Солнечный фотоэлектрический модуль с концентратором
Владельцы патента RU 2282113:
Государственное научное учреждение Всероссийский научно-исследовательский институт электрификации сельского хозяйства (ГНУ ВИЭСХ) (RU)
Изобретение относится к гелиоэнергетике, в частности к высокоэффективным солнечным энергетическим модулям с концентратором для получения электрической энергии. В солнечном фотоэлектрическом модуле с концентратором, содержащем первичный и вторичный зеркальные концентраторы, в центральной части первичного конического концентратора со сквозным отверстием соосно его оптической оси размещен датчик слежения, расположенный внутри охлаждающего устройства с двумя раширяющимися коническими законцовками у его вершины и у его основания, при этом внутренняя часть охлаждающего устройства имеет цилиндрические отверстия, а приемник закреплен на его внешней стороне между коническими законцовками, имеющими внешнюю зеркальную поверхность и выполняющими функции вторичного конического концентратора, причем основания первичного конического концентратора, датчика слежения и охлаждающего устройства со вторичными коническими концентраторами закреплены на радиаторе с цилиндрическими отверстиями. Изобретение обеспечивает создание простой в изготовлении, но высокоэффективной и дешевой концентрирующей системы для солнечного фотоэлектрического модуля. 2 ил.
Изобретение относится к гелиоэнергетике, в частности к высокоэффективным солнечным энергетическим модулям с концентратором для получения электрической энергии.
На пути практической реализации фотоэлектрического метода преобразования сильно концентрированного солнечного излучения возникает проблема разработки и создания высокоэффективных дешевых и простых в изготовлении сильноконцентрирующих концентраторов солнечного излучения.
Необходимость в этом особенно актуальна при использовании в крупномасштабной солнечной энергетике дефицитных и дорогих полупроводниковых материалов, как, например, арсенида галлия и твердых растворов на его основе.
Известен солнечный фотоэлектрический модуль с параболоцилиндрическим концентратором, содержащий приемник, расположенный в фокальной области с охлаждающим устройством, и систему слежения (Ж.И.Алферов. Фотоэлектрическое преобразование концентрированного солнечного излучения. Ленинград. Наука. 1989. С.301).
Недостаток в сложности изготовления параболоцилиндрического концентратора, имеющего двойную кривизну формы образующих отражающую поверхность кривыми второго порядка (окружность и парабола).
Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому изобретению является проект солнечного фотоэлектрического модуля с двухзеркальной сильноконцентрирующей системой Кассегрена (ДСК), разработанный фирмой TRW (США) согласно конструктивной схемы ДСК и расчетной схемы ДСК (Ж.И.Алферов. Фотоэлектрическое преобразование концентрированного солнечного излучения. Ленинград. Наука. 1989. С.299, С.281, С.233).
Известная сильноконцентрирующая двухзеркальная система Кассергена (ДСК) состоит из соосных поверхностей вращения второго порядка, а именно параболоида и гиперболоида.
Оптическая схема зеркальных концентрирующих систем в общем виде различается по форме образующей отражающей поверхности (прямая линия, кривая второго порядка и др.). Форма образующей отражающей поверхности параболоида имеет двойную кривизну и состоит из окружности - кривая 2-го порядка и параболы - кривая 2-го порядка. Форма образующей отражающей поверхности гиперболоида имеет двойную кривизну и состоит из окружности - кривая 2-го порядка и гиперболы - кривая 2-го порядка.
Существенным недостатком известного солнечного модуля с ДСК является сложность в изготовлении двух концентраторов различной формы с соосными поверхностями вращения второго порядка.
Задачей изобретения является создание простой в изготовлении, но высокоэффективной и дешевой сильноконцентрирующей системы для солнечного фотоэлектрического модуля.
В результате использования предлагаемого изобретения создается дешевая и простая в изготовлении высокоэффективная сильноконцентрирующая система для фотоэлектрического модуля, состоящая из двух концентраторов одной формы и имеющих только одну кривизну (окружность, кривая 2-го порядка), что значительно упрощает их изготовление.
Вышеуказанный технический результат достигается тем, что в предлагаемом солнечном фотоэлектрическом модуле с концентратором, содержащем первичный и вторичный зеркальные концентраторы, датчик слежения, приемник, расположенный в вершине первичного концентратора перпендикулярно его оптической оси с охлаждающим устройством, в центральной части первичного конического концентратора со сквозным отверстием соосно его оптической оси размещен датчик слежения, расположенный внутри охлаждающего устройства с двумя раширяющимися коническими законцовками у его вершины и у его основания, при этом внутренняя часть охлаждающего устройства имеет цилиндрические отверстия, а приемник закреплен на его внешней стороне между коническими законцовками, имеющими внешнюю зеркальную поверхность и выполняющими функции вторичного конического концентратора, причем основания первичного конического концентратора, датчика слежения и охлаждающего устройства со вторичными коническими концентраторами закреплены на радиаторе с цилиндрическими отверстиями, а форма образующей поверхности конического концентратора имеет одну кривизну и состоит из окружности - кривая 2-го порядка и прямой линии.
Сущность изобретения поясняется фиг.1 и 2.
На фиг.1 представлена общая схема предлагаемого солнечного фотоэлектрического модуля с коническими концентраторами (вид спереди).
На фиг.2 представлена схема солнечного фотоэлектрического модуля с коническими концентраторами (вид сверху).
Солнечный фотоэлектрический модуль с концентратором содержит первичный конический концентратор 1, охлаждающее устройство 2, расширяющуюся коническую законцовку 3, приемник 4, цилиндрические отверстия (дырки) 5 охлаждающего устройства 2, датчик слежения 6, фотоэлементы 7 датчика слежения 6, перегородки 8, центральное сквозное отверстие 9 первичного конического концентратора 1, радиатор 10, цилиндрические отверстия (дырки) 11 радиатора 10, зеркальное покрытие 12 конической законцовки 3, основание 13 датчика слежения 6.
Солнечный фотоэлектрический модуль с концентратором работает следующим образом.
Первичный конический концентратор 1 собирает солнечные лучи вдоль своей оптической оси благодаря точному наведению датчика слежения 6. Часть отраженных солнечных лучей от первичного конического концентратора 1 непосредственно попадает на приемник 4, расположенный на цилиндрической части охлаждающего устройства 2 между ее коническими законцовками 3. Другая часть, переотразившись от зеркальной поверхности 12 конических законцовок 3, также попадет на приемник 4. Теплопроводящее охлаждающее устройство 2 имеет цилиндрические отверстия 5 с целью увеличения поверхности отвода и сброса тепла так же, как и отверстия 11 радиатора 10.
Солнечный фотоэлектрический модуль с концентратором, содержащий первичный и вторичный зеркальные концентраторы, датчик слежения, приемник, расположенный в вершине первичного концентратора перпендикулярно его оптической оси с охлаждающим устройством, отличающийся тем, что в центральной части первичного конического концентратора со сквозным отверстием соосно его оптической оси размещен датчик слежения, расположенный внутри охлаждающего устройства с двумя раширяющимися коническими законцовками у его вершины и у его основания, при этом внутренняя часть охлаждающего устройства имеет цилиндрические отверстия, а приемник закреплен на его внешней стороне между коническими законцовками, имеющими внешнюю зеркальную поверхность и выполняющими функции вторичного конического концентратора, причем основания первичного конического концентратора, датчика слежения и охлаждающего устройства со вторичными коническими концентраторами закреплены на радиаторе с цилиндрическими отверстиями, а форма образующей поверхности конического концентратора имеет одну кривизну и состоит из окружности, кривой 2-ого порядка, и прямой линии.
