Солнечный модуль с концентратором

Изобретение относится к гелиотехнике, в частности к солнечным модулям с концентраторами солнечного излучения для получения электричества и тепла. В солнечном модуле с концентратором, имеющем рабочую поверхность, на которую падает солнечное излучение, приемник излучения, согласно изобретению на рабочей поверхности установлена отклоняющая оптическая система из основных зеркальных отражателей, выполненных в виде жалюзи из плоских зеркальных фацет, на выходе оптической системы установлены дополнительные зеркальные отражатели, углы входа β0, выхода лучей β1 для основных зеркальных отражателей, углы входа лучей β0 и β2 для дополнительных зеркальных отражателей, углы φ0 и φ1 наклона основных и дополнительных зеркальных отражателей связаны соотношениями. В другом варианте конструкции солнечного модуля он содержит две отклоняющие системы и два призменных концентратора с общим двусторонним приемником, угол между основными зеркальными отражателями двух разных отклоняющих оптических систем равен 2(φ00), а угол между рабочими поверхностями призменных концентраторов составляет 180°-2β0. Изобретение должно обеспечить повышенную удельную мощность приемника. 1 з.п. ф-лы, 4 ил.

 

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

Известен солнечный модуль с концентратором на основе параболоцилиндрических фоклинов, установленных с двух сторон по краям фотопреобразователей (Solar Tobay, Yuly/August 1997, р.31).

Недостатком известного модуля является низкий коэффициент концентрации 2-2,5. Другим недостатком является большая высота модуля с концентратором, превышающая размер плоского модуля без концентратора в 4-6 раз.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому изобретению является солнечный модуль, содержащий концентратор энергии, имеющий рабочую поверхность, на которую падает солнечное излучение, на рабочей поверхности призмы установлены миниатюрные зеркальные экраны, выполненные в виде жалюзи из плоских зеркальных фацет, скоммутированные фотопреобразователи выполнены с двусторонней рабочей поверхностью, концентратор - в виде двух симметрично расположенных призм, имеющих общий фотопреобразователь, а на рабочей поверхности концентратора в зоне одной или обеих призм установлены миниатюрные зеркальные экраны (Патент РФ №2133415. Солнечный фотоэлектрический модуль (варианты). / Безруких П.П., Стребков Д.С., Тверьянович Э.В., Иродионов А.Е. // БИ. 1999. №20).

Недостатками всех известных типов фотоэлектрических модулей является низкая удельная мощность фотопреобразователя.

Задачей предлагаемого изобретения является создание солнечного модуля с концентратором, имеющим размеры в поперечном сечении, соизмеримые с размерами плоского модуля и имеющие повышенную удельную мощность приемника.

В результате использования предлагаемого солнечного модуля повышается удельная мощность приемника.

Вышеуказанный технический результат достигается тем, что в солнечном модуле с концентратором, имеющем рабочую поверхность, на которую падает солнечное излучение, концентратор и приемник излучения, на рабочей поверхности установлена отклоняющая оптическая система из основных зеркальных отражателей, выполненных в виде жалюзи из плоских зеркальных фацет, на выходе оптической системы установлены дополнительные зеркальные отражатели, углы входа β0, выхода лучей β1 для основных зеркальных отражателей, углы входа лучей β0 и β2 для дополнительных зеркальных отражателей, углы φ0 и φ1 наклона основных и дополнительных зеркальных отражателей связаны соотношениями

где φ0 и φ1 - углы наклона основных и дополнительных зеркальных отражателей, отсчитывающиеся от вертикали к рабочей поверхности против часовой стрелки,

β0, β1 и β2 - углы входа и выхода лучей, отсчитывающиеся от вертикали к рабочей поверхности против часовой стрелки, расстояние а между основными зеркальными отражателями на рабочей поверхности и ширина основных зеркальных отражателей удовлетворяет соотношению a=d·sin φ0, при котором для любых углов φ0 нижняя грань основного зеркального отражателя и верхняя грань следующего основного зеркального отражателя находятся в одной вертикальной плоскости, а ширина дополнительных зеркальных отражателей d1 удовлетворяет соотношению

где d - ширина основных зеркальных отражателей, а концентратор выполнен в виде призмы полного внутреннего отражения с острым углом ψ при вершине, который связан с углом выхода лучей β1 и коэффициентом преломления материала призмы следующим соотношением:

В другом варианте солнечного модуля с концентратором модуль содержит две отклоняющие лучи встречно оптические системы и два призменных концентратора с общим двусторонним приемником, угол между основными зеркальными отражателями двух разных отклоняющих оптических систем равен 2(φ00), а угол между рабочими поверхностями призменных концентраторов составляет 180°-2β0.

Солнечный модуль с концентратором иллюстрируется на фиг. 1-4.

На фиг. 1 представлена схема отклоняющей оптической системы солнечного модуля с концентратором (двухмерное изображение).

На фиг. 2 показано пропускание лучей в отклоняющей оптической системе солнечного модуля с концентратором.

На фиг. 3 представлен ход лучей в солнечном модуле с концентратором с одной отклоняющей оптической системой, состоящей из миниатюрных зеркальных экранов в виде жалюзи из параллельных плоских фацет и концентратором в виде призмы полного внутреннего отражения, поперечное сечение.

На фиг. 4 представлен солнечный модуль с концентратором, состоящий из двух отклоняющих лучи встречно оптических систем с миниатюрными зеркальными экранами и двух призменных концентраторов с общим приемником.

Солнечный модуль с концентратором на фиг. 1 содержит рабочую поверхность 1, на которую падает излучение 2, зеркальную отклоняющую периодическую оптическую систему 3 высотой h, шириной l и длиной L, имеющую поверхность входа 4 и выхода лучей 5, состоящую из основных зеркальных отражателей 6, установленных под углом φ0, и дополнительных зеркальных отражателей 7, установленных на выходе из оптической системы под углом β1. Основные зеркальные отражатели 6 установлены друг от друга на расстоянии а под углом φ0 к вертикальной плоскости.

Количество основных 6 и дополнительных зеркальных отражателей 7 в отклоняющей периодической системеОбозначим через β0 и β1 угол входа луча и выхода лучей от основных зеркальных отражателей в оптической системе. Углы β0 и β1 отсчитываются от вертикальной плоскости. Угол β1 выбирается из условия максимального отклонения отраженного луча на выходе из системы на расстоянии OF=2а-δ от линии OA входа луча, где δ - бесконечно малая величина, обеспечивающая полную оптическую прозрачность оптической системы.

Принимая h=1, получим

Для лучей, нормальных к поверхности оптической системы,

β0=0 и β1=2φ0.

Тогда из (1) следует, что

Равенство (2) возможно только при φ0→0.

Для угла наклона основных зеркальных отражателей 1 φ0>0 и угла входа лучей β0>0 имеет место равенство β1=2φ00.

Подставляя β1 из (1), получим

На выходе оптической системы установлены дополнительные зеркальные отражатели 7 под углом β1.

На фиг. 2 показано пропускание Δ от основных зеркальных отражателей для лучей β0. Определим ширину d1 дополнительных зеркальных отражателей 2 из условия переотражения всех лучей от пропускания Δ.

Из ΔBDN

Δ=d·tgβ0·cosφ0.

Из ΔDNK

Из (4) получаем соотношение для ширины дополнительных зеркальных отражателей d1

Угол выхода лучей β2 от дополнительных зеркальных отражателей 7 для лучей входа β0 равен

При расчете зеркальной отклоняющей периодической системы 3 на фиг. 1, 2 принимается, что точки В и D находятся на одной вертикали к поверхности для всех основных зеркальных отражателей 6 при любом угле φ0. Это означает, что при увеличении φ0 и постоянной ширине d зеркального отражателя 6 растет расстояние а между зеркальными отражателями.

Установка дополнительных зеркальных отражателей 7 позволяет отклонить на угол β2 те лучи β0, для которых отклоняющая система из основных зеркальных отражателей была прозрачна, и обеспечить 100% переотражение всех лучей β0, поступающих на рабочую поверхность солнечного модуля с концентратором.

На фиг. 3 призменный концентратор 8, на боковой грани 9 которого установлен приемник 10, имеет тыльную зеркальную поверхность 11 и рабочую поверхность 12, на которую поступает излучение от отклоняющей оптической системы.

На фиг. 3 показан ход лучей в солнечном модуле с призменным концентратором 8.

Угол между входящим лучом и вертикалью к рабочей поверхности призменного концентратора 8

β1=arctg (2 tg φ0)=2φ00.

Угол входа лучей в призму

где n - коэффициент преломления материала призмы.

Угол β4 между вертикалью к поверхности 11 в призменном концентраторе 8 и отраженным лучом

β43+ψ.

Угол β5 между вертикалью к рабочей поверхности 12 призменного концентратора 8 и отраженным лучом

β54+ψ≥α,

где α - угол полного внутреннего отражения,

ψ - острый угол призменного концентратора 8.

Для стекла n=1,5 угол полного внутреннего отражения

В варианте солнечного модуля с концентратором на фиг. 4 два призменных концентратора 13 и 14 имеют общий двусторонний приемник 15, плоскость миделя 16, на которой имеются две отклоняющие лучи встречно оптические системы 17 и 18, угол между рабочими поверхностями 19 и 20 призменных концентраторов 13 и 14 составляет 180°-2β0, а угол между основными зеркальными отражателями 21 и 22 составляет 2(φ00)· Призменные концентраторы 13, 14 установлены таким образом, что их отраженные потоки излучения направлены навстречу друг другу и поступают на общий двусторонний приемник излучения 15, установленный на следящем опорном устройстве 23 со слежением по двум осям.

Коэффициент концентрации для левой ветви солнечного модуля с призменным концентратором 13

kл=ctgψ.

Коэффициент концентрации для солнечного модуля с двумя призменным концентраторами 13 и 14 и с двусторонним приемником 15 (фиг. 4)

k=2ctgψ.

Пример выполнения солнечного модуля с концентратором (фиг. 4).

Солнечный модуль состоит из двух призменных концентраторов 13 и 14.

Для φ0=22,5°, β0=5,4°, β1=39,6°, β2=73,7°, β3=24,9°, ψ=8,445°.

Коэффициент концентрации k=2ctgψ=13,47.

Косинусные потери:

P=1-cosβ0=1-cos 5,4°=0,0044, т.е. 0,44%.

Солнечный модуль с концентратором работает следующим образом. Солнечное излучение поступает на зеркальный отражатель 6 под углом входа β0, попадает на рабочую поверхность призмы 8 и после отражения от зеркальной поверхности 11 и полного внутреннего отражения от рабочей поверхности 12 попадает на приемник 10. Выполнение модуля в виде составного концентратора из одного или двух призменных концентраторов с миниатюрными зеркальными отражателями позволяет увеличить концентрацию солнечного излучения и удельную мощность солнечного модуля с концентратором по сравнению с солнечным модулем с призменным концентратором и уменьшить толщину модуля по сравнению с солнечным модулем с концентратором на основе фоклина и призмы.

1. Солнечный модуль с концентратором, имеющий рабочую поверхность, на которую падает солнечное излучение, концентратор и приемник излучения, на рабочей поверхности установлена отклоняющая оптическая система из основных зеркальных отражателей, выполненных в виде жалюзи из плоских зеркальных фацет, отличающийся тем, что на выходе оптической системы установлены дополнительные зеркальные отражатели, углы входа β0, выхода лучей β1 для основных зеркальных отражателей, углы входа лучей β0 и β2 для дополнительных зеркальных отражателей, углы φ0 и φ1 наклона основных и дополнительных зеркальных отражателей связаны соотношениями



где φ0 и φ1 - углы наклона основных и дополнительных зеркальных отражателей, отсчитывающиеся от вертикали к рабочей поверхности против часовой стрелки,
β0, β1 и β2 - углы входа и выхода лучей, отсчитывающиеся от вертикали к рабочей поверхности против часовой стрелки, расстояние a между основными зеркальными отражателями на рабочей поверхности и ширина основных зеркальных отражателей удовлетворяет соотношению a=d·sinφ0, при котором для любых углов φ0 нижняя грань основного зеркального отражателя и верхняя грань следующего основного зеркального отражателя находятся в одной вертикальной плоскости, а ширина дополнительных зеркальных отражателей d1 удовлетворяет соотношению

где d - ширина основных зеркальных отражателей, а концентратор выполнен в виде призмы полного внутреннего отражения с острым углом ψ при вершине, который связан с углом выхода лучей β1 и коэффициентом преломления материала призмы следующим соотношением:

2. Солнечный модуль с концентратором по п. 1, отличающийся тем, что содержит две отклоняющие системы и два призменных концентратора с общим двусторонним приемником, угол между основными зеркальными отражателями двух разных отклоняющих оптических систем равен 2(φ00), а угол между рабочими поверхностями призменных концентраторов составляет 180°-2β0.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к гелиотехнике, в частности, к солнечным модулям с концентраторами для получения электрической и тепловой энергии. В солнечном модуле, содержащем фокусирующую призму с острым углом Ψ0, и коэффициентом преломления n0 с эффектом полного внутреннего отражения на рабочей поверхности, на которую падает излучение, с углом входа лучей β0 и с устройством переотражения, между приемником и фокусирующей призмой в оптическом контакте с ними установлена дополнительная прямоугольная призма, над которой и над частью рабочей поверхности фокусирующей призмы установлена отклоняющая оптическая система с поверхностями входа и выхода лучей, выполненная из множества миниатюрных призм с коэффициентом преломления n1 и с острыми углами Ψ1, установленными однонаправленно с острым углом Ψ0 фокусирующей призмы.

Изобретение относится к устройствам преобразования солнечной энергии в электрическую, в частности к конструкциям солнечных фотоэлектрических станций, размещенных на строительных конструкциях зданий (козырьки или навесы над крыльцом, балконом, террасой и т.д.).

Изобретение относится к гелиоэнергетике, в частности к солнечным энергетическим установкам с датчиками слежения за Солнцем, и может быть использовано в солнечных электростанциях для преобразования солнечной энергии в электрическую, а также в качестве энергетической установки индивидуального пользования.

Изобретение относится к области контроля фотоэлектрических устройств и касается способа исследования пространственного распределения характеристик восприимчивости фотоэлектрических преобразователей в составе солнечных батарей к оптическому излучению.

Изобретение относится к переносным портативным солнечным электростанциям, предназначенным для преобразования солнечной лучистой энергии в электрическую как в солнечную погоду, так и в переменную.

Изобретение относится к солнечным электростанциям, в том числе к переносным, предназначенным для преобразования солнечной лучистой энергии в электрическую как в солнечную погоду, так и в переменную.
Группа изобретений относится к летательным аппаратам с использованием подъемной силы несущего газа. Дирижабль с электродвигателем и заменяемыми отсеками для пассажиров и грузов характеризуется тем, что отсеки дирижабля для пассажиров или грузов, находящихся на отдельной, прикрепленной снизу его корпуса рубке управления дирижаблем, являются заменяемыми.

Группа изобретений относится к области энергетики и может быть использована для выработки электроэнергии, горячей воды и пара. Способ получения тепловой и электрической энергии включает фокусирование солнечных лучей концентратором на неподвижную тепловоспринимающую поверхность и последующее передвижение по ней фокуса в соответствии с перемещением солнца, нагрев через тепловоспринимающую поверхность теплоносителя и преобразование полученной тепловой энергии в электрическую.
Изобретение относится к области гелио- и ветроэнергетики. Всесезонная гибридная энергетическая вертикальная установка содержит установленный с возможностью вращения вертикальный вал в виде цилиндрической трубы, охватывающей неподвижную полую ось.

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

Изобретение относится к гелиотехнике, в частности, к солнечным модулям с концентраторами для получения электрической и тепловой энергии. В солнечном модуле, содержащем фокусирующую призму с острым углом Ψ0, и коэффициентом преломления n0 с эффектом полного внутреннего отражения на рабочей поверхности, на которую падает излучение, с углом входа лучей β0 и с устройством переотражения, между приемником и фокусирующей призмой в оптическом контакте с ними установлена дополнительная прямоугольная призма, над которой и над частью рабочей поверхности фокусирующей призмы установлена отклоняющая оптическая система с поверхностями входа и выхода лучей, выполненная из множества миниатюрных призм с коэффициентом преломления n1 и с острыми углами Ψ1, установленными однонаправленно с острым углом Ψ0 фокусирующей призмы.

Изобретение относится к устройствам преобразования солнечной энергии в электрическую, в частности к конструкциям солнечных фотоэлектрических станций, размещенных на строительных конструкциях зданий (козырьки или навесы над крыльцом, балконом, террасой и т.д.).

Изобретение относится к устройствам преобразования солнечной энергии в тепловую, в частности к системам солнечного теплоснабжения, размещенным на строительных конструкциях зданий и сооружений, и предназначенным для обогрева и (или) горячего водоснабжения индивидуальных жилых домов, коттеджей, сельских усадебных домов, офисов, общественных зданий, теплиц и других объектов.

Изобретение относится к тепло- и гелиотехнике, а именно к ресурсосберегающим и энергосберегающим устройствам, основанным на солнечной энергии и обеспечивающим микроклимат в различных сооружениях, использующих водоемы, находящиеся вблизи них.

Изобретение относится к устройствам альтернативного энергоснабжения с использованием комбинированных средств получения тепла, холода и электричества при помощи ветровой и солнечной энергии, которые предназначены преимущественно для автономного кондиционирования и горячего водоснабжения жилых и промышленных зданий.

В одном варианте выполнения изобретения предложен способ подачи электроэнергии при помощи источника возобновляемой энергии, включающий: обеспечение первого источника возобновляемой энергии, причем первый источник возобновляемой энергии является непостоянным или не обеспечивает достаточного количества энергии; подачу энергии от первого источника возобновляемой энергии на электролизер с целью формирования энергоносителя посредством электролиза; избирательное реверсирование электролизера, позволяющее использовать его в качестве топливного элемента; и подачу энергоносителя на электролизер для выработки энергии, причем первый источник возобновляемой энергии, электролизер или энергоноситель получает дополнительное тепло от первого источника тепла; и первый источник тепла выбран из группы, состоящей из геотермального и солнечного источника тепла.

Изобретение относится к области энергетики, а именно к области использования солнечной энергии, и может быть применено при генерировании электрического тока с использованием энергии солнечного излучения в качестве источника теплового излучения.

Изобретение предназначено для поддержания комфортных параметров воздуха в малоэтажных зданиях, преимущественно на животноводческих фермах. Система гелиотеплохладоснабжения содержит южный, выполненный из поглощающего солнечную радиацию материала, и северный воздухопроводы, расположенные на соответствующих сторонах здания, тепловой аккумулятор, образующий с полом здания подпольный воздухопровод, сообщенный с южным воздухопроводом, а также расположенные под тепловым аккумулятором один над другим теплообменный и грунтовый воздухопроводы, второй из которых снабжен грунтовыми теплопроводящими трубами, при этом в тепловом аккумуляторе размещена вихревая труба, выходы подпольного и грунтового воздухопроводов подсоединены к «холодному» каналу вихревой трубы, при этом южный и северный воздухопроводы сообщены с атмосферой, а теплообменник - с помещением, а также южный воздухопровод снабжен суживающимся соплом, которое установлено вне помещения и содержит завихритель, состоящий из четырех пластин, причем у входного отверстия суживающегося сопла на внутренней поверхности выполнена круговая канавка, соединенная с устройством удаления загрязнений.

Группа изобретений относится к области энергетики и может быть использована для выработки электроэнергии, горячей воды и пара. Способ получения тепловой и электрической энергии включает фокусирование солнечных лучей концентратором на неподвижную тепловоспринимающую поверхность и последующее передвижение по ней фокуса в соответствии с перемещением солнца, нагрев через тепловоспринимающую поверхность теплоносителя и преобразование полученной тепловой энергии в электрическую.

Изобретение относится к преобразованию тепловой энергии в электрическую и может применяться в качестве автономного источника электрической энергии, используя для нагрева, например, солнечную тепловую энергию или любой другой источник тепла.

Изобретение относится к гелиотехнике, в частности к солнечным модулям с концентраторами солнечного излучения для получения электричества и тепла. В солнечном модуле с концентратором, имеющем рабочую поверхность, на которую падает солнечное излучение, концентратор и приемник излучения, на рабочей поверхности установлена отклоняющая оптическая система из основных зеркальных отражателей, выполненных в виде жалюзи из плоских зеркальных фацет, на выходе оптической отклоняющей системы установлены дополнительные зеркальные отражатели, углы входа β0, выхода лучей β1 для основных зеркальных отражателей, углы входа лучей β0 и β2 для дополнительных зеркальных отражателей, угол φ и φ1 наклона основных и дополнительных зеркальных отражателей связаны соотношениями, а приемник с шириной А=B·ctgβ1 установлен по ходу лучей β1, β2 в плоскости, перпендикулярной к плоскости выхода лучей, где В - ширина оптической отклоняющей системы. В результате использования предлагаемого солнечного модуля повышается удельная мощность приемника. 11 з.п. ф-лы, 11 ил., 1 табл.

Изобретение относится к гелиотехнике, в частности к солнечным модулям с концентраторами солнечного излучения для получения электричества и тепла. В солнечном модуле с концентратором, имеющем рабочую поверхность, на которую падает солнечное излучение, приемник излучения, согласно изобретению на рабочей поверхности установлена отклоняющая оптическая система из основных зеркальных отражателей, выполненных в виде жалюзи из плоских зеркальных фацет, на выходе оптической системы установлены дополнительные зеркальные отражатели, углы входа β0, выхода лучей β1 для основных зеркальных отражателей, углы входа лучей β0 и β2 для дополнительных зеркальных отражателей, углы φ0 и φ1 наклона основных и дополнительных зеркальных отражателей связаны соотношениями. В другом варианте конструкции солнечного модуля он содержит две отклоняющие системы и два призменных концентратора с общим двусторонним приемником, угол между основными зеркальными отражателями двух разных отклоняющих оптических систем равен 2, а угол между рабочими поверхностями призменных концентраторов составляет 180°-2β0. Изобретение должно обеспечить повышенную удельную мощность приемника. 1 з.п. ф-лы, 4 ил.

Наверх