Солнечный модуль с концентратором

Изобретение относится к гелиотехнике, в частности к солнечным модулям с концентраторами солнечного излучения для получения электричества и тепла. Технический результат состоит в повышении удельной мощности приемника за счет отсутствия потерь энергии на блокировку и затенение в отклоняющей оптической системе. Для этого в солнечном модуле с концентратором, имеющем рабочую поверхность, на которую падает солнечное излучение, концентратор и приемник излучения, на рабочей поверхности установлена отклоняющая оптическая система из зеркальных отражателей, выполненных в виде жалюзи из плоских зеркальных фацет, концентратор выполнен в виде голографической линзы. 2 ил.

 

Изобретение относится к гелиотехнике, в частности к солнечным модулям с концентраторами солнечного излучения для получения электроэнергии и тепла.

Известен солнечный модуль с концентратором, содержащий голографическую сетку, разделяющую падающий спектр солнечного излучения на видимый и инфракрасный диапазон, а также линзу Френеля, концентрирующую видимый спектр на фотоэлектрический преобразователь, а инфракрасный спектр – на теплообменник (Xia, X.W.; Parfenov, A.V.; Aye, T.M.; Shih, M.-Y. Efficient hybrid electric and thermal energy generation. In Proceedings of SPIE, San Diego, CA, USA, 22–24 August 2011).

Недостатками известного модуля являются потери на френелевское отражение, высокая материалоемкость.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому изобретению является солнечный модуль, содержащий концентратор энергии, состоящий из голографической линзы, которая фокусирует падающее излучение на теплофотоэлектрический приемник, солнечный модуль с концентратором интегрирован в систему солнцезащитных ламелей, вращающихся вслед за движением Солнца (Julia Marín-Sáez, Daniel Chemisana, Álex Moreno, Alberto Riverola, Jesús Atencia and María-Victoria Collados. Energy Simulation of a Holographic PVT Concentrating System for Building Integration Applications. Energies 2016, 9, 577; 25 July 2016).

Недостатками всех известных типов солнечных модулей является низкая удельная мощность приемника солнечного излучения.

Задачей предлагаемого изобретения является повышение удельной мощности приемника солнечного излучения.

В результате использования предлагаемого солнечного модуля повышается удельная мощность приемника за счет того, что концентратор выполнен в виде голографической линзы с гелиостатом, имеющим нулевые потери солнечной энергии на блокировку и затенение.

Вышеуказанный технический результат достигается тем, что в солнечном модуле с концентратором, имеющем рабочую поверхность, на которую падает солнечное излучение, концентратор и приемник излучения, на рабочей поверхности установлена отклоняющая оптическая система из зеркальных отражателей, выполненных в виде жалюзи из плоских зеркальных фацет, согласно изобретению, концентратор выполнен в виде голографической линзы, при этом проекция угла на плоскость симметрии отклоняющей оптической системы между направлением на Солнце и базовой плоскостью h, угол возвышения нормали к зеркальной поверхности отражателей относительно базовой плоскости z, ширина зеркальных отражателей b, минимальное расстояние между зеркальными отражателями для предотвращения затенения и блокировки tbs связаны соотношением:

,

где b – ширина зеркальных отражателей,

tbs – шаг зеркальных отражателей, предотвращающий блокировку и затенение,

h –проекция на плоскость симметрии отклоняющей оптической системы угла между направлением на Солнце и базовой плоскостью,

z – угол возвышения нормали к зеркальной поверхности отражателя относительно базовой плоскости.

Сущность предлагаемого изобретения поясняется чертежами, где на фиг. 1 представлена схема отклоняющей оптической системы солнечного модуля с концентратором, на фиг. 2 представлен ход лучей в солнечном модуле с концентратором с отклоняющей оптической системой, состоящей из миниатюрных зеркальных отражателей в виде жалюзи из параллельных плоских фацет и голографическим концентратором с общим приемником.

Солнечный модуль с концентратором содержит рабочую поверхность 1, на которую падает солнечное излучение 4, зеркальную отклоняющую оптическую систему 2, состоящую из зеркальных отражателей 3 шириной b, установленных под углом z относительно базовой плоскости 5. Зеркальные отражатели 3 установлены друг от друга на расстоянии tb.

Для предотвращения эффекта блокировки зеркальных отражателей 3 шаг между соседними отражателями устанавливается не менее tb (фиг. 1).

По теореме синусов:

где b – ширина зеркального отражателя 3,

tb – шаг зеркальных отражателей 3, предотвращающий блокировку,

γ – угол снижения отражённого потока солнечного излучения 4 относительно базовой плоскости 5 (фиг. 1).

Угол ε определен следующим образом:

или

где α – угол между зеркальной поверхностью отражателя 3 и базовой плоскостью 5,

z – угол возвышения вектора нормали 6 к зеркальной поверхности отражателя 3 относительно базовой плоскости 5,

γ – угол снижения отражённого потока солнечного излучения 4 относительно базовой плоскости 5.

Тогда

где b – ширина зеркального отражателя 3,

tb – шаг зеркальных отражателей 3, предотвращающий блокировку,

z – угол возвышения вектора нормали 6 к зеркальной поверхности отражателя 3 относительно базовой плоскости 5,

γ – угол снижения отражённого потока солнечного излучения 4 относительно базовой плоскости 5.

Минимальное расстояние ts между зеркальными отражателями 3 (фиг.1), позволяющее избежать затенения, определяется следующим образом.

Аналогично предыдущему:

где h –проекция на плоскость симметрии отклоняющей оптической системы 2 угла между направлением на Солнце и базовой плоскостью 5, при этом 0 ≤ h ≤  180°,

b – ширина зеркального отражателя 3,

ts – шаг зеркальных отражателей 3, предотвращающий затенение.

Угол φ определяется через углы h и z:

где h –проекция на плоскость симметрии отклоняющей оптической системы 2 угла между направлением на Солнце и базовой плоскостью 5, при этом 0 ≤ h ≤  180°,

z – угол возвышения вектора нормали 6 к зеркальной поверхности отражателя 3 относительно базовой плоскости 5.

Тогда

где h –проекция на плоскость симметрии отклоняющей оптической системы 2 угла между направлением на Солнце и базовой плоскостью 5, при этом 0 ≤ h ≤  180°,

z – угол возвышения вектора нормали 6 к зеркальной поверхности отражателя 3 относительно базовой плоскости 5,

b – ширина зеркального отражателя 3,

ts – шаг зеркальных отражателей 3, предотвращающий затенение.

Из рассмотрения фиг. 1 следует, что

где h –проекция на плоскость симметрии отклоняющей оптической системы 2 угла между направлением на Солнце и базовой плоскостью 5, при этом 0 ≤ h ≤  180°,

z – угол возвышения вектора нормали 6 к зеркальной поверхности отражателя 3 относительно базовой плоскости 5,

γ – угол снижения отражённого потока солнечного излучения 4 относительно базовой плоскости 5.

Тогда минимальное расстояние между зеркальными отражателями 3 для предотвращения затенения зеркальных поверхностей

а для предотвращения блокировки

Из (9) и (10) получаем соотношение, связывающее высоту Солнца h, угол наклона z зеркальных отражателей 3, шаг tbs зеркальных отражателей 3 и ширину b для одновременного предотвращения эффектов блокировки и затенения

где tbs – шаг зеркальных отражателей, предотвращающий блокировку и затенение,

b – ширина зеркального отражателя 3,

h –проекция на плоскость симметрии отклоняющей оптической системы 2 угла между направлением на Солнце и базовой плоскостью 5, при этом 0 ≤ h ≤  180°,

z – угол возвышения вектора нормали 6 к зеркальной поверхности отражателя 3 относительно базовой плоскости 5.

На фиг.2 показан ход лучей в солнечном модуле с голографическим концентратором 7.

Солнечный модуль с концентратором на фиг. 2 содержит голографический концентратор 7, теплофотоэлектрический приемник 8, поверхность входа 9, на которой установлены соединенные в гелиостат 10 миниатюрные зеркальные отражатели 3. Теплофотоэлектрический приемник 8 содержит соединенные солнечные элементы 11, электроизолированные от теплообменника 12. Расстояние tbs между зеркальными отражателями 3, а также угол наклона z зеркальных отражателей устанавливаются в соответствии с (11).

Солнечный модуль с концентратором работает следующим образом.

Солнечное излучение поступает на зеркальный отражатель 3 под углом h, попадает на рабочую поверхность голографического концентратора 7 после отражения от зеркального отражателя 3 и преобразования в голографическом концентраторе 7 попадает на теплофотоэлектрический приемник 8.

Гелиостат 10 представляет собой параллельные ряды синхронно работающих зеркальных отражателей 3. Расстояние tbs между зеркальными отражателями 3, а также угол наклона z зеркальных отражателей 3 устанавливаются в соответствии с (11) в зависимости от значения угла h, характеризующего положение Солнца относительно гелиостата 10.

Выполнение модуля в виде составного концентратора из голографической линзы с миниатюрными зеркальными отражателями позволяет исключить потери энергии в гелиостате на блокировку и затенение, увеличить концентрацию солнечного излучения и удельную мощность солнечного модуля с концентратором по сравнению с солнечным модулем с призменным концентратором и уменьшить толщину модуля по сравнению с солнечным модулем с концентратором на основе фоклина и призмы.

Солнечный модуль с концентратором, имеющий рабочую поверхность, на которую падает солнечное излучение, концентратор и приемник излучения, на рабочей поверхности установлена отклоняющая оптическая система из зеркальных отражателей, выполненных в виде жалюзи из плоских зеркальных фацет, отличающийся тем, что концентратор выполнен в виде голографической линзы, при этом проекция угла на плоскость симметрии отклоняющей оптической системы между направлением на Солнце и базовой плоскостью h, угол возвышения нормали к зеркальной поверхности отражателя относительно базовой плоскости z, ширина зеркального отражателя b, минимальное расстояние между зеркальными отражателями для предотвращения затенения и блокировки tbs связаны соотношением:

,

где b – ширина зеркальных отражателей,

tbs – шаг зеркальных отражателей, предотвращающий блокировку и затенение,

h – проекция на плоскость симметрии отклоняющей оптической системы угла между направлением на Солнце и базовой плоскостью,

z – угол возвышения нормали к зеркальной поверхности отражателя относительно базовой плоскости.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к электротехнике, в частности к электрическим машинам с постоянными магнитами и солнечными модулями. Технический результат – повышение эффективности работы.

Изобретение относится к области электроэнергетики и может быть использовано при организации электроснабжения потребителей электроэнергией на переменном токе от солнечных батарей, а также при строительстве промышленных солнечных электростанций.

Изобретение относится к системам автономного электроснабжения. Система автономного электроснабжения содержит ветротурбину переменной скорости вращения, фотоэлектрический преобразователь, преобразующий световую энергию в электрическую энергию постоянного тока, приводной дизель, механически связанный с аксиальным многофазным бесконтактным синхронным генератором, аккумуляторную батарею, выполненную с возможностью соединения через выпрямитель с выходом аксиального многофазного бесконтактного синхронного генератора и имеющую возможность подключения к потребителям постоянного тока и через инвертор к потребителям переменного тока, тепловой преобразователь, трехвходовую аксиальную генераторную установку, механически связанную с приводным дизелем и имеющую механический, световой и тепловой входы, и сумматор тепловой энергии с первым и вторым входами, выход которого подсоединен к тепловому входу трехвходовой аксиальной генераторной установки, при этом ветротурбина жестко связана с механическим входом трехвходовой аксиальной генераторной установки, выход фотоэлектрического преобразователя соединен со световым входом трехвходовой аксиальной генераторной установки, а выход теплового преобразователя подсоединен к первому входу сумматора тепловой энергии, при этом аккумуляторная батарея выполнена с возможностью подключения через выпрямитель к выходу трехвходовой аксиальной генераторной установки, а приводной дизель сообщен с блоком утилизации тепла, выход которого подключен ко второму входу сумматора тепловой энергии.

Группа изобретений относится к опорной пластине и узлу, образованному фотоэлектрической панелью и указанной пластиной. Технический результат заключается в повышении эффективности рекуперации тепла, излучаемого фотоэлектрической панелью.

Изобретение относится к гелиоархитектуре и гелиоэнергетике, в частности к солнечным зданиям со встроенными солнечными энергетическими установками для получения электрической энергии и теплоты.

Изобретение относится к области ветроэнергетики. Ветроэнергогенерирующая установка включает ротор с вертикальной осью вращения и вогнутыми лопастями и концентратор цилиндрической формы, состоящий из направляющих, зафиксированные на стойках.

Изобретение относится к области электротехники и энергетики. Устройство автономного электропитания содержит ветрогенератор, преобразователь солнечной энергии в электрическую, блок заряда аккумуляторных батарей, аккумуляторные батареи, выходы которых присоединены через инвертор напряжения и распределительное устройство к нагрузке, и узел управления, при этом дополнительно введены блок заряда суперконденсаторов и блок суперконденсаторов, при этом блок заряда суперконденсаторов подключен входом параллельно блоку заряда аккумуляторных батарей к ветрогенератору и преобразователю солнечной энергии в электрическую, а выходом соединен с входом блока суперконденсаторов, выход которого соединен с входом блока заряда аккумуляторных батарей.

Изобретение относится к области электротехники, в частности к энергетическим установкам малой энергетики, и может быть использовано для создания ветро-фотоэлектрических станций.

Изобретение относится к ветро-фотоэлектрическим станциям. Энергетическая установка содержит центральную башню и ротор с поворотными лопастями, размещенными между жесткими кольцевыми дисками и выполненными с возможностью вращения вокруг вертикальных осей посредством приводов поворота, элементы связи кольцевых дисков со ступицами ротора, установленными с возможностью вращения вокруг продольной оси центральной башни, и кольцевой понтон, размещенный с возможностью вращения вокруг центральной башни и скрепленный с нижним кольцевым диском, батарею фотоэлектрических модулей, закрепленной на верхнем кольцевом диске на его верхней периферийной поверхности, имеющей в каждой ее точке отклонение нормали в сторону от оси вращения ротора на 5°…45°, зависимый инвертор, установленный на роторе, и токопередающий узел, установленный соосно с центральной башней.

Изобретение относится к электротехнике, к двигателям постоянного тока с постоянным магнитом, использующим солнечный генератор для питания обмотки ротора. Технический результат заключается в более полном использовании площади солнечных элементов и увеличении их мощности, а также в снижении э.д.с.

Изобретение относится к гелиотехнике, в частности к солнечным модулям с концентраторами солнечного излучения для получения электричества и тепла. Технический результат состоит в повышении удельной мощности приемника за счет отсутствия потерь энергии на блокировку и затенение в отклоняющей оптической системе. Для этого в солнечном модуле с концентратором, имеющем рабочую поверхность, на которую падает солнечное излучение, концентратор и приемник излучения, на рабочей поверхности установлена отклоняющая оптическая система из зеркальных отражателей, выполненных в виде жалюзи из плоских зеркальных фацет, концентратор выполнен в виде голографической линзы. 2 ил.

Наверх