RU2740437C1 - Concentrator solar power plant - Google Patents
Concentrator solar power plant Download PDFInfo
- Publication number
- RU2740437C1 RU2740437C1 RU2020115244A RU2020115244A RU2740437C1 RU 2740437 C1 RU2740437 C1 RU 2740437C1 RU 2020115244 A RU2020115244 A RU 2020115244A RU 2020115244 A RU2020115244 A RU 2020115244A RU 2740437 C1 RU2740437 C1 RU 2740437C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- concentrator
- modules
- solar
- row
- power plant
- Prior art date
Links
- 239000004590 silicone sealant Substances 0.000 claims abstract description 9
- 238000009434 installation Methods 0.000 claims description 9
- 229920001296 polysiloxane Polymers 0.000 abstract description 3
- 230000000694 effects Effects 0.000 abstract description 2
- 238000007789 sealing Methods 0.000 abstract 1
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract 1
- 230000005855 radiation Effects 0.000 description 16
- 230000021615 conjugation Effects 0.000 description 7
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 5
- 230000005611 electricity Effects 0.000 description 4
- 239000011521 glass Substances 0.000 description 2
- 239000011159 matrix material Substances 0.000 description 2
- 238000005259 measurement Methods 0.000 description 2
- 230000003287 optical effect Effects 0.000 description 2
- 230000000087 stabilizing effect Effects 0.000 description 2
- 238000004146 energy storage Methods 0.000 description 1
- 239000011888 foil Substances 0.000 description 1
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 1
- 239000000463 material Substances 0.000 description 1
- 238000000034 method Methods 0.000 description 1
- 230000001105 regulatory effect Effects 0.000 description 1
- 239000000565 sealant Substances 0.000 description 1
- 239000004065 semiconductor Substances 0.000 description 1
- 239000000758 substrate Substances 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L31/00—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
- H01L31/04—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof adapted as photovoltaic [PV] conversion devices
- H01L31/042—PV modules or arrays of single PV cells
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L31/00—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
- H01L31/04—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof adapted as photovoltaic [PV] conversion devices
- H01L31/054—Optical elements directly associated or integrated with the PV cell, e.g. light-reflecting means or light-concentrating means
-
- 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
Изобретение относится к солнечной энергетике, в частности к солнечным энергетическим установкам, предназначенным для выработки электроэнергии путем фотоэлектрического преобразования солнечной энергии.The invention relates to solar energy, in particular to solar power plants designed to generate electricity by photoelectric conversion of solar energy.
Одним из наиболее перспективных методов солнечной энергетики является фотоэлектрическое преобразование концентрированного солнечного излучения с использованием высокоэффективных каскадных солнечных элементов и недорогих оптических концентраторов. Использование каскадных солнечных элементов делает возможным поднять энергетическую эффективность фотоэлектрических модулей. Применение концентраторов излучения, при условии согласования их параметров с параметрами солнечных элементов, позволяет улучшить их энергоэкономические показатели за счет уменьшения расхода дорогостоящих полупроводниковых материалов.One of the most promising solar energy methods is the photoelectric conversion of concentrated solar radiation using highly efficient cascade solar cells and inexpensive optical concentrators. The use of cascade solar cells makes it possible to increase the energy efficiency of photovoltaic modules. The use of radiation concentrators, provided that their parameters are matched with the parameters of solar cells, can improve their energy efficiency by reducing the consumption of expensive semiconductor materials.
Известна солнечная энергетическая установка (см. патент RU 2405231, МПК H01L 31/042, опубликован 27.11.2010), включающая в себя систему солнечных модулей, которая содержит множество размещенных в одной плоскости солнечных модулей для преобразования солнечного излучения в электрическую энергию, и регулирующее устройство для позиционирования, в зависимости от положения Солнца. Система солнечных модулей установлена с возможностью поворота вокруг, по меньшей мере, одной оси поворота. Край солнечных модулей установлен, по меньшей мере, частично в J-образном удерживающем профиле. J-образный удерживающий профиль имеет горшкообразный стабилизирующий участок и пазовый участок для позиционирования края солнечного модуля. Стабилизирующий участок имеет основание и проходящую от стенки основания первую и вторую боковые стенки, которые находятся на таком расстоянии друг от друга и/или имеют такую высоту, величина которых больше, чем половина толщины солнечного модуля.Known solar power plant (see patent RU 2405231, IPC H01L 31/042, published on November 27, 2010), which includes a system of solar modules, which contains a plurality of solar modules placed in one plane for converting solar radiation into electrical energy, and a regulating device for positioning, depending on the position of the sun. The solar module system is installed with the possibility of pivoting around at least one pivot axis. The edge of the solar modules is mounted at least partially in a J-shaped retaining profile. The J-shaped retaining profile has a pot-shaped stabilizing section and a groove section for positioning the edge of the solar module. The stabilizing section has a base and first and second side walls extending from the base wall, which are at such a distance from each other and / or have such a height, the value of which is greater than half the thickness of the solar module.
Известна солнечная энергетическая установка имеет низкий удельный энергосъем из-за отсутствия концентраторных элементов.Known solar power plant has a low specific energy output due to the lack of concentrator elements.
Известна солнечная фотоэлектрическая установка (см патент RU 47497, МПК F24J 2/42, опубликован 27.08.2005), содержащая солнечную батарею с линзами Френеля и принимающими излучение фотоэлектрическими преобразователями, размещенную на механической системе, поддерживающей перпендикулярное положение солнечной батареи к направлению на Солнце, и оснащенную системой ориентации солнечной батареи на Солнце, Поддерживающая механическая система образована двумя рамами - базовой и подвешенной, из которых базовая рама установлена с возможностью вращения вокруг вертикальной оси, а подвешенная рама установлена с возможностью вращения вокруг горизонтальной оси. Сама солнечная батарея состоит из модулей с солнечными концентраторами, расположенных на подвешенной раме в виде ступеней.Known solar photovoltaic installation (see patent RU 47497, IPC F24J 2/42, published on August 27, 2005), containing a solar battery with Fresnel lenses and photovoltaic converters receiving radiation, placed on a mechanical system that maintains the perpendicular position of the solar battery to the direction of the sun, and equipped with a solar array orientation system on the Sun, the supporting mechanical system is formed by two frames - base and suspended, of which the base frame is installed with the possibility of rotation around the vertical axis, and the suspended frame is installed with the possibility of rotation around the horizontal axis. The solar battery itself consists of modules with solar concentrators, located on a suspended frame in the form of steps.
В известной солнечной фотоэлектрической установке имеются большие площади нефотоактивной области, что ведет к низкому удельному энергосъему.In the known solar photovoltaic installation, there are large areas of non-photoactive region, which leads to a low specific energy output.
Известна фотоэлектрическая энергетическая установка (см. патент US 8697983, МПК HOIL 3L/042, опубликован 15.04.2014), включающая множество фотоэлектрических концентраторных модулей, собранных в двухмерном массиве, где каждый фотоэлектрический концентраторный модуль содержит корпус, имеющий основание и множество боковых стенок, соединенных с основанием; механизм перемещения, который может поворачивать и перемещать фотоэлектрический концентраторный модуль вокруг двух осей относительно монтажной плиты, чтобы обеспечить максимальный прием падающего солнечного света для каждого фотоэлектрического элемента концентраторного модуля.Known photovoltaic power plant (see patent US 8697983, IPC HOIL 3L / 042, published on April 15, 2014), including a plurality of photovoltaic concentrator modules assembled in a two-dimensional array, where each photovoltaic concentrator module contains a housing having a base and a plurality of side walls connected with a base; a movement mechanism that can rotate and move the photovoltaic concentrator module about two axes with respect to the mounting plate to ensure maximum reception of incident sunlight for each photovoltaic cell of the concentrator module.
Недостатком фотоэлектрической энергетической установки является сложность системы юстировки, обеспечивающей поворот вокруг двух осей и перемещение каждого фотоэлектрического концентраторного модуля, и, как следствие этого, высокая стоимость конструкции.The disadvantage of the photovoltaic power plant is the complexity of the alignment system, which provides rotation around two axes and movement of each photovoltaic concentrator module, and, as a consequence, the high cost of the structure.
Известна сборка фотоэлектрических модулей (см. патент US 9917224, МПК H01L 31/0232, H01L 21/683, H01L 31/052, опубликован 13.03.2018), каждый из которых имеет заднюю панель с установленными концентраторными фотовольтаическими приемниками. Каждый концентраторный фотовольтаический приемник закреплен на теплоотводящей плате, соединенной с теплоотводящей системой для передачи тепла на теплоотвод в 2-10 раз большей площади, установленный на наружной стороне задней панели и способный рассеять по меньшей мере 50% тепловой энергии, проводимой от указанной части подложки концентраторного фотовольтаического приемника.Known assembly of photovoltaic modules (see US patent 9917224, IPC H01L 31/0232, H01L 21/683, H01L 31/052, published 03/13/2018), each of which has a rear panel with installed concentrator photovoltaic receivers. Each concentrator photovoltaic receiver is mounted on a heat sink board connected to a heatsink system to transfer heat to a heat sink 2-10 times larger, mounted on the outside of the rear panel and capable of dissipating at least 50% of the thermal energy conducted from said portion of the concentrator photovoltaic substrate. receiver.
В известной сборке фотоэлектрических модулей имеются большие площади нефотоактивных областей, что ведет к низкому удельному энергосъему при преобразовании солнечного излучения.In the known assembly of photovoltaic modules, there are large areas of non-photoactive regions, which leads to a low specific energy output when converting solar radiation.
Известно матричное фокусирующее фотоэлектрическое энергогенерирующее устройство (см. заявка CN 106100558, МПК H02S 20/32, H02S 40/22, опубликована 11.09.2016), которое содержит опору и корпус для крепления групп фотоэлектрических концентраторных модулей для преобразования солнечной энергии в электрическую. Каждый фотоэлектрический концентраторный модуль в группе содержит чип фотоэлемента, над чипом фотоэлемента установлен объемный фокон для фокусировки света на чипе фотоэлемента. Над фоконом расположена линза Френеля для фокусировки света на фокон. Каждая группа фотоэлектрических концентраторных модулей содержит механизм фокусировки, позволяющий поворачивать группу модулей по двум осям для осуществления ориентации модулей на Солнце.Known matrix focusing photovoltaic power generating device (see application CN 106100558, IPC H02S 20/32, H02S 40/22, published 09/11/2016), which contains a support and a housing for attaching groups of photovoltaic concentrator modules for converting solar energy into electrical energy. Each photovoltaic concentrator module in the group contains a photocell chip, and a volumetric foil is installed above the photocell chip to focus light on the photocell chip. Above the focal point is a Fresnel lens for focusing light onto the focal point. Each group of photovoltaic concentrator modules contains a focusing mechanism that allows the group of modules to be rotated along two axes to orient the modules to the Sun.
Недостатками известного матричного фокусирующего фотоэлектрического энергогенерирующего устройства являются увеличенная доля несветоактивной площади энергогенерирующего устройства, технические сложности изготовления, монтажа и юстировки большого количества оптических деталей и, как следствие этого, высокая стоимость конструкции.The disadvantages of the known matrix focusing photoelectric power generating device are the increased proportion of the non-light active area of the power generating device, the technical difficulties of manufacturing, mounting and aligning a large number of optical parts and, as a consequence, the high cost of the structure.
Известна концентраторная солнечная энергетическая установка (см. патент US 9287430, МПК H01L 31/042, H01L 31/054, опубликован 15.03.2016), содержащая установленные на раме концентраторы круглой формы, каждый из которых содержит многокаскадный солнечный элемент и расположенную над ним линзу, фокусирующую солнечный свет на солнечный элемент. Пьезоэлектрические приводы наклоняют или переводят каждую линзу для отслеживания Солнца с помощью схемы управления с обратной связью, которая реагирует на величину электричества, вырабатываемого одним или несколькими солнечными элементами.Known concentrator solar power plant (see patent US 9287430, IPC H01L 31/042, H01L 31/054, published 03/15/2016), containing mounted on a frame round concentrators, each of which contains a multi-stage solar cell and a lens located above it, focusing sunlight onto a solar cell. Piezoelectric actuators tilt or translate each lens to track the sun using feedback control circuitry that responds to the amount of electricity generated by one or more solar cells.
Недостатком известной концентраторной солнечной энергетической установки является низкое отношение фотоактивных площадей к общей площади концентраторной установки, вследствие больших зазоров между линзами круглой формы, фокусирующих излучение на солнечные элементы, и вследствие этого низкий удельный энергосъем установки.The disadvantage of the known concentrator solar power plant is the low ratio of photoactive areas to the total area of the concentrator plant, due to the large gaps between the round lenses, focusing radiation on solar cells, and as a result, the low specific energy output of the plant.
Известна установка концентрирования солнечной энергии (см. патент US 9236516, МПК H01L 31/054, H01L 31/042, Н025 20/32, H01L 31/052, H01L 31/023 опубликован 12.01.2016), содержащая закрепленные на прямоугольной опорной раме модули с принимающими излучение фотоэлектрическими преобразователями. Каждый модуль содержат трубчатый корпус, имеющий открытый конец для приема солнечных лучей, которые затем отражаются от зеркального конуса, расположенного соосно внутри трубчатого корпуса, на солнечные элементы, облицовывающие внутреннюю поверхность корпуса. Система ориентации модулей, включающая три рамы, соединенные поворотными шарнирами, и линейные приводы осуществляет поворот и ориентацию модулей для максимального падения отраженных солнечных лучей на солнечные элементы.A known installation for the concentration of solar energy (see patent US 9236516, IPC H01L 31/054, H01L 31/042, H025 20/32, H01L 31/052, H01L 31/023 published 01/12/2016), containing modules fixed on a rectangular support frame with photoelectric converters receiving radiation. Each module contains a tubular body having an open end for receiving sunlight, which is then reflected from a mirror cone, located coaxially inside the tubular body, onto solar cells lining the inner surface of the body. The module orientation system, which includes three frames connected by pivot joints, and linear actuators rotate and orient the modules to maximize the incidence of reflected sunlight on the solar cells.
К недостаткам известной установки концентрирования солнечной энергии следует отнести низкую эффективность преобразования излучения солнечными элементами вследствие невысокого уровня концентрации солнечного излучения и недостаточную общую энергоэффективность установки вследствие большой площади нефотоактивной области фотоэлектрической установки, обусловленную большими зазорами между трубчатыми корпусами модулей круглой формы.The disadvantages of the known installation for concentrating solar energy include the low efficiency of conversion of radiation by solar cells due to the low level of concentration of solar radiation and insufficient overall energy efficiency of the installation due to the large area of the non-photoactive region of the photovoltaic installation, due to large gaps between the tubular bodies of circular modules.
Известна концентраторная солнечная энергетическая установка (патент RU 2286517 МПК 7 F24J 2/42, опубликован 27.10.2006), включающая солнечную батарею, набранную из концентраторных фотоэлектрических модулей с прямоугольными корпусами, содержащих фотоэлектрические преобразователи, находящиеся в фокусах линз Френеля, размещенную на механической системе ориентации на Солнце, содержащей приводы зенитального и азимутального вращения, снабженные шаговыми мотор-редукторами, систему слежения, оснащенную датчиками положения Солнца. Механическая система включает две рамы - базовую, вращающуюся вокруг вертикальной оси и подвешенную, с закрепленными концентраторными фотоэлектрическими модулями, обеспечивающую поворот вокруг горизонтальной оси.Known concentrator solar power plant (patent RU 2286517 IPC 7 F24J 2/42, published on October 27, 2006), including a solar battery, recruited from concentrator photovoltaic modules with rectangular bodies containing photovoltaic converters located in the foci of Fresnel lenses, placed on a mechanical orientation system on the Sun, containing zenital and azimuthal rotation drives, equipped with stepper geared motors, a tracking system equipped with solar position sensors. The mechanical system includes two frames - a base one rotating around a vertical axis and a suspended one with fixed concentrator photovoltaic modules, which provides rotation around a horizontal axis.
Известная концентраторная солнечная энергетическая установка имеет недостаточную общую энергоэффективность вследствие большой площади нефотоактивной области фотоэлектрической установки, увеличивающей общую площадь фотоэлектрической установки.The known concentrator solar power plant has insufficient overall energy efficiency due to the large area of the non-photoactive region of the photovoltaic plant, increasing the total area of the photovoltaic plant.
Известна концентраторная солнечная энергетическая установка (см. патент US 8697983, МПК H01L 31/042, опублик. 15.04.2014), совпадающая с настоящим техническим решением по наибольшему числу существенных признаков и принятая за прототип. Установка-прототип содержит основание с размещенной на нем солнечной батарей, набранной из рядов концентраторных фотоэлектрических модулей с прямоугольными корпусами, содержащих панели из линз Френеля и фотоэлектрические преобразователи, находящиеся в фокусах линз Френеля. Прямоугольные корпуса концентраторных фотоэлектрических модулей снабжены отбортовками, к которым прикреплены прямоугольные панели из линз Френеля. Фотоэлектрические модули установлены на общем основании в виде балки с зазорами друг от друга, необходимыми для обеспечения их поворота вокруг оси, перпендикулярной оси балки. Основание и фотоэлектрические модули снабжены механической системой ориентации на Солнце, содержащей приводы зенитального и азимутального вращения, и системой слежения, оснащенной датчиками положения Солнца.Known concentrator solar power plant (see patent US 8697983, IPC H01L 31/042, published on April 15, 2014), which coincides with the present technical solution for the greatest number of essential features and taken as a prototype. The prototype installation contains a base with a solar battery placed on it, assembled from rows of concentrator photovoltaic modules with rectangular bodies, containing panels of Fresnel lenses and photovoltaic converters located in the foci of Fresnel lenses. Rectangular cases of concentrator photovoltaic modules are equipped with flanges, to which rectangular panels made of Fresnel lenses are attached. Photovoltaic modules are installed on a common base in the form of a beam with gaps from each other necessary to ensure their rotation around an axis perpendicular to the beam axis. The base and photovoltaic modules are equipped with a mechanical solar orientation system containing zenital and azimuth rotation drives, and a tracking system equipped with solar position sensors.
Известная концентраторная солнечная энергетическая установка имеет недостаточную общую энергоэффективность вследствие большой площади нефотоактивной области фотоэлектрической установки, обусловленной большими зазорами между соседними концентраторными модулями, что снижает удельный энергосъем установки.The known concentrator solar power plant has insufficient overall energy efficiency due to the large area of the non-photoactive region of the photovoltaic plant caused by large gaps between adjacent concentrator modules, which reduces the specific power output of the plant.
Задачей заявляемого технического решения является разработка концентраторной солнечной энергетической установки на основе концентраторных фотоэлектрических модулей, позволяющей увеличить удельный энергосъем при преобразования солнечного излучения в электроэнергию за счет уменьшения площадей нефотоактивных областей концентраторной солнечной энергетической установки.The objective of the proposed technical solution is to develop a concentrator solar power plant based on concentrator photovoltaic modules, which allows to increase the specific power output when converting solar radiation into electricity by reducing the area of non-photoactive areas of the concentrator solar power plant.
Поставленная задача решается тем, что концентраторная солнечная энергетическая установка, содержит основание с размещенной на нем солнечной батарей, набранной из рядов концентраторных фотоэлектрических модулей с прямоугольными корпусами с отбортовками для прикрепления силиконом-герметиком панелей из линз Френеля и с фотоэлектрическими преобразователями, размещенными в фокусах линз Френеля. Основание установлено на механической системе ориентации на Солнце, содержащей приводы зенитального и азимутального вращения, и систему слежения, оснащенную датчиками положения Солнца. Новым в концентраторной солнечной энергетическая установке является то, что концентраторные фотоэлектрические модули сопряжены внахлест отбортовками по высоте в шахматном порядке, при этом в крайнем ряду концентраторных модулей и в рядах концентраторных модулей, параллельных крайнему ряду, отбортовки соседних вдоль ряда концентраторных модулей сопряжены внахлест вплотную, а в перпендикулярных им рядах концентраторных модулей отбортовки соседних вдоль ряда концентраторных модулей отстоят по высоте друг от друга на расстоянии Н, по меньшей мере равном суммарной толщине отбортовки, сил икона-герметика и панели из линз Френеля.The problem is solved by the fact that the concentrator solar power plant contains a base with a solar battery placed on it, recruited from rows of concentrator photovoltaic modules with rectangular housings with flanges for attaching panels made of Fresnel lenses with silicone sealant and with photovoltaic converters placed in the foci of Fresnel lenses ... The base is installed on a mechanical solar orientation system containing zenital and azimuthal rotation drives, and a tracking system equipped with solar position sensors. The novelty in the solar concentrator power plant is that the concentrator photovoltaic modules are overlapped by flanges in height in a checkerboard pattern, while in the extreme row of concentrator modules and in the rows of concentrator modules parallel to the extreme row, the flanges of the neighboring concentrator modules along the row are closely overlapped, and in the rows of concentrator modules perpendicular to them, the flanges adjacent along the row of concentrator modules are spaced in height from each other at a distance H, at least equal to the total thickness of the flange, the forces of the icon sealant and the panel of Fresnel lenses.
Корпуса концентраторных фотоэлектрических модулей могут быть выполнены в форме квадрата.Housings of concentrator photovoltaic modules can be made in the shape of a square.
Сущность настоящего технического решения поясняется чертежами, где:The essence of this technical solution is illustrated by drawings, where:
на фиг. 1 приведен общий вид концентраторной солнечной энергетической установки с размещенными на основании концентраторными фотоэлектрическими модулями;in fig. 1 shows a general view of a concentrator solar power plant with concentrator photovoltaic modules placed on the base;
на фиг. 2 схематично изображено в аксонометрии взаимное расположение концентраторных фотоэлектрических модулей, установленных на основании в солнечной батарее концентраторной солнечной энергетической установки;in fig. 2 is a schematic perspective view of the relative position of the concentrator photovoltaic modules installed on the base in the solar battery of the concentrator solar power plant;
на фиг. 3 схематично показан вид сбоку на расположение соседних концентраторных модулей в крайнем ряду солнечной батареи концентраторной солнечной энергетической установки;in fig. 3 is a schematic side view of the arrangement of adjacent concentrator modules in the outermost row of the solar battery of the concentrator solar power plant;
на фиг. 4 схематично изображен вид сбоку на расположение соседних концентраторных модулей в ряду солнечной батареи концентраторной солнечной энергетической установки.in fig. 4 is a schematic side view of the arrangement of adjacent concentrator modules in a solar array row of a solar concentrator power plant.
Настоящая концентраторная солнечная энергетическая установка (см. фиг. 1-4) содержит основание 1 с размещенной на нем солнечной батарей 2, набранной из рядов концентраторных фотоэлектрических модулей 3 с корпусами 4 прямоугольной или квадратной формы с отбортовками 5 для прикрепления силиконом-герметиком 6 панелей 7 из линз 8 Френеля и с фотоэлектрическими преобразователями 9, размещенными в фокусах линз 8 Френеля. Основание 1 установлено на механической системе 10 ориентации на Солнце, содержащей приводы зенитального и азимутального вращения, и систему слежения, оснащенную датчиками положения Солнца (на чертеже не показаны). Концентраторные фотоэлектрические модули 3 сопряжены внахлест отбортовками 5 по высоте в шахматном порядке (см. фиг. 2-4). При этом в крайнем ряду концентраторных модулей 3 (см. фиг. 3) и в рядах концентраторных модулей 3, параллельных крайнему ряду, отбортовки 5 соседних вдоль ряда концентраторных модулей 3 сопряжены внахлест вплотную. В рядах концентраторных фотоэлектрических модулей 3, перпендикулярных (см. фиг. 4) этому крайнему ряду, отбортовки 5 соседних вдоль ряда концентраторных фотоэлектрических модулей 3 отстоят по высоте друг от друга на расстоянии Н, по меньшей мере равном суммарной толщине отбортовки 5, силикона-герметика 6 и панели 7 из линз 8 Френеля.The present concentrator solar power plant (see Fig. 1-4) contains a
При работе настоящей концентраторной солнечной энергетической установки, механическая система 10 ориентации на Солнце с помощью приводов зенитального и азимутального вращения в соответствии с командами системы слежения, оснащенной датчиками положения Солнца, ориентирует основание 1 с размещенной на нем солнечной батарей 2, набранной из рядов концентраторных фотоэлектрических модулей 3 в положение, когда панели 7 из линз 8 Френеля установлены перпендикулярно направлению на Солнце. Солнечное излучение, попадающее на входную апертуру панелей 7 из линз 8 Френеля, фокусируется линзами 8 на фотоактивные поверхности фотоэлектрических преобразователей 9, Фотоэлектрические преобразователи 9 преобразуют энергию квантов света в электрическую, создавая разность потенциалов на своих контактах. Вырабатываемая концентраторными фотоэлектрическими модулями 3 электроэнергия подается к внешнему потребителю или накопителю электроэнергии.During the operation of a real concentrator solar power plant, the
Сопряжение соседних концентраторных фотоэлектрических модулей 3 отбортовками 5 внахлест позволяет сократить расстояния между краями линз 8 Френеля, образующих фотоактивные поверхности панелей 7, по сравнению с сопряжением соседних концентраторных фотоэлектрических модулей 3 краями отбортовок 5 встык и, соответственно, уменьшить нефотоантивную площадь солнечной батареи 2 до 1,9 раз. Сопряжение соседних концентраторных фотоэлектрических модулей 3 отбортовками 5 внахлест и по высоте в шахматном порядке, причем в крайнем ряду концентраторных фотоэлектрических модулей 3 и в рядах концентраторных фотоэлектрических модулей 3, параллельных крайнему ряду, сопряжение отбортовками 5 соседних вдоль ряда концентраторных фотоэлектрических модулей 3 внахлест вплотную, а в рядах концентраторных фотоэлектрических модулей 3, перпендикулярных этому крайнему ряду, сопряжение отбортовками 5 соседних вдоль ряда концентраторных фотоэлектрических модулей 3, отстоящими по высоте друг от друга на расстоянии Н, равном суммарной толщине отбортовки 5, силикона-герметика 6 и панели 7 из линз 8 Френеля позволяет минимизировать общую толщину солнечной батареи 2, размещенной на основании 1.The conjugation of adjacent concentrator
Пример 1. Была изготовлена концентраторная солнечная энергетическая установка, содержащая основание, установленное на механической системе ориентации на Солнце, с приводами зенитального и азимутального вращения, и систему слежения, оснащенную датчиками положения Солнца. На основании была размещена солнечная батарея, набранная из 13 рядов по 10 концентраторных фотоэлектрических модулей с прямоугольными корпусами с отбортовками. Каждый модуль содержал линзовую панель размерами 0,372×0,492 м2, состоящую из 48 линз Френеля размерами 60×60 мм2 с фокусным расстоянием 110 мм, отлитых из силикона на прямоугольном стеклянном листе толщиной 4 мм. Размеры фотоактивной области линзовой панели составляли 0,36×0,48 м2. Ширина отбортовок концентраторных фотоэлектрических модулей составляла 6 мм, толщина отбортовок - 1 мм. Прямоугольные панели из линз Френеля были приклеены к отбортовкам корпусов модулей силиконом-герметиком толщиной 0,3 мм. Концентраторные фотоэлектрические модули были сопряжены внахлест отбортовками по высоте в шахматном порядке, при этом в крайнем ряду концентраторных фотоэлектрических модулей, расположенном вдоль длинной стороны линзовой панели 0,492 м, и в рядах концентраторных фотоэлектрических модулей, параллельных крайнему ряду, отбортовки соседних вдоль ряда концентраторных фотоэлектрических модулей сопряжены внахлест вплотную, а в рядах концентраторных фотоэлектрических модулей, перпендикулярных этому крайнему ряду, отбортовки соседних вдоль ряда концентраторных фотоэлектрических модулей отстоят по высоте друг от друга на расстоянии H=5,3 мм. Общая площадь солнечной батареи из концентраторных фотоэлектрических модулей составляла 23,28 м2, а суммарная площадь фотоактивных поверхностей линзовых панелей составляла 22,46 м2. Нефотоактивная площадь солнечной батареи составляла 0,82 м2, что в 1,62 раза меньше, чем в конструкции концентраторной солнечной энергетической установки с пленарным размещением концентраторных фотоэлектрических модулей такой же конфигурации с сопряжением соседних концентраторных фотоэлектрических модулей краями отбортовок встык. Проведенные измерения показали, что эффективность преобразования солнечного излучения фотоактивной поверхностью линзовых панелей равна 32%, что обеспечивало достижение генерированной электрической мощности концентраторной солнечной энергетической установки 5,75 кВт. Удельный энергосъем концентраторной солнечной энергетической установки составлял 247 Вт/м2, что на 2,2% выше, чем в концентраторной солнечной энергетической установке с солнечной батареей планарной конструкции. Потери мощности солнечного излучения, падающего на поверхность солнечной батареи, но не достигающего фотоактивных поверхностей концентраторной солнечной энергетической установки, составляли 3,5%, что в 1,6 раза меньше чем в концентраторной солнечной энергетической установке с пленарным размещением модулей. Общая площадь солнечной батареи настоящей концентраторной солнечной энергетической установки на 2,2% меньше общей площади солнечной батареи планарной конструкции.Example 1. A concentrator solar power plant was manufactured containing a base mounted on a mechanical orientation system to the Sun, with zenital and azimuth rotation drives, and a tracking system equipped with solar position sensors. A solar battery was placed on the base, consisting of 13 rows of 10 concentrator photovoltaic modules with rectangular cases with flanges. Each module contained a 0.372 × 0.492 m 2 lens panel, consisting of 48 60 × 60 mm 2 Fresnel lenses with a focal length of 110 mm, molded from silicone onto a 4 mm thick rectangular glass sheet. The dimensions of the photoactive area of the lens panel were 0.36 × 0.48 m 2 . The width of the flanges of the concentrator photovoltaic modules was 6 mm, the thickness of the flanges was 1 mm. Rectangular panels made of Fresnel lenses were glued to the flanges of the module housings with a 0.3 mm thick silicone sealant. Concentrator photovoltaic modules were overlapped with flanges in height in a staggered manner, while in the extreme row of concentrator photovoltaic modules located along the long side of the lens panel 0.492 m, and in rows of concentrator photovoltaic modules parallel to the extreme row, flanges of concentrator photovoltaic modules adjacent along the row are conjugated overlap close, and in the rows of concentrator photovoltaic modules, perpendicular to this extreme row, the flanges of the concentrator photovoltaic modules adjacent along the row are spaced apart in height from each other at a distance of H = 5.3 mm. The total area of the solar array of concentrator photovoltaic modules was 23.28 m 2 , and the total area of the photoactive surfaces of the lens panels was 22.46 m 2 . The non-photoactive area of the solar battery was 0.82 m 2 , which is 1.62 times less than in the design of a concentrator solar power plant with a plenary arrangement of concentrator photovoltaic modules of the same configuration with the conjugation of adjacent concentrator photovoltaic modules with the edges of the flanges butt-to-end. The measurements showed that the conversion efficiency of solar radiation by the photoactive surface of the lens panels is 32%, which ensured the achievement of the generated electric power of the concentrator solar power plant of 5.75 kW. The specific power output of the solar concentrator power plant was 247 W / m 2 , which is 2.2% higher than in the solar concentrator power plant with a planar solar battery. The power loss of solar radiation falling on the surface of the solar battery, but not reaching the photoactive surfaces of the concentrator solar power plant, was 3.5%, which is 1.6 times less than in the concentrator solar power plant with plenary arrangement of modules. The total solar array area of the present concentrator solar power plant is 2.2% less than the total solar array area of the planar structure.
Пример 2. Была изготовлена концентраторная солнечная энергетическая установка содержащая основание, установленное на механической системе ориентации на Солнце, с приводами зенитального и азимутального вращения, и систему слежения, оснащенную датчиками положения Солнца. На основании была размещена солнечная батарея, набранная из 20 рядов по 20 концентраторных фотоэлектрических модулей с прямоугольными корпусами с отбортовками. Каждый модуль содержал линзовую панель размерами 0,51×0,57 м2, состоящую из 72 линз Френеля размерами 60×60 мм2 с фокусным расстоянием 110 мм, отлитых из силикона на прямоугольном стеклянном листе толщиной 4 мм. Размеры фотоактивной области линзовой панели составляли 0,48×0,54 м2. Ширина отбортовок концентраторных фотоэлектрических модулей составляла 15 мм, толщина отбортовок - 1 мм. Прямоугольные панели из линз Френеля были приклеены к отбортовкам корпусов модулей силиконом-герметиком толщиной 0,3 мм. Концентраторные фотоэлектрические модули были сопряжены внахлест отбортовками по высоте в шахматном порядке, при этом в крайнем ряду концентраторных фотоэлектрических модулей, расположенном вдоль длинной стороны линзовой панели 0,57 м, и в рядах концентраторных фотоэлектрических модулей, параллельных крайнему ряду, отбортовки соседних вдоль ряда концентраторных модулей сопряжены внахлест вплотную, а в рядах концентраторных модулей, перпендикулярных этому крайнему ряду, отбортовки соседних вдоль ряда концентраторных модулей отстояли по высоте друг от друга на расстоянии H=5,3 мм. Общая площадь солнечной батареи из концентраторных фотоэлектрических модулей составляла 110,61 м2, а суммарная площадь фотоактивных поверхностей линзовых панелей составляла 103,68 м2. Нефотоактивная площадь солнечной батареи составляла 6,92 м2, что в 1,84 раза меньше, чем в конструкции концентраторной солнечной энергетической установки с пленарным размещением концентраторных фотоэлектрических модулей такой же конфигурации с сопряжением соседних концентраторных фотоэлектрических модулей краями отбортовок встык. Проведенные измерения показали, что эффективность преобразования солнечного излучения фотоактивной поверхностью линзовых панелей была равна 32%, что обеспечивало достижение генерированной электрической мощности концентраторной солнечной энергетической установкой 26,5 кВт. Удельный энергосъем концентраторной солнечной энергетической установки составлял 240 Вт/м2, что на 5,3% выше, чем в концентраторной солнечной энергетической установке с солнечной батареей планарной конструкции. Потери мощности солнечного излучения, падающего на поверхность солнечной батареи, но не достигающего фотоактивных поверхностей концентраторной солнечной энергетической установки, составляли 6,3%, что в 1,75 раза меньше, чем в концентраторной солнечной энергетической установке с пленарным размещением модулей. Общая площадь солнечной батареи настоящей концентраторной солнечной энергетической установки на 4,9% меньше общей площади солнечной батареи планарной конструкции.Example 2. A concentrator solar power plant was manufactured containing a base mounted on a mechanical orientation system to the Sun, with zenital and azimuthal rotation drives, and a tracking system equipped with solar position sensors. A solar battery was placed on the base, consisting of 20 rows of 20 concentrator photovoltaic modules with rectangular cases with flanges. Each module contained a lens panel with dimensions of 0.51 × 0.57 m 2 , consisting of 72 Fresnel lenses measuring 60 × 60 mm 2 with a focal length of 110 mm, molded from silicone on a rectangular glass sheet 4 mm thick. The dimensions of the photoactive area of the lens panel were 0.48 × 0.54 m 2 . The width of the flanges of the concentrator photovoltaic modules was 15 mm, the thickness of the flanges was 1 mm. Rectangular panels made of Fresnel lenses were glued to the flanges of the module housings with a 0.3 mm thick silicone sealant. Concentrator photovoltaic modules were overlapped with flanges in height in a staggered manner, while in the extreme row of concentrator photovoltaic modules located along the long side of the lens panel 0.57 m, and in the rows of concentrator photovoltaic modules, parallel to the extreme row, flanges adjacent along the row of concentrator modules are closely overlapped, and in the rows of concentrator modules perpendicular to this extreme row, the flanges of the adjacent concentrator modules along the row were spaced apart in height from each other at a distance of H = 5.3 mm. The total area of the solar battery of concentrator photovoltaic modules was 110.61 m 2 , and the total area of the photoactive surfaces of the lens panels was 103.68 m 2 . The non-photoactive area of the solar battery was 6.92 m 2 , which is 1.84 times less than in the design of a concentrator solar power plant with a plenary arrangement of concentrator photovoltaic modules of the same configuration with the conjugation of adjacent concentrator photovoltaic modules with the edges of the flanges end-to-end. The measurements showed that the conversion efficiency of solar radiation by the photoactive surface of the lens panels was 32%, which ensured the achievement of the generated electric power of the solar concentrator power plant of 26.5 kW. The specific power output of the solar concentrator power plant was 240 W / m 2 , which is 5.3% higher than in the solar concentrator power plant with a planar solar battery. The power loss of solar radiation falling on the surface of the solar battery, but not reaching the photoactive surfaces of the concentrator solar power plant, was 6.3%, which is 1.75 times less than in a concentrator solar power plant with plenary placement of modules. The total solar array area of this solar concentrator power plant is 4.9% less than the total solar array area of the planar structure.
Настоящее техническое решение концентраторной солнечной энергетической установки позволяет от 1,6 раз до 1,9 раз уменьшить нефотоактивные площади при приеме солнечного излучения, падающего на поверхность солнечной батареи концентраторной солнечной энергетической установки и уменьшить общую площадь концентраторной солнечной энергетической установки при сохранении суммарной площади линзовых панелей. Использование настоящей концентраторной солнечной энергетической установки, содержащей концентраторные фотоэлектрические модули, дает значительный экономический эффект, обусловленный тем, что концентраторная солнечная энергетическая установка обладает высокими фотоэлектрическими характеристиками и позволяет увеличить энергосъем с единицы площади концентраторной солнечной энергетической установки.The present technical solution of the concentrator solar power plant allows to reduce non-photoactive areas from 1.6 times to 1.9 times when receiving solar radiation falling on the surface of the solar battery of the concentrator solar power plant and to reduce the total area of the concentrator solar power plant while maintaining the total area of the lens panels. The use of this concentrator solar power plant, containing concentrator photovoltaic modules, provides a significant economic effect due to the fact that the concentrator solar power plant has high photovoltaic characteristics and allows you to increase the energy output per unit area of the concentrator solar power plant.
Мировой рынок солнечной энергетики составляет около 100 ГВт/год при общей стоимости солнечных установок около 200 млрд долларов/год. Потенциальный рынок концентраторных солнечных энергетических установок составляет порядка 10% суммарного рынка, т.е. около 10 ГВт/год (20 млрд долларов/год). При использовании настоящей конструкции концентраторных солнечных энергетических установок удельный энергосъем будет увеличен на 2-5%, что в денежном выражении обеспечит дополнительный доход от 400 млн до 1 млрд долларов в год.The global solar energy market is about 100 GW / year, with a total cost of solar installations of about $ 200 billion / year. The potential market for concentrator solar power plants is about 10% of the total market, i.e. about 10 GW / year ($ 20 billion / year). With the use of this design of concentrator solar power plants, the specific energy output will be increased by 2-5%, which in monetary terms will provide additional income from 400 million to 1 billion dollars per year.
Claims (2)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2020115244A RU2740437C1 (en) | 2020-04-28 | 2020-04-28 | Concentrator solar power plant |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2020115244A RU2740437C1 (en) | 2020-04-28 | 2020-04-28 | Concentrator solar power plant |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2740437C1 true RU2740437C1 (en) | 2021-01-14 |
Family
ID=74183939
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2020115244A RU2740437C1 (en) | 2020-04-28 | 2020-04-28 | Concentrator solar power plant |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2740437C1 (en) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU209018U1 (en) * | 2021-10-04 | 2022-01-28 | Федеральное государственное бюджетное научное учреждение «Всероссийский научно-исследовательский институт защиты растений» | Solar battery with optical concentrator |
| 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 |
|---|---|---|---|---|
| RU2354896C1 (en) * | 2007-12-18 | 2009-05-10 | Общество с ограниченной ответственностью "Национальная инновационная компания "Новые энергетические проекты" (ООО "Национальная инновационная компания "НЭП") | Photo power plant |
| RU2367852C1 (en) * | 2008-02-12 | 2009-09-20 | Открытое акционерное общество "Научно-исследовательский институт полупроводниковых приборов" (ОАО "НИИПП") | Photoelectric solar device |
| RU2377474C1 (en) * | 2008-12-23 | 2009-12-27 | Учреждение Российской академии наук Физико-технический институт им. А.Ф. Иоффе РАН | Plant for orientation of solar-voltaic array to sun |
| RU2405231C1 (en) * | 2006-08-07 | 2010-11-27 | Лезеке Унд Маркс Машиненбау-Анлагенбау Гмбх Унд Ко.Кг | Solar power plant |
| US8697983B2 (en) * | 2008-05-16 | 2014-04-15 | Suncore Photovoltaics, Inc. | Concentrating photovoltaic solar panel |
-
2020
- 2020-04-28 RU RU2020115244A patent/RU2740437C1/en active
Patent Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2405231C1 (en) * | 2006-08-07 | 2010-11-27 | Лезеке Унд Маркс Машиненбау-Анлагенбау Гмбх Унд Ко.Кг | Solar power plant |
| RU2354896C1 (en) * | 2007-12-18 | 2009-05-10 | Общество с ограниченной ответственностью "Национальная инновационная компания "Новые энергетические проекты" (ООО "Национальная инновационная компания "НЭП") | Photo power plant |
| RU2367852C1 (en) * | 2008-02-12 | 2009-09-20 | Открытое акционерное общество "Научно-исследовательский институт полупроводниковых приборов" (ОАО "НИИПП") | Photoelectric solar device |
| US8697983B2 (en) * | 2008-05-16 | 2014-04-15 | Suncore Photovoltaics, Inc. | Concentrating photovoltaic solar panel |
| RU2377474C1 (en) * | 2008-12-23 | 2009-12-27 | Учреждение Российской академии наук Физико-технический институт им. А.Ф. Иоффе РАН | Plant for orientation of solar-voltaic array to sun |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU209018U1 (en) * | 2021-10-04 | 2022-01-28 | Федеральное государственное бюджетное научное учреждение «Всероссийский научно-исследовательский институт защиты растений» | Solar battery with optical concentrator |
| 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 |
| RU2797327C1 (en) * | 2022-10-06 | 2023-06-02 | Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Физико-технический институт им. А.Ф. Иоффе Российской академии наук | Solar power plant |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US7381886B1 (en) | Terrestrial solar array | |
| US20100218807A1 (en) | 1-dimensional concentrated photovoltaic systems | |
| US7622666B2 (en) | Photovoltaic concentrator modules and systems having a heat dissipating element located within a volume in which light rays converge from an optical concentrating element towards a photovoltaic receiver | |
| US20070193620A1 (en) | Concentrating solar panel and related systems and methods | |
| US20100206302A1 (en) | Rotational Trough Reflector Array For Solar-Electricity Generation | |
| US9660122B2 (en) | Compact LCPV solar electric generator | |
| US20090314325A1 (en) | Solar concentrator system | |
| WO2009121174A9 (en) | Solar collector | |
| US8664514B2 (en) | Multiplexing solar light chamber | |
| EP2221553A2 (en) | Two-part Solar Energy Collection System with Replaceable Solar Collector Component | |
| WO2009008996A2 (en) | Design and fabrication of a local concentrator system | |
| AU2008203786A1 (en) | Solar electricity generator | |
| US9905718B2 (en) | Low-cost thin-film concentrator solar cells | |
| EP2221552A2 (en) | Rotational Trough Reflector Array with Solid Optical Element for Solar-Electricity Generation | |
| US20100206379A1 (en) | Rotational Trough Reflector Array With Solid Optical Element For Solar-Electricity Generation | |
| US20070221209A1 (en) | Solar Electric Power Generator | |
| US20160079461A1 (en) | Solar generator with focusing optics including toroidal arc lenses | |
| US20170353145A1 (en) | Methods for Sunlight Collection and Solar Energy Generation | |
| US20110259397A1 (en) | Rotational Trough Reflector Array For Solar-Electricity Generation | |
| RU2740437C1 (en) | Concentrator solar power plant | |
| JP4978848B2 (en) | Concentrating solar power generation system | |
| US9780722B1 (en) | Low-cost efficient solar panels | |
| RU2764866C1 (en) | Solar photoelectric station and method for its orientation | |
| EP1766298A2 (en) | Reflecting solar concentrator for the generation of electrical energy | |
| RU2773805C1 (en) | Concentrator solar panel |