Объемный фотоэлектрический модуль большой мощности



Объемный фотоэлектрический модуль большой мощности
Объемный фотоэлектрический модуль большой мощности
Объемный фотоэлектрический модуль большой мощности
Объемный фотоэлектрический модуль большой мощности
Объемный фотоэлектрический модуль большой мощности
Объемный фотоэлектрический модуль большой мощности
Объемный фотоэлектрический модуль большой мощности

 


Владельцы патента RU 2576348:

Открытое акционерное общество "Научно-исследовательский институт вычислительных комплексов им. М.А. Карцева" (RU)

Изобретение относится к области возобновляемых источников энергии, использующих солнечное излучение для генерирования экологически чистой электроэнергии в больших объемах. Объемный фотоэлектрический модуль выполнен в виде плоских фотоэлектрических элементов, вертикально расположенных на внутренних сторонах полого многогранника с соотношением размеров ширины к длине как 1/6. Для выполнения условий максимального использования внутренней поверхности многогранника и площади мест установки объемных фотоэлектрических модулей в качестве основы модуля выбрана трехгранная призма. Внутренние поверхности призмы, за исключением торцов, покрываются фотоэлектрическими элементами. Применение объемных модулей большой мощности позволит: повысить КПД преобразования солнечной энергии в электрическую до 0,8; снизить цены на электроэнергию, генерируемую объемными ФЭП, до уровня 0,1-0,4 евроцента/кВт·ч.; повысить в 10-12 раз эффективность использования площади, занимаемой солнечной электроустановкой; исключить необходимость использования системы слежения за Солнцем. 7 ил.

 

Изобретение относится к области возобновляемых источников энергии, использующих солнечное излучение для генерирования экологически чистой электроэнергии в больших объемах.

Из предшествующего уровня техники известны фотоэлектрические преобразователи (ФЭП) на основе плоских фотоэлектрических элементов. Солнечные панели, конструктивно построенные на плоских ФЭП, имеют коэффициент преобразования солнечной энергии в электрическую (коэффициент полезного действия (КПД) фотоэлектрического преобразователя) в диапазоне от 0,09 до 0,25, который зависит от:

- типа используемого фоточувствительного материала;

- конструкции солнечной панели (качества защитного покрытия);

- рабочей температуры солнечной панели.

Широко известны различные способы повышения КПД фотоэлектрических преобразователей (патенты РФ №2453013, МПК H01L 31/042, опубликован 10.06.2012 г., №2475888, МПК H01L 31/042, опубликован 22.02.2013 г., №2483390, МПК H01L 31/042, опубликован 27.05.2013 г., №2488915, МПК H01L 31/042, опубликован 27.07.2013 г., №2503895, МПК H01L 31/042, опубликован 10.01.2014 г., №2496181, МПК H01L 31/052, опубликован 20.10.2013 г., №2426198, МПК H01L 31/052, опубликован 10.08.2011 г., №2353865, МПК F24J 2/08, опубликован 27.04.2009 г., №2382952, МПК F24J 2/08, опубликован 27.02.2010 г., №2406043, МПК F24J 2/16, опубликован 10.12.2010 г.).

Задача, на решение которой направлено заявленное изобретение, заключается в создании фотоэлектрического модуля большой мощности для конструирования установок фотоэлектрического преобразования энергии солнечного излучения в электрическую, соответствующих жестким требованиям условий эксплуатации по номинальной электрической мощности, температурному режиму работы, безопасности, энергосбережению, долговечности, удобству транспортировки, монтажа, эксплуатации и ремонтопригодности.

Применение объемных ФЭП большой мощности позволит:

- повысить КПД преобразования солнечной энергии в электрическую до 0,8;

- снизить цены на электроэнергию, генерируемую объемными ФЭП, до уровня 0,1-0,4 евроцента/кВт·ч.;

- повысить в 10-12 раз эффективность использования площади, занимаемой солнечной электроустановкой.

Поставленная задача решается за счет того, что объемный фотоэлектрический модуль выполнен в виде вертикально расположенных на внутренних сторонах полого многогранника (призмы) плоских ФЭП (фиг. 1, 1 - вид спереди, 2 - вид с боку) с соотношением размеров ширины к длине как 1/6. Для выполнения условий максимального использования внутренней поверхности многогранника и площади мест установки объемных фотоэлектрических модулей в качестве основы модуля выбрана трехгранная призма. Внутренние поверхности призмы, за исключением торцов, покрываются плоскими ФЭП (фиг. 1), из которых формируются односторонние (фиг. 2) и двусторонние (фиг. 3) фотоэлектрические элементы. При этом данные фотоэлектрические элементы состоят из следующих элементов: 3 - металлическое основание; 4 - ФЭП; 5 - горизонтальные токосъемные шины; 6 - горизонтальные токосъемные шины, контакт «-»; 7 - токосъемная шина, контакт «+».

Для снижения потерь преобразования солнечной энергии в электрическую ФЭП не покрываются дополнительным защитным слоем. Для группы объемных элементов, объединенных в один объемный солнечный модуль (фиг. 4, где: 8 - вертикальные направляющие стойки, 9 - односторонний фотоэлектрический элемент, 10 - двусторонний фотоэлектрический элемент), устанавливается единый защитный элемент (флоат-стекло толщиной 2 мм).

В нижней части призмы фотоэлектрического модуля установлен сферический сегмент радиусом, равным половине ширины ФЭП. Данный элемент (16 элемент на фиг. 6 и 7) предназначен для дополнительного равномерного распределения внутри призмы энергии солнечного потока.

За счет многократного (k>8) отражения (12, 13) светового потока от внутренних стенок призмы (14) и сферы на ее дне достигается близкий к 0,8 КПД преобразования солнечной энергии в электрическую.

Полученный с фотоэлектрических элементов электрический потенциал поступает на встроенный в объемный фотоэлектрический модуль контроллер. Контроллер выполняет функции:

- сопряжения электрических параметров фотоэлектрических элементов объемного фотоэлектрического модуля;

- промежуточного накопления электроэнергии;

- формирования выходных электрических параметров объемного фотоэлектрического модуля.

Из отдельных солнечных модулей формируется солнечная панель (фиг. 5) необходимой мощности преобразования солнечной энергии в электрическую.

Достигаемый технический результат позволит:

- увеличить номинальную электрическую мощность объемной фотоэлектрической панели до 2,0 Вт·ч/см2 вместо 0,12 Вт·ч/см2;

- от 10 до 12 раз уменьшить площадь, занимаемую одной солнечной энергоустановкой (при одинаковой рабочей мощности установок);

- за счет отсутствия воздействия прямых солнечных лучей снизить температурную зависимость выходных электрических параметров объемной фотоэлектрической панели;

- за счет модульной конструкции повысить ремонтопригодность объемной фотоэлектрической панели;

- за счет использования принципа многократного переотражения солнечной энергии от внутренних ФЭП и сферы на дне призмы (фиг. 6, 7) исключить затраты на систему ориентации солнечной энергоустановки на Солнце.

Изобретение поясняется чертежами, которые не охватывают и тем более не ограничивают весь объем притязаний данного технического решения, а являются лишь иллюстрирующими материалами частного случая выполнения.

На фиг. 1 - внешний вид фотоэлектрического элемента размером 26×156 мм с контактной группой.

На фиг. 2 - внешний вид одностороннего фотоэлектрического элемента.

На фиг. 3 - внешний вид двустороннего фотоэлектрического элемента.

На фиг. 4 - объемный солнечный модуль из 84 фотоэлектрических элементов.

На фиг. 5 - внешний вид солнечной панели размером 99×111 см, состоящей из 36 солнечных модулей.

На фиг. 6 - переотражение солнечного потока при малом угле входа в объемный ФЭП.

На фиг. 7 - переотражение солнечного потока при вертикальном входе в объемный ФЭП.

Объемный фотоэлектрический модуль изготавливают следующим образом.

На металлические полосы (3) размером 32×165 мм на одну сторону для одностороннего (фиг. 2) или две стороны для двустороннего элемента (фиг. 3) монтируются стандартные ФЭП (фиг. 1) размером 26×156 мм с заранее подготовленными минусовыми контактами. Для получения высокой теплоотдачи желательно применение металла с высокой теплопроводностью.

Изготовленные таким образом элементы монтируются при помощи пайки на нижнем конструктиве (печатной плате с заранее смонтированными на ней сферами (16)) и объединяются (14 односторонних и 35 двусторонних элементов) в единый объемный модуль. Следующим этапом производится установка ограждения высотой 170 мм и толщиной 3 мм. Далее устанавливаются изготовленные из изолирующего материала опорные стойки (8) в количестве 22 штук. Они предназначены для придания объемной структуре модуля требуемой жесткости конструкции и служат опорой для внешнего защитного элемента из флоат-стекла. После установки контроллера в нижней части модуля проводится окончательное формирование солнечного модуля с крепежным конструктивном, силовыми и управляющими выводами.

Таким образом, заявленная конструкция объемного фотоэлектрического элемента позволяет быстро и технологично его изготавливать и производить из них сборку солнечных панелей необходимых размеров и электрических параметров.

Заявляемый объемный фотоэлектрический элемент (фиг. 4) имеет следующие расчетные параметры:

- размер 165×185×185 мм;

- вес до 1,0 кг;

- количество ФЭП размером 26×156 мм - 84 шт.;

- номинальное рабочее напряжение - 0,5 V;

- максимальный рабочий ток до 94,0 А;

- максимальная мощность до 47,0 Вт;

- занимаемая площадь - 0,03 м2;

- эффективная площадь элемента - 0,341 м2;

- КПД - до 80%.

При этом стандартная солнечная панель (фиг. 5) площадью около 1 м2 будет иметь параметры:

- размер 990×1110×185 мм;

- вес до 40,0 кг;

- количество объемных солнечных элементов - 36 шт.;

- количество ФЭП размером 26×156 мм - 3024 шт.;

- номинальное рабочее напряжение - 9,0 V;

- максимальный рабочий ток до 188,0 А;

- максимальная мощность до 1692,0 Вт;

- занимаемая площадь - 1 м2;

- эффективная площадь элемента - 12,5 м2;

- КПД - до 80%.

Объемный фотоэлектрический модуль большой мощности, отличающийся тем, что построен на принципе многократного переотражения потока солнечной энергии от фотоэлектрических преобразователей, расположенных на внутренних поверхностях формирующих модуль призм.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к устройствам энергопитания космического аппарата, предназначенным для преобразования солнечной энергии в электрическую с максимальной эффективностью и удельной мощностью.

Изобретение относится к способу получения структурированного электропроводящего покрытия на подложке. Технический результат - предоставление способа получения структурированного металлического покрытия на подложке, при реализации которого формируют структурированный металлический слой с четко определенными кантами и краями, что позволяет напечатать картину с высоким разрешением и структурами малых размеров, применимую в солнечных батареях.

Изобретение относится к области создания детекторов излучения и касается фотоприемника ик-излучения с диафрагмой. Фотоприемник содержит держатель, фоточувствительный элемент, приклеенный на растре, и диафрагму.

Изобретение относится к области фотогальванических устройств, в частности тонкопленочных композитных материалов, пригодных для изготовления гибких высокоэффективных преобразователей солнечной энергии, и касается нанокристаллических слоев на основе диоксида титана с низкой температурой отжига для применения в сенсибилизированных красителем солнечных элементах и способов их получения.

Группа изобретений относится к области медицины. Искусственная сетчатка представляет собой матрицу сенселей, каждый из которых содержит светочувствительный элемент в виде фотодиода и электрод.

Изобретение относится к электротехнике альтернативных источников энергии, в частности к устройствам для генерирования электрической и тепловой энергии путем преобразования энергии светового излучения, и предназначено для использования в конструкциях солнечных панелей.

Изобретение обеспечивает фотогальваническое устройство и способ изготовления такого устройства. Фотогальваническое устройство согласно изобретению включает в себя комбинацию полупроводниковых структур и защитный слой.

Изобретение относится к композиционным материалам, используемым в сверхлегких каркасах солнечных батарей и элементов конструкций космических аппаратов, и касается трехслойной панели.

Изобретение относится к области солнечной энергетики. Устройство для преобразования солнечной энергии содержит, по крайней мере, одну пару подложек, каждая из которых выполнена в виде полосы, при этом, по крайней мере, одна из полос выполнена профилированной с периодически повторяющимся профилем, образующим полости траншейного типа, и установлена с возможностью соединения своей лицевой поверхностью с тыльной поверхностью второй полосы, при этом полосы выполнены из материала, обеспечивающего возможность формирования их профилированными посредством изгибания, полоса, выполненная профилированной с периодически повторяющимся профилем, образующим полости траншейного типа, установлена с возможностью соединения своей лицевой поверхностью с тыльной поверхностью второй полосы и образования их профилями, по крайней мере, одного ряда траншей, а из полос одной пары - гибкого устройства для преобразования солнечной энергии, профили, по крайней мере, одного ряда траншей выполнены с возможностью образования части окружности, и/или части гиперболы, и/или части параболы, и/или траншеи с плоским, выпуклым или вогнутым дном и наклонными расширяющимися боковыми стенками, при этом все траншеи выполнены с направленными наружу перпендикулярными или наклонными относительно воображаемой плоскости, наложенной на края соответствующей траншеи первой полосы, бортами по контуру соответствующей траншеи, причем траншеи выполнены с нанесенным на их рабочую поверхность фотоприемным слоем, а борты траншей - с нанесенным на их поверхность фотоприемным слоем или отражающим покрытием.

Устройство относится к области электротехники. Техническим результатом является повышение прочности.

Изобретение относится к области солнечной энергетики. Фотоэлектрический модуль (1) содержит боковые стенки (2), фронтальную панель (3) с линзами Френеля (4) на ее внутренней стороне, светопрозрачную тыльную панель (5), солнечные фотоэлементы (б) с байпасными диодами, планки (11), выполненные из диэлектрического материала с двусторонним металлическим покрытием (12), (13), и металлические платы (9) с регулярно расположенными углублениями (8) для солнечных фотоэлементов (6) и параллельными канавками (10) для планок (11). Металлические платы (9) прикреплены к светопрозрачной тыльной панели (5), солнечные фотоэлементы (6) установлены в центрах углублений (8) металлических плат (9), служащих нижним контактом солнечных фотоэлементов (6) и нижних металлических покрытий (12) планок (11). Изобретение обеспечивает увеличенный срок эксплуатации при сохранении эффективности преобразования солнечного излучения. 21 з.п. ф-лы, 4 ил.

Изобретение относится к герметизирующему материалу для солнечных батарей и модулю солнечной батареи, полученному при использовании герметизирующего материала. Герметизирующий материал содержит, по меньшей мере, адгезивный слой (I) и слой (II) композиции смолы (С), который содержит статистический сополимер этилена-α-олефина (А) с теплотой плавления кристаллов от 0 до 70 Дж/г, измеренной при скорости нагрева 10° С/мин посредством дифференциальной сканирующей калориметрии (ДСК), и блок-сополимер этилена-α-олефина (В), который имеет измеренные при скорости нагрева 10° С/мин посредством ДСК максимальную температура плавления кристаллов 100° С или выше и теплоту плавления кристалла от 5 до 70 Дж/г. При этом адгезивный слой (I) выполнен из композиции смолы (Z), которая имеет теплоту плавления кристаллов от 0 до 70 Дж/г, измеренную при скорости нагрева 10° С/мин посредством ДСК, и содержит смолу на основе полиэтилена (X) и смолу на основе силан-модифицированного этилена (Y). Герметизирующий материал по изобретению удовлетворяет высоким требованиям адгезивности, долговременной стабильности адгезионной прочности, прозрачности и термостойкости, а также облегчает изготовление модулей солнечных батарей. 2 н. и 13 з.п. ф-лы, 1 ил., 3 табл., 12 пр.
Наверх