RU2013713C1 - Converter of solar energy into electric power - Google Patents

Abstract

FIELD: solar power engineering. SUBSTANCE: coaxial tubes 1 and 3 are located in the focal point of reflector 4. Photocells 2 are secured to outer surface of tubes 3. Space between the tubes and interior of tube 3 is used for cooling the photocells. The cooling liquid is luminescent. In a different modified form the focal point of the reflector has transparent tube filled with cooling liquid. Interior of the tube accommodates semicylindrical luminescent concentrator and semicylindrical substrate for photocells. EFFECT: enhanced efficiency of solar energy conversion. 3 cl, 2 dwg

Description

Изобретение относится к области прямого преобразования энергии солнечного излучения в электрическую и может быть использовано для создания автономных источников электроэнергии различного назначения. The invention relates to the field of direct conversion of solar radiation energy into electrical energy and can be used to create autonomous sources of electricity for various purposes.

Известен преобразователь солнечной энергии в электрическую в виде фотоэлектрического дискового модуля, помещаемого в линзу, состоящую из стеклянной оболочки, заполненной прозрачной жидкостью. Сконцентрированное линзой излучение попадает на рабочую поверхность элемента, отразившись от зеркального отражателя, размещаемого между линзой и ее фокусом. Таким образом фотоэлементы охлаждаются жидкостью со всех сторон, в том числе и с облучаемой поверхности. A known converter of solar energy into electrical energy in the form of a photoelectric disk module placed in a lens consisting of a glass shell filled with a transparent liquid. Concentrated by the lens radiation enters the working surface of the element, reflected from the mirror reflector placed between the lens and its focus. Thus, solar cells are cooled by liquid from all sides, including from the irradiated surface.

Недостатком этого преобразователя энергии является ограниченность степени концентрации излучения из-за малой эффективности охлаждения элементов в режиме теплопроводности или естественной конвекции жидкости, сложность компоновки большого числа концентраторов при ограниченном их максимальном размере, сложность коммутации модулей. The disadvantage of this energy converter is the limited degree of radiation concentration due to the low efficiency of cooling the elements in the heat conduction mode or natural convection of the liquid, the complexity of the layout of a large number of concentrators with a limited maximum size, the complexity of switching modules.

Известен также другой (аналогичный по режиму охлаждения) преобразователь солнечного излучения в электрическую энергию, в котором в фокусе параболоцилиндрического отражателя помещается приемник в виде двух коаксиальных труб. Внешняя труба прозрачная, а на внешней поверхности внутренней трубы размещены фотоэлементы. Зазор между трубами заполнен прозрачной жидкостью, служащей тепловым аккумулятором. Через внутреннюю трубу прокачивается теплоноситель, способный в ограниченном интервале значений режимных параметров поддерживать рабочий температурный уровень фотоэлементов. В этом преобразователе полупроводниковые элементы являются второстепенной надстройкой. Фотоэлементы находятся в неподвижной жидкости, предназначенной для аккумулирования тепла, а поэтому ограничена и допустимая степень концентрации излучения. Also known is another (similar in cooling mode) converter of solar radiation into electrical energy, in which a receiver in the form of two coaxial tubes is placed at the focus of a parabolic-cylindrical reflector. The outer tube is transparent, and photocells are placed on the outer surface of the inner tube. The gap between the pipes is filled with a clear liquid, which serves as a heat accumulator. A coolant is pumped through the inner pipe, capable of maintaining a working temperature level of solar cells in a limited range of operating parameters. In this converter, semiconductor elements are a minor superstructure. The solar cells are in a stationary liquid, designed to accumulate heat, and therefore the permissible degree of radiation concentration is limited.

Целью изобретения является повышение эффективности преобразования солнечной энергии и снижение стоимости установки путем повышения степени концентрации излучения при помещении фотоэлементов в поток охлаждающей, в частности люминесцирующей, жидкости, химически нейтральной по отношению к материалу фотоэлементов или к возможному их защитному покрытию. The aim of the invention is to increase the efficiency of conversion of solar energy and reduce the cost of installation by increasing the degree of radiation concentration when placing solar cells in a stream of cooling, in particular luminescent, liquid chemically neutral with respect to the material of the solar cells or their possible protective coating.

На фиг. 1 показан предлагаемый преобразователь, содержащий установленные в фокусе отражателя 4 коаксиальные трубки 1 и 3, фотоэлементы 2, наклеенные на внешнюю поверхность трубки 3. Наружная трубка 1 выполнена прозрачной, причем зазор между трубками и внутренняя полость трубки 3 сообщаются и выполнены проточными. Чтобы уменьшить необходимый для охлаждения фотоэлементов расход жидкости во внутреннюю трубку помещен вытеснитель 5. In FIG. 1 shows the proposed Converter containing installed in the focus of the reflector 4 coaxial tubes 1 and 3, photocells 2, glued to the outer surface of the tube 3. The outer tube 1 is made transparent, and the gap between the tubes and the inner cavity of the tube 3 are communicated and made flow-through. To reduce the fluid flow required for cooling the photocells, a displacer 5 is placed in the inner tube.

В предлагаемом преобразователе вынужденным потоком жидкости охлаждается весь элемент, а главное - непосредственно облучаемая поверхность его. Это позволяет использовать высокие степени концентрации излучения и существенно сократить необходимое для заданной мощности число фотоэлементов, а следовательно, и стоимость установки в целом. In the proposed converter, the entire element is cooled by a forced fluid flow, and most importantly, its directly irradiated surface. This allows you to use high degrees of radiation concentration and significantly reduce the number of photocells required for a given power, and therefore the cost of the installation as a whole.

Действительно, при активном охлаждении облучаемой поверхности фотоэлемента исключается температурный напор теплопроводности по толщине фотоэлемента, а значит на столько уменьшается и температурный уровень элемента. В качестве охлаждающей жидкости может использоваться и люминесцирующая жидкость, спектр излучения которой соответствует спектру поглощения фотоэлементов. Indeed, with active cooling of the irradiated surface of the solar cell, the temperature head of thermal conductivity over the thickness of the solar cell is excluded, which means that the temperature level of the cell decreases by so much. A luminescent liquid can also be used as a cooling liquid, the emission spectrum of which corresponds to the absorption spectrum of photocells.

Другой вариант предлагаемого преобразователя показан на фиг. 2. В фокусе отражателя 4 расположена прозрачная трубка 1 с размещенными в ней полуцилиндрическим люминесцентным концентратором 6 и полуцилиндрической подложкой 3, образующими цилиндрическую поверхность, коаксиальную прозрачной трубке. Фотоэлементы 2 расположены на торцах полуцилиндрической подложки 3. Полость внутри полуцилиндрической поверхности и зазор между последней и прозрачной трубкой сообщаются и выполнены проточными. Излучение, сконцентрированное на параболоцилиндрическом отражателе 4, фокусируется на люминесцентном концентраторе 6, а затем через торцы последнего попадает на фотоэлементы 2. За счет двухступенчатой концентрации излучения существенно уменьшается площадь фотоэлементов и принципиально снижаются требования к точности геометрического концентратора. Для уменьшения расхода охлаждающей жидкости и затрат мощности на ее прокачку в полость, образованную люминесцентным концентратором и подложкой, имеется вытеснитель 5. Another embodiment of the converter of the invention is shown in FIG. 2. In the focus of the reflector 4 there is a transparent tube 1 with a semicylindrical luminescent concentrator 6 and a semicylindrical substrate 3 placed therein, forming a cylindrical surface coaxial to the transparent tube. The photocells 2 are located at the ends of the semicylindrical substrate 3. The cavity inside the semicylindrical surface and the gap between the last and transparent tube are communicated and made flow-through. The radiation concentrated on the parabolic-cylindrical reflector 4 is focused on the luminescent concentrator 6, and then through the ends of the latter it is incident on the photocells 2. Due to the two-stage concentration of radiation, the area of the photocells is significantly reduced and the accuracy requirements for the geometric concentrator are fundamentally reduced. To reduce the flow rate of the coolant and the cost of power for its pumping into the cavity formed by the luminescent concentrator and the substrate, there is a displacer 5.

Таким образом, предлагаемые преобразователи солнечной энергии в электрическую за счет интенсивного охлаждения в них фотоэлементов допускают высокую степень концентрации излучения, обеспечивающую существенное снижение стоимости единицы установленной мощности. Thus, the proposed converters of solar energy into electrical energy due to the intensive cooling of solar cells in them allow a high degree of radiation concentration, which provides a significant reduction in the cost of a unit of installed power.

Claims (3)

1. ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ СОЛНЕЧНОЙ ЭНЕРГИИ В ЭЛЕКТРИЧЕСКУЮ, содержащий установленные в фокусе отражателя коаксиальные трубки, внутренняя из которых имеет на внешней поверхности фотоэлементы, а внешняя трубка выполнена прозрачной, причем зазор между трубками заполнен химически нейтральной жидкостью, отличающийся тем, что, с целью повышения эффективности преобразования солнечной энергии, зазор между трубками выполнен проточным и сообщен с полостью внутренней трубки. 1. A SOLAR ENERGY CONVERTER TO ELECTRICAL, containing coaxial tubes installed in the focus of the reflector, the inner of which has photocells on the outer surface, and the outer tube is transparent, and the gap between the tubes is filled with a chemically neutral liquid, characterized in that, in order to increase the conversion efficiency solar energy, the gap between the tubes is made flowing and communicated with the cavity of the inner tube. 2. Преобразователь по п. 1, отличающийся тем, что химически нейтральная жидкость является люминесцирующей. 2. The Converter according to claim 1, characterized in that the chemically neutral liquid is luminescent. 3. Преобразователь солнечной энергии в электрическую, содержащий установленную в фокусе отражателя прозрачную трубку с химически нейтральной жидкостью, внутри которой расположены на подложке фотоэлементы, отличающийся тем, что, с целью повышения эффективности преобразования солнечной энергии, преобразователь дополнительно содержит полуцилиндрический люминесцентный концентратор, подложка выполнена полуцилиндрической, образующей с концентратором цилиндрическую поверхность, коаксиальную прозрачной трубке, фотоэлементы расположены на торцах полуцилиндрической подложки, полость полуцилиндрической поверхности и зазор между последней и трубкой сообщены и выполнены проточными. 3. The converter of solar energy into electrical energy, containing a transparent tube with a chemically neutral liquid installed in the focus of the reflector, inside which there are photocells on the substrate, characterized in that, in order to increase the efficiency of conversion of solar energy, the converter further comprises a semi-cylindrical luminescent concentrator, the substrate is made semi-cylindrical forming a cylindrical surface with a concentrator, coaxial transparent tube, photocells located at the ends of a semicylindrical substrate surface semicylindrical cavity and the gap between the latter and the tube communicated and executed wetted.

Images