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 энергетике, а именно к энергетике преобразования солнечного излучения в электричество с помощью тепловых машин, и может быть использовано, в частности, в солнечных электрических станциях башенного типа. Солнечная электрическая станция содержит башню, на верхнем конце которой находится приемник солнечного излучения, связанный с тепловой машиной, соединенной с электрогенератором. Рядом с башней расположены гелиостаты, выполненные из концентрических элементов, состоящих из линзы с большим фокусным расстоянием F, линзы с малым фокусным расстоянием f, конического фоклина полного внутреннего отражения и оптического кабеля, при этом в концентрирующих элементах линза с фокусом f находится на расстоянии F+f от линзы с фокусом F, входное отверстие конического фоклина находится у линзы с фокусом f, а к его выходному отверстию присоединен оптоволоконный кабель, диаметр которого равен диаметру выходного отверстия конического фоклина. Выходные концы оптоволоконных кабелей концентрирующих элементов соединены в пучок, который крепится к стойке, помещенной у гелиостата, и направляется таким образом, чтобы лучи концентрированного солнечного излучения, выходящие из пучка оптоволоконных кабелей, попадали на приемник солнечного излучения. Изобретение позволяет перевести солнечное излучение в параллельный концентрированный световой поток. 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. 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.

Наверх