the Sun and the base plane,
z – угол возвышения нормали к зеркальной поверхности отражателя относительно базовой плоскости.z is the elevation angle of the normal to the reflector surface of the reflector relative to the reference plane.
Сущность предлагаемого изобретения поясняется чертежами, где на фиг. 1 представлена схема отклоняющей оптической системы солнечного модуля с концентратором, на фиг. 2 представлен ход лучей в солнечном модуле с концентратором с отклоняющей оптической системой, состоящей из миниатюрных зеркальных отражателей в виде жалюзи из параллельных плоских фацет и голографическим концентратором с общим приемником.The essence of the invention is illustrated by drawings, where in FIG. 1 is a diagram of a deflecting optical system of a solar module with a hub; FIG. Figure 2 shows the path of the rays in a solar module with a concentrator with a deflecting optical system, consisting of miniature mirror reflectors in the form of blinds made of parallel flat facets and a holographic concentrator with a common receiver.
Солнечный модуль с концентратором содержит рабочую поверхность 1, на которую падает солнечное излучение 4, зеркальную отклоняющую оптическую систему 2, состоящую из зеркальных отражателей 3 шириной b, установленных под углом z относительно базовой плоскости 5. Зеркальные отражатели 3 установлены друг от друга на расстоянии tb. A solar module with a concentrator comprises a working surface 1 onto which
Для предотвращения эффекта блокировки зеркальных отражателей 3 шаг между соседними отражателями устанавливается не менее tb (фиг. 1).To prevent the effect of blocking the
По теореме синусов:By the sine theorem:
где b – ширина зеркального отражателя 3, where b is the width of the
tb – шаг зеркальных отражателей 3, предотвращающий блокировку, t b -
γ – угол снижения отражённого потока солнечного излучения 4 относительно базовой плоскости 5 (фиг. 1).γ is the angle of decline of the reflected flux of
Угол ε определен следующим образом:The angle ε is defined as follows:
илиor
где α – угол между зеркальной поверхностью отражателя 3 и базовой плоскостью 5, where α is the angle between the mirror surface of the
z – угол возвышения вектора нормали 6 к зеркальной поверхности отражателя 3 относительно базовой плоскости 5,z is the elevation angle of the
γ – угол снижения отражённого потока солнечного излучения 4 относительно базовой плоскости 5.γ is the angle of decline of the reflected flux of
ТогдаThen
где b – ширина зеркального отражателя 3, where b is the width of the
tb – шаг зеркальных отражателей 3, предотвращающий блокировку, t b -
z – угол возвышения вектора нормали 6 к зеркальной поверхности отражателя 3 относительно базовой плоскости 5,z is the elevation angle of the
γ – угол снижения отражённого потока солнечного излучения 4 относительно базовой плоскости 5.γ is the angle of decline of the reflected flux of
Минимальное расстояние ts между зеркальными отражателями 3 (фиг.1), позволяющее избежать затенения, определяется следующим образом.The minimum distance t s between the mirror reflectors 3 (figure 1), to avoid shading, is determined as follows.
Аналогично предыдущему:Similar to the previous one:
где h –проекция на плоскость симметрии отклоняющей оптической системы 2 угла между направлением на Солнце и базовой плоскостью 5, при этом 0 ≤ h ≤ 180°,where h is the projection on the symmetry plane of the deflecting
b – ширина зеркального отражателя 3,b is the width of the
ts – шаг зеркальных отражателей 3, предотвращающий затенение. t s - step of the
Угол φ определяется через углы h и z:The angle φ is determined through the angles h and z:
где h –проекция на плоскость симметрии отклоняющей оптической системы 2 угла между направлением на Солнце и базовой плоскостью 5, при этом 0 ≤ h ≤ 180°,where h is the projection on the symmetry plane of the deflecting
z – угол возвышения вектора нормали 6 к зеркальной поверхности отражателя 3 относительно базовой плоскости 5.z is the elevation angle of the
ТогдаThen
где h –проекция на плоскость симметрии отклоняющей оптической системы 2 угла между направлением на Солнце и базовой плоскостью 5, при этом 0 ≤ h ≤ 180°,where h is the projection on the symmetry plane of the deflecting
z – угол возвышения вектора нормали 6 к зеркальной поверхности отражателя 3 относительно базовой плоскости 5,z is the elevation angle of the
b – ширина зеркального отражателя 3,b is the width of the
ts – шаг зеркальных отражателей 3, предотвращающий затенение. t s - step of the
Из рассмотрения фиг. 1 следует, чтоFrom consideration of FIG. 1 it follows that
где h –проекция на плоскость симметрии отклоняющей оптической системы 2 угла между направлением на Солнце и базовой плоскостью 5, при этом 0 ≤ h ≤ 180°,where h is the projection on the symmetry plane of the deflecting
z – угол возвышения вектора нормали 6 к зеркальной поверхности отражателя 3 относительно базовой плоскости 5,z is the elevation angle of the
γ – угол снижения отражённого потока солнечного излучения 4 относительно базовой плоскости 5.γ is the angle of decline of the reflected flux of
Тогда минимальное расстояние между зеркальными отражателями 3 для предотвращения затенения зеркальных поверхностейThen the minimum distance between the
а для предотвращения блокировкиand to prevent blocking
Из (9) и (10) получаем соотношение, связывающее высоту Солнца h, угол наклона z зеркальных отражателей 3, шаг tbs зеркальных отражателей 3 и ширину b для одновременного предотвращения эффектов блокировки и затенения From (9) and (10) we obtain the relation connecting the height of the Sun h, the tilt angle z of the
где tbs – шаг зеркальных отражателей, предотвращающий блокировку и затенение,where t bs is the step of the mirror reflectors, preventing blocking and shading,
b – ширина зеркального отражателя 3,b is the width of the
h –проекция на плоскость симметрии отклоняющей оптической системы 2 угла между направлением на Солнце и базовой плоскостью 5, при этом 0 ≤ h ≤ 180°,h is the projection onto the symmetry plane of the deflecting
z – угол возвышения вектора нормали 6 к зеркальной поверхности отражателя 3 относительно базовой плоскости 5.z is the elevation angle of the
На фиг.2 показан ход лучей в солнечном модуле с голографическим концентратором 7. Figure 2 shows the path of the rays in the solar module with a
Солнечный модуль с концентратором на фиг. 2 содержит голографический концентратор 7, теплофотоэлектрический приемник 8, поверхность входа 9, на которой установлены соединенные в гелиостат 10 миниатюрные зеркальные отражатели 3. Теплофотоэлектрический приемник 8 содержит соединенные солнечные элементы 11, электроизолированные от теплообменника 12. Расстояние tbs между зеркальными отражателями 3, а также угол наклона z зеркальных отражателей устанавливаются в соответствии с (11).The solar module with the concentrator in FIG. 2 contains a
Солнечный модуль с концентратором работает следующим образом.A solar module with a hub works as follows.
Солнечное излучение поступает на зеркальный отражатель 3 под углом h, попадает на рабочую поверхность голографического концентратора 7 после отражения от зеркального отражателя 3 и преобразования в голографическом концентраторе 7 попадает на теплофотоэлектрический приемник 8. Solar radiation enters the
Гелиостат 10 представляет собой параллельные ряды синхронно работающих зеркальных отражателей 3. Расстояние tbs между зеркальными отражателями 3, а также угол наклона z зеркальных отражателей 3 устанавливаются в соответствии с (11) в зависимости от значения угла h, характеризующего положение Солнца относительно гелиостата 10.The
Выполнение модуля в виде составного концентратора из голографической линзы с миниатюрными зеркальными отражателями позволяет исключить потери энергии в гелиостате на блокировку и затенение, увеличить концентрацию солнечного излучения и удельную мощность солнечного модуля с концентратором по сравнению с солнечным модулем с призменным концентратором и уменьшить толщину модуля по сравнению с солнечным модулем с концентратором на основе фоклина и призмы.The implementation of the module in the form of a composite concentrator from a holographic lens with miniature mirror reflectors eliminates the energy loss in the heliostat due to blocking and shading, increases the concentration of solar radiation and the specific power of the solar module with a concentrator compared to a solar module with a prism concentrator and reduces the thickness of the module compared to a solar module with a concentrator based on foclin and prism.
Claims (6)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2019111864A RU2700655C1 (en) | 2019-04-19 | 2019-04-19 | Solar module with concentrator |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2019111864A RU2700655C1 (en) | 2019-04-19 | 2019-04-19 | Solar module with concentrator |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2700655C1 true RU2700655C1 (en) | 2019-09-18 |
Family
ID=67989678
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2019111864A RU2700655C1 (en) | 2019-04-19 | 2019-04-19 | Solar module with concentrator |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2700655C1 (en) |
Citations (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US4143640A (en) * | 1975-05-08 | 1979-03-13 | Massachusetts Institute Of Technology | Venetian-blind solar collector |
WO1991004580A1 (en) * | 1989-09-21 | 1991-04-04 | Holobeam, Inc. | Photovoltaic solar systems with dispersive concentrators |
RU2382953C1 (en) * | 2008-12-29 | 2010-02-27 | Федеральное государственное унитарное предприятие "Всероссийский Электротехнический институт им. В.И. Ленина" (ФГУП ВЭИ) | Combined solar power plant |
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 |
RU2576742C2 (en) * | 2014-05-08 | 2016-03-10 | Федеральное государственное бюджетное научное учреждение "Всероссийский научно-исследовательский институт электрификации сельского хозяйства"(ФГБНУ ВИЭСХ) | Solar module with concentrator |
-
2019
- 2019-04-19 RU RU2019111864A patent/RU2700655C1/en active
Patent Citations (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US4143640A (en) * | 1975-05-08 | 1979-03-13 | Massachusetts Institute Of Technology | Venetian-blind solar collector |
WO1991004580A1 (en) * | 1989-09-21 | 1991-04-04 | Holobeam, Inc. | Photovoltaic solar systems with dispersive concentrators |
RU2382953C1 (en) * | 2008-12-29 | 2010-02-27 | Федеральное государственное унитарное предприятие "Всероссийский Электротехнический институт им. В.И. Ленина" (ФГУП ВЭИ) | Combined solar power plant |
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 |
RU2576742C2 (en) * | 2014-05-08 | 2016-03-10 | Федеральное государственное бюджетное научное учреждение "Всероссийский научно-исследовательский институт электрификации сельского хозяйства"(ФГБНУ ВИЭСХ) | Solar module with concentrator |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
Jaaz et al. | Design and development of compound parabolic concentrating for photovoltaic solar collector | |
Ali et al. | An optical analysis of a static 3-D solar concentrator | |
El Gharbi et al. | A comparative study between parabolic trough collector and linear Fresnel reflector technologies | |
US6717045B2 (en) | Photovoltaic array module design for solar electric power generation systems | |
AU2003259804C1 (en) | Concentrating solar energy receiver | |
CN102403929B (en) | Solar light-gathering power generation module | |
Li | Design and development of a lens-walled compound parabolic concentrator-a review | |
CA2442143A1 (en) | Conversion of solar energy | |
US20060249143A1 (en) | Reflecting photonic concentrator | |
CN105974569A (en) | Tracking-free high-power stationary condenser | |
KR102103279B1 (en) | Bifacial photovoltaic module device and method of using the same | |
Tripanagnostopoulos | New designs of building integrated solar energy systems | |
Mojiri et al. | Spectrally splitting hybrid photovoltaic/thermal receiver design for a linear concentrator | |
RU2700655C1 (en) | Solar module with concentrator | |
De et al. | A brief review of solar concentrators | |
Arago et al. | Utilization of cassegrain feed parabolic antenna design in increasing the efficiency of photovoltaic module | |
CN103411754B (en) | Light spot intensity distribution measuring method for reflective concentrating photovoltaic condenser | |
JP4978848B2 (en) | Concentrating solar power generation system | |
CN104297826B (en) | Non-imaging secondary reflector for light condensing system | |
US20210265518A1 (en) | Compound parabolic radiant concentrator | |
Rumyantsev et al. | Structural features of a solar TPV system | |
TW201312065A (en) | Solar energy collection device | |
Tiwari et al. | Review on solar thermal power concentrators | |
Idlimam et al. | Impact of the parabolic solar concentrator’s rim angle on the quantity of reflected rays and concentrated flux on the receiver | |
RU2135909C1 (en) | Solar photoelectric module with concentrator |