Солнечный фотоэлектрический модуль с концентратором

 

Изобретение относится к гелиоэнергетике, в частности к солнечным фотоэлектрическим модулям с концентраторами солнечного излучения для получения электричества и тепла. Задачей изобретения является повышение степени концентрации солнечного излучения в фотоэлектрическом модуле, в результате чего повышается удельная мощность фотопреобразователя и снижается стоимость модуля. Фотоэлектрический модуль содержит призму полного внутреннего отражения 1, боковые грани 2 которой выполнены отражающими излучение, а на грани выхода излучения 3 установлен фотопреобразователь 4. Призма установлена в выходном отверстии 5 параболоцилиндрического фоклина (фокона). Фокусы параболоцилиндрических отражающих поверхностей F₁ и F₂ расположены на поверхности входа излучения призмы 1 внутри проекции меньшего основания призмы на большее основание. Ширина призмы d равна ширине выходного отверстия 5 фоклина. Апертурный угол фоклина β равен углу входа излучения в призму при максимальном отклонении солнца от нормали. 3 ил.

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

Известен солнечный фотоэлектрический модуль, содержащий оптический элемент с трапециевидным поперечным сечением, боковые грани которого выполнены отражающими излучение, а разновеликие основания служат гранями входа и выхода излучения, и установленные в контакте с гранью выхода излучения фотопреобразователи. Оптический элемент выполнен в виде призмы полного внутреннего отражения, причем гранью выхода излучения служит меньшее основание оптического элемента (а.с. СССР N 1048260).

Отношение площадей граней входа и выхода определяет коэффициент концентрации солнечного излучения.

Преимуществом фотоэлектрического модуля является отсутствие необходимости в следящем устройстве. Недостаток известного решения состоит в том, что оно имеет низкий коэффициент концентрации. Это связано с тем, что минимальный угол α₀ при вершине призмы при нормальном падении излучения, т.е. когда угол входа излучения равен нулю, равен половине угла полного внутреннего отражения 2α₀. Для стекла с коэффициентом преломления n=1,51, 2α₀ = 41^o30' теоретический коэффициент концентрации для линейной призмы K=ctg α₀ = 2,64, для круговой призмы K=4.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому изобретению является солнечный фотоэлектрический модуль, выполненный в виде параболоцилиндрического фоклина, в выходном отверстии которого установлены фотопреобразователи. Обе отражающие поверхности фоклина выполнены в виде двух зеркал параболической формы и ориентированы с запада на восток. Фокальная область каждой параболический поверхности фоклина расположена в плоскости выходного отверстия у основания противоположной отражающей поверхности фоклина (Solar Todaу, July/August, 1997, с.31).

Фотоэлектрический модуль не требует слежения за солнцем при апертурном угле 24^o. Недостатком этого модуля является низкий коэффициент концентрации, равный 2,5 при апертурном угле 24^o.

Недостатком обоих известных фотоэлектрических модулей является низкая удельная мощность фотопреобразователя и, вследствие этого высокая стоимость модуля.

Задачей предлагаемого изобретения является повышение степени концентрации солнечного излучения в фотоэлектрическом модуле и увеличение удельной мощности фотопреобразователя.

В результате использования предлагаемого изобретения повышается удельная мощность фотопреобразователя и, вследствие этого снижается стоимость модуля.

Вышеуказанный технический результат достигается тем, что в солнечном фотоэлектрическом модуле, содержащем концентратор на основе фоклинов (фоконов) и установленные в выходном отверстии концентратора фотопреобразователи, в плоскости выходного отверстия установлен оптический элемент в виде призмы внутреннего отражения таким образом, что фокусы фоклина (фокона) расположены внутри проекции меньшего основания призмы на большее основание, а минимальный угол входа лучей в призму равен апертурному углу фоклина.

Сущность предлагаемого изобретения поясняется фиг. 1 - 3. На фиг. 1 показан фотоэлектрический модуль, поперечное сечение. На фиг. 2 и 3 - ход солнечного излучения при нормальном падении и максимальном отклонении солнечного излучения.

Фотоэлектрический модуль содержит призму полного внутреннего отражения 1, боковые грани 2 которой выполнены отражающими излучение, а на грани выхода излучения 3 установлен фотопреобразователь 4.

Призма установлена в выходном отверстии 5 параболоцилиндрического фоклина (фокона) с двумя отражающими поверхностями 6 и 7 таким образом, чтобы верхнее основание призмы 8 совпадало с выходным отверстием фоклина 5 (фокона). Фокусы параболоцилиндрических отражающих поверхностей F₁ и F₂ расположены на поверхности входа излучения призмы внутри проекции меньшего основания призмы на большее основание. Ширина призмы d равна ширине выходного отверстия 5 фоклина. Апертурный угол фоклина β равен углу входа излучения в призму при максимальном отклонении солнца от нормали.

Пример конкретного выполнения фотоэлектрического модуля.

Призма выполнена из стекла с коэффициентом преломления n=1,5. Ширина призмы d= 180 мм, длина 600 мм, угол при вершине призмы 28^o, ширина фотопреобразователя 72 мм, толщина призмы 30 мм, апертурный угол фоклина β = 30^o, высота фоклина H=250 мм, ширина верхнего основания D=310 мм. Фокусы F₁ и F₂ обоих поверхностей фоклина расположены в центральной части верхнего основания призмы. Геометрическая степень концентрации K составляет для фоклина K= 2, для призмы K= 2,5, а для фотоэлектрического модуля K=5,0. Фотоэлектрический модуль установлен с запада на восток таким образом, чтобы нормаль его поверхности направлена на положение солнца 22 марта и 22 октября.

Солнечный фотоэлектрический модуль с концентратором работает следующим образом.

Солнечное излучение поступает на отражающие поверхности фоклина 6 и 7, отражается на поверхности выхода фоклина 5 между фокусом F₁ и F₂ и основанием фоклина 9 и 10 под углом, равным или меньшим апертурного угла B фоклина 6 и 7. Поэтому модуль не требует слежения за солнцем. Излучение входит в призму 1 под углом входа, отражается боковыми гранями 2 и после полного внутреннего отражения на большем основании призмы 8 поступает на преобразователи 4. Переотраженное излучение на грани выхода излучения 3 суммируется с прямым излучением, падающим на большее основание 8 внутри проекции площади меньшего основания на большее.

Выполнение модуля в виде составного концентратора из двух отражающих поверхностей фоклина 6, 7 и призмы 1 позволяет увеличить удельную мощность фотопреобразователя и концентрацию солнечного излучения в 2 раза по сравнению с концентратором на основе призмы.

Формула изобретения

Солнечный фотоэлектрический модуль, содержащий концентратор на основе парабалоцилиндрических фоклинов (фоконов) с выходными отверстием и фотопреобразователи, отличающийся тем, что в плоскости выходного отверстия фоклина (фокона) установлен оптический элемент в виде призмы внутреннего отражения таким образом, что фокусы фоклина расположены внутри проекции на большем основании призмы ее меньшего основания, на последнем из которых установлены фотопреобразователи.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3

NF4A Восстановление действия патента СССР или патента Российской Федерации на изобретение

Дата, с которой действие патента восстановлено: 27.02.2008

Извещение опубликовано: 27.02.2008        БИ: 06/2008