Солнечный фотоэлектрический модуль с концентратором
Владельцы патента RU 2292003:
Государственное научное учреждение Всероссийский научно-исследовательский институт электрификации сельского хозяйства (ГНУ ВИЭСХ) (RU)
Изобретение относится к гелиоэнергетике, в частности к высокоэффективным солнечным энергетическим модулям с концентратором для получения электрической энергии. В солнечном модуле в центральной части первичного конического концентратора со сквозным отверстием соосно его оптической оси размещен и закреплен датчик слежения, расположенный внутри первичного охлаждающего устройства с двумя расширяющимися коническими законцовками у его вершины и у его основания, при этом первичный приемник закреплен между коническими законцовками, имеющими зеркальную поверхность и выполняющими функции вторичного концентратора, а линза Френеля расположена и закреплена между первичным и вторичным концентраторами у их основания с помощью ободка, датчик слежения закреплен своим основанием на вершине вторичного охлаждающего устройства с призматическими законцовками, внутренняя часть которых выполнена в виде радиаторных ребер, а вторичный приемник закреплен на внешней стороне призматических законцовок. Изобретение должно обеспечить получение простой в изготовлении высокоэффективной и дешевой сильно концентрирующей системы для солнечного фотоэлектрического модуля. 2 ил.
Изобретение относится к гелиоэнергетике, в частности к высокоэффективным солнечным энергетическим модулям с концентратором, для получения электрической энергии.
На пути практической реализации фотоэлектрического метода преобразования сильно концентрированного солнечного излучения возникает проблема разработки и создания высокоэффективных дешевых и простых в изготовлении сильно концентрирующих концентраторов солнечного излучения.
Необходимость в этом особенно актуальна при использовании в крупномасштабной солнечной энергетике дефицитных и дорогих полупроводниковых материалов, например, арсенида галлия и твердых растворов на его основе.
Известен солнечный фотоэлектрический модуль с параболоцилиндрическим концентратором, содержащий приемник, расположенный в фокальной области с охлаждающим устройством и систему слежения ("Фотоэлектрическое преобразование концентрированного солнечного излучения"/ Отв. редактор академик Ж.И.Алферов. Ленинград: Наука, 1989, с.301.). Недостатком является сложность в изготовлении.
Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому изобретению является проект солнечного фотоэлектрического модуля с двухзеркальной сильно концентрирующей системой Кассегрена (ДСК), разработанную фирмой TRW (США) согласно конструктивной схемы ДСК и расчетной схемы ДСК ("Фотоэлектрическое преобразование концентрированного солнечного излучения"/ Отв. редактор академик Ж.И.Алферов. Ленинград: Наука, 1989, с.299, 281, 233).
Известная сильно концентрирующая двухзеркальная система Кассегрена (ДСК) состоит из соосных поверхностей вращения второго порядка, а именно параболоида и гиперболоида.
Оптическая система зеркальных концентрирующих систем в общем виде различается по форме образующей отражающей поверхности (прямая линия, кривая второго порядка и др.). Форма образующей отражающей поверхности параболоида имеет двойную кривизну и состоит из окружности - кривая 2-ого порядка и параболы - кривая 2-ого порядка. Форма образующей отражающей поверхности гиперболоида имеет двойную кривизну и состоит из окружности - кривая 2-ого порядка и гиперболы - кривая 2-ого порядка.
Существенным недостатком известного солнечного модуля с ДСК является сложность в изготовлении двух концентраторов различной формы с соосными поверхностями вращения второго порядка.
Задачей изобретения является создание простой в изготовлении, но высокоэффективной и дешевой сильно концентрирующей системы для солнечного фотоэлектрического модуля.
В результате использования предлагаемого изобретения появляется возможность создания дешевой и простой в изготовлении высокоэффективной сильно концентрирующей системы для фотоэлектрического модуля, состоящей из двух концентраторов одной формы и имеющих только одну кривизну (окружность, кривая 2-ого порядка) и линзу Френеля, что значительно упрощает их изготовление.
Вышеуказанный технический результат достигается тем, что в предлагаемом солнечном фотоэлектрическом модуле с концентратором, содержащий первичный и вторичный зеркальные концентраторы, датчик слежения, приемник, охлаждающее устройство, линзу Френеля, при этом в центральной части первичного конического концентратора со сквозным отверстием соосно его оптической оси размещен и закреплен датчик слежения, расположенный внутри первичного охлаждающего устройства с двумя расширяющимися коническими законцовками у его вершины и у его основания, при этом первичный приемник закреплен между коническими законцовками, имеющими зеркальную поверхность и выполняющими функции вторичного концентратора, а линза Френеля со сквозным центральным отверстием имеет внутреннюю и внешнюю поверхности, расположена и закреплена между первичным и вторичным концентраторами у их основания с помощью ободка, а датчик слежения закреплен своим основанием на вершине вторичного охлаждающего устройства с призматическими законцовками, внутренняя часть которых выполнена в виде радиаторных ребер, а вторичный приемник закреплен на внешней стороне призматических законцовок.
Сущность изобретения поясняется фиг.1, 2.
На фиг.1 представлена общая схема предлагаемого солнечного фотоэлектрического модуля с концентраторами и линзой Френеля (вид спереди).
На фиг.2 представлена схема солнечного фотоэлектрического модуля с концентраторами (вид сверху).
Солнечный фотоэлектрический модуль с концентратором содержит первичный конический концентратор 1, вторичный концентратор 2, первичный приемник 3, первичное охлаждающее устройство 4, датчик слежения 5, линзу Френеля 6 со сквозным центральным отверстием, ободок крепления 7 для линзы Френеля 6, перегородки 8 датчика слежения 5, фотоэлементы 9 датчика слежения 5, вторичное охлаждающее устройство 10, вторичный приемник 11, радиаторные ребра 12 вторичного охлаждающего устройства 10 и его призматические законцовки 13.
Солнечный фотоэлектрический модуль с концентратором работает следующим образом.
Первичный конический концентратор 1 собирает солнечные лучи вдоль своей оптической оси благодаря точному наведению датчика слежения 5. Часть отраженных солнечных лучей от первичного конического концентратора 1 непосредственно попадает на первичный приемник 3, расположенный на цилиндрической части первичного охлаждающего устройства 4 между его коническими законцовками вторичного концентратора 2. Другая часть, переотразившись от вторичного концентратора 2, также попадает на первичный приемник 3. Линза Френеля 6 собирает солнечные лучи в своей фокальной области благодаря точному наведению датчика слежения 5. В фокальной области расположен вторичный приемник 11, закрепленный на призматических законцовках 13 вторичного охлаждающего устройства 10, имеющего радиаторные ребра 12 для отвода и сброса тепла в окружающее пространство.
Солнечный фотоэлектрический модуль с концентратором, содержащий первичный и вторичный зеркальные концентраторы, датчик слежения, приемник, охлаждающее устройство, линзу Френеля, отличающийся тем, что в центральной части первичного конического концентратора со сквозным отверстием соосно его оптической оси размещен и закреплен датчик слежения, расположенный внутри первичного охлаждающего устройства с двумя расширяющимися коническими законцовками у его вершины и у его основания, при этом первичный приемник закреплен между коническими законцовками, имеющими зеркальную поверхность и выполняющими функции вторичного концентратора, а линза Френеля со сквозным центральным отверстием имеет внутреннюю и внешнюю поверхности, расположена и закреплена между первичным и вторичным концентраторами у их основания с помощью ободка, а датчик слежения закреплен своим основанием на вершине вторичного охлаждающего устройства с призматическими законцовками, внутренняя часть которых выполнена в виде радиаторных ребер, а вторичный приемник закреплен на внешней стороне призматических законцовок.
