СОЛНЕЧНАЯ ФОТОЭЛЕКТРИЧЕСКАЯ БАТАРЕЯ (ВАРИАНТЫ) SOLAR PHOTOELECTRIC BATTERY (OPTIONS)
Изобретение относится к высокоэффективным солнечным энергетическим батареям с концентратором для получения электрической энергии. The invention relates to highly efficient solar energy batteries with a hub for generating electrical energy.
Известен солнечный фотоэлектрический модуль (Алферов Ж.И., Андреев В.М., Румянцев В.Д. «Тенденции и перспективы развития солнечной фотоэнергетики» Физико-технический институт им. А.Ф. Иоффе Российской академии наук, Санкт-Петербург, 1 1 февраля 2004 г.) с фотопреобразователями на основе гетероструктур с промежуточным концентрированием солнечного излучения, обеспечивающего снижение площади фотоприемников, следовательно, стоимости пропорционально степени концентрирования солнечного излучения. The well-known solar photovoltaic module (Alferov Zh.I., Andreev VM, Rumyantsev VD "Trends and prospects for the development of solar photovoltaics" Physical-Technical Institute named after AF Ioffe of the Russian Academy of Sciences, St. Petersburg, 1 February 1, 2004) with photoconverters based on heterostructures with intermediate concentration of solar radiation, which ensures a reduction in the area of photodetectors, therefore, the cost is proportional to the degree of concentration of solar radiation.
Недостатком данного устройства является сложность технологии изготовления дорогих каскадных фотоэлементов, уменьшение апертуры линз Френеля из-за необходимости теплоотвода и, как следствие, ограничение увеличения кратности . солнечной концентрации, а также привлечения дополнительной вспомогательной оптики и других устройств. The disadvantage of this device is the complexity of the manufacturing technology of expensive cascade photocells, a decrease in the aperture of Fresnel lenses due to the need for heat removal and, as a consequence, the limitation of the increase in magnification. solar concentration, as well as attracting additional auxiliary optics and other devices.
Кроме того, тепловую часть спектра можно было бы утилизировать для получения дополнительной тепловой или электрической энергии с помощью известных физических эффектов, например, через термоэффект или другие термодинамические процессы, но в данном случае реализация . требует больших экономических затрат. In addition, the thermal part of the spectrum could be utilized to obtain additional thermal or electric energy using known physical effects, for example, through a thermoeffect or other thermodynamic processes, but in this case, implementation. requires large economic costs.
Также известен генератор с использованием концентратора солнечного излучения [Алферов Ж.И.], где используется обычная линза, линза Френеля и тепловой концентрирующий модуль. Такой уровень концентрирования солнечного излучения снижает эффективность потерь, обусловленных работой фотоэлемента при повышенных температурах. Also known is a generator using a solar radiation concentrator [Alferov Zh.I.], where a conventional lens, a Fresnel lens and a thermal concentration module are used. This level of concentration of solar radiation reduces the efficiency of losses caused by the operation of the solar cell at elevated temperatures.
Недостатками такого концентратора являются невозможность
диспергирования солнечного излучения по длинам волн, что не позволяет повысить коэффициент преобразования солнечной радиации, а необходимость блока водяного охлаждения усложняет и удорожает конструкцию. The disadvantages of this hub are the inability dispersion of solar radiation at wavelengths, which does not allow to increase the conversion coefficient of solar radiation, and the need for a water cooling unit complicates and increases the cost of the design.
Известна конструкция устройства спектрального разложения света [Андреев В.М.]. Здесь дихроичные зеркала разлагают падающий свет, отражая фотоны с высокой энергией к первому элементу и пропуская фотоны с низкой энергией ко второму элементу и далее к третьему элементу. A known design of a device for spectral decomposition of light [Andreev VM]. Here, dichroic mirrors decompose incident light, reflecting high-energy photons to the first element and passing low-energy photons to the second element and further to the third element.
Недостатком этой конструкции является необходимость использования дихроичных зеркал и теплоотводящих устройств, что существенно удорожает и усложняет конструкцию солнечного генератора. Кроме того, при прохождении через зеркала теряется значительная часть энергии. The disadvantage of this design is the need to use dichroic mirrors and heat sinks, which significantly increases the cost and complicates the design of the solar generator. In addition, when passing through the mirrors a significant part of the energy is lost.
Известен другой метод преобразования солнечной энергии, которы состоит из листа стекла или пластмассы, покрытого люминесцирующими красителями, которые поглощают солнечный свет в узких спектральных диапазонах, а затем испускают фотоны разных энергий во многих направлениях. Свет, отражаемый от границ, оказывается "захваченным" внутри листа, поскольку красители уже не могут поглощать его и он, в конце концов, попадает к краю листа, где расположен солнечный элемент. Для такой системы не нужно устройство слежения за Солнцем, поскольку красители поглощают свет, падающий под любым углом. Another method for converting solar energy is known, which consists of a sheet of glass or plastic coated with luminescent dyes that absorb sunlight in narrow spectral ranges and then emit photons of different energies in many directions. The light reflected from the borders appears to be “captured” inside the sheet, since the dyes can no longer absorb it and it ultimately gets to the edge of the sheet where the solar cell is located. For such a system, a tracking device for the Sun is not necessary, since dyes absorb light incident at any angle.
Вместе с тем недостатками такой конструкции являются следующее. Люминесцирующие красители, поглощают солнечный свет в узких спектральных диапазонах, а затем испускают фотоны разных энергий во многих направлениях. Теоретическое значение КПД здесь превышает 50%. Такое значение возможно, но это рассеянное по всему листу, его объему, все виды энергии, которые невозможно собрать на фотоприемники по причине того, что там содержится фотоны всех видов и энергии. Вместе с тем известно, что фотоприемники работают только в определенных интервалах длин волн (частот), поэтому здесь та же проблема что и при обычных
панельных приемниках. Большая часть фотонов рассеиваются в объеме листа, превращаясь в тепловую энергию, которая только нагревает ее, не принося ни какой пользы. Это только интегральная энергия всех фотонов выделившихся в данном материале. Полезная энергия, которая утилизируется фотоприемниками, составит очень малую, то есть десятую, а может и меньшую часть того, что указано. Собрать эту крошечную энергию будет весьма проблематично. However, the disadvantages of this design are the following. Luminescent dyes absorb sunlight in narrow spectral ranges and then emit photons of different energies in many directions. The theoretical value of the efficiency here exceeds 50%. Such a value is possible, but it is scattered throughout the sheet, its volume, all types of energy that cannot be collected on photodetectors because it contains photons of all kinds and energy. At the same time, it is known that photodetectors work only in certain wavelength (frequency) ranges, therefore the same problem here as with ordinary panel receivers. Most of the photons are scattered in the volume of the sheet, turning into thermal energy, which only heats it, without bringing any benefit. This is only the integral energy of all the photons released in this material. The useful energy that is utilized by the photodetectors will be very small, that is, a tenth, or maybe a smaller part of what is indicated. Collecting this tiny energy will be very problematic.
Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому изобретению является «Способ получения пропускающей голограммы» (Патент jNfel 521112, Роспатент РФ. 17. 04. 1996). Здесь с помощью когерентных сферической и плоской волн формируют голографический концентратор на фоторегистрирующей среде с последующей фото- химической обработкой и сушкой последней. При этом голографический концентратор формируют с помощью соосных сферической и плоской волн на фоторегистрирующей среде. В результате получают голографическую зонную пластинку - линзу (голографический концентратор), который обладает следующими свойствами: а) разлагает падающую радиацию (в данном случае белый свет) по длинам волн из которого она состоит и б) фокусирует ее на главную оптическую ось, начиная с инфракрасного (ИК) излучения у самой пластинки и кончая ультрафиолетовым (УФ) излучением в самом конце. Closest to the technical nature of the present invention is the "Method of obtaining a transmitting hologram" (Patent jNfel 521112, Rospatent of the Russian Federation. 17. 04. 1996). Here, using a coherent spherical and plane waves, a holographic concentrator is formed on a photo-recording medium, followed by photochemical processing and drying of the latter. In this case, a holographic concentrator is formed using coaxial spherical and plane waves in a photo-recording medium. The result is a holographic zone plate - a lens (holographic concentrator), which has the following properties: a) decomposes the incident radiation (in this case, white light) by the wavelengths of which it consists and b) focuses it on the main optical axis, starting with the infrared (IR) radiation at the plate itself and ending with ultraviolet (UV) radiation at the very end.
С такого концентратора, поместив в точках фокусировки вдоль оптической оси каждой длины волны полупроводниковые фотоприемники с соответствующей шириной запрещённых зон, можно получить оптимальное значение фототока для каждого фотоприемника, работающего в оптимальных для нее условиях. Суммарное значение тока с учетом всякого рода помех будет превышать 50 % и более. Полупроводниковые приемники могут быть как элементарные, так и сложные, полученные уже давно отработанными технологиями - это первое преимущество, второе преимущество каждая длина волна может быть отведена без каких либо Using such a concentrator, placing semiconductor photodetectors with the corresponding band gap at the focusing points along the optical axis of each wavelength, one can obtain the optimal photocurrent value for each photodetector operating under optimal conditions for it. The total current value, taking into account all kinds of interference, will exceed 50% or more. Semiconductor receivers can be either elementary or complex, obtained by long-established technologies - this is the first advantage, the second advantage, each wavelength can be assigned without any
з
последствий и помех для других частот и утилизирована отдельно. Это устройство дает возможность, например, отвести тепловую часть радиации, которая до сих пор была основной причиной низкой работоспособности (коэффициента преобразования) солнечных панелей и приемников. s effects and interference to other frequencies and disposed of separately. This device makes it possible, for example, to remove the thermal part of radiation, which until now has been the main reason for the low working capacity (conversion coefficient) of solar panels and receivers.
Недостатком известного солнечного модуля с голографическим концентратором являются: A disadvantage of the known solar module with a holographic concentrator are:
а) отсутствие реализации способа утилизации спектра теплового излучения; б) не предусмотрена система увеличения кратности солнечной концентрации; в) не учтены возможные проблемы с коэффициентом преобразования солнечного излучения разных длин волн, падающих под разными углами на поверхности фотоприемников. Поскольку в зависимости от угла падения солнечной радиации на фотопреобразователи будет меняться, как известно, коэффициент рассеяния и преломления (отражение солнечного излучения от поверхности преобразователя), что будет сказываться на величине преобразованного фототока. a) the lack of implementation of the method of utilization of the spectrum of thermal radiation; b) a system for increasing the multiplicity of solar concentration is not provided; c) possible problems with the conversion coefficient of solar radiation of different wavelengths incident at different angles on the surface of the photodetectors are not taken into account. Since, depending on the angle of incidence of solar radiation on the photoconverters, it is known that the scattering and refractive index (reflection of solar radiation from the surface of the converter) will change, which will affect the magnitude of the converted photocurrent.
Достоинство приведенного концентратора: это возможность использования полупроводниковых соединений, расположенных последовательно с оптимальной для разных длин волн солнечного излучения шириной запрещённой зоны, а также возможность отвода от всего спектра падающей солнечной радиации тепловую часть излучения, снижающую коэффициент преобразования ее в электрическую. The advantage of the given concentrator is the possibility of using semiconductor compounds arranged in series with the band gap of the solar radiation optimal for different wavelengths of the solar radiation, as well as the ability to remove the thermal part of the radiation from the entire spectrum of the incident solar radiation, which reduces its conversion to electrical.
Целью изобретения является разработка простой в изготовлении, использующей все возможности представленного дешевого голографического концентратора, дающую возможность утилизировать как тепловую часть спектра солнечной радиации, так и видимую часть, а также изменять степень концентрации солнечной радиации и снизить отражение солнечной радиации от поверхности преобразователя, следовательно, создать высокоэффективную, сильноконцентрирующую солнечную фотоэлектрическую батарею. The aim of the invention is to develop a simple to manufacture, using all the features of the presented cheap holographic concentrator, which makes it possible to utilize both the thermal part of the spectrum of solar radiation and the visible part, as well as change the degree of concentration of solar radiation and reduce the reflection of solar radiation from the surface of the transducer, therefore, create highly efficient, highly concentrated solar photovoltaic battery.
Технический результат - повышение коэффициента полезного
, The technical result is an increase in the coefficient of useful ,
действия солнечной фотоэлектрической батареи, существенное снижение количества и значительное сокращение затрат на фотоэлементы, улучшение эксплуатационных характеристик, повышение надежности и долговечности солнечной батареи, снижение стоимости получаемой электрической энергии. actions of the solar photovoltaic battery, a significant reduction in the number and a significant reduction in the cost of solar cells, improved operational characteristics, increased reliability and durability of the solar battery, reduced cost of received electrical energy.
Технический результат достигается тем, что в предлагаемой солнечной фотоэлектрической батарее с голографическим концентратором увеличивают кратность солнечной концентрации, фотоэлементы располагают последовательно по главной оптической оси проникающей солнечной радиации и снижают отражение солнечной радиации от поверхности преобразователя. Длина фотоэлементов соответствует оптимальной для разных длин волн солнечной радиации ширине запрещённой зоны. Также отводят от всего спектра падающей радиации тепловую часть солнечной радиации или утилизируют как тепловую энергию или непосредственно преобразовывают тепловую энергию в электрическую на основе эффекта Зеебека. При этом в состав термоэлектрогенератора (ТЭГ) входят термобатареи, набранные из полупроводниковых термоэлементов, соединённых последовательно или параллельно. The technical result is achieved by the fact that in the proposed solar photovoltaic battery with a holographic concentrator, the solar concentration is increased, the solar cells are arranged sequentially along the main optical axis of the penetrating solar radiation and reduce the reflection of solar radiation from the surface of the transducer. The length of the photocells corresponds to the forbidden gap width optimal for different wavelengths of solar radiation. The thermal part of solar radiation is also diverted from the entire spectrum of incident radiation or disposed of as thermal energy or directly converts thermal energy into electrical energy based on the Seebeck effect. In this case, the thermoelectric generator (TEG) includes thermopiles drawn from semiconductor thermocouples connected in series or in parallel.
Технический результат может быть достигнут и при другом варианте, в котором также увеличивают кратность солнечной радиации, фотоэлементы располагают последовательно по главной оптической оси как проникающей, так и отраженной солнечной радиации, также снижают отражение солнечной радиации от поверхности преобразователя. Длина фотоэлементов соответствует оптимальной для разных длин волн солнечной радиации ширине запрещённой зоны. Также отводят от всего спектра падающей радиации тепловую часть излучения или утилизируют как тепловую энергию или непосредственно преобразовывают тепловую энергию в электрическую на основе эффекта Зеебека. The technical result can be achieved with another option, which also increases the multiplicity of solar radiation, the solar cells are arranged sequentially along the main optical axis of both penetrating and reflected solar radiation, and also reduce the reflection of solar radiation from the surface of the converter. The length of the photocells corresponds to the forbidden gap width optimal for different wavelengths of solar radiation. The thermal part of the radiation is also diverted from the entire spectrum of incident radiation or disposed of as thermal energy or directly converts thermal energy into electrical energy based on the Seebeck effect.
Сущность изобретений поясняется чертежами на Фиг. 1 - 7. The invention is illustrated by drawings in FIG. 1 - 7.
На Фиг. 1а, 16, 2 - Схемы голографических высокоэффективных, сильноконцентрирующих солнечных фотоэлектрических батарей с
предварительными концентраторами-линзами и термоэлектрическим генератором, работающих на проникающей солнечной радиации. При этом фотоэлементы выполнены в виде цилиндров или гофрированных трубок. In FIG. 1a, 16, 2 - Schemes of holographic highly efficient, highly concentrated solar photovoltaic batteries with preliminary concentrator lenses and a thermoelectric generator operating on penetrating solar radiation. In this case, the solar cells are made in the form of cylinders or corrugated tubes.
На Фиг. 3 - Схема голографической высокоэффективной, сильноконцентрирующей солнечной фотоэлектрической батареи, работающей на проникающей и отраженной солнечной радиации с предварительным концентратором, выполненного в виде параболического (сферического, вогнутого) зеркала и термоэлектрическим генератором или теплоприемником. При этом фотоэлементы выполнены в виде гофрированных трубок. In FIG. 3 - Scheme of a holographic highly efficient, highly concentrated solar photovoltaic battery operating on penetrating and reflected solar radiation with a preliminary concentrator, made in the form of a parabolic (spherical, concave) mirror and a thermoelectric generator or heat receiver. In this case, the solar cells are made in the form of corrugated tubes.
На Фиг. 4 - Схема голографической высокоэффективной, сильноконцентрирующей солнечной фотоэлектрической батареи, работающей на проникающей и отраженной солнечной радиации с предварительным концентратором-линзой и термоэлектрическим генератором или теплоприемником . Фотоэлементы выполнены также в виде гофрированных трубок или цилиндров. In FIG. 4 - Scheme of a holographic highly efficient, highly concentrated solar photovoltaic battery operating on penetrating and reflected solar radiation with a preliminary concentrator lens and a thermoelectric generator or heat receiver. Photocells are also made in the form of corrugated tubes or cylinders.
На Фиг. 5 - Схема голографической высокоэффективной, сильноконцентрирующей солнечной фотоэлектрической батареи, работающей на проникающей и отраженной солнечной радиации с предварительным концентратором, выполненного в виде параболического (вогнутого) зеркала и термоэлектрическим генератором или теплоприемником. Фотоэлементы выполнены в виде гофрированных трубок. In FIG. 5 - Diagram of a holographic highly efficient, highly concentrated solar photovoltaic battery operating on penetrating and reflected solar radiation with a preliminary concentrator, made in the form of a parabolic (concave) mirror and a thermoelectric generator or heat receiver. Photocells are made in the form of corrugated tubes.
На Фиг. 6 - Схема голографической высокоэффективной, сильноконцентрирующей солнечной фотоэлектрической батареи, работающей на проникающей и отраженной солнечной радиации с предварительными концентраторами в форме линзы и выполненного в виде параболического (вогнутого) зеркала и термоэлектрическим генератором или теплоприемником. При этом фотоэлементы выполнены в виде гофрированных трубок. In FIG. 6 - Scheme of a holographic highly efficient, highly concentrated solar photovoltaic battery operating on penetrating and reflected solar radiation with preliminary concentrators in the form of a lens and made in the form of a parabolic (concave) mirror and a thermoelectric generator or heat receiver. In this case, the solar cells are made in the form of corrugated tubes.
На Фиг. 7 - Схема голографической высокоэффективной, In FIG. 7 - High-performance holographic circuit,
б
сильноконцентрирующей солнечной фотоэлектрической батареи, работающей на проникающей и отраженной солнечной радиации с предварительным концентратором-линзой и термоэлектрическим генератором или теплоприемником, при этом фотоэлементы, работающие на проникающей солнечной радиации, выполнены в виде колец, а фотоэлементы, работающие на отраженной солнечной радиации, выполнены в виде гофрированных трубок. b a highly concentrated solar photovoltaic battery operating on penetrating and reflected solar radiation with a preliminary concentrator lens and a thermoelectric generator or heat receiver, while solar cells operating on penetrating solar radiation are made in the form of rings, and solar cells operating on reflected solar radiation are made in the form corrugated tubes.
Солнечная фотоэлектрическая батарея состоит (Фиг. 1а) из концентратора кратности солнечной радиации 1, диспергирующей линзы (голографический концентратор) 2, приемника термоэлектрогенератора 3, фотоприемников 4 на разные длины волн, которые расположены по главной оптической оси после голографического концентратора 2 от места входа солнечных лучей. A solar photovoltaic battery (Fig. 1a) consists of a concentrator of the multiplicity of solar radiation 1, a dispersing lens (holographic concentrator) 2, a receiver of a thermoelectric generator 3, photodetectors 4 for different wavelengths, which are located along the main optical axis after the holographic concentrator 2 from the place of entry of sunlight .
В другом варианте (Фиг. 16) представлена солнечная фотоэлектрическая батарея, в котором 1 - входная линза (линза Френеля) для увеличения необходимой кратности солнечной радиации, 2 - диспергирующая линза, 3 - место концентрации тепловых излучений на главной оптической оси оптической системы, где установлен горячий спай ТЭГ, 4 - место положения остальных фотопреобразователей для разных длин волн на главной оптической оси, 5 - коллиматорная линза для согласования солнечной радиации с апертурой диспергирующей по длинам волн голографической (дифракционной) линзы 2. При этом фотоэлементы расположены после голографического концентратора от места входа солнечной радиации. In another embodiment (Fig. 16), a solar photovoltaic battery is presented, in which 1 is an input lens (Fresnel lens) to increase the required ratio of solar radiation, 2 is a dispersing lens, 3 is the concentration of thermal radiation on the main optical axis of the optical system, where it is installed hot junction TEG, 4 - position of the remaining photoconverters for different wavelengths on the main optical axis, 5 - collimator lens for matching solar radiation with an aperture dispersed by a holographic wavelength (diffraction ktsionnoy) lens 2. Thus photocells arranged after holographic concentrator solar radiation from the point of entry.
На Фиг. 2 солнечная фотоэлектрическая батарея состоит из линзы Френеля или обычной линзы 1 для увеличения кратности солнечной радиации, комплекта линз 3 для формирования параллельной солнечной радиации, направляемой на голографический концентратор 2 и корпуса батареи 4. Фотоэлементы установлены по главной оптической оси после места входа солнечной радиации (за голографическим концентратором 2).
Солнечная фотоэлектрическая батарея на Фиг. 3 включает сферическое зеркало 1 для увеличения кратности солнечной радиации, комплект линз 3 для формирования параллельной солнечной радиации, голографический концентратор 2, корпус 4 и прозрачную (стеклянную) крышку батареи 5. Фотоэлементы установлены по главной оптической оси до голографического концентратора от места входа солнечных лучей (сразу после прозрачной крышки батареи 5). Также на месте сфокусированного инфракрасного излучения установлен теплоприемник. In FIG. 2, the solar photovoltaic battery consists of a Fresnel lens or a conventional lens 1 to increase the magnitude of solar radiation, a set of lenses 3 for forming parallel solar radiation directed to the holographic concentrator 2 and the battery case 4. Photocells are installed along the main optical axis after the place of entry of solar radiation (for holographic hub 2). The solar photovoltaic battery in FIG. 3 includes a spherical mirror 1 for increasing the multiplicity of solar radiation, a set of lenses 3 for forming parallel solar radiation, a holographic concentrator 2, a housing 4 and a transparent (glass) battery cover 5. Photocells are installed along the main optical axis to the holographic concentrator from the point of entry of sunlight ( immediately after the transparent battery cover 5). Also, a heat receiver is installed in place of focused infrared radiation.
На Фиг. 4 приведена солнечная фотоэлектрическая батарея, которая состоит из линзы Френеля или обычной линзы 1 для увеличения кратности солнечной радиации, комплекта линз 3 для формирования параллельной солнечной радиации, направляемой на голографический концентратор 2 и корпуса батареи 4. Фотоэлементы расположены на главной оптической оси по обе стороны голографического концентратора 2 симметрично. На месте сфокусированного инфракрасного излучения установлен теплоприемник, второй конец которого вводится в теплопроводящую жидкость. In FIG. Figure 4 shows a solar photovoltaic battery, which consists of a Fresnel lens or a conventional lens 1 to increase the multiplicity of solar radiation, a set of lenses 3 for forming parallel solar radiation directed to the holographic concentrator 2 and the battery case 4. Photocells are located on the main optical axis on both sides of the holographic hub 2 symmetrically. A heat receiver is installed in place of the focused infrared radiation, the second end of which is introduced into the heat-conducting liquid.
Солнечная фотоэлектрическая батарея на Фиг. 5 включает сферическое зеркало 1 для увеличения кратности солнечной радиации, комплект линз- 3 для формирования параллельной солнечной радиации, голографический концентратор 2, корпус 4 и прозрачную крышку батареи 5. Фотоэлементы установлены по главной оптической оси по обе стороны голографического концентратора 2 симметрично. На месте сфокусированного инфракрасного излучения установлен теплоприемник. The solar photovoltaic battery in FIG. 5 includes a spherical mirror 1 for increasing the multiplicity of solar radiation, a set of lenses 3 for forming parallel solar radiation, a holographic concentrator 2, a housing 4 and a transparent battery cover 5. The photocells are mounted symmetrically along the main optical axis on both sides of the holographic concentrator 2. A heat receiver is installed in place of the focused infrared radiation.
На Фиг. 6 представлена солнечная фотоэлектрическая батарея, которая состоит из входной линзы Френеля или обычной линзы 1 и сферического зеркала 6 для увеличения кратности солнечной радиации, двух комплектов линз 3 для формирования параллельной солнечной радиации, направляемой на голографический концентратор 2, корпуса батареи 4 и прозрачной крышки 5, диаметр которой больше входной линзы 1 и равен диаметру зеркала 6. Фотоэлементы и голографический концентратор 2 установлены по главной
оптической оси, при этом фотоэлементы установлены по обе стороны голографического концентратора 2 симметрично. ' Также на месте сфокусированного инфракрасного излучения установлен теплоприемник. In FIG. 6 shows a solar photovoltaic battery, which consists of an input Fresnel lens or a conventional lens 1 and a spherical mirror 6 to increase the multiplicity of solar radiation, two sets of lenses 3 for forming parallel solar radiation directed to the holographic concentrator 2, the battery case 4 and the transparent cover 5, the diameter of which is larger than the input lens 1 and is equal to the diameter of the mirror 6. Photocells and a holographic concentrator 2 are installed on the main optical axis, while the photocells are mounted on both sides of the holographic concentrator 2 symmetrically. '' A heat receiver is also installed in place of focused infrared radiation.
Солнечная батарея на Фиг. 7 состоит из линзы Френеля или обычной линзы 1 для увеличения кратности солнечной радиации, комплекта линз 3 для формирования параллельной солнечной радиации, направляемой на голографический концентратор 2 и корпуса батареи 4. Фотоэлементы выполнены в виде гофрированных трубок и установлены на главной 7 оптической ' оси между комплектом линз 3 и голографическим концентратором 2, работающие на отраженной солнечной радиации, а фотоэлементы, работающие на проникающей солнечной радиации, выполнены в форме колец и расположены за голографическим концентратором. При этом ближайший к главной оптический оси фотоэлемент работает от красного цвета и так далее до фиолетового, как показано на Фиг. 7. На месте сфокусированного инфракрасного излучения установлен теплоприемник. The solar battery in FIG. 7 consists of a Fresnel lens or a conventional lens 1 for increasing the multiplicity of solar radiation, a set of lenses 3 for forming parallel solar radiation directed to the holographic concentrator 2 and the battery case 4. Photocells are made in the form of corrugated tubes and mounted on the main 7 optical axis between the set lenses 3 and holographic concentrator 2, operating on reflected solar radiation, and solar cells operating on penetrating solar radiation, are made in the form of rings and are located behind the holographic m hub. In this case, the solar cell closest to the main optical axis operates from red and so on to violet, as shown in FIG. 7. A heat receiver is installed in place of the focused infrared radiation.
Солнечная фотоэлектрическая батарея с голографическим концентратором работает следующим образом (Фиг. 1 ). A solar photovoltaic battery with a holographic concentrator operates as follows (Fig. 1).
Первичный концентратор (Фиг. la) 1 собирает солнечную радиацию необходимой концентрации и направляет на голографический концентратор 2. На голографическом концентраторе солнечная радиация (белый свет) разлагается на спектр 4 и фокусируется вдоль главной оптической оси, начиная с инфракрасного теплового излучения до ультрафиолетового по формуле Вульфа-Брегга. В начальной точке фок сировки ИК-излучения устанавливают приборы 3, преобразующие тепловые излучения непосредственно в электрическую энергию или отводят тепловую энергию в теплопроводящую жидкость, а фотопреобразователи 4 с соответствующей шириной зоны для каждой длины волны преобразуют солнечную радиацию в электроэнергию. The primary concentrator (Fig. La) 1 collects the solar radiation of the required concentration and directs it to the holographic concentrator 2. On the holographic concentrator, the solar radiation (white light) decomposes into spectrum 4 and focuses along the main optical axis, starting from infrared thermal radiation to ultraviolet according to the Wulf formula - Bragg. At the initial point of focusing infrared radiation, devices 3 are installed that convert thermal radiation directly to electrical energy or remove thermal energy to a heat-conducting liquid, and photoconverters 4 with an appropriate zone width for each wavelength convert solar radiation into electricity.
Первичный концентратор (Фиг. 16) из линзы Френеля или обычной
линзы 1 собирает солнечную радиацию необходимой кратности вдоль своей оптической оси. С помощью второй линзы 5 формирует параллельный пучок" ?· концентрированной радиации и направляет ее на диспергирующий голографический дифракционный оптический элемент (линзу) 2, апертура которого равна площади сечения падающего пучка солнечной радиации. Primary concentrator (Fig. 16) from a Fresnel lens or conventional lens 1 collects solar radiation of the necessary magnitude along its optical axis. Using the second lens 5, it forms a parallel beam? · Of concentrated radiation and directs it to a dispersive holographic diffractive optical element (lens) 2, whose aperture is equal to the cross-sectional area of the incident solar radiation beam.
На диспергирующем дифракционном оптическом элементе, (голографическом концентраторе) 2 солнечная радиация разлагается на спектр 4, и фокусируется вдоль главной оптической оси, начиная с инфракрасного (теплового) излучения (ИК-излученния) до ультрафиолетового согласно формуле Вульфа - Брэгга. В начальной точке ., фокусировки ИК-излучения устанавливают приборы 3, преобразующие тепловые излучения непосредственно в электрическую энергию или отводят тепловую энергию в теплопроводящую жидкость, а фотопреобразователи 4 с соответствующей шириной зоны для каждой длины волны преобразуют солнечную радиацию в электроэнергию. On a dispersive diffractive optical element (holographic concentrator) 2, solar radiation decomposes into spectrum 4, and focuses along the main optical axis, starting from infrared (thermal) radiation (IR radiation) to ultraviolet according to the Wulff-Bragg formula. At the starting point., The focus of infrared radiation is installed by devices 3 that convert thermal radiation directly into electrical energy or remove thermal energy into a heat-conducting liquid, and photoconverters 4 with an appropriate zone width for each wavelength convert solar radiation into electricity.
Солнечная радиация (Фиг. 2), попадая на линзу Френеля (или обычную линзу) 1 , фокусируется по главной оптической оси и, попав на оптическую систему 3, направляется параллельными лучами на голографический концентратор 2. По прохождению голографического концентратора 2 солнечная радиация диспергируется по длинам волн и поступает на фотоприемники, которые установлены на главной оптической оси соответственно различным длинам волн и выполнены в форме цилиндров или гофрированных трубок. Отмеченные фотоприемники вырабатывают электроэнергию от проникающей солнечной радиации. Solar radiation (Fig. 2), incident on the Fresnel lens (or ordinary lens) 1, is focused along the main optical axis and, once on the optical system 3, is directed by parallel beams to the holographic concentrator 2. After passing through the holographic concentrator 2, the solar radiation is dispersed along the lengths waves and arrives at the photodetectors, which are mounted on the main optical axis according to different wavelengths and are made in the form of cylinders or corrugated tubes. The marked photodetectors generate electricity from penetrating solar radiation.
Вместо линзы Френеля можно установить сферическое зеркало, как показано на Фиг. 3. Тогда солнечное излучение через прозрачную крышку 5 попадает на голографический концентратор 2. Отражаясь от концентратора 2, солнечная радиация попадает на фотоприемники в соответствии с шириной запрещенной зоны (длиной волны), а большая часть излучения, отражаясь от зеркала 1 , попадает на комплект линз 3 и проникающая часть солнечной ю
радиации попадает на эти же фотопремники, тем самым, увеличивая мощность солнечной батареи. Instead of a Fresnel lens, a spherical mirror can be installed as shown in FIG. 3. Then the solar radiation through the transparent cover 5 enters the holographic concentrator 2. Reflecting from the concentrator 2, the solar radiation enters the photodetectors in accordance with the band gap (wavelength), and most of the radiation, reflecting from the mirror 1, falls on a set of lenses 3 and the penetrating part of the solar radiation falls on the same photo-receivers, thereby increasing the power of the solar battery.
Солнечная батарея, представленная на Фиг. 4 работает аналогично, как показано на Фиг. 2. Но здесь, кроме проникающей радиации, отраженные от голографического концентратора 2 солнечная радиация также преобразуются в электроэнергию на фотоприемниках, которые расположены между комплектом линз 3 и концентратором 2. The solar cell shown in FIG. 4 operates similarly as shown in FIG. 2. But here, in addition to penetrating radiation, solar radiation reflected from the holographic concentrator 2 is also converted into electricity at photodetectors, which are located between the lens kit 3 and hub 2.
Солнечная батарея на Фиг. 5 работает следующим образом. Солнечная радиация через прозрачную крышку 5 поступает на вогнутое зеркало 1 , которое отражает их на комплект линз 3, от линз 3 солнечная радиация параллельно поступает на голографический концентратор 2. Солнечная радиация, отраженная от голографического концентратора 2, диспергируется по длинам волн и фокусируется между линзами 3 й концентратором 2. Здесь же диспергируется и фокусируется проникающая солнечная радиация, поступившая от прозрачной крышки 5. На фотоприемники, находящиеся между голографическим концентратором 2 и прозрачной крышки 5, диспергируются и фокусируются проникающая* солнечная радиация, поступающая от зеркала 1 и отраженная радиация от голографического концентратора 2. The solar battery in FIG. 5 works as follows. Solar radiation through a transparent cover 5 enters a concave mirror 1, which reflects them to a set of lenses 3, from lenses 3, solar radiation enters in parallel to a holographic concentrator 2. Solar radiation reflected from a holographic concentrator 2 is dispersed along wavelengths and focuses between lenses 3 th concentrator 2. Here, penetrating solar radiation from the transparent cover 5 is dispersed and focused. On photodetectors located between the holographic concentrator 2 and transparent Arrows 5, the penetrating * solar radiation coming from the mirror 1 and the reflected radiation from the holographic concentrator 2 are dispersed and focused.
Солнечная батарея, представленная на схеме Фиг. 6 работает следующим образом. Солнечная радиация, поступающая через линзу*' Френеля (или обычную линзу) 1 поступает на первый комплект линз 3, который направляет ее параллельно на голографический концентратор 2. Концентратор 2 диспергирует и фокусирует по длинам волн отраженную радиацию на фотоприемники, которые установлены между линзами 3 со*? стороны линзы Френеля 1 и концентратором 2. Проникающая часть солнечной радиации направляется на фотоприемники, расположенные между концентратором 2 и вторым комплектом линз 3 со стороны зеркала 6. The solar battery shown in the diagram of FIG. 6 works as follows. Solar radiation entering through a * Fresnel lens (or a conventional lens) 1 enters the first set of lenses 3, which directs it parallel to the holographic concentrator 2. The concentrator 2 disperses and focuses the reflected radiation along the wavelengths to the photodetectors installed between the lenses 3 with *? the side of the Fresnel lens 1 and the concentrator 2. The penetrating part of the solar radiation is directed to photodetectors located between the concentrator 2 and the second set of lenses 3 from the side of the mirror 6.
Солнечная радиация, проходящая через прозрачную крышку 5-,-* поступает на вогнутое зеркало 6, которое направляет ее на второй комплект
линз 3, находящийся со стороны зеркала 6. Этот комплект линз направляет параллельно солнечную радиацию на голографический концентратор 2. Отраженная солнечная радиация от концентратора 2 диспергируются д., фокусируются на фотоприемники, которые установлены со стороны зеркала 6, а проникающая часть диспергируются и фокусируются на фотоприемники, которые установлены со стороны приемной линзы Френеля 1. Solar radiation passing through the transparent cover 5 -, - * enters the concave mirror 6, which directs it to the second set lens 3, located on the side of mirror 6. This set of lenses directs solar radiation in parallel to the holographic concentrator 2. The reflected solar radiation from the concentrator 2 is dispersed, focused on the photodetectors installed on the side of the mirror 6, and the penetrating part is dispersed and focused on the photodetectors which are installed on the side of the Fresnel receiving lens 1.
Солнечная батарея на Фиг. 7 работает следующим образом. Солнечная^ радиация, проходя через приемную линзу Френеля (или обычную линзу) 1 поступает на комплект линз 3, который направляет ее параллельно на голографический концентратор 2. Концентратор 2 диспергирует и фокусирует по длинам волн отраженную радиацию на фотоприемники, которые установлены между линзами 3 и концентратором 2 и выполнены в форме гофрированных трубок. Проникающая часть радиации направляются на фотоприемники, которые установлены за концентратором 2 и выполнены в форме колец. The solar battery in FIG. 7 works as follows. Solar radiation passing through the Fresnel receiving lens (or an ordinary lens) 1 enters a set of lenses 3, which directs it parallel to a holographic concentrator 2. Concentrator 2 disperses and focuses the reflected radiation along wavelengths on photodetectors installed between lenses 3 and the concentrator 2 and are made in the form of corrugated tubes. The penetrating part of the radiation is sent to photodetectors, which are installed behind the hub 2 and are made in the form of rings.
Причинно-следственная связь между существенными признаками изобретений и достигаемыми результатами заключается в том, что при применении указанных признаков на определенный фотоприемник поступает многократно увеличенная солнечная радиация с соответствующей длиной волны. В частности, красный цвет поступает на монокристаллический кремний, зеленый и синий цвет - на арсенид галлия, фиолетовый цвет - на аморфный кремний. Тепловое (инфракрасное) излучение не попадает на фотоприемники и может утилизироваться отдельно, например, в виде тепловой энергии, поскольку оно фокусируется отдельно у самого голографического концентратора.
A causal relationship between the essential features of the inventions and the results achieved is that when these features are applied, a significantly increased solar radiation with a corresponding wavelength arrives at a specific photodetector. In particular, red color goes to monocrystalline silicon, green and blue color - to gallium arsenide, purple color - to amorphous silicon. Thermal (infrared) radiation does not fall on photodetectors and can be disposed of separately, for example, in the form of thermal energy, since it is focused separately at the holographic concentrator itself.