Фотоэлектрический модуль



Фотоэлектрический модуль
Фотоэлектрический модуль
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 2684685:

федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Национальный исследовательский университет "МЭИ" (ФГБОУ ВО "НИУ "МЭИ") (RU)

Изобретение относится к области гелиоэнергетики и касается фотоэлектрического модуля. Фотоэлектрический модуль включает в себя корпус с боковыми стенками, прозрачную фронтальную стенку с линзой Френеля, расположенной на внутренней ее стороне, фотоэлектрические преобразователи с различной шириной запрещенной зоны и оптический фильтр, расположенный в зоне действия линзы Френеля. Фотоэлектрические преобразователи расположены на тыльной стороне фотоэлектрического модуля, а оптический фильтр выполнен в виде пирамидальной плоскопараллельной призмы, расположенной между линзой Френеля и фотоэлектрическими преобразователями. Призма установлена с возможностью поворота на угол 0-45° к оптической оси линзы Френеля и боковыми поверхностями обращена к световому потоку. Центр призмы проходит через оптическую ось линзы Френеля. Технический результат заключается в упрощении технологии изготовления, повышении точности и надежности монтажа, увеличении эффективности и стабильности работы. 2 з.п. ф-лы, 2 ил.

 

Изобретение относится к области концентраторных солнечных фотоэлектрических преобразователей, применяемых на наземных гелиоэнергетических установках.

Одним из методов получения электроэнергии является фотоэлектрическое преобразование концентрированного солнечного излучения с использованием оптических концентраторов и многокаскадных солнечных элементов. Оптические концентраторы обеспечивают высокую степень концентрации солнечного излучения, позволяют увеличить КПД преобразования солнечного излучения и уменьшить площадь солнечных элементов в соответствии с кратностью концентрирования солнечного излучения. Выбор фотоэлементов обеспечивает повышение КПД фотоэлектрических преобразователей солнечного излучения.

Известен фотоэлектрический модуль пат RU №2395136; H01L 31/042 включающий боковые стенки, фронтальную панель с линзами Френеля на внутренней стороне, светопрозрачную тыльную панель с солнечными элементами, снабженными теплоотводящими основаниями и центр линзы Френеля совпадает с фокусом этой линзы.

Недостатком устройства является использование одного фотоэлектрического модуля, что не обеспечивает использование широкого спектра солнечного излучения. И значительная часть солнечной энергии не преобразованная в электрическую превращается в тепло, которое передается от фотоэлементов к теплоотводящим основаниям и тыльной панели и рассеивается в окружающем пространстве.

Известен фотоэлектрический модуль заявка РСТ № WO 9213362; H01L 31/00; 06.08.1992 состоящий из нескольких фотоэлектрических сборок содержащих корпус и смонтированный в корпусе концентратор в виде линз Френеля с фоточувствительным элементом расположенным на задней стенке корпуса. При этом корпуса могут иметь вид усеченного конуса или усеченной пирамиды.

Недостатком данного фотоэлектрического модуля является сложность изготовления, низкая чувствительность по всему спектру солнечного излучения и высокие тепловые потери фотоэлемента.

Известен фотоэлектрический модуль пат RU №2307294; МПК H01L 31/052 от 27.09.2007 содержащий боковые стенки и фронтальную панель из силикатного стекла с линзами Френеля на ее тыльной стороне и солнечные фотоэлементы с теплоотводящими основаниями. Теплоотводящие основания выполнены в виде лотков с плоским дном. Светоприемные поверхности фотоэлементов находятся в фокусном центре двух концентраторов - линзы Френеля и плоско-выпуклых линз.

Предлагаемый модуль обеспечивает повышение энергопроизводительности фотоэлектрического модуля. Недостатком устройства является высокая трудоемкость настройки фотоэлементов, большая вероятность не совпадения центров фотоэлементов с центрами линз и узкий диапазон чувствительности фотоэлементов.

Известна система фотоэлектрических преобразователей солнечного излучения (пат US №6281426; МПК H01L 25/00; 28.08.2001) выполненная в виде многопереходного монолитного фотопреобразователя состоящая из фотоактивных р-n переходов соединенных в тандем на подложке. При этом предложены варианты с двухпереходными, трех- и четырехпереходными солнечными элементами.

Недостатком этой системы является сложность получения фотопреобразователя при большом количестве последовательно выращиваемых фоточувствительных слоев, требующих согласования между собой по ряду параметров.

Наиболее близким к предлагаемому является техническое решение системы фотоэлектрических преобразователей солнечного излучения (пат. RU №2413334; МПК H01L 31/04), включающей оптическую систему, расщепляющую солнечный спектр на селективных оптических фильтрах с четырьмя разными спектральными диапазонами, при этом часть отраженного спектра направляется на фотоприемник, а прошедшая через оптический фильтр на следующий фильтр со своим фотоприемником. При этом фоточувствительные полупроводниковые материалы фотоэлектрических преобразователей подобраны со своей соответствующей шириной запрещенной зоны Е1.

Недостатком выше указанного устройства является конструктивная сложность, необходимость наладки каждого элемента отдельно, защита от механических воздействий и отсутствие системы охлаждения, что снижает надежность системы и ее КПД.

Технической задачей предлагаемого изобретения является разработка системы фотоэлектрических преобразователей солнечного излучения, упрощающей технологию изготовления, повышающей точность и надежность монтажа солнечных элементов и увеличивающей ее эффективность и стабильность работы, при снижении стоимости как при ее изготовления, так и эксплуатации.

Поставленная задача решается тем, что в известном фотоэлектрическом модуле, содержащем корпус с боковыми стенками, прозрачную фронтальную стенку с линзой Френеля, расположенной на внутренней ее стороне, фотоэлектрические преобразователи с различной шириной запрещенной зоны,, оптический фильтр, расположенный в зоне действия линзы Френеля, согласно изобретению, фотоэлектрические преобразователи с различной шириной запрещенной зоны, расположены на тыльной стороне фотоэлектрического модуля, оптический фильтр выполнен в виде пирамидальной плоскопараллельной призмы, установленной с возможностью поворота на угол 0-45° к оптической оси линзы Френеля и боковыми поверхностями обращенной к световому потоку, расположенной между линзой Френеля и фотоэлектрическими преобразователями, при этом центр призмы проходит через оптическую ось линзы Френеля.

Кроме того, фотоэлектрический модуль может быть снабжен дополнительными линзами Френеля, расположенными в ряд между пирамидальной плоско-параллельной призмой и фотоэлектрическими преобразователями.

Кроме того, основания фотоэлектрических преобразователей снабжены трубами для подачи и отвода теплоносителя.

Заявляемый фотоэлектрический модуль фотоэлектрических преобразователей солнечного излучения поясняется чертежами где:

на фиг. 1 представлено поперечное сечение фотоэлектрического модуля со смещением призмы, ее угловым расположением;

на фиг. 2 представлено поперечное сечение фотоэлектрического модуля с дополнительными фокусирующими линзами (Френеля) расположенными между призмой и перед фотоэлектрическими преобразователями направляющие разделенные потоки света на свой фотоэлектрический преобразователь.

Общая схема фотоэлектрического модуля представлена на фиг. 1 с изображением поперечного сечения фотоэлектрического модуля.

Фронтальная стенка 1 с установленной за ней линзой Френеля 2 закреплены на боковых стенках корпуса 3 фотоэлектрического модуля (фиг. 1-3). На боковых стенках 3 закреплены также опоры 4 для установки пирамидальной плоско-параллельной призмы 5, установленной с возможностью поворота на угол 0-45° к оптической оси линзы Френеля и боковыми поверхностями обращенной к световому потоку, расположенной между линзой Френеля и фотоэлектрическими преобразователями, при этом центр призмы проходит через оптическую ось линзы Френеля. В нижней части корпуса 3 на тыльной стенке на теплоотводящем основании 6 установлены фотоэлектрические преобразователи 7. Теплоотводящее основание 6 снабжено трубами подачи 8 и отвода 9 теплоносителя. Нижние участки 10 боковых стенок 3 могут быть установлены под углом к верхним участкам боковых стенок 3 и к теплоотводящему основанию 6. Призма 5 установлена на опорах 4 и закреплена на дуге 11. В фотоэлектрическом модуле (фиг. 2) для распределения потока света на фотоэлектрические преобразователи 7 установлены дополнительные линейные линзы Френеля 12 на опорах 13.

Работа фотоэлектрического модуля осуществляется следующим образом: световой поток (фиг. 1) через светопропускающую фронтальную панель 1 проходит на линзу Френеля 2 и фокусируется на призме 5, которая распределяет поток света на фотоэлектрические преобразователи 7, при этом линза Френеля 2, призма 5 и фотоэлектрические преобразователи 7 расположены линейно по одной оси. Соосность расположения линзы Френеля 2 и фотоэлектрических преобразователей 7 обеспечивается смещением относительно оси модуля расположения призмы 5 (фиг. 1) и угла наклона относительно оси модуля. Это позволит уменьшить объем модуля. Дополнительные линзы Френеля 12 направляют разделенные по спектру потоки света на соответствующие фотоэлектрические преобразователи 7.

Предлагаемый фотоэлектрический модуль разделяя солнечное излучение по спектрам и направляя каждый участок спектра на свой фотоэлектрический преобразователь позволит более эффективно использовать установленные фотоэлектрические преобразователи, а система дополнительного, и в том числе раздельного их охлаждения позволит увеличить их КПД и срок службы.

В заявляемой системе для каждого светового потока, на которые разделено излучение солнечного спектра с помощью системы из селективных оптических элементов (линз Френеля, пирамидальной плоско-параллельной призмы), установлены полупроводниковые фотоэлектрические преобразователи с соответствующей шириной энергетической запрещенной зоны Е, а так же примесные полупроводники для наиболее широкого охвата солнечного спектра.

Использование спектрального расщепления света обеспечивает расположение фотоэлектрических преобразователей отдельно друг от друга, что упрощает и удешевляет их монтаж и обеспечивает повышение эффективности использования фотоэлектрических модулей. Потери от несогласованности токов и напряжений могут быть устранены простой коммутацией фотоэлектрических преобразователей при их раздельном монтаже преобразователей в системе фотоэлектрического модуля.

1. Фотоэлектрический модуль, содержащий корпус с боковыми стенками, прозрачную фронтальную стенку с линзой Френеля, расположенной на внутренней ее стороне, фотоэлектрические преобразователи с различной шириной запрещенной зоны, оптический фильтр, расположенный в зоне действия линзы Френеля, отличающийся тем, что фотоэлектрические преобразователи с различной шириной запрещенной зоны расположены на тыльной стороне фотоэлектрического модуля, оптический фильтр выполнен в виде пирамидальной плоскопараллельной призмы, установленной с возможностью поворота на угол 0-45° к оптической оси линзы Френеля и боковыми поверхностями обращенной к световому потоку, расположенной между линзой Френеля и фотоэлектрическими преобразователями, при этом центр призмы проходит через оптическую ось линзы Френеля.

2. Фотоэлектрический модуль по п. 1, отличающийся тем, что он снабжен дополнительными линзами Френеля, расположенными в ряд между пирамидальной плоскопараллельной призмой и фотоэлектрическими преобразователями.

3. Фотоэлектрический модуль по п. 1, отличающийся тем, что основания фотоэлектрических преобразователей снабжены трубами для подачи и отвода теплоносителя.



 

Похожие патенты:

Закрытое устройство для использования солнечной энергии содержит первый приемник, который образует относительно закрытую первую полость, на которой обеспечено одно входное световое отверстие, один элемент преобразования световой энергии или один элемент преобразования световой энергии и по один светоотражающий элемент, который обеспечен на внутренней стенке первой полости или во внутреннем пространстве первой полости, световодное устройство плотно соединеное с входным световым отверстием, для направления собранного снаружи солнечного света таким образом, чтобы он входил в первую полость через входное световое отверстие, второй приемник, который образован в виде второй полости, на которой обеспечено входное световое отверстие, при этом второй приемник частично обеспечен во внутреннем пространстве первой полости, элемент преобразования световой энергии обеспечен на внутренней стенке второй полости или обеспечен во внутреннем пространстве второй полости, световодное устройство проходит через входное световое отверстие первой полости и плотно соединено с входным световым отверстием второй полости для направления собранного снаружи солнечного света во вторую полость, световодное устройство, соединенное с входным световым отверстием второй полости, плотно соединено с входным световым отверстием второй полости, вторая полость дополнительно снабжена одним входным отверстием второго рабочего тела, чтобы позволить второму рабочему телу входить во вторую полость, и выходным отверстием второго продукта, чтобы позволить второму продукту выходить из второй полости в присоединенную снаружи систему циркуляции, причем второй продукт является веществом, получаемым после воздействия по меньшей мере части энергии солнечного света на первое рабочее тело.
Изобретение относится к области полупроводникового материаловедения и может быть использовано в изделиях оптоэлектроники, работающих в инфракрасной области спектра, лазерной и сенсорной технике.

Способ изготовления светопроницаемого тонкопленочного солнечного модуля на основе халькопирита включает нанесение слоя металлических электродов на прозрачную предварительно очищенную подложку, формирование на ней слоя металлических электродов в виде массива поочередно расположенных отдельных металлических электродов, очистку прозрачной подложки со слоем металлических электродов от отходов процесса формирования массива металлических электродов, формирование фотоактивного слоя халькопирита CIGS, нанесение буферного слоя, удаление части буферного слоя и нижележащей части фотоактивного слоя над каждым металлическим электродом для обеспечения доступа к слою металлического электрода, нанесение слоя прозрачного электрода, удаление части прозрачного электродного слоя, нижележащей части буферного слоя и нижележащей части фотоактивного слоя над каждым металлическим электродом для обеспечения доступа к слою металлического электрода, образуя последовательное соединение элементов солнечного модуля, при этом формирование фотоактивного слоя осуществляют способом электрохимического осаждения или способом печати прекурсоров фотоактивного слоя халькопирита CIGS с последующей термической обработкой, при этом нанесение прекурсоров осуществляют непосредственно на поверхность каждого металлического электрода, исключая другие участки.

Изобретение относится к солнечной энергетитке, в частности к способам изготовления фотопреобразователей на трехкаскадных эпитаксиальных структурах GaInP/Ga(In)As/Ge, выращенных на германиевой подложке.

Изобретение может быть использовано для создания СВЧ-фотодетекторов на основе эпитаксиальных структур GaAs/AlxGa1-xAs, чувствительных к излучению на длине волны 810-860 нм. Способ заключается в создании фоточувствительной области и контактной площадки для бондинга вне фоточувствительной области на полупроводниковой подложке, формировании на фоточувствительной области антиотражающего покрытия и шин фронтального омического контакта шириной 4-10 мкм.

Изобретение относится к области оптического приборостроения и касается способа изготовления многоэлементного двухспектрального матричного фотоприемника. Фотоприемник включает в себя корпус с входным окном, матрицу фоточувствительных элементов (МФЧЭ) с тонким поглощающим слоем из однородного полупроводникового материала, соединенную индиевыми микроконтактами со схемой считывания, приклеенной на коммутационный растр, обеспечивающий соединение с внешней схемой питания и управления видеосигнала фотоприемника.

Изобретение относится к области разработки и изготовления фоточувствительных полупроводниковых приборов на основе GaAs. Способ изготовления мощного импульсного фотодетектора, работающего в фотовольтаическом режиме (с нулевым напряжением смещения), на основе GaAs включает последовательное выращивание методом жидкофазной эпитаксии на n-GaAs подложке слоя n-AlxGa1-xAs при х=0,10-0,15, слоя i-GaAs, слоя р-GaAs и слоя p-AlxGa1-xAs при х=0,2-0,3 в начале роста и при х=0,09-0,16 в приповерхностной области слоя.

Изобретение относится к оптоэлектронике и может быть использовано для создания мощного СВЧ фотодетектора на основе эпитаксиальных структур GaAs/AlxGa1-xAs, чувствительных к излучению на длине волны 810-860 нм.

Изобретение относится к солнечной энергетике и может быть использовано для снабжения потребителей электроэнергией и горячей водой. Комбинированная гелиоколлекторная установка содержит корпус с крышкой, прозрачное покрытие, теплоизолирующий слой, защитный кожух.

Изобретение может быть использовано для создания мощных СВЧ фотодетекторов на основе эпитаксиальных структур GaAs/AlxGa1-xAs, чувствительных к излучению на длине волны 810-860 нм.

Cистема, использующая энергию солнца для генерирования энергии, включает в себя фотоэлектрический модуль, преобразователь энергии и устройство управления. Преобразователь энергии сконфигурирован, чтобы управлять выходным напряжением фотоэлектрического модуля так, чтобы выходное напряжение соответствовало целевому выходному напряжению.

Изобретение относится к инфракрасным сканирующим матричным фотоприемным устройствам (МФПУ) - устройствам большого формата, преобразующим входное оптическое изображение, формируемое объективом и сканером, в заданный спектральный диапазон, а затем в выходной электрический видеосигнал.

Изобретение относится к электротехнике. Полый цилиндр 1 состоит из двух половинок.

Изобретение относится к системам автоматической очистки солнечных панелей. Устройство очистки солнечной панели, содержащее источник питания, соединенный с солнечной панелью, датчики контроля загрязнения и провода, расположенные на поверхности солнечной панели, отличающееся тем, что провода выполнены с возможностью колебания и переплетены друг с другом в виде решетки, установленной на поверхность солнечной панели, при этом в качестве источника питания используют источник переменного тока, а датчики контроля загрязнения выполнены в виде датчиков натяжения проводов, расположенных по всей внешней грани решетки из проводов.

Изобретение относится к устройствам для генерирования электрической энергии путем преобразования энергии светового излучения в электрическую энергию.В солнечной батарее согласно изобретению несущая панель состоит из лицевой и тыльной обшивок, изготовленных из листов упругого материала, перфорированного для облегчения, и соединенных между собой ребрами жесткости, изготовленными из упругого материала; солнечные элементы с наклеенной на каждый из них тс лицевой стороны оптически прозрачной защитной пластиной и защитной пластиной с тыльной стороны, приклеены к лицевой обшивке панели, причем окна перфорации выполнены, а ребра жесткости расставлены в соответствии с габаритами солнечных элементов, с шагом, соответствующим шагу расстановки солнечных элементов.

Изобретение относится к приемникам инфракрасного излучения оптоэлектронных контрольно-измерительных приборов, таких как пирометры спектрального отношения и детекторы пламени.

Изобретение относится к области оптического приборостроения и касается двухканального инфракрасного приемника излучения. Приемник излучения включает в себя выполненную на подложке тонкопленочную матричную структуру снабженных оптическими фильтрами фотогальванических элементов на основе селенида свинца.

Изобретение относится к области солнечной фотоэнергетики. Тандемный металлооксидный солнечный элемент содержит два расположенных один под другим по ходу светового потока металлооксидных солнечных элемента (МО СЭ) на основе мезоскопических слоев сенсибилизированного металлооксида, имеющих общий промежуточный токосъемный контакт, при этом согласно изобретению общий промежуточный токосъемный контакт размещен на стеклянной подложке, расположенной между верхним и нижним по ходу светового потока МО СЭ, на которую со стороны, обращенной к верхнему по ходу светового потока МО СЭ, нанесен проводящий слой платины, являющийся для верхнего МО СЭ противоэлектродом, а с противоположной стороны стеклянной подложки, обращенной к нижнему по ходу светового потока МО СЭ, нанесено проводящее покрытие из оксида олова, допированного фтором или индием, служащее для нижнего МО СЭ проводящим электродом, при этом верхний по ходу светового потока МО СЭ сенсибилизирован органическим красителем, поглощающим солнечный свет в диапазоне длин волн 400-650 нм, а нижний по ходу светового потока МО СЭ сенсибилизирован органическим красителем, поглощающим солнечный свет в диапазоне длин волн 650-1000 нм.

Изобретение относится к теплоэлектроэнергетике и может быть использовано для утилизации возобновляемых, вторичных тепловых энергоресурсов и тепловой энергии природных источников.

Изобретение относится к области солнечной фотоэнергетики, в частности к устройствам для прямого преобразования солнечной энергии в электрическую с использованием концентраторов солнечного излучения, и может быть использовано в солнечных энергоустановках для работы в условиях как высокой, так и низкой освещенности.

Изобретение относится к области концентраторных солнечных фотоэлектрических преобразователей, применяемых на наземных гелиоэнергетических установках. Согласно изобретению в известном фотоэлектрическом модуле, содержащем корпус с боковыми стенками, прозрачную фронтальную стенку с линзой Френеля, расположенной на внутренней его стороне, фотоэлектрические преобразователи с различной шириной запрещенной зоны, оптический фильтр, расположенный в зоне действия линзы Френеля, при этом фотоэлектрические преобразователи с различной шириной запрещенной зоны расположены на уровне оптического фильтра, выполненного в виде призмы, расположенной между линзой Френеля и светоотражающими фокусирующими зеркалами, установленными на тыльной стороне фотоэлектрического модуля, направленными на соответствующие фотоэлектрические преобразователи с определенной шириной запрещенной зоны, при этом рабочие поверхности призмы обращены к линзе Френеля и фокусирующим зеркалам с возможностью поворота призмы относительно оптической оси линзы Френеля. Изобретение позволяет изготавливать системы фотоэлектрических преобразователей солнечного излучения с повышенной точностью и надежностью монтажа фотоэлектрических элементов, повышенной эффективностью и стабильностью работы, при пониженной стоимости как изготовления, так и эксплуатации. 2 з.п. ф-лы, 2 ил.

Изобретение относится к области гелиоэнергетики и касается фотоэлектрического модуля. Фотоэлектрический модуль включает в себя корпус с боковыми стенками, прозрачную фронтальную стенку с линзой Френеля, расположенной на внутренней ее стороне, фотоэлектрические преобразователи с различной шириной запрещенной зоны и оптический фильтр, расположенный в зоне действия линзы Френеля. Фотоэлектрические преобразователи расположены на тыльной стороне фотоэлектрического модуля, а оптический фильтр выполнен в виде пирамидальной плоскопараллельной призмы, расположенной между линзой Френеля и фотоэлектрическими преобразователями. Призма установлена с возможностью поворота на угол 0-45° к оптической оси линзы Френеля и боковыми поверхностями обращена к световому потоку. Центр призмы проходит через оптическую ось линзы Френеля. Технический результат заключается в упрощении технологии изготовления, повышении точности и надежности монтажа, увеличении эффективности и стабильности работы. 2 з.п. ф-лы, 2 ил.

Наверх