Оптопара с шаровой лампой



Оптопара с шаровой лампой
Оптопара с шаровой лампой

 

H01L31/00 - 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 2618964:

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Оренбургский государственный университет" (RU)

Заявленное изобретение относится к технике преобразования световой энергии в электрическую и предназначено для преобразования световой энергии в электрическую. Заявленная оптопара содержит излучатель, фотоприемный элемент, закрепленные на корпусе, причем в качестве излучателя света использована шаровая лампа, в качестве фотоприемного элемента использована батарея солнечных элементов, корпус выполнен в виде трубы из диэлектрического материала, на внешней боковой поверхности которого имеются распределители потенциала. Заявленная оптопара дополнительно включает сферическую отражающую поверхность, имеющую отверстие в боковой поверхности в виде круга и линзу с эллипсоидальной поверхностью, причем сферическая отражающая поверхность, линза с эллипсоидальной поверхностью, шаровая лампа и батарея солнечных элементов расположены на одной оптической оси, совпадающей с осью корпуса. В одном торце корпуса расположена сферическая отражающая поверхность, линза с эллипсоидальной поверхностью и шаровая лампа, а во втором торце – батарея солнечных элементов. Шаровая лампа расположена в центре сферической отражающей поверхности, линза с эллипсоидальной поверхностью расположена в отверстии шаровой сферической поверхности. Внутренние поверхности сферической отражающей поверхности и корпуса имеют зеркальное покрытие, батарея солнечных элементов выполнена на основе многослойных структур, обеспечивающих каскадное преобразование оптического излучения шаровой лампы. Технический результат - увеличение мощности, электрической прочности и снижение потери энергии в оптопаре. 1ил.

 

Изобретение относится к технике преобразования световой энергии в электрическую.

Известна резистивная оптопара, состоящая из излучающего элемента и фотоприемного элемента, между которыми имеется оптическая связь и обеспечена электрическая изоляция. В качестве фотоприемного элемента в этой оптопаре используется фоторезистор или полупроводниковый резистор. Излучателем в резистивной оптопаре может служить сверхминиатюрная лампочка накаливания, светоизлучающий диод, ИК-излучающий диод (Иванов В.И. Полупроводниковые оптоэлектронные приборы: Справочник. / В.И. Иванов, А.И. Аксенов, A.M. Юшин - 2-е изд. перераб. и доп. - М.: Энергоатомиздат, 1989. - 448 с., с. 309).

Это устройство обладает низкой выходной мощностью из-за использования в его составе изучающего элемента с малой мощностью излучения и фотоэлектрического элемента, рассчитанного на преобразования светового излучения малой мощности, а также низкой электрической прочностью, из-за малого расстояния между излучающим элементом и фотоэлектрическим элементом, значительными потерями энергии в оптопаре из-за того, что только часть излучения из диаграммы направленности от излучающего элементы, попадающая на фотоприемный элемент, преобразовывается в электрический ток, и из-за того, что излучение излучающего элемента преобразовывается фотоприемным элементом с не максимально возможным кпд.

Это ограничивает величину выходной мощности построенных на основе таких оптопар оптоэлектронных трансформаторов и значение величин напряжения, при которых они могут работать, а потери энергии в этих оптоэлектронных трансформаторах значительны.

Техническим результатом изобретения является увеличение выходной мощности оптопары, ее электрической прочности, снижение потери энергии в ней.

Задача, на решение которой направлено техническое решение, достигается тем, что в известном устройстве, содержащем излучатель, фотоприемный элемент, закрепленный на корпусе, в качестве излучателя света использованы шаровая лампа, в качестве фотоприемного элемента используется батарея солнечных элементов, корпус выполнен в виде трубы из диэлектрического материала, на внешней боковой поверхности которого имеются распределители потенциала, дополнительно включены сферическая отражающая поверхность, имеющая отверстие в боковой поверхности в виде круга, и линза с эллипсоидальной поверхностью, сферическая отражающая поверхность, линза с эллипсоидальной поверхностью, шаровая лампа и батарея солнечных элементов расположены на одной оптической оси, совпадающей с осью корпуса, причем в одном торце корпуса расположена сферическая отражающая поверхность, линза с эллипсоидальной поверхностью и шаровая лампа, а во втором торце батарея солнечных элементов, шаровая лампа расположена в центре сферической отражающей поверхности, линза с эллипсоидальной поверхностью расположена в отверстии шаровой сферической поверхности, внутренние поверхности сферической отражающей поверхности и корпуса имеют зеркальное покрытие, батарея солнечных элементов выполнена на основе многослойных структур, обеспечивающих каскадное преобразование оптического излучения шаровой лампы.

На чертеже приведена структурная схема устройства.

Устройство содержит шаровую лампу 1, сферическую отражающую поверхность 2, линзу с эллипсоидальной поверхностью 3, корпус, выполненный в виде полого изолятора 4 с распределителями потенциалов 6, батарею солнечных элементов 5.

Стрелками показан ход световых лучей.

При отсутствии напряжения на шаровой лампе 1 электрический ток на выходе батареи солнечных элементов 5 отсутствует.

При поступлении напряжения на шаровую лампу 1 ее излучение, сконцентрированное сферическим зеркалом 2 и линзой с эллипсоидальной поверхностью 3, выходит из нее в виде квазипараллельного пучка, и, пройдя через корпус, выполненный в виде полого изолятора 4 с распределителями потенциалов 6, попадает на батарею солнечных элементов 5. В батарее солнечных элементов 5 световое излучение преобразовывается в электрический ток и через выводы батареи солнечных элементов передается далее потребителю.

Предлагаемое устройство по сравнению с прототипом обеспечивает более высокую выходную мощность. Это обеспечивает тем, что в составе оптопары в качестве источника света используется шаровая лампа, в качестве фотоприемного элемента используется батарея солнечных элементов. При этом излучение от шаровой лампы 1, сконцентрированное сферическим зеркалом 2 и линзой с эллиптической поверхностью 3, выходит из линзы в виде квазипараллельного пучка, и, пройдя через корпус 4, выполненный в виде полого изолятора с распределителями потенциалов 6, попадает на батарею солнечных элементов 5. В батарее солнечных элементов 5 световое излучение преобразовывается в электрический ток и через выводы батареи солнечных элементов передается далее потребителю. Таким образом, весь световой поток передается на батарею солнечных элементов, а потери излучения в предлагаемом устройстве обусловлены только поглощением в оптических элементах. Причем эти потери значительно меньше аналогичных потерь прототипа. Кроме того, в качестве солнечных элементов используются многослойные структуры, обеспечивающие каскадное преобразование оптического излучения, и излучение излучающего элемента преобразовывается фотоприемным элементом с максимально возможным кпд. Соответственно использование таких структур также обеспечивает снижение потерь в оптопаре.

Увеличение электрической прочности оптопары достигается за счет предлагаемой конструкции оптопары, в которой увеличивается расстояние между источником излучения, в качестве которого используется шаровая лампа 1, и ее фотоприемным элементом, в качестве которого используется батарея солнечных элементов 5. Для этого между ними располагается корпус, выполненный в виде полого изолятора 4 с распределителями потенциалов 6.

При практической реализации устройства, например при использовании в качестве источника излучения в составе оптопары шаровой ксеноновой лампы ДКсШ 200 мощностью 200 Вт, при КПД преобразования излучения лампы солнечными элементами ~85%, с учетом потерь, возникающих при передачи оптического излучения от шаровой ксеноновой лампы к батарее солнечных элементов, мощность электрического тока на выходе оптопары может быть ~160 Вт. Такая мощность на выходе оптопары достигается, если в качестве солнечных элементов использовать многослойные структуры, обеспечивающие каскадное преобразование оптического излучения. Для этих целей могут быть использованы трех- и четырехкомпонентные соединения элементов III и V групп периодической системы. Кроме того, могут быть использованы гетероструктуры с вариозной базой, когда на выходе создается широкозонное окно, соответствующее максимальной ширине спектра преобразовываемого излучения, а база имеет переменное по глубине значение (благодаря плавному изменению состава, уменьшающегося по мере углубления). Такие структуры можно получить, используя двойные, тройные и четвертные соединения на базе компонент, входящих в состав GaAs [Кирин И.Г. Потери энергии в источниках вторичного электропитания с системами гальванической развязки «Источник оптического излучения - фотоэлектрический преобразователь». / Кирин И.Г. // Интеллект. Инновации. Инвестиции. 2014. N 4. - С. 153-157].

Предлагаемое устройство оптопары позволяет существенно увеличить ее мощность, электрическую прочность, снизить потери энергии внутри оптопары, что позволит практически реализовывать оптоэлектронные трансформаторы с большей выходной мощностью, рассчитанные на использование более высокого значения напряжения, и обладающие низкими потерями.

Оптопара, содержащая излучатель, фотоприемный элемент, закрепленные на корпусе отличающийся тем, что в качестве излучателя света использованы шаровая лампа, в качестве фотоприемного элемента – батарея солнечных элементов, корпус выполнен в виде трубы из диэлектрического материала, на внешней боковой поверхности которого имеются распределители потенциала, дополнительно включены сферическая отражающая поверхность, имеющая отверстие в боковой поверхности в виде круга и линза с эллипсоидальной поверхностью, сферическая отражающая поверхность, линза с эллипсоидальной поверхностью, шаровая лампа и батарея солнечных элементов расположены на одной оптической оси, совпадающей с осью корпуса, причем в одном торце корпуса расположена сферическая отражающая поверхность, линза с эллипсоидальной поверхностью и шаровая лампа, а во втором торце – батарея солнечных элементов, шаровая лампа расположена в центре сферической отражающей поверхности, линза с эллипсоидальной поверхностью расположена в отверстии шаровой сферической поверхности, внутренние поверхности сферической отражающей поверхности и корпуса имеют зеркальное покрытие, батарея солнечных элементов выполнена на основе многослойных структур, обеспечивающих каскадное преобразование оптического излучения шаровой лампы.



 

Похожие патенты:

Штабелевидная интегрированная многопереходная солнечная батарея с первым элементом батареи, причем первый элемент батареи включает в себя слой из соединения InGaP с первой константой решетки и первой энергией запрещенной зоны, а толщина слоя превышает 100 нм, и слой выполнен как часть эмиттера, и/или как часть базы, и/или как часть расположенной между эмиттером и базой области объемного заряда, и вторым элементом батареи, причем второй элемент батареи включает в себя слой из соединения InmРn со второй константой решетки и второй энергией запрещенной зоны, а толщина слоя превышает 100 нм, и слой выполнен как часть эмиттера, и/или как часть базы, и/или как часть расположенной между эмиттером и базой области объемного заряда, и третьим элементом батареи, причем третий элемент батареи включает в себя слой из соединения InxGa1-xAs1-yPy с третьей константой решетки и третьей энергией запрещенной зоны, а толщина слоя превышает 100 нм, и слой выполнен как часть эмиттера, и/или как часть базы, и/или как часть расположенной между эмиттером и базой области объемного заряда, и четвертым элементом батареи, причем четвертый элемент батареи включает в себя слой из соединения InGaAs с четвертой константой решетки и четвертой энергией запрещенной зоны, а толщина слоя превышает 100 нм, и слой выполнен как часть эмиттера, и/или как часть базы, и/или как часть расположенной между эмиттером и базой области объемного заряда, причем для значений энергии запрещенной зоны справедливо соотношение Eg1>Eg2>Eg3>Eg4, и между двумя элементами батареи сформирована область сращения плат.

Солнечный концентраторный модуль (1) содержит боковые стенки (2), фронтальную панель (3) с линзами (4) Френеля на внутренней стороне фронтальной панели (3), тыльную панель (9) с фоконами (6) и солнечные элементы (7), снабженные теплоотводящими основаниями (8).

Изобретение относится к полупроводниковой электронике и может быть использовано для создания солнечных элементов. Метаморфный фотопреобразователь включает подложку (1) из GaAs, метаморфный буферный слой (2) и по меньшей мере один фотоактивный p-n-переход (3), выполненный из InGaAs и включающий базовый слой (4) и эмиттерный слой (5), слой (6) широкозонного окна из In(AlxGa1-x)As, где x=0,2-0,5, и контактный субслой (7) из InGaAs.

Изобретение относится к области электротехники, а именно к устройству каскадной солнечной батареи. Каскадная солнечная батарея выполнена с первой полупроводниковой солнечной батареей, причем в первой полупроводниковой солнечной батарее имеется р-n переход из первого материала с первой константой решетки, и со второй полупроводниковой солнечной батареей, причем во второй полупроводниковой солнечной батарее имеется р-n переход из второго материала со второй константой решетки, и причем первая константа решетки меньше, чем вторая константа решетки, и у каскадной солнечной батареи имеется метаморфный буфер, причем метаморфный буфер включает в себя последовательность из первого, нижнего слоя AlInGaAs или AlInGaP, и второго, среднего слоя AlInGaAs или AlInGaP, и третьего, верхнего слоя AlInGaAs или AlInGaP, и метаморфный буфер сформирован между первой полупроводниковой солнечной батареей и второй полупроводниковой солнечной батареей, и константа решетки метаморфного буфера изменяется по толщине (по координате толщины) метаморфного буфера, и причем между по меньшей мере двумя слоями метаморфного буфера константа решетки и содержание индия увеличивается, а содержание алюминия уменьшается.

Способ формирования туннельного перехода (112) в структуре (100) солнечных элементов, предусматривающий попеременное осаждение вещества Группы III и вещества Группы V на структуре (100) солнечных элементов и управление отношением при осаждении указанного вещества Группы III и указанного вещества Группы V.

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.

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.

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.
Наверх