СОЛНЕЧНЫЙ ФОТОЭЛЕКТРИЧЕСКИЙ МОДУЛЬ С КОНЦЕНТРАТОРОМ

СОЛНЕЧНЫЙ ФОТОЭЛЕКТРИЧЕСКИЙ МОДУЛЬ С КОНЦЕНТРАТОРОМ


RU (11) 2154777 (13) C1

(51) 7 F24J2/42, F24J2/14 

(12) ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ К ПАТЕНТУ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ 
Статус: по данным на 13.11.2007 - может прекратить свое действие 

--------------------------------------------------------------------------------

(21) Заявка: 2000101522/06 
(22) Дата подачи заявки: 2000.01.24 
(24) Дата начала отсчета срока действия патента: 2000.01.24 
(45) Опубликовано: 2000.08.20 
(56) Список документов, цитированных в отчете о поиске: RU 2134849 C1, 20.08.1999. SU 1620784 A1, 15.01.1991. SU 1048260 A, 15.10.1983. RU 2133414 C1, 20.07.1999. DE 4335914 A1, 28.04.1994. 
(71) Заявитель(и): Всероссийский научно-исследовательский институт электрификации сельского хозяйства 
(72) Автор(ы): Кивалов С.Н.; Тверьянович Э.В. 
(73) Патентообладатель(и): Всероссийский научно-исследовательский институт электрификации сельского хозяйства 
Адрес для переписки: 109456, Москва, 1-й Вешняковский пр. 2, ВИЭСХ, ОНТИ и патентования, Голубевой О.В. 

(54) СОЛНЕЧНЫЙ ФОТОЭЛЕКТРИЧЕСКИЙ МОДУЛЬ С КОНЦЕНТРАТОРОМ 

Изобретение относится к энергетике, в частности к солнечным фотоэлектрическим модулям с концентраторами солнечного излучения для получения электричества и тепла. В солнечном фотоэлектрическом модуле, содержащем концентратор в виде цилиндрического фоклина с поверхностью выхода излучения, на которой установлена входная поверхность оптически прозрачной призмы с фотопреобразователем на ее поверхности выхода, поверхность выхода излучения у фоклина и призмы является общей и на ней установлен фотопреобразователь. Боковые поверхности призмы имеют симметричный изгиб, определяемый разными углами 1, 2 при вершинах треугольников, образующих ее боковые поверхности, при этом 2 > 1. Повышение суммарного КПД модуля ведет к увеличению вырабатываемой электроэнергии с единицы поверхности входа модуля и удешевлению ее стоимости. 2 ил. 


ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ



Изобретение относится к энергетике, в частности к солнечным фотоэлектрическим модулям с концентраторами солнечного излучения для получения электричества и тепла.

Известен фотоэлектрический модуль, выполненный в виде призматического концентратора, представляющего собой треугольную неподвижную призму, основание которой является поверхностью выхода излучения, где установлены фотопреобразователи (Гелиотехника, N 5, 1987, с.21-26). Призма в сечении представляет собой треугольник с углом при вершине . Работает эта призма следующим образом: солнечное излучение попадает на боковые грани призмы, преломляется и приходит на вторую грань призмы под углами полного внутреннего отражения, для чего угол при вершине подбирается определенной величины с учетом величины положения солнца. Отразившись от противоположной грани, луч попадает на основание призмы, где расположен солнечный элемент. Такой концентратор может работать длительное время в неподвижном режиме.

Недостатками известного решения являются невысокие концентрации на солнечном элементе, т.к. угол приходится брать достаточно большим, и большая неравномерность освещенности солнечного элемента в течение дня или сезона в зависимости от положения солнца на небосводе. Неравномерная освещенность солнечных элементов снижает их КПД.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому изобретению является солнечный фотоэлектрический модуль, выполненный в виде концентратора на основе цилиндрического фоклина и оптического элемента в виде призмы, установленного на поверхности выхода излучения из фоклина (патент РФ N 2134849, выдан 20 августа 1999 г). Обе отражающие цилиндрические поверхности фоклина выполнены в виде параболических поверхностей, которые продольной плоскостью симметрии ориентированы с запада на восток, и плоскость симметрии установлена под углом широты местности (где используется фоклин) к горизонтальной поверхности. На поверхности выхода фоклина установлена поверхность входа трапециевидной формы, боковые поверхности которой выполнены отражающими, и фотопреобразователь установлен на меньшем основании трапеции, являющемся поверхностью выхода призмы и всего концентратора. Работает модуль следующим образом: солнечное излучение попадает на отражающие стенки фоклина, отражается, приходит на поверхность входа трапециевидной призмы, проходит ее, переотражаясь внутри, на фотопреобразователь. Такой модуль при апертурном угле 24o обеспечивает концентрацию солнечного излучения в стационарном положении круглый год.

Недостатком известного технического решения является низкий оптический КПД системы из-за многократных отражений солнечного излучения от стенок фоклина и трапециевидной призмы. Кроме того, при отклонении лучей от оси симметрии концентратора на предельный апертурный угол 24o освещенность фотопреобразователя имеет крайне неравномерный характер, что ухудшает КПД фотопреобразователя и уменьшает выработку электроэнергии.

Задачей изобретения является повышение КПД преобразования солнечного излучения в электричество за счет повышения оптического КПД концентратора и КПД фотопреобразователя за счет его равномерного облучения концентрированным излучением. Повышение суммарного КПД модуля ведет к увеличению вырабатываемой электроэнергии с единицы поверхности входа модуля и удешевлению ее стоимости.

Вышеуказанный технический результат достигается тем, что в солнечном фотоэлектрическом модуле, содержащем концентратор на основе цилиндрического фоклина с поверхностью выхода излучения, на которой установлена входная поверхность оптически прозрачной призмы с фотопреобразователем на ее поверхности выхода, поверхность выхода излучения у фоклина и призмы является общей и на ней установлен фотопреобразователь, боковые поверхности призмы имеют симметричный изгиб, определяемый разными углами 1,2 при вершинах треугольников, образующих ее боковые поверхности, при этом 2> 1.

Сущность предлагаемого изобретения поясняется фиг. 1, на которой изображен солнечный фотоэлектрический модуль, на фиг. 2 - его общий вид.

На фиг. 1 показан солнечный фотоэлектрический модуль, содержащий концентратор на основе цилиндрического фоклина 1 с поверхностью выхода излучения 2, на которой установлен оптический элемент в виде призмы 3 с фотопреобразователем 4. Поверхность выхода излучения из фоклина 1 и призмы 3 является общей и на ней установлен фотопреобразователь 4. Боковые поверхности 5 оптически прозрачной призмы 3 имеют симметричный изгиб ab, определяемый разными углами 1,2 при вершинах треугольников, образующих ее боковые стороны, причем 2> 1.

Кроме того, на фиг. 1 показаны высота оптически прозрачной призмы H; высота фоклина h; апертурный угол фоклина ; размер d поверхности выхода 2 излучения; размер d1 в сечении ab в месте перегиба боковых поверхностей оптически прозрачной призмы 3; ось симметрии модуля OO1. Лучи L1 и L2 демонстрируют принципы работы модуля.

Работает модуль следующим образом: плоскость, в которой установлена поверхность входа D, устанавливается под углом географической широты местности к горизонту. Тогда максимальный апертурный угол для всех времен года составит 23,5o.

Рассмотрим схему прохождения лучей L1, L2 через концентратор.

Луч L1 (для прицельного положения на солнце): луч попадает на отражающие стенки фоклина 1, отражается и попадает на фотопреобразователь 4. В этом случае светопропускание концентратора составит:

1= отрф= 0,90,96 = 0,86,

где отр - коэффициент отражения, принятый равным 0,9; ф - пропускание при френелевском отражении при переходе света из воздуха в оптически прозрачный материал, принятое равным 0,96.

Луч L2 (для отклонения излучения от оси симметрии OO1 на углы, близкие к предельным): все лучи попадают на боковые поверхности призмы 5, улавливаются ею и направляются на фотопреобразователь 4. В этом случае светопропускание концентратора составит:

1= пропф= 0,960,96 = 0,92,

где проп - коэффициент пропускания призмы, принятый равным 0,96; ф - пропускание при френелевском отражении при переходе света из воздуха в оптически прозрачный материал, принятое равным 0,96.

При других отклонениях лучей в разной степени присутствуют оба режима работы модуля, что дает светопропускание концентратора в пределах от 0,86 до 0,92. При этом первое френелевкое отражение от боковых поверхностей призмы 5 переотражается поверхностями цилиндрического фоклина 1 обратно в призму, что позволяет уменьшить френелевское отражение от боковых поверхностей призмы в 2 раза, тем самым увеличить оптический КПД концентратора до 0,88 - 0,94.

Для сравнения светопропускание прототипа составляет:

1= пропф2отр= 0,990,960,81 = 0,77

при тех же значениях, входящих в формулы коэффициентов.

Пример конкретного выполнения.

Призма 3 выполнена из оптически прозрачного материала с коэффициентом преломления n = 1,49 и собрана из двух равнобедренных треугольников с углами при вершинах 1= 5, 2= 20. Основание нижнего треугольника, которое является поверхностью выхода излучения из призмы, d = d2 = 1 см, а основание верхнего треугольника, совпадающее с сечением ab в месте перегиба боковых поверхностей призмы, ab = d1 = 0,8 d = 0,8 см. Общая высота призмы составляет H = 11 см.

К поверхности выхода излучения 2 призмы примыкает цилиндрический фоклин 1 с параметрическим углом = 24. Высота фоклина h находится в пределах от 0,5H до 0,7H.

На поверхности выхода 2 призмы установлен фотоэлектрический преобразователь 4. Геометрическая концентрация модуля составляет 3,9 крат, а реальная концентрация изменяется от 3,4 до 3,6 крат. 


ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ



Солнечный фотоэлектрический модуль с концентратором, содержащий концентратор в виде цилиндрического фоклина с поверхностью выхода излучения, на которой установлен оптический элемент в виде призмы с фотопреобразователем на ее поверхности выхода, отличающийся тем, что поверхность выхода излучения из фоклина и призмы является общей и на ней установлен фотопреобразователь, боковые поверхности оптически прозрачной призмы имеют симметричный изгиб, определяемый разными углами 1,2 при вершинах треугольников, образующих ее боковые поверхности, при этом 2> 1.




ПРОЧИТАТЬ НУЖНО ВСЕМ !
Судьба пионерских изобретений и научных разработок, которым нет и не будет аналогов на планете еще лет сорок, разве что у инопланетян



Независимый научно технический портал

Подборка патентов изобретений и технологий относящихся к ЭЛЕКТРОЭНЕРГЕТИКЕ:
Гелиоэнергетика - Солнечные электростанции, Солнечные батареи. Солнечные коллекторы;
Ветроэнергетика - Ветроэнергетические установки. Ветродвигатели;
Волновые электростанции. Гидроэлектростанции;
Термоэлектрические источники тока;
Химические источники тока;
Нетрадиционные устройства и способы получения, преобразования и передачи ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ ЭНЕРГИИ;
Устройства и способы экономии и сохранения электроэнергии;
Генераторы постоянного электрического тока. Электрические машины.



Устройства и способы получения, преобразования, передачи, экономии и сохранения электрической энергии




СОВЕРШЕННО БЕСПЛАТНО!
Вам нужна ПОЛНАЯ ВЕРСИЯ данного патента? Сообщите об этом администрации портала. В сообщении обязательно укажите ссылку на данную страницу.


ПОИСК ИНФОРМАЦИИ В БАЗЕ ДАННЫХ


Режим поиска:"и" "или"

Инструкция. Ключевые слова в поле ввода разделяются пробелом или запятой. Регистр не имеет значения.

Режим поиска "И" означает, что будут найдены только те страници, где встречается каждое из ключевых слов. При использовании режима "или" результатом поиска будут все страници, где встречается хотя бы одно ключевое слово.

В любом режиме знак "+" перед ключевым словом означает, что данное ключевое слово должно присутствовать в найденных файлах. Если вы хотите исключить какое-либо слово из поиска, поставьте перед ним знак "-". Например: "+электрический -генератор".

Поиск выдает все данные, где встречается введенное Вами слово. Например, при запросе "генератор" будут найдены слова "генераторы", "ренераторов" и другие. Восклицательный знак после ключевого слова означает, что будут найдены только слова точно соответствующие запросу ("генератор!").


Солнечные электростанции. Гелиоэнергетика | Ветроэнергетические установки. Ветродвигатели. Ветрогенераторы | Волновые, геотермальные и гидроэлектростанции | Термоэлектрические источники тока | Химические источники тока. Накопители электроэнергии. Батареи и аккумуляторы | Нетрадиционные устройства и способы получения, преобразования и передачи электрической энергии | Устройства и способы экономии и сохранения электроэнергии | Генераторы постоянного и переменного электрического тока. Электрические машины


Рейтинг@Mail.ru