Фотоэлектрическое устройство

Авторы патента:


Фотоэлектрическое устройство
Фотоэлектрическое устройство
Фотоэлектрическое устройство
Фотоэлектрическое устройство
Фотоэлектрическое устройство
Фотоэлектрическое устройство
Фотоэлектрическое устройство
Фотоэлектрическое устройство
Фотоэлектрическое устройство
Фотоэлектрическое устройство

 

H01L31/054 - Полупроводниковые приборы, чувствительные к инфракрасному излучению, свету, электромагнитному, коротковолновому или корпускулярному излучению, предназначенные либо для преобразования энергии такого излучения в электрическую энергию, либо для управления электрической энергией с помощью такого излучения; способы или устройства, специально предназначенные для изготовления или обработки таких приборов или их частей; конструктивные элементы приборов (H01L 51/00 имеет преимущество; приборы, состоящие из нескольких компонентов на твердом теле, сформированных на общей подложке или внутри нее, кроме приборов, содержащих чувствительные к излучению компоненты, в комбинации с одним или несколькими электрическими источниками света H01L 27/00; кровельные покрытия с приспособлениями для размещения и использования устройств для накопления или концентрирования энергии E04D 13/18; получение тепловой энергии с

Владельцы патента RU 2587530:

РЕПЕТТО Маттео (IT)

Изобретение может быть использовано для преобразования солнечной энергии в электроэнергию. Согласно изобретению предложено фотоэлектрическое устройство (1), содержащее солнечный концентратор (2), имеющий кольцеобразную форму, в свою очередь содержащий внешний проводник (3), расположенный вдоль внешней части кольца; внешнюю люминесцентную пластину (22), имеющую трапециевидный профиль и имеющую внешнюю периферийную приемную поверхность, выполненную с возможностью приема светового излучения, падающего и приходящего от проводника (3); внутреннюю люминесцентную пластину (21), расположенную вдоль внутренней части кольца и имеющую трапециевидный профиль; наноструктурный полупроводниковый слой (23), лежащий между двумя пластинами (21, 22) таким образом, что большие основания соответствующих трапециевидных профилей обращены к нему, причем упомянутый полупроводниковый слой (23) выполнен с возможностью приема излучения, переданного внешней и внутренней пластинами (21, 22), и реализации фотоэлектрического эффекта; средство (3, 5) передачи, выполненное с возможностью сбора и концентрации падающего светового излучения на упомянутой периферийной приемной поверхности. Среди главных преимуществ, связанных с настоящим изобретением, можно назвать большую общую компактность; улучшенную архитектурную интеграцию по отношению к классическим панелям в отношении модернизации и уличного оборудования; потенциальное уменьшение батареи аккумуляторов; улучшенное использование солнечного излучения; увеличение мощности по отношению к классическим панелям; работу в ночное время. 2 н. и 19 з.п. ф-лы, 8 ил.

 

Настоящее изобретение относится к фотоэлектрическому устройству, использующему люминесцентные солнечные концентраторы для преобразования солнечной энергии в электроэнергию. В общем изобретение относится к фотоэлектрической панели, содержащей множество упомянутых фотоэлектрических устройств, расположенных на его поверхности.

Как известно, люминесцентные панели солнечных батарей претендуют на особое место на рынке фотоэлектрических технологий благодаря их компактности, высокой производительности и разнообразию применений.

Наблюдения, составляющие отправную точку для описания уровня техники упомянутой типологии панелей, относятся прежде всего к стремлению фотоэлектрической отрасли к экономии затрат на фотоэлектрические устройства (в частности первого поколения) в качестве решения по распространению этой технологии.

Вообще говоря, для достижения этой цели используются три способа действий: снижение затрат на сырье, производство линий с высокой производительностью и высоким выходом продукта и увеличение эффективности фотоэлектрических устройств.

Что касается первых двух способов действий, если, с одной стороны, стремятся к уменьшению на несколько процентных пунктов современных 14-19%, которые занимает кремниевое исходное сырье в общей стоимости устройства, путем использования металлургического кремния и упрощения методов его очистки для ограничения использования кремния, соответствующего требованиям электронной промышленности (важно для достижения > 20% эффективности), то, с другой стороны, промышленность стремится уменьшить толщину (и, следовательно, объем) кремниевых пластин ниже современных 150 мкм путем усилий по заметной автоматизации производственных линий, что уменьшает вероятность повреждений во время этапов производства ячеек, и проведения специальной обработки их верхней и нижней поверхностей, такой как текстурирование и обеспечение тыльным отражателем.

Однако большинство усилий должно быть сфокусировано на третьем «способе действий».

Самые последние методы направлены на улучшение методов фотоэлектрического преобразования в ячейках путем модификации спектра внешней квантовой эффективности (EQE) кремния, чтобы сделать его более совместимым с солнечным спектром; то есть путем изменения размера «квантовых точек», которые являются частицами проводника размером порядка нанометра, в которых длина волны, которую они поглощают или излучают, является настраиваемой, или с помощью двух других процессов, которые называются «преобразованием с повышением частоты», когда два или более инфракрасных фотона достигают конкретного компонента, называемого «преобразователь с повышением частоты», расположенного на тыльной стороне ячейки, таким образом, заставляя электрон перейти на более высокий энергетический уровень, или «перехода с понижением», когда для каждого падающего электрона высокой энергии производится более чем один фотон меньшей энергии.

Фотоэлектрические (PV) технологии второго поколения (тонкая пленка, внедренная для упрощения и повышения экономичности процесса производства) и третьего поколения, в которых на первый план выходят материалы на химико-органической основе, и главными примерами которых являются сенсибилизируемые красителем солнечные элементы (или ячейки Гретцеля (Gratzel)) и полностью органические элементы (OPV), также попадают в рамки данного обзора.

Даже более, чем второе поколение фотоэлектрической области техники, следующее поколение будет свидетелем ведущей роли нанотехнологий, потому что по достижении размеров порядка нанометров имеются особые свойства или физико-химические эффекты, прекрасно интерпретируемые в квантовых терминах.

Среди этих эффектов отметим изменение спектра поглощения и испускания наночастиц с изменением размеров, применимое для изготовления флуоресцентных солнечных концентраторов.

Эти концентраторы сделаны из пластин оптически прозрачного материала, внутри которого диспергированы люминесцентные вещества (наночастицы, флуоресцентные молекулы).

Следовательно, используется эффект спектрального преобразования (перехода с понижением) к низким частотам для приведения в соответствие солнечного спектра, тем самым максимизируя эффективность ячеек, в сочетании с волноводным эффектом пластины.

Солнечное излучение, поглощенное широкой верхней поверхностью пластины, преобразуется в соответствующую область спектра и концентрируется на краях, где размещены небольшие поверхностные солнечные элементы; это уменьшает использование фотоэлектрического материала, как принято в традиционных системах концентрации.

В LSC (люминесцентных солнечных концентраторах) отношение между принимающей поверхностью пластины и поверхностью ее краев представляет собой коэффициент усиления концентратора. Например, квадратная пластина, имеющая сторону 10 см и толщину 5 мм с 4 ячейками, размещенными по краям, имеет коэффициент усиления равный 5; та же самая пластина с одной ячейкой на одном краю и 3 отражающими зеркалами на оставшихся краях имеет коэффициент усиления равный 20. Чем больше коэффициент усиления, тем лучше положение LSC по степени рентабельности.

В 2008 лаборатории JRC ESTI (объединенный исследовательский центр европейской солнечной экспериментальной установки) в Испре протестировали высокоэффективный модуль LSC, зарегистрировав значение 7,1% в стандартных условиях, в настоящий момент самое высокое для этого вида устройств.

Упомянутый модуль является 5×5×0,5 см3 концентратором, сделанным из полиметилметакрилата, полученного при полимеризации смеси plexitt 55, доступной на рынке. Используемый флуоресцентный краситель был получен из смеси перилена и курарина. Активная часть концентратора состоит из четырех PV ячеек 5×0,5 см3 из арсенида галлия (GaAs), размещенных по краям пластины: пленка PE399 Kristalflex™ гарантирует соединение оптических ячеек без изменения показателя преломления.

Как показано в литературе, а также в лабораториях ESTI, концентраторы LSC принимают как прямое, так и рассеянное солнечное излучение. В частности они показывают лучшую чувствительность (косинусоидальную) по отношению к стандартным модулям плоскопанельного типа.

По этой причине нет необходимости в механизмах автосопровождения солнца, как в традиционных концентраторах.

Известно, что свет не может быть полностью преобразован в электроэнергию. Некоторые фотоны не имеют достаточную энергию, чтобы инициировать фотоэлектрический эффект, другие вместо этого имеют энергию в избытке, которая тратится впустую.

В случае кремния все фотоны, имеющие длину волны a>1,11 мкм, не могут производить фотоэлектрический эффект, так как их энергия ниже, чем ширина энергетической щели (1,12 эВ) только для кремния. Вместо этого фотоны, имеющие длину волны a<1,11 мкм, могут производить упомянутый эффект, но преобразуя только 1,12 эВ. Когда они имеют большую энергию, она не преобразуется и превращается в тепло.

В случае кремния 30,2% энергии теряется из-за невозможности извлечь более 1,12 эВ из фотона, и 20,2% энергии теряется, потому что фотоны не обладают энергией, достаточной для возникновения фотоэлектрического эффекта. Поэтому, как известно в литературе, максимальная доступная энергия равна приблизительно 49,6%.

Настоящее изобретение, всегда используя обычный кремний в качестве материала, направлено на использование, как это будет более подробно описано далее, в максимально возможной степени оставшихся приблизительно 50% неиспользуемого солнечного излучения.

В соответствии с аспектом изобретения такой результат становится возможным благодаря использованию люминесцентных солнечных концентраторов; они, при соответствующем выборе, способны захватить фотоны с более длинной и более короткой длиной волны, а затем испустить их с длиной волны, соответствующей кремнию.

Они представляют своего рода преобразователь с повышением частоты и преобразователь с переходом с понижением по более доступным ценам.

Такая цель достигается с помощью фотоэлектрического устройства, по существу определенного в пункте 1 формулы изобретения, и фотоэлектрической панели, по существу определенной в рамках пункта 20 формулы изобретения.

Дополнительные признаки изобретения определены в соответствующих зависимых пунктах формулы изобретения.

Настоящее изобретение, преодолевая упомянутые проблемы известной области техники, влечет за собой множество очевидных преимуществ.

Как широко известно, в текущем состоянии области техники, аккумулятор является компонентом фотоэлектрической системы, гарантирующим способность адекватно удовлетворять потребности нагрузки в энергии; его роль состоит в суммировании энергии, производимой фотоэлектрической системой в случае, если нагрузка превышает ее, и непосредственно обеспечивать питание нагрузки ночью.

Определение правильного размера имеет целью определение конфигурации батареи аккумуляторов, способной лучше всего удовлетворить энергетические потребности нагрузки.

В настоящее время рынок позволяет выбирать между двумя группами: кислотными свинцовыми аккумуляторами или никель-кадмиевыми аккумуляторами.

Так как аккумулирование энергии в фотоэлектрических системах требуется и почти необходимо, оно может быть улучшено путем уменьшения их размеров.

Здесь «уменьшение размеров» не означает отсутствие учета нагрузки, которой они должны соответствовать, а скорее выполнение панели с возможностью работы также в случаях, в которых обычно питание обеспечивают аккумуляторы, например в ночное время.

В соответствии с предпочтительным аспектом настоящего изобретения даже в отсутствие солнечного света фотоэлектрический эффект может иметь место в любом случае, с уменьшающейся интенсивностью на протяжении всей ночи, делая ненужным в течение этого времени использование аккумуляторов.

Для оптимизации результатов как с точки зрения выхода по мощности, так и с точки состава интеграция должна быть предусмотрена с самого начала процедуры проектирования.

Несколько требований приводят к фотоэлектрической интеграции: энергосбережение, охрана окружающей среды, визуальные требования и требования образовательного и демонстративного характера.

Фотоэлектрическая интеграция может быть подразделена на три категории: мероприятия по модернизации, мероприятия на новостройках и элементы уличного оборудования.

Настоящее изобретение, хотя отказывается от большей интегральной емкости, типичной для фотоэлектрических устройств третьего поколения, в области архитектурной интеграции может представлять решение в мероприятиях по модернизации, то есть когда система PV интегрируется в здания, уже существующие, и в уличном оборудовании, так как необходимые налагаемые ограничения - требующие, чтобы мощность была одинаковой - будут оставаться более приемлемыми для обычных размеров, и поэтому будут иметь больший шанс «встраивания» в структуру.

Среди главных преимуществ, связанных с настоящим изобретением, можно назвать:

• большую общую компактность;

• улучшенную архитектурную интеграцию по отношению к классическим панелям в отношении модернизации и уличного оборудования;

• потенциальное уменьшение батареи аккумуляторов;

• улучшенное использование солнечного излучения;

• увеличение мощности по отношению к классическим панелям;

• работу в ночное время.

Что касается работы в ночное время, LSC работают как рассеивающие люминесценцию центры, в которых часть падающего солнечного спектра поглощается и повторно излучается под концентрацией путем флюоресценции на более высокой длине волны.

LSC состоят из конкретных неорганических пигментов, вызывающих вышеописанные эффекты.

Работа в ночное время будет иметь место, когда с флуоресцентным испусканием будет скомбинировано, в том же самом LSC, также и фосфоресцентное испускание, то есть возможность высвобождать ранее поглощенный свет постепенно и в условиях темноты. Конечно, чтобы сделать это, необходим правильный баланс при смешивании пигментов с этими свойствами.

Фотоэлектрическое устройство как объект настоящего изобретения состоит, как будет детально описано в дальнейшем в связи с предпочтительным вариантом его выполнения, данным здесь в качестве примера, но не в целях ограничения, из:

• контейнера, внутри которого закреплено устройство, которое предпочтительно имеет приемлемую ширину и заметно сглаженную кривизну, по причинам налагаемых ограничений;

• кольцеобразной структуры, состоящей, для внешней половины, из трапецеидального LSC, выполненного с возможностью сбора ультрафиолетового излучения, и, для внутренней половины, трапецеидального LSC, выполненного с возможностью сбора инфракрасного излучения. В центре кольца, по всему его периферийному образованию, имеется слой наноструктурного кремния, на нижней части которого размещены контакты. На верхней и нижней крышках, предпочтительно покрывающих приблизительно 30% поверхности кольца, расположены зеркала для передачи фотонов - уже сконцентрированных контейнером - к кремниевому слою для получения фотоэлектрического эффекта.

• фотоэлектрической панели, содержащей подвижную структуру, на которой установлены вышеуказанные фотоэлектрические устройства. Она предпочтительно состоит из жесткой рамы, внутри которой шарнирно прикреплены шлицы того же самого материала, имеющие возможность наклоняться и вращаться вокруг их собственной оси на 180°, чтобы дать структуре возможности автосопровождения солнца. Движение остается в пределах расчетных измерений - чтобы не повлиять на увеличение налагаемых ограничений.

Регулирующий движение механизм должен быть размещен во внутренних концах центральной полосы и затем соединен с другими.

Число шлицов и концентраторов является переменной величиной, но стандарт может иметь 4 полосы для 8 концентраторов.

Помимо модульного принципа, связанного с возможностью выбора числа используемых люминесцентных солнечных концентраторов, имеется принцип, связанный с возможностью фиксации всей панели (поэтому всей вышеупомянутой рамы) на механических соединениях или кронштейнах, способных гарантировать ее движение; пример может быть дан путем фиксации на соединениях, делающих панель «убирающейся», чтобы расположить их в положение под балконами, а не на их защитных «перилах», избегая изменения эстетики строительных структур, например, исторической значимости.

Настоящее изобретение предложит себя на рынке, представляя очень интересные и своеобразные аспекты, позиционируя себя как работоспособное решение и для автономных и соединенных с сетью систем.

В этом ему помогут, прежде всего, его уменьшенные налагаемые ограничения по отношению к классическим панелям, дающие держателям изолированных подписок или городским жителям намного больше свободы действий в расположении панелей, содействуя самым своеобразным решениям, чтобы наименьшим образом воздействовать на строения; после этого ему поможет также его модульный принцип, так как, как упоминалось выше, стандартный размер может сопровождаться всеми особыми решениями, необходимыми или требуемыми заказчиками, (например: 2 полосы - 4 концентратора, или 5 полос и 10 концентраторов).

Кроме того, это будет первая панель, которая может производить электроэнергию также в ночное время; этот аспект приведет к выгоде с точки зрения размера батареи аккумуляторов для изолированных подписок и энергетическому кредиту для соединенных с электросетью (город) подписок; не принимая во внимание более высокую полезную мощность, получаемую благодаря объединению солнечной концентрации и простой системы автосопровождения солнца, способной перемещать панель ближе к оптимальному наклону для сбора солнечного излучения.

Его полезность будет показана двояким образом в так называемом уличном оборудовании: шумовые барьеры, крышы-террасы, системы сигнализации, уличные фонари, морские системы сигнализации, автобусные остановки, парковочные счетчики, так как таким структурам может подаваться часть энергии, в то время как оставшаяся ее часть (или вся в случае шумовых барьеров) может возвращаться в сеть, работая как своего рода соединенное с сетью устройство.

В свете вышесказанного настоящее изобретение предлагает фотоэлектрическое устройство и панель, технически передовые, механически новаторские и экологически и энергетически конкурентоспособные по отношению к традиционным источникам энергии.

Краткое описание чертежей

Другие преимущества, а также свойства и этапы работы настоящего изобретения будут очевидны из следующего подробного описания его предпочтительного варианта выполнения, данного в качестве примера, а не с целей ограничения. Будут сделаны ссылки на прилагаемые чертежи, на которых:

фиг.1 изображает предполагаемый вид фотоэлектрического устройства в соответствии с настоящим изобретением в поперечном сечении;

фиг.2 и 5 показывают вид спереди детали сечения по фиг.1;

фиг.3 показывает вид в перспективе фотоэлектрического устройства в соответствии с настоящим изобретением;

фиг.4 показывает вид сверху фотоэлектрического устройства по фиг.3;

фиг.6 показывает вид в перспективе фотоэлектрической панели в соответствии с настоящим изобретением; и

фиг.7 показывает фотоэлектрическую панель в соответствии с другим вариантом выполнения; и

фиг.8A-8C показывают последовательность использования панели по фиг.7.

Осуществление изобретения

На фиг.1 показано фотоэлектрическое устройство 1 в соответствии с изобретением, содержащее солнечный концентратор 2, имеющий кольцеобразную форму.

На чертеже концентратор 2 показан в поперечном сечении, поэтому изображена только его половина.

В частности концентратор 2 содержит внешнюю люминесцентную пластину (22), расположенную вдоль внешней части кольца и имеющую трапециевидный профиль, и внутреннюю люминесцентную пластину (21), расположенную в свою очередь вдоль внутренней части кольца, она также имеет трапециевидный профиль.

Устройство 1 дополнительно содержит слой 23 из полупроводникового материала, предпочтительно наноструктурного типа, лежащего между двумя внутренней и внешней люминесцентными пластинами, так что большие основания соответствующих трапециевидных профилей обращены к нему с его противоположных сторон.

Устройство 1 дополнительно содержит средство передачи, выполненное, как будет подробно описано ниже, таким образом, чтобы собирать и концентрировать световое излучение в вышеупомянутом кольцеобразном концентраторе 2.

В предпочтительном варианте выполнения, показанном здесь, средство передачи содержит проводник 3, расположенный вдоль внешнего периметра кольца.

Фотоэлектрическое устройство 1 предпочтительно вставлено в контейнер 4 и крепится там системой соединений (не показано). В частности контейнер 4 закрыт сверху четырьмя линзами Френеля (из которых только две видны на чертеже), обозначенные ссылочной позицией 5 на чертеже, расположенными так, чтобы сформировать круг, в котором каждая линза занимает соответствующий квадрант.

Линзы Френеля известны специалистам в области техники, поэтому принципы, лежащие в основе их работы, в дальнейшем не будут описываться.

Линзы 5 Френеля взаимодействуют, как будет описано ниже, с проводником 3 таким образом, чтобы сконцентрировать на нем солнечное излучение, в свою очередь падающее на них.

На следующей фиг.2 показан вид спереди секции кольцеобразного концентратора 2. На фиг.2 видны стенка контейнера 4, закрытая сверху линзой 5 Френеля, секция солнечного концентратора 2 и проводник 3. Подразумевается, что описанное в отношении секции концентратора 2 по фиг.2 применимо абсолютно аналогично ко всем секциям концентратора.

Падающее излучение поступает в линзу 5 Френеля, которая выполнена таким образом, чтобы передавать и концентрировать упомянутое излучение на части проводника 3.

В частности, как видно на чертеже, проводник 3 имеет треугольный профиль и принимает вид продолжения люминесцентной пластины 22, составной частью которой он является, на ее стороне 31, и имеет грань 32 расположенную так, чтобы собирать падающее солнечное излучение, пройденное через линзы 5 Френеля. Предпочтительно проводник 3 имеет секцию в форме равнобедренного прямоугольного треугольника и содержит третью наклонную грань 33, снабженную зеркалом и находящуюся напротив упомянутых первой и второй граней 31 и 32.

Внешняя люминесцентная пластина 22 имеет приемную поверхность 221, выполненную с возможностью только принимать солнечное излучение, полученную вдоль ее внешней периферии, и находящуюся точно в малом основании ее трапециевидного профиля.

Треугольный проводник 3 предназначен для соединения с концентратором на приемной поверхности 221. Чтобы сделать его конструкцию проще, его грань 31 обращена к приемной поверхности 221.

Поэтому падающее излучение, проходящее через линзу 5 Френеля, направляется на часть грани 32 проводника 3, оснащенную противоотражающей пленкой для предотвращения рассеяния лучей и концентрации на ней.

Посредством ее конфигурации и оснащенной зеркалом наклонной грани 33, все излучение, падающее на линзы Френеля и передающееся оттуда на треугольный проводник 3, передается во внешнюю люминесцентную пластину 22.

Внешняя люминесцентная пластина 22 выполнена с возможностью поглощать часть падающего излучения, имеющего частоту в ультрафиолетовой области благодаря люминесцентным веществам, рассеянным в ней, и излучать первое излучение к полупроводниковому слою 23 на такой частоте, чтобы произвести фотоэлектрический эффект.

C другой стороны, внутренняя люминесцентная пластина 21 выполнена с возможностью поглощать часть падающего излучения, имеющего частоту в инфракрасной области благодаря люминесцентным веществам, рассеянным в ней, и излучать второе излучение к проводящему слою 23 на такой частоте, чтобы произвести фотоэлектрический эффект.

Более конкретно, часть излучения, имеющая частоту в инфракрасной области, пересекает внешнюю люминесцентную пластину 22 без изменения, и, пересекая полупроводниковый слой 23, поступает во внутреннюю люминесцентную пластину 21, которая поглощает его и повторно излучает его снова к полупроводниковому слою на правильной частоте, чтобы запустить только фотоэлектрический эффект.

Предпочтительно полупроводниковый слой 23 имеет конфигурацию типа подковы, содержащую внешнюю часть кремния P-типа, имеющего по существу перевернутую U-образную форму, и внутреннюю часть кремния N-типа, оба из которых являются наноструктурными. Снизу получаются необходимые подключения электрического типа для передачи электроэнергии, создаваемой фотоэлектрическим эффектом, для питания пользовательской нагрузки (не показано).

Предпочтительно люминесцентные проводники 3, 21 и 22 сделаны из полиметилметакрилата (PMMA), который можно получить путем полимеризации смеси plexit 55, в сочетании со слоем PE 399 Kristalflex.

Внешняя люминесцентная пластина 22 содержит вещества, выбранные так, чтобы она собирала, как упоминалось выше, солнечное излучение в ультрафиолетовой области. Выбор веществ и их количества для получения описанного эффекта, как считается, находится в пределах досягаемости специалистов в области техники, поэтому в дальнейшем они не будут описываться.

Внутренняя люминесцентная пластина 21 содержит вместо этого набор таких веществ, чтобы принимать излучение в инфракрасной области. Они могли содержать, в качестве примера, а не для ограничительных целей, смесь Lumogen F Red 305 (0,01% по весу) и Fluorescence Yellow CRS040 (0,003% по весу).

В оптимальном варианте выполнения внутренняя 21 и внешняя 22 люминесцентные пластины содержат внутри, помимо люминесцентных веществ, также пигменты, способные создавать фосфоресцирующий эффект, как, например, пигмент типа “Желто-зеленого пигмента”.

Присутствие таких пигментов запускает ночную активность устройства 1, которая позволяет продолжить производство электричества путем высвобождения к кремниевому слою солнечного излучения, накопленного в течение дня, только путем работы таких люминесцентных пигментов. В этом случае также знания и технические приспособления, необходимые для производства люминесцентного проводника, имеющего такие фосфоресцентные свойства, как считается, находятся в пределах досягаемости специалистов в области техники, поэтому эти аспекты в дальнейшем не будут описываться дополнительно.

Для максимизации передачи излучения, испущенного проводниками 3, 21 и 22 к кремниевому слою, концентратор 1 в оптимальном варианте выполнения оборудован отражающими полосами таким образом, чтобы часть солнечного излучения после достижения внутренней части концентратора не рассеивалась вовне, таким образом, значительно увеличивая эффективность фотоэлектрического устройства объекта настоящего изобретения.

В частности, внешняя люминесцентная пластина 22 содержит пару отражающих полос 222 и 223, каждая получается на соответствующей наклонной стороне. Внутренняя люминесцентная пластина 21 содержит, аналогично, пару отражающих полос 211 и 212, причем каждая из них расположена вдоль соответствующей наклонной стороны, и дополнительно содержит отражающую полосу 213, расположенную вдоль ее наружной поверхности, которая находится вдоль малого основания ее трапециевидного профиля.

Для дополнительного улучшения эффективности устройства 1 и чтобы гарантировать, что падающее излучение будет на самом деле все использовано для запуска фотоэлектрического эффекта, концентратор 2 содержит четыре полусферических крышки, обозначенных ссылочной позицией 7, из которых три расположены вдоль соответствующей стороны кольца и одна размещена вдоль верхней стороны кольца.

Крышки могут также в оптимальном варианте выполнения использоваться в качестве структурного элемента для закрепления концентратора 2 внутри контейнера 4.

Вновь обращаясь к фиг.2, фотоэлектрическое устройство дополнительно содержит систему охлаждения, связанную с концентратором 2. Предпочтительно каналы, обеспеченные хладагентом, получаются внутри полусферических крышек 7. В качестве примера, на фигуре показаны каналы, обозначенные ссылочной позицией 10.

На фиг.3 и 4 показаны, соответственно, вид в перспективе и вид сверху фотоэлектрического устройства 1, содержащего концентратор 2 (видимый через поперечное сечение линз Френеля), вставленный и закрепленный в контейнере 4, закрытый сверху линзами 5 Френеля.

На фиг.5 представлена в качестве примера, но не в целях ограничения, предпочтительная геометрия показанного здесь варианта выполнения. В частности, буквенные обозначения, приведенные ниже, соответствуют буквенным обозначениям, приведенным на чертеже, каждое из которых характеризует соответствующую величину (длины или углы):

a: 3 см

b: 2 см

c: 1,1 см

d: 0,1 см

e: 0,3 см

f: 3,0 см

g: 2,0 см

h: 0,5 см

i: 1,0 см

l: 5,5 см

Угол α: 24°

Угол β: 55°

Внутренний диаметр кольца: 5,5 см

Внешний диаметр кольца: 9,5 см

Высота кольца: 3,0 см

Наконец, на последней фиг.6 изображена фотоэлектрическая панель 100, содержащая множество фотоэлектрических устройств 1, расположенных в узлах решетчатой структуры. Фотоэлектрическая панель 100 дополнительно содержит систему автосопровождения солнца, обозначенную на чертеже ссылочной позицией 200, способную перемещать панель таким образом, чтобы собирать в любой момент времени максимально возможное количество солнечного излучения.

На фиг.7 показана фотоэлектрическая панель 300 в соответствии с другим вариантом выполнения.

В частности, вновь обращаясь к фиг.7, панель 300 содержит опорную конструкцию 310, имеющую, в варианте выполнения, сформулированном здесь в качестве примера, но не в целях ограничения, пару стоек, которые могут крепиться, например, к балконам или выступам зданий. Вышеописанные фотоэлектрические устройства 1, в свою очередь, закрепляются на несущей конструкции 330, которая шарнирно прикреплена к опорной конструкции 310 и поэтому свободно вращается относительно нее с помощью механизма «убирающегося» типа.

Вращение несущей конструкции 330 достигается с помощью электродвигателя, обозначенного на чертеже ссылочной позицией 320, который позволяет точно наклонять необходимым образом такую конструкцию 330 относительно плоскости, определяемой двумя стойками 310.

Предпочтительно электродвигатель 320 питается частью солнечной энергии, переработанной самой панелью.

Панель 300 дополнительно содержит для достижения большей структурной жесткости, чтобы обеспечить прочность в случае атмосферных явлений, таких как ветер и дождь, сочлененные предохранительные стержни, обозначенные на чертеже ссылочной позицией 350, соединяющие несущую конструкцию 330 с опорной конструкцией 310.

На последовательности фиг.8A - 8C показана фотоэлектрическая панель 300, соединенная с выступом здания, схематично изображенным на чертеже и обозначенным ссылочной позицией 400.

Как видно на чертежах, несущая конструкция приводится в движение двигателем 320 (например, приводимым в действие с помощью пульта дистанционного управления) и ориентируется таким образом, чтобы оптимизировать поглощение ею солнечного излучения.

На фиг.8C панель 300 показана в убранном положении, чтобы быть незаметной, когда она не используется.

Необходимые знания и технические приспособления, необходимые для реализации такой подвижной системы, как считается, широко известны специалистам в области техники, поэтому подробное описание этого будет опущено.

Настоящее изобретение было описано со ссылкой на предпочтительный вариант его выполнения. Подразумевается, что могут существовать другие варианты выполнения, все подпадающие под концепцию этого же изобретения и все находящиеся в пределах защитного объема прилагаемой формулы изобретения.

1. Фотоэлектрическое устройство (1), содержащее:
• солнечный концентратор (2), имеющий кольцеобразную форму, в свою очередь содержащий:
• внешний проводник (3), расположенный вдоль внешней части кольца;
• внешнюю люминесцентную пластину (22), имеющую трапециевидный профиль и имеющую внешнюю периферийную приемную поверхность (221), выполненную с возможностью приема светового излучения, падающего и приходящего от проводника (3);
• внутреннюю люминесцентную пластину (21), расположенную вдоль внутренней части кольца и имеющую трапециевидный профиль;
• наноструктурный полупроводниковый слой (23), лежащий между двумя пластинами (21, 22) таким образом, что большие основания соответствующих трапециевидных профилей обращены к нему, причем упомянутый полупроводниковый слой (23) выполнен с возможностью приема излучения, переданного внешней и внутренней пластинами (21, 22), и реализации фотоэлектрического эффекта;
• средство (3, 5) передачи, выполненное с возможностью сбора и концентрации падающего светового излучения на упомянутой периферийной приемной поверхности (221).

2. Фотоэлектрическое устройство (1) по п.1, в котором упомянутая внешняя люминесцентная пластина (22) выполнена таким образом, чтобы поглощать часть падающего излучения, имеющего частоту в ультрафиолетовой области, и излучать первое излучение к полупроводниковому слою (23) на такой частоте, чтобы произвести фотоэлектрический эффект.

3. Фотоэлектрическое устройство (1) по п.1 или 2, в котором упомянутая внутренняя люминесцентная пластина (21) выполнена с возможностью поглощения части падающего излучения, имеющего частоту в инфракрасной области, и излучения второго излучения к полупроводниковому слою (23) на такой частоте, чтобы произвести фотоэлектрический эффект.

4. Фотоэлектрическое устройство (1) по п.1, в котором упомянутый наноструктурный полупроводниковый слой (23) имеет конфигурацию в виде подковы, содержащую внешнюю часть из кремния P-типа, имеющего по существу перевернутую U-образную форму, и внутреннюю часть из кремния N-типа.

5. Фотоэлектрическое устройство (1) по п.1, в котором упомянутое средство (3, 5) передачи содержит проводник (3), расположенный вдоль внешней периферии кольца и имеющий треугольный профиль, имеющий первую грань (31), являющуюся дополнением упомянутой внешней люминесцентной пластины (22) вдоль упомянутой периферийной приемной поверхности (221), и вторую грань (32), выполненную с возможностью сбора и передачи падающего излучения.

6. Фотоэлектрическое устройство (1) по п.1, в котором упомянутый проводник (3) имеет секцию в виде равнобедренного прямоугольного треугольника, содержащего третью снабженную зеркалом наклонную грань (33), расположенную напротив упомянутых первой и второй граней (31, 32).

7. Фотоэлектрическое устройство (1) по п.5 или 6, в котором упомянутый проводник (3) сделан из полиметилметакрилата, который можно получить из смеси plexit 55 в сочетании со слоем PE 399 Kristalflex или другой противоотражающей пленкой на ее приемной грани (32).

8. Фотоэлектрическое устройство (1) по п.5 или 6, в котором упомянутое средство (3, 5) передачи содержит одну или более линз (5) Френеля, перекрытых и находящихся на некотором расстоянии от упомянутого проводника (3) и расположенных так, чтобы концентрировать световое излучение, падающее на нее, на последнем.

9. Фотоэлектрическое устройство (1) по п.8, содержащее четыре линзы (5) Френеля, расположенные в нем таким образом, что они образуют круг, в котором каждая линза занимает соответствующий его квадрант, причем каждая линза (5) Френеля способна концентрировать падающее излучение на соответствующей части второй грани (32) облучаемого им упомянутого проводника (3).

10. Фотоэлектрическое устройство (1) по п.1, в котором упомянутые внешняя и внутренняя люминесцентные пластины (22, 21) сделаны из полиметилметакрилата, который можно получить из смеси plexit 55.

11. Фотоэлектрическое устройство (1) по п.1, в котором упомянутая внешняя люминесцентная пластина (22) содержит пару внешних отражающих полос (222, 223), каждая из которых расположена вдоль соответствующей наклонной стороны.

12. Фотоэлектрическое устройство (1) по п.1, в котором упомянутая внутренняя люминесцентная пластина (21) содержит пару внутренних отражающих полос (211, 212), каждая из которых расположена вдоль соответствующей наклонной стороны, и отражающую полосу (213), расположенную вдоль малого основания ее трапециевидного профиля.

13. Фотоэлектрическое устройство (1) по п.1, в котором упомянутые внешняя и внутренняя люминесцентные пластины (22, 21) содержат внутри пигменты, способные производить фосфоресцирующий эффект.

14. Фотоэлектрическое устройство (1) по п.13, в котором упомянутые пигменты имеют «желто-зеленый» тип.

15. Фотоэлектрическое устройство (1) по п.11 или 12, содержащее четыре полусферических крышки (7), каждая из которых расположена на соответствующей стороне кольца.

16. Фотоэлектрическое устройство (1) по п.1, дополнительно содержащее систему охлаждения, связанную с упомянутым солнечным концентратором (2).

17. Фотоэлектрическое устройство (1) по п.16, в котором упомянутая система охлаждения содержит один или более каналов (10) системы охлаждения, снабженных хладагентом.

18. Фотоэлектрическое устройство (1) по п.17, в котором упомянутые каналы (10) системы охлаждения образованы внутри упомянутых полусферических крышек (7).

19. Фотоэлектрическое устройство (1) по п.9, содержащее контейнер (4), внутри которого оно вставлено и закреплено, причем упомянутый контейнер (4) закрывается сверху упомянутыми четырьмя линзами (5) Френеля, расположенными по кругу.

20. Фотоэлектрическая панель (100), содержащая множество фотоэлектрических устройств (1) по любому из предыдущих пунктов, расположенных в узлах решетчатой структуры убирающегося типа.

21. Фотоэлектрическая панель (100) по п.20, дополнительно содержащая систему (200) автосопровождения солнца.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к области гелиоэнергетики и касается конструкции фотоэлектрического модуля космического базирования. Фотоэлектрический модуль включает в себя нижнее защитное покрытие, на котором с помощью полимерной пленки закреплены кремниевые солнечные элементы с антиотражающим покрытием, и расположенное над лицевой поверхностью солнечных элементов верхнее защитное покрытие, которое скреплено с солнечными элементами промежуточной пленкой из оптически прозрачного полимерного материала.

Использование: для создания многоэлементных фотоприемников. Сущность изобретения заключается в том, что способ сборки матричного модуля на держатель содержит стадии нанесения криостойкого клея на тыльную поверхность растра матричного модуля и на держатель, ориентации матричного модуля относительно держателя, прижима матричного модуля к держателю, приклеивают матричный модуль на держатель с помощью приспособления типа «насадка» в виде цилиндрического колпака, плотно надеваемого на растр с помощью выступов на окружности основания и содержащего четыре выреза под метки совмещения, расположенные под углом 90° по отношению соседних меток друг к другу, предназначенных для ориентации матричного модуля относительно держателя с помощью инструментального микроскопа, кроме этого, содержащего дополнительно четыре выреза по углам фоточувствительного элемента, предназначенные для бездефектного надевания «насадки» на растр, а также содержащего в центре верха колпака метку в виде отверстия для ориентации и коническое углубление для прижима с помощью зондовой головки и возможности поворота «насадки» для совмещения меток, расположенных на растре и держателе.

Изобретение относится к устройствам регистрации видеоизображений. Видеосистема на кристалле содержит цветное фотоприемное устройство с функцией спектрального разделения светового потока в зависимости от глубины проникновения фотоэлектронов в кристалл.

Изобретение относится к области электровакуумной техники, в частности к полупроводниковым оптоэлектронным устройствам - фотокатодам, а именно к гетероструктуре для полупрозрачного фотокатода с активным слоем из арсенида галлия, фоточувствительного в видимом и ближнем инфракрасном диапазоне, и может быть использовано при изготовлении фоточувствительного элемента оптоэлектронных устройств: электронно-оптических преобразователей фотоумножителей, используемых в детекторах излучений.

Изобретение относится к 8-алкил-2-(тиофен-2-ил)-8H-тиофен[2,3-6]индол замещенным 2-цианоакриловым кислотам формулы (I) которые могут быть использованы как перспективные красители для сенсибилизации неорганических полупроводников в составе цветосенсибилизированных солнечных батарей, способу их получения, а так же промежуточным соединениям, которые используют для синтеза данных соединений.

Настоящее изобретение относится к технологии термофотоэлектрических преобразователей с микронным зазором (MTPV) для твердотельных преобразований тепла в электричество.

Использование: для изготовления модульных (гибридных) оптико-электронных наблюдательных и регистрирующих приборов различных спектров действия, предназначенных для эксплуатации в условиях низкой освещенности.

Изобретение относится к гелиотехнике. Теплофотоэлектрический модуль с параболоцилиндрическим концентратором солнечного излучения состоит из параболоцилиндрического концентратора и линейчатого фотоэлектрического приемника (ФЭП), расположенного в фокальной области с равномерным распределением концентрированного излучения вдоль цилиндрической оси, при этом солнечный фотоэлектрический модуль содержит асимметричный концентратор параболоцилиндрического типа с зеркальной внутренней поверхностью отражения и линейчатый фотоэлектрический приемник, установленный в фокальной области с устройством протока теплоносителя; форма отражающей поверхности концентратора Х(Y) определяется предложенной системой уравнений, соответствующей условию равномерной освещенности поверхности фотоэлектрического приемника, выполненного в виде линейки шириной do из скоммутированных ФЭП и длиной h и расположенного под углом к миделю концентратора.

Изобретение относится к полупроводниковым приборам, чувствительным к свету. Гетероструктура содержит подложку, выполненную из AlN, на которой размещено три сопряженных друг с другом выполненных из In1-xGaxN двухслойных компонентов с p-n-переходами между слоями.

Изобретение относится к полупроводниковым приборам, чувствительным к свету, предназначенным для преобразования света в электрическую энергию, в частности к многопереходным солнечным элементам.

Изобретение относится к области электроники и может быть использовано при конструировании солнечных элементов, которые используются в энергетике, космических и военных технологиях, горнодобывающей, нефтеперерабатывающей, химической отраслях промышленности и др. Солнечный элемент согласно изобретению включает кристаллическую подложку из кремния n-типа (n)с-Si ориентации (100) с фронтальной и тыльной поверхностями, над фронтальной поверхностью последовательно расположены: промежуточный слой аморфного гидрогенизированного карбида кремния в виде твердого раствора; нелегированный слой аморфного гидрогенизированного кремния (i)a-Si:H; р-легированный слой аморфного гидрогенизированного кремния (p)a-Si:H; слой оксида индия-олова (ITO); серебренная контактная сетка. При этом над тыльной поверхностью последовательно расположены: промежуточный слой аморфного гидрогенизированного карбида кремния в виде твердого раствора; нелегированный слой аморфного гидрогенизированного кремния (i)a-Si:H; n-легированный слой аморфного гидрогенизированного кремния (n)a-Si:H; слой оксида индия-олова ITO; слой серебра Ag. Изобретение позволяет улучшить пассивацию поверхности за счет предотвращения частичного эпитаксиального роста во время нанесения слоя аморфного гидрогенизированного кремния толщиной 2-5 нм на кристаллическую подложку, что в свою очередь ведет к увеличению напряжения холостого хода и, как следствие, эффективности преобразования солнечного излучения. 13 з.п. ф-лы, 3 ил.
Наверх