RU2773805C1 - Concentrator solar panel - Google Patents
Concentrator solar panel Download PDFInfo
- Publication number
- RU2773805C1 RU2773805C1 RU2021131200A RU2021131200A RU2773805C1 RU 2773805 C1 RU2773805 C1 RU 2773805C1 RU 2021131200 A RU2021131200 A RU 2021131200A RU 2021131200 A RU2021131200 A RU 2021131200A RU 2773805 C1 RU2773805 C1 RU 2773805C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- concentrator
- cylindrical
- base
- parabolic
- solar
- Prior art date
Links
- 230000000694 effects Effects 0.000 abstract description 2
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract 1
- 210000004027 cells Anatomy 0.000 description 18
- 239000002826 coolant Substances 0.000 description 9
- 210000004544 DC2 Anatomy 0.000 description 8
- 229920002068 Fluorinated ethylene propylene Polymers 0.000 description 8
- 230000002530 ischemic preconditioning Effects 0.000 description 8
- 230000003287 optical Effects 0.000 description 5
- 239000011521 glass Substances 0.000 description 3
- 238000005286 illumination Methods 0.000 description 3
- 238000009434 installation Methods 0.000 description 3
- 238000004642 transportation engineering Methods 0.000 description 3
- 230000004075 alteration Effects 0.000 description 2
- 229910052782 aluminium Inorganic materials 0.000 description 2
- XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N aluminum Chemical compound [Al] XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 230000002146 bilateral Effects 0.000 description 2
- 238000001816 cooling Methods 0.000 description 2
- 230000000875 corresponding Effects 0.000 description 2
- 238000009826 distribution Methods 0.000 description 2
- 238000009413 insulation Methods 0.000 description 2
- 239000004590 silicone sealant Substances 0.000 description 2
- 210000003660 Reticulum Anatomy 0.000 description 1
- 229910000831 Steel Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000009825 accumulation Methods 0.000 description 1
- 230000033228 biological regulation Effects 0.000 description 1
- 239000000969 carrier Substances 0.000 description 1
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 1
- 150000001875 compounds Chemical class 0.000 description 1
- 230000005611 electricity Effects 0.000 description 1
- 238000004146 energy storage Methods 0.000 description 1
- 230000020169 heat generation Effects 0.000 description 1
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 description 1
- 239000007788 liquid Substances 0.000 description 1
- 239000000463 material Substances 0.000 description 1
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 1
- 238000000034 method Methods 0.000 description 1
- -1 polysiloxane Polymers 0.000 description 1
- 229920001296 polysiloxane Polymers 0.000 description 1
- 229920000915 polyvinyl chloride Polymers 0.000 description 1
- 230000001681 protective Effects 0.000 description 1
- 238000007789 sealing Methods 0.000 description 1
- 239000004065 semiconductor Substances 0.000 description 1
- 239000010959 steel Substances 0.000 description 1
- 239000005341 toughened glass Substances 0.000 description 1
- 238000009827 uniform distribution Methods 0.000 description 1
- 239000002918 waste heat Substances 0.000 description 1
Images
Abstract
Description
Изобретение относится к солнечной энергетике и может быть использовано в космических концентраторных солнечных энергоустановках при базировании на космическом летательном аппарате.The invention relates to solar energy and can be used in space concentrating solar power plants based on a spacecraft.
Известна концентраторная солнечная батарея (см. патент RU 2554674, МПК H01L 31/054, опубликован 27.06.2015), включающая асимметричный параболоцилиндрический концентратор с зеркальной внутренней поверхностью отражения и линейчатый фотоэлектрический преобразователь (ФЭП), расположенный в фокальной области с равномерным распределением концентрированного излучения вдоль цилиндрической оси. Линейчатый ФЭП снабжен устройством протока теплоносителя. Форма отражающей поверхности концентратора X(Y) определяется системой уравнений, соответствующей условию равномерной освещенности поверхности ФЭП, выполненного в виде линейки из коммутированных ФЭП и расположенного под углом к миделю концентратора. Изобретение обеспечивает работу солнечного фотоэлектрического модуля при высоких концентрациях и равномерное освещение ФЭП, получение на одном ФЭП технически приемлемого напряжения, нагрев проточного теплоносителя, повышение КПД преобразования и снижение стоимости вырабатываемой энергии.Known concentrator solar battery (see patent RU 2554674, IPC H01L 31/054, published 06/27/2015), including an asymmetric parabolic-cylindrical concentrator with a mirror inner reflection surface and a line photoelectric converter (PVC) located in the focal region with a uniform distribution of concentrated radiation along cylindrical axis. Linear FEP is equipped with a coolant flow device. The shape of the reflecting surface of the concentrator X(Y) is determined by the system of equations corresponding to the condition of uniform illumination of the surface of the solar cell, made in the form of a line of switched solar cells and located at an angle to the midsection of the concentrator. EFFECT: invention ensures the operation of a solar photovoltaic module at high concentrations and uniform illumination of the solar cell, obtaining a technically acceptable voltage on one solar cell, heating the flow heat carrier, increasing the conversion efficiency and reducing the cost of the generated energy.
Недостатком известной концентраторной солнечной батареи являются необходимость организации теплоотвода путем циркуляции теплоносителя, а также малая компактность батареи при отсутствии конструкции складывания батареи для ее транспортировки, что ведет к увеличению массово-габаритных параметров батареи при ее базировании на космическом летательном аппарате.A disadvantage of the known concentrator solar battery is the need to organize heat removal by circulating the coolant, as well as the low compactness of the battery in the absence of a battery folding structure for its transportation, which leads to an increase in the mass-dimensional parameters of the battery when it is based on a spacecraft.
Известна концентраторная солнечная батарея (см. патент RU 2740437, МПК H01L 31/02, опубликован 14.01.2021), включающая ряд концентраторных фотоэлектрических модулей с корпусами прямоугольной или квадратной формы с отбортовками для прикрепления силиконом-герметиком панелей из линз Френеля и с ФЭП, размещенными в фокусах линз Френеля. При этом концентраторная солнечная батарея установлена на механической системе ориентации на Солнце, содержащей приводы зенитального и азимутального вращения и систему слежения, оснащенную датчиками положения Солнца. Концентраторные фотоэлектрические модули сопряжены внахлест отбортовками по высоте в шахматном порядке. При этом в крайнем ряду концентраторных фотоэлектрических модулей и в рядах концентраторных фотоэлектрических модулей, параллельных крайнему ряду, отбортовки соседних вдоль ряда концентраторных фотоэлектрических модулей сопряжены внахлест вплотную. В рядах концентраторных модулей, перпендикулярных этому крайнему ряду, отбортовки соседних вдоль ряда концентраторных фотоэлектрических модулей отстоят по высоте друг от друга на расстоянии, по меньшей мере, равном суммарной толщине отбортовки, силикона-герметика и панели из линз Френеля.Known concentrator solar battery (see patent RU 2740437, IPC H01L 31/02, published 01/14/2021), including a number of concentric photovoltaic modules with rectangular or square housings with flares for attaching panels of Fresnel lenses with silicone sealant and with FEP placed at the foci of the Fresnel lens. At the same time, the concentrator solar battery is installed on a mechanical system for orientation to the Sun, containing drives of zenithal and azimuthal rotation and a tracking system equipped with sensors for the position of the Sun. Concentrator photovoltaic modules are overlapped by height flanging in a checkerboard pattern. At the same time, in the extreme row of concentrator photovoltaic modules and in rows of concentrator photovoltaic modules parallel to the extreme row, the flanges of concentrator photovoltaic modules adjacent along the row are closely overlapped. In the rows of concentrator modules perpendicular to this extreme row, the flanges of concentrator photovoltaic modules adjacent along the row are spaced in height from each other at a distance at least equal to the total thickness of the flange, silicone sealant, and panel of Fresnel lenses.
Недостатком известной концентраторной солнечной батареи являются большие оптические потери, связанные с низкой эффективностью линз Френеля (менее 90%), а также недостаточная компактность батареи, следствием чего усложняется ее транспортировка, что не позволяет использовать солнечную батарею для установки на космическом аппарате.The disadvantage of the known concentrator solar battery is the high optical losses associated with the low efficiency of the Fresnel lenses (less than 90%), as well as the lack of compactness of the battery, which complicates its transportation, which does not allow the use of a solar battery for installation on a spacecraft.
Известна комбинированная солнечно-энергетическая станция (см. патент RU 2382953, МПК F24J 2/42, опубликован 27.02.2010), включающая солнечные батареи с модульными зеркальными концентраторами солнечного излучения, размещенными на несущей конструкции, оснащенной системой слежения за Солнцем, принимающими солнечное излучение ФЭП с блоком накопления электрической энергии, циркуляционные контуры теплопередачи для охлаждения ФЭП и получения тепла. ФЭП представляют собой двусторонние полупроводниковые структуры с вертикальными p-n-переходами, которые расположены в фокусе зеркальных концентраторов в заполненных теплоносителем корпусах с прозрачными окнами, при этом теплоноситель прозрачен для фотоактивного излучения и непрозрачен для нефотоактивного излучения. Зеркальные концентраторы дополнительно снабжены пленарными солнечными батареями, установленными в центральной зоне входной апертуры зеркальных концентраторов. Изобретение повышает общий КПД путем эффективного использования отводимого тепла при одновременной генерации электричества.A combined solar power station is known (see patent RU 2382953, IPC F24J 2/42, published on February 27, 2010), including solar panels with modular mirror concentrators of solar radiation placed on a supporting structure equipped with a tracking system for the Sun, receiving solar radiation from solar cells with an electric energy storage unit, heat transfer circulation circuits for solar cell cooling and heat generation. Solar cells are double-sided semiconductor structures with vertical p-n junctions, which are located at the focus of mirror concentrators in coolant-filled cases with transparent windows, while the coolant is transparent to photoactive radiation and opaque to non-photoactive radiation. The mirror concentrators are additionally equipped with plenary solar arrays installed in the central zone of the entrance aperture of the mirror concentrators. The invention improves the overall efficiency by efficiently using the waste heat while generating electricity.
Недостатком известной солнечно-энергетической станции является необходимость в циркуляционных контурах теплопередачи для охлаждения ФЭП, что ведет к усложнению конструкции и недостаточной компактности станции, усложняющей процесс ее транспортировки, что важно при базировании солнечно-энергетической станции на космическом аппарате.The disadvantage of the known solar power station is the need for circulation heat transfer circuits for cooling solar cells, which leads to a more complex design and insufficient compactness of the station, which complicates the process of its transportation, which is important when the solar power station is based on a spacecraft.
Известна гелиоустановка (см. патент RU 2196280, МПК F24J 2/14, F24J 2/52, опубликован 10.01.2003), содержащая один или несколько концентраторов солнечного излучения, снабженных приводом, систему слежения за Солнцем с блоком управления и неподвижно закрепленный приемник излучения. Привод выполнен с возможностью обеспечения прямолинейного возвратно-поступательного перемещения концентраторов, при этом концентраторы выполнены зеркальными с цилиндрическими поверхностями, текущее значение радиуса направляющей которых имеет отклонение от среднего значения, соответствующего радиусу окружности направляющей кругового цилиндра, не более чем на ±10%, а приемник излучения - ФЭП размещен в фокальной плоскости каждого концентратора.A solar plant is known (see patent RU 2196280, IPC F24J 2/14, F24J 2/52, published on January 10, 2003), containing one or more solar radiation concentrators equipped with a drive, a solar tracking system with a control unit and a fixed radiation receiver. The drive is configured to provide rectilinear reciprocating movement of the concentrators, while the concentrators are made mirrored with cylindrical surfaces, the current value of the guide radius of which has a deviation from the average value corresponding to the circle radius of the guide of the circular cylinder by no more than ±10%, and the radiation receiver - FEP is placed in the focal plane of each concentrator.
Недостатком известной гелиоустановки является низкое отношение фотоактивных площадей к общей площади установки, вследствие больших зазоров между концентраторами, фокусирующих излучение на ФЭП, и вследствие этого низкий удельный энергосъем гелиоустановки.A disadvantage of the known solar plant is the low ratio of photoactive areas to the total area of the installation, due to large gaps between the concentrators, focusing radiation on the solar cell, and as a result, the low specific energy output of the solar plant.
Известна концентраторная солнечная батарея (см. заявка WO 09749956, МПК F24J 2/54, опубликована 31.12.1997), содержащая двухосевую систему слежения за Солнцем, снабженную системой дистанционного управления, и концентратор солнечного излучения, включающий основание, несущий каркас, подвижный каркас и отражатель. На каркас установлено множество вогнутых или параболоцилиндрических зеркал. Отражатель центрирован относительно фокального пятна зеркал. Отвод и накопление тепла осуществляется путем циркуляции жидкости, подводимой к отражателю с помощью насоса, которая может быть использована в дальнейшем.Known concentrator solar battery (see application WO 09749956, IPC F24J 2/54, published 12/31/1997), containing a two-axis tracking system for the Sun, equipped with a remote control system, and a concentrator of solar radiation, including a base, a supporting frame, a movable frame and a reflector . A plurality of concave or parabolic trough mirrors are installed on the frame. The reflector is centered relative to the focal spot of the mirrors. Removal and accumulation of heat is carried out by circulation of the liquid supplied to the reflector with the help of a pump, which can be used in the future.
Недостатком известной концентраторной солнечной батареи являются большие оптические потери при использовании комбинированной системы концентрирования солнечного излучения, включающей зеркала и отражатели с коэффициентом отражения менее 98% каждый.The disadvantage of the known concentrator solar battery are high optical losses when using a combined system for concentrating solar radiation, including mirrors and reflectors with a reflectance of less than 98% each.
Известен параболический солнечный концентраторный модуль (см. патент ЕР 1397621, МПК F24J 2/10, опубликован 17.03.2004), содержащий основание, плоскость которого ориентирована перпендикулярно направлению на Солнце, с установленными на основании одинаковыми параболоцилиндрическими отражателями, имеющими параболическое поперечное сечение и прямолинейное продольное удлинение, при этом отражатели включают отражающую поверхность из стекла, сотовый центральный сердечник из алюминия и две тонкие внешние оболочки из высокопрочного материала, изготовленные из стали, либо из алюминия.A parabolic solar concentrator module is known (see patent EP 1397621, IPC F24J 2/10, published March 17, 2004), containing a base, the plane of which is oriented perpendicular to the direction of the Sun, with identical parabolic-cylindrical reflectors installed on the base, having a parabolic cross section and a rectilinear longitudinal elongation, while the reflectors include a reflective surface of glass, a honeycomb central core of aluminum and two thin outer shells of high strength material made of steel or aluminum.
Недостатком известного параболического солнечного концентраторного модуля является использование отражающей поверхности из стекла, так как при прохождении солнечного излучения через стекло возникают хроматические аберрации, что ведет к увеличению оптических потерь.A disadvantage of the known parabolic solar concentrator module is the use of a reflective glass surface, since when solar radiation passes through glass, chromatic aberrations occur, which leads to an increase in optical losses.
Известен складной теплофотоэлектрический концентраторный модуль (см. патент RU 193323, МПК H02S 10/40, H02S 30/20, F24H 1/06, H02S 40/44, опубликован 24.10.2019), содержащий концентратор параболоцилиндрического типа, двусторонние ФЭП, расположенные в фотоприемнике, и теплоноситель. Концентратор выполнен складным, оснащен цилиндрическими шарнирами для складывания, стойками с отверстиями для ФЭП и ручкой-стойкой для переноски и установки модуля. Модуль в сложенном состоянии обладает функцией защиты двусторонних ФЭП, а его профиль обеспечивает освещенность одной или одновременно двух приемных поверхностей ФЭП с возможностью ее регулирования. Фотоприемник может располагаться как один, так и совместно со вторым фотоприемником. Корпус фотоприемника выполнен металлическим, имеет комбинированные полости для различных функций, обеспечивающий своей структурой полости для теплоносителя с входом и выходом, с возможностью непосредственного теплосъема и теплоизоляции теплоносителя. Герметизирующий компонент двусторонних ФЭП выполнен в виде двухкомпонентного полисилоксанового компаунда. Двусторонние ФЭП имеют р-п-переходы, параллельные потоку концентрированного солнечного излучения. Теплоизоляция теплоносителя и двусторонних ФЭП выполнена с обеих сторон, теплоноситель омывает непосредственно загерметизированные двусторонние ФЭП, защитные функции которых обеспечивают прозрачные закаленные стекла.A folding thermal photoelectric concentrator module is known (see patent RU 193323, IPC
Известный концентраторный модуль имеет недостаточную жесткость конструкции концентратора, наличие стыка между складными элементами концентратора приводит к возрастанию оптических потерь при концентрировании солнечного излучения на фотоприемник. Так же выбранное размещение ФЭП ведет к смещению фокуса концентратора вниз, к снижению равномерности углового распределения и к увеличению коэффициента отражения солнечного излучения.Known concentrator module has insufficient rigidity of the concentrator design, the presence of a joint between the collapsible elements of the concentrator leads to an increase in optical losses when solar radiation is concentrated on a photodetector. Also, the chosen placement of the solar cell leads to a downward shift of the focus of the concentrator, to a decrease in the uniformity of the angular distribution and to an increase in the reflection coefficient of solar radiation.
Известна концентраторная солнечная батарея (см. заявка US 20140078607 МПК G02B 5/10, опубликована 20.03.2014), совпадающая с настоящим техническим решением по наибольшему числу существенных признаков и принятая за прототип.Известная концентраторная солнечная батарея-прототип включает основание, оснащенное вращательным элементом, параболоцилиндрические концентраторы с зеркальной внутренней поверхностью отражения, установленные на основании, цилиндрические направляющие которых параллельны основанию и друг другу, линейные цепочки ФЭП, установленные на верхней кромке тыльной стороны каждого последующего концентратора в фокальной линии каждого предыдущего концентратора. При этом сечение каждого параболоцилиндрического концентратора, перпендикулярное цилиндрическим направляющим, является половиной параболы. Тыльная поверхность первого концентратора и тыльная поверхность второго концентратора обращены к вращательному элементу, а фронтальные поверхности первого и второго концентраторов обращены в разные стороны, так что центр равновесия находится на вращательном элементе.Known concentrator solar battery (see application US 20140078607 IPC G02B 5/10, published 03/20/2014), coinciding with the present technical solution for the largest number of essential features and taken as a prototype. Known concentrator solar battery prototype includes a base equipped with a rotational element, parabolic-cylindrical concentrators with a mirror inner reflection surface mounted on the base, the cylindrical guides of which are parallel to the base and to each other, linear chains of FEPs installed on the upper edge of the rear side of each subsequent concentrator in the focal line of each previous concentrator. In this case, the section of each parabolic-cylindrical concentrator, perpendicular to the cylindrical guides, is half of the parabola. The back surface of the first concentrator and the back surface of the second concentrator are facing the rotational element, and the front surfaces of the first and second concentrators are facing in different directions, so that the center of balance is on the rotational element.
Недостатком концентраторной солнечной батареи-прототипа являются повышенные массово-габаритные параметры солнечной батареи за счет расположения вращательного элемента на светоприемной области батареи, к тому же отсутствие складной конструкции затрудняет размещение батареи на космическом летательном аппарате.The disadvantage of the concentrator solar battery prototype is the increased mass-dimensional parameters of the solar battery due to the location of the rotational element on the light-receiving area of the battery, in addition, the lack of a folding structure makes it difficult to place the battery on a spacecraft.
Задачей настоящего технического решения является уменьшение массово-габаритных параметров концентраторной солнечной батареи за счет эффективного использования всей площади при обеспечении возможности складывания батареи в нерабочем транспортном состоянии.The objective of this technical solution is to reduce the mass-dimensional parameters of the concentrator solar battery due to the efficient use of the entire area while providing the possibility of folding the battery in a non-operating transport state.
Поставленная задача достигается тем, что концентраторная солнечная батарея включает основание, параболоцилиндрические концентраторы с зеркальной внутренней поверхностью отражения, установленные на основании, цилиндрические направляющие которых параллельны основанию и друг другу, линейные цепочки фотоэлектрических преобразователей, установленные на верхней кромке тыльной стороны каждого последующего концентратора в фокальной линии каждого предыдущего концентратора, при этом сечение каждого параболоцилиндрического концентратора, перпендикулярное цилиндрическим направляющим, является половиной параболы. Новым в концентраторной солнечной батарее является то, что вершина каждого параболоцилиндрического концентратора, посредством первого цилиндрического шарнира, параллельного цилиндрической направляющей параболоцилиндрического концентратора, прикреплена к основанию, противолежащие боковые кромки каждого параболоцилиндрического концентратора посредством второго цилиндрического шарнира, параллельного цилиндрической направляющей концентратора, соединены с верхними концами двух рычагов, нижние концы которых соединены с основанием посредством первого цилиндрического шарнира предыдущего параболоцилиндрического концентратора. При этом длина рычагов равна расстоянию между первым и вторым цилиндрическими шарнирами параболоцилиндрического концентратора, а основание выполнено в виде секционного пантографа ножничного типа с количеством секций, равным удвоенному количеству параболоцилиндрических концентраторов.The task is achieved by the fact that the concentrator solar battery includes a base, parabolic-cylindrical concentrators with a mirror inner reflection surface mounted on the base, the cylindrical guides of which are parallel to the base and to each other, linear chains of photovoltaic converters installed on the upper edge of the back side of each subsequent concentrator in the focal line each previous concentrator, while the section of each parabolic-cylindrical concentrator, perpendicular to the cylindrical guides, is half a parabola. What is new in the concentrator solar battery is that the top of each parabolic-cylindrical concentrator, by means of the first cylindrical hinge parallel to the cylindrical guide of the parabolic-cylindrical concentrator, is attached to the base, the opposite side edges of each parabolic-cylindrical concentrator are connected to the upper ends of the two levers, the lower ends of which are connected to the base by means of the first cylindrical hinge of the previous parabolic-cylindrical concentrator. In this case, the length of the levers is equal to the distance between the first and second cylindrical hinges of the parabolic trough concentrator, and the base is made in the form of a sectional scissor-type pantograph with the number of sections equal to twice the number of parabolic trough concentrators.
Закрепление вершины каждого параболоцилиндрического концентратора, посредством первого цилиндрического шарнира, параллельного цилиндрической направляющей параболоцилиндрического концентратора, к основанию, соединение противолежащих боковых кромок каждого параболоцилиндрического концентратора посредством второго цилиндрического шарнира, параллельного цилиндрической направляющей концентратора, с верхними концами двух рычагов, нижние концы которых соединены с основанием посредством первого цилиндрического шарнира предыдущего параболоцилиндрического концентратора, а также выбор длины рычагов равным расстоянию между первым и вторым цилиндрическими шарнирами параболоцилиндрического концентратора позволяет уменьшить массово-габаритные параметры концентраторной солнечной батареи, обеспечить высокую степень подвижности параболоцилиндрических концентраторов при складывании и раскладывании солнечной батареи с одновременным увеличением жесткости конструкции солнечной батареи, что приводит к увеличению точности фокусировки солнечного излучения при раскладывании концентраторной солнечной батареи.Fixing the top of each parabolic trough concentrator, by means of the first cylindrical hinge, parallel to the cylindrical guide of the parabolic trough concentrator, to the base, connecting the opposite side edges of each parabolic trough concentrator by means of the second cylindrical hinge, parallel to the cylindrical guide of the concentrator, with the upper ends of two levers, the lower ends of which are connected to the base by means of of the first cylindrical hinge of the previous parabolic-cylindrical concentrator, as well as the choice of the length of the levers equal to the distance between the first and second cylindrical hinges of the parabolic-cylindrical concentrator makes it possible to reduce the mass and size parameters of the concentrator solar battery, to ensure a high degree of mobility of the parabolic-cylindrical concentrators when folding and unfolding the solar battery, while simultaneously increasing the rigidity of the structure of the solar batteries, resulting in increased improving the accuracy of focusing solar radiation when unfolding a concentrator solar battery.
Выполнение основания концентраторной солнечной батареи в виде секционного пантографа ножничного типа с количеством секций, равным удвоенному количеству параболоцилиндрических концентраторов, обеспечивает упрощение конструкции складывания и раскладывания батареи при высокой степени жесткости и возможность транспортировки концентраторной солнечной батареи в компактном виде.The implementation of the base of the concentrator solar battery in the form of a sectional scissor-type pantograph with the number of sections equal to twice the number of parabolic-cylindrical concentrators provides a simplification of the design of folding and unfolding the battery with a high degree of rigidity and the possibility of transporting the concentrator solar battery in a compact form.
Использование концентраторов солнечного излучения параболоцилиндрического типа с зеркальной внутренней поверхностью ведет к снижению оптических потерь за счет высокого коэффициента отражения зеркальной поверхности (96-98%) и отсутствия хроматических аберраций, а также обеспечивает увеличение равномерности распределения солнечного излучения по поверхности линейной цепочки ФЭП.The use of solar radiation concentrators of a parabolic-cylindrical type with a mirror inner surface leads to a decrease in optical losses due to the high reflection coefficient of the mirror surface (96-98%) and the absence of chromatic aberrations, and also provides an increase in the uniformity of the distribution of solar radiation over the surface of the linear chain of solar cells.
Установка линейных цепочек ФЭП на верхней кромке тыльной стороны каждого последующего концентратора в фокальной линии каждого предыдущего концентратора обеспечивает высокую точность фокусировки солнечного излучения на ФЭП, а также отвод тепла от ФЭП, расположенных на тыльной стороне концентраторов.The installation of linear chains of solar cells on the upper edge of the rear side of each subsequent concentrator in the focal line of each previous concentrator ensures high accuracy of focusing solar radiation on the solar cell, as well as heat removal from the solar cells located on the rear side of the concentrators.
Настоящее техническое решение поясняется чертежами, где:This technical solution is illustrated by drawings, where:
на фиг. 1 схематически показана часть концентраторной солнечной батареи в рабочем состоянии, вид сбоку;in fig. 1 schematically shows part of a concentrator solar array in operation, side view;
на фиг. 2 изображена концентраторная солнечная батарея в рабочем состоянии в аксонометрии;in fig. 2 shows a concentrator solar battery in working condition in a perspective view;
на фиг. 3 приведена концентраторная солнечная батарея в сложенном транспортном состоянии, вид сбоку;in fig. 3 shows the concentrator solar battery in the folded transport state, side view;
на фиг. 4 показана концентраторная солнечная батарея в сложенном транспортном состоянии, вид снизу;in fig. 4 shows a concentrator solar battery in a folded transport state, bottom view;
на фиг. 5 изображена концентраторная солнечная батарея в сложенном транспортном состоянии, вид в аксонометрии;in fig. 5 shows a concentrator solar battery in a folded transport state, axonometric view;
на фиг. 6 изображен вид снизу в начале раскрытия концентраторной солнечной батареи;in fig. 6 shows a bottom view at the beginning of the deployment of a concentrator solar array;
на фиг. 7 приведен вид снизу полностью раскрытой батареи.in fig. 7 is a bottom view of a fully opened battery.
Настоящая конструкция концентраторной солнечной батареи (см. фиг. 1-фиг. 2) включает основание 1, плоскость которого ориентируют перпендикулярно направлению 2 на Солнце, параболоцилиндрические концентраторы 3 с зеркальной внутренней поверхностью отражения, установлены на основании 1. Цилиндрические направляющие 4 параболоцилиндрических концентраторов 3 установлены параллельно основанию 1 и друг другу (см. фиг. 2). Сечение каждого параболоцилиндрического концентратора 3, перпендикулярное цилиндрическим направляющим 4, является половиной параболы с вершиной 5. Вершина 5 каждого параболоцилиндрического концентратора 3, посредством первого цилиндрического шарнира 6, параллельного цилиндрической направляющей 4 параболоцилиндрического концентратора 3, прикреплена к основанию 1. На верхней кромке 7 тыльной стороны каждого последующего параболоцилиндрического концентратора 3 в фокальной линии каждого предыдущего концентратора 3 установлены линейные цепочки фотоэлектрических преобразователей 8 (см. фиг. 3). Противолежащие боковые кромки 9 (см. фиг. 2) каждого параболоцилиндрического концентратора 3 посредством второго цилиндрического шарнира 10, параллельного цилиндрической направляющей 4 параболоцилиндрического концентратора 3, соединены с верхними концами двух рычагов 11. Нижние концы рычагов 11 соединены с основанием 1 посредством первого цилиндрического шарнира 6 предыдущего параболоцилиндрического концентратора 3. Длина рычагов 11 равна расстоянию между первым цилиндрическим шарниром 6 и вторым цилиндрическим шарниром 10 параболоцилиндрического концентратора 3. Основание 1 концентраторной солнечной батареи выполнено в виде секционного пантографа 12 (см. фиг. 6-фиг. 7) ножничного типа с количеством секций 13, равным удвоенному количеству параболоцилиндрических концентраторов 3.The present design of the solar concentrator battery (see Fig. 1-Fig. 2) includes a
Концентраторная солнечная батарея работает следующим образом.Concentrator solar battery works as follows.
В рабочем состоянии в космосе основание 1 и рычаги 11 параболоцилиндрических концентраторов 3 разложены на максимальную длину (см. фиг. 7). Плоскость основания 1 солнечной батареи ориентируют перпендикулярно направлению 2 на Солнце. Солнечное излучение отражается параболоцилиндрическими концентраторами 3 на линейные цепочки фотоэлектрических преобразователей 8, установленных на тыльной стороне последующего параболоцилиндрического концентратора 3. Фотоэлектрические преобразователи 8 осуществляют преобразование солнечного излучения в электрическую энергию.In working condition in space, the
В нерабочем транспортном состоянии секционный пантограф 12 складывают на минимальную длину, равную суммарной толщине параболоцилиндрических концентраторов 3 (см. фиг. 4-фиг. 5). При этом параболоцилиндрические концентраторы 3 и рычаги 11 прилегают друг к другу и установлены перпендикулярно к основанию 1, что обеспечивает увеличение компактности сложения батареи и ведет к снижению массово-габаритных параметров.In a non-operating transport state, the
Результатом настоящего технического решения стало увеличение удельной (на единицу площади и веса) мощности и уменьшение массово-габаритных параметров концентраторной солнечной батареи за счет эффективного использования всей площади батареи, а также за счет компактного складывания батареи в нерабочем транспортном состоянии, что особенно важно при базировании батареи на космическом аппарате.The result of this technical solution was an increase in specific (per unit area and weight) power and a decrease in the mass and size parameters of a concentrator solar battery due to the efficient use of the entire battery area, as well as due to compact folding of the battery in a non-working transport state, which is especially important when the battery is based on the spacecraft.
Claims (1)
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2773805C1 true RU2773805C1 (en) | 2022-06-09 |
Family
ID=
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2812093C1 (en) * | 2023-08-17 | 2024-01-22 | Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Физико-технический институт им. А.Ф. Иоффе Российской академии наук | Photovoltaic module with radiation concentrator |
Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2008158539A (en) * | 2008-01-21 | 2008-07-10 | Fuji Xerox Co Ltd | Photoelectric composite wiring module and information processor |
| RU2466490C2 (en) * | 2010-11-30 | 2012-11-10 | Российская академия сельскохозяйственных наук Государственное научное учреждение Всероссийский научно-исследовательский институт электрификации сельского хозяйства Российской академии сельскохозяйственных наук (ГНУ ВИЭСХ Россельхозакадемии) | Solar photoelectric module with concentrator |
| RU2488915C2 (en) * | 2011-06-07 | 2013-07-27 | Российская академия сельскохозяйственных наук Государственное научное учреждение Всероссийский научно-исследовательский институт электрификации сельского хозяйства Российской академии сельскохозяйственных наук (ГНУ ВИЭСХ Россельхозакадемии) | Solar concentrator module (versions) |
| RU2615242C2 (en) * | 2015-05-20 | 2017-04-04 | Федеральное государственное бюджетное научное учреждение Федеральный научный агроинженерный центр ВИМ (ФГБНУ ФНАЦ ВИМ) | Solar module havng asymmetric cylindrical parabolic solar radiation concentrator |
Patent Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2008158539A (en) * | 2008-01-21 | 2008-07-10 | Fuji Xerox Co Ltd | Photoelectric composite wiring module and information processor |
| RU2466490C2 (en) * | 2010-11-30 | 2012-11-10 | Российская академия сельскохозяйственных наук Государственное научное учреждение Всероссийский научно-исследовательский институт электрификации сельского хозяйства Российской академии сельскохозяйственных наук (ГНУ ВИЭСХ Россельхозакадемии) | Solar photoelectric module with concentrator |
| RU2488915C2 (en) * | 2011-06-07 | 2013-07-27 | Российская академия сельскохозяйственных наук Государственное научное учреждение Всероссийский научно-исследовательский институт электрификации сельского хозяйства Российской академии сельскохозяйственных наук (ГНУ ВИЭСХ Россельхозакадемии) | Solar concentrator module (versions) |
| RU2615242C2 (en) * | 2015-05-20 | 2017-04-04 | Федеральное государственное бюджетное научное учреждение Федеральный научный агроинженерный центр ВИМ (ФГБНУ ФНАЦ ВИМ) | Solar module havng asymmetric cylindrical parabolic solar radiation concentrator |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2812093C1 (en) * | 2023-08-17 | 2024-01-22 | Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Физико-технический институт им. А.Ф. Иоффе Российской академии наук | Photovoltaic module with radiation concentrator |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US6469241B1 (en) | High concentration spectrum splitting solar collector | |
| US8642880B2 (en) | Interchangeable and fully adjustable solar thermal-photovoltaic concentrator systems | |
| US20120192922A1 (en) | Solar collector | |
| US20120305077A1 (en) | Concentrated photovoltaic and thermal system | |
| US20100218807A1 (en) | 1-dimensional concentrated photovoltaic systems | |
| KR20090015019A (en) | Concentrating solar panel and related systems and methods | |
| WO2009121174A9 (en) | Solar collector | |
| US20080135096A1 (en) | Optical concentrators having one or more line foci and related methods | |
| WO2009008996A2 (en) | Design and fabrication of a local concentrator system | |
| WO2006108806A2 (en) | Spectral splitting-based radiation concentration photovoltaic system | |
| US10608134B2 (en) | Solar power system using hybrid trough and photovoltaic two-stage light concentration | |
| US20080314437A1 (en) | Multiple Heliostats Concentrator | |
| US20140048118A1 (en) | Solar energy systems using external reflectors | |
| WO2014085436A1 (en) | Solar generator with large reflector dishes and concentrator photovoltaic cells in flat arrays | |
| US20120255594A1 (en) | Solar Power Generator Module | |
| CN101083288A (en) | Spectral solar energy photocell | |
| RU2773805C1 (en) | Concentrator solar panel | |
| JPS61165702A (en) | Solar generator | |
| RU2740437C1 (en) | Concentrator solar power plant | |
| RU193323U1 (en) | Foldable thermal photovoltaic concentrator module with double-sided photocells | |
| RU2805279C1 (en) | Solar concentrator battery | |
| CN110325801B (en) | Solar energy condenser | |
| RU2812093C1 (en) | Photovoltaic module with radiation concentrator | |
| RU2818993C1 (en) | Photoelectric concentrator module | |
| RU2763386C1 (en) | Solar photoelectric module |