RU2028557C1 - Power module - Google Patents

Abstract

FIELD: solar energy conversion by photovoltaic converters. SUBSTANCE: power module has radiation concentrator mounted on bearing structure, solar cells, heat-transfer system, and Sun tracking device. Concentrator aperture angle does not exceed 80 deg. and solar cells may contain second working surface on side opposite to first working surface. EFFECT: improved design. 1 dwg

Description

Изобретение относится к оптической промышленности, в частности к полупроводниковым фотоэлектрическим батареям, преобразующим солнечную энергию в электрическую. The invention relates to the optical industry, in particular to semiconductor photovoltaic batteries that convert solar energy into electrical energy.

Известен энергетический модуль фотоэлектрической батареи, содержащей линзу, плоские солнечные элементы с оптическим покрытием, размещенные на опорной несущей конструкции, систему теплоотвода, межэлементные соединения и устройство слежения за солнцем. The known energy module of a photovoltaic battery containing a lens, flat solar cells with an optical coating placed on a supporting supporting structure, a heat sink system, interconnects and a sun tracking device.

Однако известный энергетический модуль фотоэлектрической батареи не позволяет использовать отраженное от поверхности элементов солнечное излучение, приводя к его безвозвратным потерям, что вызывает снижение КПД модуля, а в случае использования покрытий, снижающих отражение солнечного излучения от поверхности элементов, резко возрастает трудоемкость и стоимость при изготовлении модуля, требуется специальное оборудование для нанесения таких покрытий, а его надежность снижается из-за возможности нарушения целостности многослойных просветляющих покрытий, их отслаивания. However, the known energy module of the photovoltaic battery does not allow the use of solar radiation reflected from the surface of the cells, leading to its irretrievable losses, which reduces the efficiency of the module, and in the case of coatings that reduce the reflection of solar radiation from the surface of the cells, the complexity and cost of manufacturing the module increases dramatically , special equipment is required for applying such coatings, and its reliability is reduced due to the possibility of violating the integrity of the multilayer clarifying coatings, their peeling.

Наиболее близким по технической сущности является энергетический модуль, содержащий концентратор излучения с вогнутой рабочей поверхностью, установленный в его фокусе приемник излучения на солнечных элементах с системой теплоотвода и устройство слежения за солнцем. The closest in technical essence is an energy module containing a radiation concentrator with a concave working surface, a radiation detector mounted on its focus on solar cells with a heat sink system and a tracking device for the sun.

Однако известный энергетический модуль не позволяет преобразовывать солнечную энергию в электрическую, непосредст- венно принимаемую концентратором излучения, а только переотраженную от него солнечную энергию с помощью приемника излучения на солнечных элементах, что приводит к существенным потерям солнечной энергии на такую передачу и вызывает снижение КПД модуля. However, the known energy module does not allow converting solar energy into electrical energy directly received by the radiation concentrator, but only the solar energy reflected from it by the radiation detector on solar cells, which leads to significant losses of solar energy for such a transfer and causes a decrease in the efficiency of the module.

Достигаемым новым техническим результатом изобретения является повышение КПД энергетического модуля. Achievable new technical result of the invention is to increase the efficiency of the energy module.

Новый технический результат достигается тем, что в энергетическом модуле, содержащем концентратор излучения с вогнутой рабочей поверхностью, установленный в его фокусе приемник излучения на солнечных элементах с системой теплоотвода и устройство слежения за солнцем, вогнутая поверхность концентратора снабжена солнечными элементами, а угол раскрытия концентратора не превышает 80^о.A new technical result is achieved by the fact that in the energy module containing a radiation concentrator with a concave working surface, a radiation detector mounted on its solar cells with a heat sink system and a tracking device for the sun, the concave surface of the concentrator is equipped with solar cells, and the opening angle of the concentrator does not exceed 80 ^about .

На чертеже представлена принципиальная схема энергетического модуля. The drawing shows a schematic diagram of an energy module.

Энергетический модуль содержит концентратор излучения 1 с вогнутой рабочей поверхностью 2, снабженной солнечными элементами 3, и с углом раскрытия, не превышающим 80^о, установленный в фокусе концентратора 1 приемник излучения 4 на солнечных элементах с двумя рабочими поверхностями 5, 6, размещенными на противоположных сторонах приемника 4, и с системой теплоотвода, и устройство 7 слежения за солнцем 8.Energy module comprises radiation concentrator 1 having a concave working surface 2 provided with the solar cells 3, and a solar cell opening angle not exceeding ⁸⁰ installed in the focus of the concentrator 1 radiation receiver 4 with two bearing surfaces 5, 6, arranged on opposite sides receiver 4, and with a heat sink system, and a device 7 for tracking the sun 8.

Энергетический модуль работает следующим образом. The energy module operates as follows.

Солнечное излучение на границе с солнечными элементами концентратора излучения 1 разделяется на два основных потока, первый из которых входит в солнечные элементы концентратора излучения 1 (например, для кремния на длине волны 0,4-1,1 мкм вошедший поток составляет 50-70%), и преобразуется в электроэнергию, снимаемую с помощью межэлементных соединений (токоотводов), в то время как вторая часть потока отражается от поверхности концентратора 1, концентрируется и передается на рабочую поверхность 5 приемника излучения 4 на солнечных элементах. Для кремния, например, с учетом 10% затенения рабочей поверхности 2 концентратора 1, вносимого межэлементными соединениями, величина отраженного излучения на длине волны 0,4-1,1 мкм составляет не менее 27%. Сконцентрированное отраженное излучение преобразуется в электроэнергию на солнечном элементе рабочей поверхности 5 приемника излучения 4. Одновременно на солнечном элементе рабочей поверхности 6 с противоположной стороны приемника излучения 4 солнечная энергия непосредственно при попадании на нее преобразуется в электрическую, тем самым еще более увеличивая КПД энергетического модуля, кроме увеличения за счет использования отраженного от концентратора солнечного излучения. Система теплоотвода приемника излучения 4 представляет собой водяное охлаждение последнего и позволяет избежать потери КПД приемника 4 за счет его перегрева. Величина угла раскрытия, не превышающая 80^о, обусловлена тем, что при малых углах падения на рабочую поверхность (менее 10^о) происходит сильное рассеивание, увеличивающееся с возрастанием шероховатости поверхности. Так как для солнечных элементов шероховатость велика, то при коэффициенте отражения ≈30% при таком угле падения (до 10^о) потери очень велики и поэтому нецелесообразно увеличивать площадь концентратора 1 свыше указанного угла раскрытия.Solar radiation at the border with the solar cells of radiation concentrator 1 is divided into two main streams, the first of which is included in the solar cells of radiation concentrator 1 (for example, for silicon at a wavelength of 0.4-1.1 μm, the incoming flux is 50-70%) , and is converted into electricity removed using interconnects (down conductors), while the second part of the stream is reflected from the surface of the concentrator 1, concentrated and transmitted to the working surface 5 of the radiation receiver 4 on solar cells. For silicon, for example, taking into account 10% of the shading of the working surface 2 of the concentrator 1 introduced by inter-element compounds, the magnitude of the reflected radiation at a wavelength of 0.4-1.1 μm is at least 27%. Concentrated reflected radiation is converted into electricity on the solar cell of the working surface 5 of the radiation receiver 4. At the same time on the solar cell of the working surface 6 on the opposite side of the radiation receiver 4, solar energy is converted directly into electrical energy when it hits it, thereby further increasing the efficiency of the energy module, except increase due to the use of solar radiation reflected from the concentrator. The heat sink system of the radiation receiver 4 is a water cooling of the latter and avoids the loss of efficiency of the receiver 4 due to its overheating. The magnitude of the opening angle, not exceeding 80 ^about , is due to the fact that at small angles of incidence on the working surface (less than 10 ^about ) there is a strong dispersion, increasing with increasing surface roughness. As for solar cells roughness is large, then the reflectance ≈30% at such an incidence angle ^(about 10) loss is very large and therefore impractical to increase the area of the hub 1 over a specified angle.

Новым достигаемым техническим решением изобретения является повышение КПД энергетического модуля на 5% за счет использования отраженного от солнечных элементов излучения, а также возможность использования воды из системы теплоотвода для хозяйственных нужд (обогрева). A new achievable technical solution of the invention is to increase the efficiency of the energy module by 5% due to the use of radiation reflected from solar cells, as well as the ability to use water from the heat sink system for household needs (heating).

Claims (1)

ЭНЕРГЕТИЧЕСКИЙ МОДУЛЬ, содержащий концентратор излучения с вогнутой поверхностью, установленный в его фокусе приемник излучения на солнечных элементах с системой теплоотвода и устройство слежения за Солнцем, отличающийся тем, что вогнутая поверхность концентратора снабжена солнечными элементами, при этом угол раскрытия концентратора не превышает 80^o.An ENERGY MODULE containing a radiation concentrator with a concave surface, a radiation detector mounted on its solar cells with a heat sink system and a tracking device for the Sun, characterized in that the concave surface of the concentrator is equipped with solar cells, while the opening angle of the concentrator does not exceed 80 ^o .

Images