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 2686123:

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

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 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.

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 p-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 близкой к предлагаемому техническому решению является система фотоэлектрических преобразователей солнечного излучения (пат.RU №2413334; МПК H01L 31/04) включающая оптическую систему, содержащую линзу Френеля, четыре последовательно расположенных селективных оптических фильтров, каждый со своим фотоприемником, 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 направляется 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, отсутствие защиты от механических воздействий и отсутствие системы охлаждения, что снижает надежность системы и ее КПД.

Технической задачей предлагаемого технического решения является разработка системы фотоэлектрических преобразователей солнечного излучения с упрощенной технологией изготовления, повышающей точность и надежность монтажа фотоэлектрических элементов и увеличивающей ее эффективность и стабильность работы, при этом снижающей стоимость как 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 его 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 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.

Кроме того, фотоэлектрический модуль снабжен светоотражающими фокусирующими зеркалами, выполненными на основе принципа Френеля и расположенными на тыльной стороне фотоэлектрического модуля.

Кроме того, основания фотоэлектрических преобразователей снабжены трубами для подачи и отвода теплоносителя, расположенными со стороны фронтальной стенки.

Заявляемый фотоэлектрический модуль фотоэлектрических преобразователей солнечного излучения поясняется чертежами где:

на фиг. 1 представлено устройство фотоэлектрического модуля прямоугольной формы с угловым расположением призмы и фокусирующими зеркалами, направленными на фотоэлектрические преобразователи, на фиг. 2 представлено устройство фотоэлектрического модуля прямоугольной формы с угловым расположением призмы и фокусирующими зеркалами, выполненными на принципе Френеля, направленными на фотоэлектрические преобразователи. Общая схема фотоэлектрического модуля представлена на фиг. 1 с изображением поперечного сечения фотоэлектрического модуля.

Фронтальная панель корпуса 1 с установленной за ней линзой Френеля 2 закреплена на боковых стенках корпуса 3 фотоэлектрического модуля (фиг. 1). На боковых стенках 3 закреплены также опоры 4 призмы 5, установленной под углом к оси модуля. Опоры 4 представляют собой дуги для поддержания призмы 5 и закреплены на теплоотводящих основаниях 6, на которых расположены фотоэлектрические преобразователи 7. Подача и отвод теплоносителя осуществляется через трубы 8. На тыльной стороне 9 корпуса расположены светоотражающие фокусирующие зеркала 10 (фиг. 1) или светоотражающие фокусирующие зеркала 11 (фиг. 2), выполненные на основе принципа Френеля.

Призма 5 (фиг. 1) установлена под углом α к оси модуля и закреплена на опоре 4 в виде дуг, закрепленных на теплоотводящих основаниях 6, установленных под углом γ к стенке корпуса 3 для обеспечения направления светового потока от светоотражающих зеркал 10 или 11 под углом, наиболее близким к прямому, по отношению к фотоэлектрическим преобразователям 7.

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 светоотражающие фокусирующие зеркала 10 либо фокусирующие зеркала на принципе Френеля 11 (фиг. 2).

Разделенные по спектру потоки света направлены на светоотражающие фокусирующие зеркала 10 (фиг. 1), либо на светоотражающие фокусирующие зеркала 11, выполненные на основе принципе Френеля, отражаются и направляются на соответствующие фотоэлектрические преобразователи 7.

На фиг. 1, 2 показано угловое расположение (крепление) фотоэлектрических преобразователей 7 по отношению к стенке 3 корпуса, обеспечивающее оптимальное направление потоков света от фокусирующих зеркал 9 к фотоэлектрическим преобразователям 7 близкое к 90°. Это позволит уменьшить вертикальное сечение (толщину) фотоэлектрического модуля.

На фигуре 2 представлено устройство, в котором использованы, светоотражающие фокусирующие зеркала 11, выполненные на основе принципа Френеля. Это позволит дополнительно уменьшить габариты фотоэлектрического модуля.

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 предлагаемом устройстве все фотоэлектрические преобразователи могут быть соединены между собой последовательно, параллельно или параллельно - последовательно для обеспечения возможности работы каждой системы фотопреобразователей в комплексе станции фотоэлектрических преобразователей с независимым поддержанием рабочей температуры отдельной системой фотоэлектрических преобразователей.

В заявляемой системе для каждого светового потока, на которые разделено излучение солнечного спектра с помощью системы из селективных оптических элементов (линз Френеля, призм), выбраны полупроводниковые материалы фотоэлектрических преобразователей с соответствующей шириной энергетической запрещенной зоны Ei.

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, распложенной на внутренней его 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 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.

2. Фотоэлектрический модуль по п. 1, отличающийся тем, что он снабжен светоотражающими фокусирующими зеркалами, выполненными на основе принципа Френеля и расположенными на тыльной стороне фотоэлектрического модуля.

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



 

Похожие патенты:

Cолнечная батарея с объемной конструкцией выполнена в виде перевернутой, усеченной, многогранной пирамиды, причем на внутренних поверхностях боковых сторон и основания усеченной пирамиды расположены фотоэлектрические преобразователи, причем на ребрах пирамиды установлены зеркальные элементы, отражающие свет внутрь пирамиды, на поверхность противолежащих фотоэлектрических преобразователей.

Группа изобретений относится к технологии устройств твердотельной электроники и может быть использована при разработке фотоприемников видимого и ближнего ИК-диапазона.

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.

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 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.

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 электронным устройствам, уложенным друг на друга. Электронный узел содержит первое электронное устройство, которое включает в себя полость, которая углубляется в заднюю сторону первого электронного устройства, при этом первое электронное устройство включает в себя промежуточную пластину на передней стороне первого электронного устройства, при этом полость в первом электронном устройстве углубляется сквозь первое электронное устройство до промежуточной пластины, и электронный узел также содержит второе электронное устройство, установленное на первом электронном устройстве в пределах полости в первом электронном устройстве.

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.

Наверх