Солнечный модуль с концентратором

Изобретение относится к гелиотехнике, в частности к солнечным модулям с концентраторами солнечного излучения для получения электричества и тепла. Солнечный модуль с концентратором имеет рабочую поверхность, на которую падает излучение, на рабочей поверхности установлены миниатюрные зеркальные отражатели, выполненные в виде жалюзи из плоских зеркальных отражателей, жалюзи содержат устройство для изменения расстояния между зеркальными отражателями, расстояние а между миниатюрными зеркальными отражателями на рабочей поверхности, угол входа лучей β0, выхода лучей β1 и угол φ наклона зеркальных отражателей связаны соотношениями, указанными в формуле изобретения. Концентратор может быть выполнен в виде призмы полного внутреннего отражения или в виде полупараболоцилиндрического зеркального отражателя. Изобретение должно повысить удельную мощность приемника. 2 з.п. ф-лы, 3 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 Today, July/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 отражателей, 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 отражатели (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 со статическим 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 излучение, на рабочей поверхности установлены миниатюрные зеркальные экраны, выполненные в виде жалюзи из плоских зеркальных отражателей, жалюзи содержат устройство для изменения расстояния между зеркальными отражателями, расстояние а между миниатюрными зеркальными отражателями на рабочей поверхности, угол входа лучей β0, выхода лучей β1 и угол φ наклона зеркальных отражателей связаны соотношениями:

β0=2φ-arctg(2tgφ)

а 0=d·sinφ0

где d - длина каждого миниатюрного зеркального отражателя,

φ0 - начальный угол наклона зеркального отражателя,

а0 - расстояние между зеркальными отражателями при начальном угле φ0,

углы β0, β1 φ0 и угол φ отсчитываются от вертикали к рабочей поверхности против часовой стрелки.

В варианте солнечного модуля концентратор выполнен в виде призмы полного внутреннего отражения.

В варианте солнечного модуля концентратор выполнен в виде полупараболоцилиндрического зеркального отражателя.

Сущность изобретения иллюстрируется на фиг. 1-3, где на фиг. 1 показана оптическая система и ход лучей в солнечном модуле с концентратором; на фиг. 2 - солнечный модуль с жалюзи из плоских зеркальных отражателей и призменным концентратором, поперечное сечение; на фиг. 3 - солнечный модуль с концентратором в виде полупараболоцилиндрического зеркального отражателя.

На фиг. 1 солнечный модуль с концентратором содержит жалюзи 1 из N зеркальных отражателей 2 длиной d, установленных друг от друга на расстоянии а под углом φ к вертикальной плоскости. Жалюзи содержат устройство 3 для изменения расстояния между зеркальными отражателями и угла наклона зеркальных отражателей 2. Обозначим через β0 и β1 угол входа луча и выхода лучей в оптической системе. Углы β0 и β1 отсчитываются от вертикальной плоскости. Угол β1 выбирается из условия максимального отклонения отраженного луча на выходе из жалюзи на расстоянии 2 а-δ от точки входа луча, где δ - бесконечно малая величина, обеспечивающая полную оптическую прозрачность жалюзи.

При расчете жалюзи на фиг. 1 принимается, что точки В и D находятся на одной вертикали к поверхности для всех зеркал при любом угле φ. Это означает, что при увеличении φ растет расстояние а между зеркалами. Для практических применений важно использовать жалюзи, в которых ширина зеркала остается постоянной при изменении угла φ наклона зеркал, а расстояние а между зеркалами изменяется. Фиксируем величину AD=d - ширина зеркального отражателя и φ0 - начальный угол наклона зеркального отражателя, при котором точки В и D находятся в одной вертикальной плоскости (фиг. 1).

На фиг. 1 видно, что при φ>φ0, d=const, В′ находится на одной вертикали с точкой D′. На фиг. 1 показаны положения второго зеркала В′Е и ход отраженного луча AE′ при d=const, при котором В′ находится на одной вертикали с D′.

При φ>φ0, чтобы отраженный луч β1 уместился в размер D′E′=а, надо увеличивать β0 и а.

Угол выхода отраженного луча на фиг. 1:

Расстояние между миниатюрными отражателями при начальном угле φ0 зеркальных отражателей:

При произвольном угле φ наклона зеркальных отражателей

Из (2) и (3) следует:

На фиг. 2 солнечный модуль с концентратором энергии содержит призму полного внутреннего отражения 4 с острым углом ψ, на боковой грани 5 которой установлен приемник 6. Призма имеет тыльную зеркальную поверхность 7 и рабочую поверхность 8, на которую падает излучение. На рабочей поверхности 8 призмы 4 установлены соединенные в жалюзи 1 миниатюрные зеркальные отражатели 2 с устройством 3 изменения расстояния между зеркальными отражателями и угла наклона зеркальных отражателей.

На фиг. 3 концентратор солнечной энергии выполнен в виде полупараболоцилиндрического отражателя 9 с параметрическим углом δ с фокальной осью 10 и приемником 11.

Приведем пример выполнения солнечного модуля с концентратором (фиг. 3).

Жалюзи 1 состоят из зеркальных отражателей 2 размером d=50 мм, расстояние между отражателями а=20 мм, l=1250 мм. Угол наклона зеркальных отражателей φ=22,5°, угол входа лучей β0=5,4°, углы выхода лучей β5=39,6°, β6=73,8°, пропускание Δ=4,37 мм, апертурный угол полупараболоцилиндрического концентратора 9 δ=26,2°, зеркальные отражатели концентратора 2 выполнены из стеклянных фацет. Приемник 11 имеет размеры 125×1250 мм, состоит из 36 кремниевых солнечных элементов размером 125×31,25 мм, соединенных последовательно. Геометрический коэффициент концентрации к=4,32, косинусные потери 4,4%, оптический КПД 80%, КПД приемника 15%. Площадь модуля 0,6875 м2. Общий КПД модуля 11,946%. Пиковая электрическая мощность 82,13 Вт при освещенности 1 кВт м2 и температуре 25°C.

Солнечный модуль с концентратором работает следующим образом (фиг. 2).

Солнечное излучение поступает на зеркальный отражатель 2 под углом входа β0, попадает на рабочую поверхность призмы 4 под углом β1, под углом β2 поступает на зеркальную поверхность 7 и после отражения от зеркальной поверхности 7 под углом β3 и полного внутреннего отражения от рабочей поверхности 8 под углом β4 попадает на приемник 6. Выполнение модуля в виде полупараболоцилиндрического или призменного концентратора 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 солнечного модуля за счет снижения острого угла призменного концентратора ψ и параметрического угла δ в полупараболоцилиндрическом концентраторе.

1. Солнечный модуль с концентратором, имеющий рабочую поверхность, на которую падает излучение, на рабочей поверхности установлены миниатюрные зеркальные экраны, выполненные в виде жалюзи из плоских зеркальных отражателей, отличающийся тем, что жалюзи содержат устройство для изменения расстояния между зеркальными отражателями, расстояние a между миниатюрными зеркальными отражателями на рабочей поверхности, угол входа лучей β0, выхода лучей β1 и угол φ наклона зеркальных отражателей связаны соотношениями:
β0=2φ-arctg(2tgφ)
a0=d·sin φ0

где d - длина каждого миниатюрного зеркального отражателя,
φ0 - начальный угол наклона зеркального отражателя,
a0 - расстояние между зеркальными отражателями при начальном угле φ0,
углы β0, β1, φ0 и угол φ отсчитываются от вертикали к рабочей поверхности против часовой стрелки.

2. Солнечный модуль по п. 1, отличающийся тем, что концентратор выполнен в виде призмы полного внутреннего отражения.

3. Солнечный модуль по п. 1, отличающийся тем, что концентратор выполнен в виде полупараболоцилиндрического зеркального отражателя.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к области теплотехники и может быть использовано для теплоснабжения и горячего водоснабжения децентрализованных объектов малой мощности с использованием гео- и гелиотермальной энергии.

Система позиционирования и слежения за Солнцем концентраторнойфотоэнергоустановки, содержащая платформу с концентраторными каскадными модулями, подсистему азимутального вращения, подсистему зенитального вращения, силовой блок, блок управления положением платформы с блоком памяти, содержащий микроконтроллер, оптический солнечный датчик, фотоприемники которого выполнены в виде каскадных фотопреобразователей, датчик оборотов первого электродвигателя, датчик оборотов второго электродвигателя.

Изобретение относится к гелиотехнике, в частности к солнечным энергетическим модулям с концентраторами для получения электрической энергии и теплоты. В солнечном модуле с концентратором, имеющим рабочую поверхность, на которую падает солнечное излучение, полупараболоцилиндрический концентратор с поверхностью входа лучей и приемник излучения, установленный между фокальной осью и вершиной полупараболоцилиндрического концентратора, причем на рабочей поверхности установлена отклоняющая оптическая система из основных зеркальных отражателей с поверхностями входа и выхода лучей, 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 и апертурный угол полупараболоцилиндрического концентратора δ связаны соотношениями.

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.

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.

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.

Изобретение относится к области теплотехники и может быть использовано для теплоснабжения и горячего водоснабжения децентрализованных объектов малой мощности с использованием гео- и гелиотермальной энергии.

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.

Изобретение относится к сельскому хозяйству, в частности к способам и устройствам обеспечения энергией удаленных сельскохозяйственных объектов, не обеспеченных стационарным энергообеспечением.

Изобретение относится к гелиоэнергетике, к высокоэффективным солнечным сильноконцентрирующим энергоустановкам. .

Изобретение относится к гелиоэнергетике, к высокоэффективным концентрирующим солнечным энергоустановкам. .

Изобретение относится к области электроэнергетики, точнее к возобновляемым источникам энергии, и предназначено для преобразования солнечной энергии в электрическую.

Изобретение относится к солнечной энергетике и может найти свое применение в широком диапазоне использования при преобразовании солнечной энергии в тепловую энергию пара или горячей воды, необходимых для бытовых нужд, систем отопления жилых домов и производственных помещений.

Изобретение относится к солнечной энергетике и может найти свое применение в широком диапазоне использования в зависимости от рабочей площади концентратора, а именно: от получения горячей воды для бытовых нужд до получения высокопотенциальной энергии перегретого пара.

Изобретение относится к гелиоэнергетике, в частности, к высокоэффективным солнечным сильноконцентрирующим энергетическим установкам. .

Изобретение относится к гелиоэнергетике, в частности к высокоэффективным солнечным энергетическим модулям с концентратором для получения электрической энергии. .

Изобретение относится к области возобновляемой энергетики, а именно к ветроэнергетике. Солнечно-конвективная электростанция содержит один или несколько воздуховодов, один или несколько электрогенераторов, коллектор, в котором установлена либо не установлена система нагрева воздуха, установлена либо не установлена система тепловых насосов, одну или несколько турбин, систему тросов, систему шлангов и газовый комплекс. По меньшей мере, один из воздуховодов является аэростатом и представляет собой открытую для движения воздуха вертикальную внутреннюю трубу, расположенную внутри вертикальной, внешней трубы, причем внутренняя и внешняя трубы имеют круглые либо отличные от круглого сечения, а объем между трубами изолирован с торцов и заполнен газом легче воздуха. В качестве материала, по меньшей мере, одной части одной из труб используется прозрачный либо непрозрачный эластичный аэрогель либо любой другой материал, имеющий модуль Юнга меньше либо равный 15 ГПа. Изобретение должно обеспечить создание экологически чистой электростанции на основе возобновляемого источника энергии. 2 з.п. ф-лы, 3 ил.
Наверх