RU2370856C2 - Концентраторный фотоэлектрический модуль - Google Patents
Концентраторный фотоэлектрический модуль Download PDFInfo
- Publication number
- RU2370856C2 RU2370856C2 RU2007138674/28A RU2007138674A RU2370856C2 RU 2370856 C2 RU2370856 C2 RU 2370856C2 RU 2007138674/28 A RU2007138674/28 A RU 2007138674/28A RU 2007138674 A RU2007138674 A RU 2007138674A RU 2370856 C2 RU2370856 C2 RU 2370856C2
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- photovoltaic module
- module according
- concentrator photovoltaic
- length
- lenses
- Prior art date
Links
Images
Classifications
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E10/00—Energy generation through renewable energy sources
- Y02E10/50—Photovoltaic [PV] energy
Landscapes
- Photovoltaic Devices (AREA)
Abstract
Изобретение относится к области солнечной энергетики. Концентраторный фотоэлектрический модуль содержит фронтальную панель (3), боковые стенки (1) и тыльную панель (2), первичные и вторичные оптические концентраторы и солнечные фотоэлементы (9) с теплоотводящими элементами (10). Первичные оптические концентраторы выполнены в форме соприкасающихся друг с другом линз, сформированных в виде тыльной поверхности фронтальной панели (3). Вторичные оптические концентраторы выполнены в виде полых четырехгранных равносторонних усеченных пирамид (8). Изобретение обеспечивает при высокой эффективности преобразования солнечного излучения в электроэнергию относительно низкую стоимость, за счет упрощения технологии изготовления его элементов и сборки самого модуля. 12 з.п. ф-лы, 10 ил.
Description
Изобретение относится к области солнечной энергетики, в частности к концентраторным солнечным фотоэлектрическим модулям, применяемым, например, в наземных гелиоэнергетических установках, предназначенных для систем автономного энергоснабжения в различных климатических зонах.
Одним из наиболее перспективных методов получения электроэнергии из возобновляемых источников является фотоэлектрическое преобразование концентрированного солнечного излучения с использованием дорогостоящих высокоэффективных многокаскадных солнечных элементов и недорогих оптических концентраторов. Использование оптических концентраторов, обеспечивающих степень концентрации солнечного излучения 500-1000 крат, имеющих высокую оптическую эффективность, позволяет достичь высокого КПД преобразования солнечного излучения в электричество и сократить суммарную площадь солнечных элементов пропорционально кратности концентрирования солнечного излучения. Оптические концентраторы позволяют увеличить эффективность преобразования солнечного излучения, но от вклада их стоимости в общую стоимость модуля, степени сложности их изготовления и сборки модуля, величины срока эксплуатации зависит экономичность фотоэлектрического модуля.
Известен концентраторный солнечный фотоэлектрический модуль (см заявка US №20070089778, МПК H02N 6/00, опубликован 26.04.2007), содержащий боковые стенки и фронтальную панель с установленным на ее тыльной стороне множеством пар коаксиальных осесимметричных криволинейных зеркал, фокусирующих солнечное излучение на фотоэлементы, установленные на тыльной панели. Недостаток известного модуля в сложности изготовления двух отражательных оптических элементов с необходимой точностью профиля.
Известен солнечный фотоэлектрический модуль (см. заявка WO №2006128417, МПК H01L 31/052, опубликован 07.12.2006), содержащий боковые стенки и фронтальную светопрозрачную панель с первыми фокусирующими солнечное излучение элементами на ее тыльной стороне, светопрозрачную промежуточную панель с вторыми фокусирующими солнечное излучение элементами и тыльную панель с солнечными фотоэлементами. Недостаток известного модуля в том, что наличие промежуточной светопрозрачной панели повышает стоимость известного модуля.
Известен солнечный концентраторный фотоэлектрический модуль (см. патент RU №44002, МПК H01L 31/00, опубликован 10.02.2005), содержащий боковые стенки и фронтальную панель из силикатного стекла с линзами Френеля на ее тыльной стороне, а также тыльную панель из силикатного стекла с солнечными фотоэлементами и теплоотводящими основаниями на ее фронтальной стороне. Между фронтальной и тыльной панелями установлена промежуточная панель из силикатного стекла, на фронтальной стороне которой установлены плосковыпуклые линзы, соосные с соответствующими линзами Френеля. Расстояние между промежуточной панелью и теплоотводящими основаниями больше толщины фотоэлементов, но не превышает разность величин фокусного расстояния плосковыпуклых линз и толщины промежуточной панели. С помощью боковых стенок модуля обеспечивается параллельность фронтальной и тыльной панелей, а также расположение их относительно друг друга с учетом обеспечения точной фокусировки.
Известный солнечный концентраторный фотоэлектрический модуль имеет высокие технические характеристики, но технологический процесс его изготовления достаточно сложен.
Известен солнечный концентраторный фотоэлектрический модуль, предназначенный для концентрационной гелиоустановки (см. патент US №6653551, кл. Н01L 31/052, опубликован 25.11.2003), содержащий множество солнечных электрических концентраторов с четырехступенчатой системой концентрации солнечного излучения. Каждый солнечный электрический концентратор включает первый оптический концентратор в виде линзы Френеля, установленный на фронтальной панели и концентрирующий солнечное излучение в пять-десять раз, второй оптический концентратор в виде линзы Френеля, установленный на промежуточной панели, третий оптический концентратор в виде параболического концентратора, расположенный под первым концентратором на тыльной панели и концентрирующий солнечное излучение в двадцать-пятьдесят раз, и четвертый оптический концентратор в виде стеклянной линзы. Под четвертым оптическим концентратором размещен многопереходный солнечный элемент.
Известный солнечный концентраторный фотоэлектрический модуль имеет высокую эффективность, но его экономичность низка из-за стоимости дополнительного четвертого концентратора, а также из-за необходимости при сборке конструкции точно устанавливать соосно четыре оптических концентратора.
Наиболее близким к заявляемому техническому решению по совокупности существенных признаков является солнечный фотоэлектрический модуль, предназначенный для концентрационной гелиоустановки (см. патент US №6717045, кл. H01L 31/052, опубликован 06.04.2004), содержащий множество солнечных электрических концентраторов с трехступенчатой системой концентрации солнечного излучения. Каждый солнечный электрический концентратор включает первый оптический концентратор в виде линзы Френеля, установленный на фронтальной панели, концентрирующий солнечное излучение в пять-десять раз, второй оптический концентратор в виде параболического концентратора, расположенный под первым концентратором на промежуточной панели и концентрирующий солнечное излучение в двадцать-пятьдесят раз, и третий оптический концентратор в виде стеклянной линзы. Под третьим оптическим концентратором размещен многопереходный солнечный элемент.
Использование в солнечном концентраторном фотоэлектрическом модуле-прототипе трехступенчатой системы концентрации солнечного излучения усложняет технологический процесс его изготовления и, как следствие, повышает его стоимость.
Задачей заявляемого технического решения являлась разработка концентраторного фотоэлектрического модуля, который бы имел, при высокой эффективности преобразования солнечного излучения в электроэнергию, относительно низкую стоимость за счет упрощения технологии изготовления его элементов и сборки самого модуля.
Поставленная задача решается тем, что концентраторный фотоэлектрический модуль содержит монолитную фронтальную панель, боковые стенки и тыльную панель, первичные оптические концентраторы в форме соприкасающихся друг с другом линз, сформированных в виде тыльной поверхности фронтальной панели. Вторичные оптические концентраторы выполняют в виде полых четырехгранных равносторонних усеченных пирамид из листового алюминия и устанавливают меньшим основанием на светочувствительные поверхности солнечных фотоэлементов с теплоотводящими элементами, размещенных на фронтальной поверхности тыльной панели соосно соответствующим первичным оптическим концентраторам. Первичные оптические концентраторы составляют с фронтальной панелью одно целое и формируются, например, при литье силикатного стекла под давлением, что упрощает процесс их изготовления и монтажа. Вторичные оптические концентраторы - полые четырехгранные равносторонние усеченные пирамиды - обеспечивают необходимую кратность концентрирования солнечного излучения и улучшают разориентационную характеристику модуля, имеют низкую стоимость.
Толщину фронтальной панели выбирают с учетом обеспечения ее заданной прочности и заданного фокусного расстояния первичных концентраторов.
Линзы первичных оптических концентраторов выполнены в виде плосковыпуклых линз с фокусным расстоянием F, равным 3-12 см. При F меньше 3 см увеличивается величина потерь из-за отражения излучения. При F больше 12 см высота модуля становится излишне большой и повышается сложность сборки модуля.
Плосковыпуклые линзы могут иметь в плане форму квадрата с длиной lк стороны 2-4 см.
Плосковыпуклые линзы могут также иметь в плане форму правильного шестиугольника с длиной lш стороны 12-25 мм.
Линзы первичных оптических концентраторов могут представлять собой линзы Френеля с фокусным расстоянием 7-20 см и иметь в плане форму квадрата с длиной lк стороны 5-8 см.
Линзы Френеля могут иметь в плане форму правильного шестиугольника с длиной lш стороны 3-5 см.
Высоту hp усеченных пирамид выбирают в пределах 3-15 мм. При hp меньше 3 мм повышается сложность технологии изготовления пирамид и сборки модуля. При hp больше 15 мм поверхность пирамиды, на которую падает излучение, используется не полностью.
Длина ll диагонали большего основания пирамид 3-28 мм. При dl меньше 3 мм повышается сложность технологии изготовления фоконов и сборки модуля. При dl больше 28 мм поверхность фокона, на которую падает излучение, используется не полностью.
Длина lm диагонали меньшего основания пирамид выбирается в пределах 1.4-5.7 мм. При lm меньше 1.4 мм повышается сложность технологии изготовления фоконов. При lm больше 5.7 мм кратность концентрирования фоконом будет недостаточной.
Линзы первичных оптических концентраторов могут выполнены в виде плосковыпуклых линз с фокусным расстоянием F, равным 3-12 см. При F меньше 3 см увеличивается величина потерь из-за отражения излучения. При F больше 12 см высота модуля становится излишне большой и повышается сложность сборки модуля.
Плосковыпуклые линзы могут иметь в плане форму квадрата с длиной lк стороны 2-4 см.
Плосковыпуклые линзы могут также иметь в плане форму правильного шестиугольника с длиной lш стороны 12-25 мм.
Линзы первичных оптических концентраторов могут представлять собой линзы Френеля с фокусным расстоянием 7-20 см и иметь в плане форму квадрата с длиной lк стороны 5-8 см.
Линзы Френеля могут иметь в плане форму правильного шестиугольника с длиной lш стороны 3-5 см.
Большие или меньшие основания четырехгранных равносторонних усеченных пирамид могут быть закрыты пластинами из силикатного стекла для изолирования солнечного элемента от внутренней среды модуля.
Варианты заявляемого солнечного фотоэлектрического модуля поясняются чертежами, где
на фиг.1 схематично изображено поперечное сечение солнечного фотоэлектрического модуля с квадратными плосковыпуклыми линзами в аксонометрии;
на фиг.2 схематично показано поперечное сечение солнечного фотоэлектрического модуля с правильными шестиугольными линзами Френеля в аксонометрии;
на фиг.3 схематично изображено поперечное сечение солнечного фотоэлектрического модуля с квадратными линзами Френеля в аксонометрии;
на фиг.4 схематично изображено поперечное сечение солнечного фотоэлектрического модуля с правильными шестиугольными плоско-выпуклыми линзами в аксонометрии;
на фиг.5 показан вид сбоку в разрезе на первый вариант четырехгранной равносторонней усеченной пирамиды;
на фиг.6 показан вид сверху на первый вариант четырехгранной равносторонней усеченной пирамиды;
на фиг.7 показан вид сбоку в разрезе на второй вариант четырехгранной равносторонней усеченной пирамиды;
на фиг.8 показан вид сверху на второй вариант четырехгранной равносторонней усеченной пирамиды;
на фиг.9 показан вид сбоку в разрезе на третий вариант четырехгранной равносторонней усеченной пирамиды;
на фиг.10 показан вид сверху на третий вариант четырехгранной равносторонней усеченной пирамиды.
Заявляемый солнечный фотоэлектрический модуль (см. фиг.1, фиг.2, фиг.3, фиг.4) содержит выполненные из силикатного стекла боковые стенки 1, тыльную панель 2 и монолитную фронтальную панель 3, на тыльной поверхности которой сформированы соприкасающихся друг с другом первичные оптические концентраторы. Первичные оптические концентраторы могут быть выполнены в форме квадратных плосковыпуклых линз 4 (см. фиг.1) или квадратных линз Френеля 5 (см. фиг.3), а также в форме правильных шестиугольных плосковыпуклых линз 6 (см. фиг.4) или правильных шестиугольных линз Френеля 7 (см. фиг.2). Вторичные оптические концентраторы выполнены в виде полых четырехгранных равносторонних усеченных пирамид 8 (см. фиг.5, фиг.6, фиг.7, фиг.8, фиг.9, фиг.10) из листового алюминия, установленных меньшим основанием на светочувствительных поверхностях солнечных фотоэлементов 9 с теплоотводящими элементами-основаниями 10, размещенных на фронтальной поверхности тыльной панели 2 соосно соответствующим первичным оптическим концентраторам. Высота hp усеченных пирамид 8 лежит в пределах 3-15 мм. Длина 1| диагонали большего основания пирамид 8 составляет 3-28 мм. Длина 1ш диагонали меньшего основания пирамид 8 составляет 1.4-5.7 мм. Большие или меньшие основания четырехгранных равносторонних усеченных пирамид могут быть закрыты пластинами 11 (см. фиг.7, фиг.8), 12 (см. фиг.9, фиг.10), выполненными из силикатного стекла. Плосковыпуклые линзы 4, 6 имеют фокусное расстояние F в пределах 3-12 см. Плосковыпуклые линзы 4 имеют длину lк стороны 2-4 см. Плосковыпуклые линзы 6 имеют длину lш стороны 12-25 мм. Линзы Френеля 5, 7 имеют фокусное расстояние 7-20 см. Линзы Френеля 5 имеют длину lк стороны 5-8 см. Линзы Френеля 7 имеют длину lш стороны 3-5 см. В боковых противолежащих стенках 1 фотоэлектрического модуля выполнены отверстия 13 для сообщения с окружающей средой внутреннего пространства модуля. Солнечные фотоэлементы 9, прикрепленные к теплоотводящему основанию 10, герметизированы от воздействия внешней среды вторичными концентраторами из силикатного стекла, установленными на фотоэлементы 9. Сообщение с окружающей средой внутреннего пространства модуля, в котором расположены концентраторы из силикатного стекла, не изменяющие своих свойств под воздействием влаги, исключает возникновение перепадов давления между внутренним объемом модуля и атмосферой, таким образом не допуская возникновения сильных механических напряжений в конструкции.
При работе заявляемых вариантов солнечных фотоэлектрических модулей, ориентированных перпендикулярно солнечным лучам, плосковыпуклые линзы 4, 6 (или линзы Френеля 5, 7), а также вторичные оптические концентраторы, концентрируют солнечный свет и фокусируют его на светочувствительных поверхностях солнечных фотоэлементов 9. Солнечные фотоэлементы 9 преобразуют энергию квантов света в электрическую, создавая разность потенциалов на своих контактах. Вырабатываемая модулем электроэнергия подается к внешнему потребителю или накопителю энергии.
Claims (13)
1. Концентраторный фотоэлектрический модуль, включающий монолитную фронтальную панель, боковые стенки и тыльную панель, первичные оптические концентраторы в форме соприкасающихся друг с другом линз, сформированных в виде тыльной поверхности фронтальной панели, вторичные оптические концентраторы в виде полых четырехгранных равносторонних усеченных пирамид, выполненных из листового алюминия и установленных меньшим основанием на светочувствительных поверхностях солнечных фотоэлементов с теплоотводящими элементами, размещенных на фронтальной поверхности тыльной панели соосно соответствующим первичным оптическим концентраторам, при этом высота hp усеченных пирамид составляет 3-15 мм, длина ll диагонали их большего основания составляет 3-28 мм, а длина lm диагонали их меньшего основания составляет 1.4-5.7 мм.
2. Концентраторный фотоэлектрический модуль по п.1, отличающийся тем, что линзы первичных оптических концентраторов представляют собой плоско-выпуклые линзы с фокусным расстоянием F, равным 3-12 см.
3. Концентраторный фотоэлектрический модуль по п.2, отличающийся тем, что плоско-выпуклые линзы имеют в плане форму квадрата.
4. Концентраторный фотоэлектрический модуль по п.3, отличающийся тем, что длина lк стороны квадрата составляет 2-4 см.
5. Концентраторный фотоэлектрический модуль по п.2, отличающийся тем, что плоско-выпуклые линзы имеют в плане форму правильного шестиугольника.
6. Концентраторный фотоэлектрический модуль по п.5, отличающийся тем, что длина lШ стороны правильного шестиугольника составляет 12-25 мм.
7. Концентраторный фотоэлектрический модуль по п.1, отличающийся тем, что линзы первичных оптических концентраторов представляют собой линзы Френеля с фокусным расстоянием 7-20 см.
8. Концентраторный фотоэлектрический модуль по п.7, отличающийся тем, что линзы Френеля имеют в плане форму квадрата.
9. Концентраторный фотоэлектрический модуль по п.8, отличающийся тем, что длина lк стороны квадрата составляет 5-8 см.
10. Концентраторный фотоэлектрический модуль по п.7, отличающийся тем, что линзы Френеля имеют в плане форму правильного шестиугольника.
11. Концентраторный фотоэлектрический модуль по п.10, отличающийся тем, что длина lШ стороны правильного шестиугольника составляет 3-5 см.
12. Концентраторный фотоэлектрический модуль по любому из пп.1-11, отличающийся тем, что большие основания четырехгранных равносторонних усеченных пирамид закрыты пластинами из силикатного стекла.
13. Концентраторный фотоэлектрический модуль по любому из пп.1-11, отличающийся тем, что меньшие основания четырехгранных равносторонних усеченных пирамид закрыты пластинами из силикатного стекла.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2007138674/28A RU2370856C2 (ru) | 2007-10-19 | 2007-10-19 | Концентраторный фотоэлектрический модуль |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2007138674/28A RU2370856C2 (ru) | 2007-10-19 | 2007-10-19 | Концентраторный фотоэлектрический модуль |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2370856C2 true RU2370856C2 (ru) | 2009-10-20 |
Family
ID=41263127
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2007138674/28A RU2370856C2 (ru) | 2007-10-19 | 2007-10-19 | Концентраторный фотоэлектрический модуль |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2370856C2 (ru) |
Cited By (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2690728C1 (ru) * | 2018-06-19 | 2019-06-05 | Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Физико-технический институт им. А.Ф. Иоффе Российской академии наук | Концентраторно-планарный солнечный фотоэлектрический модуль |
RU2740738C1 (ru) * | 2020-04-20 | 2021-01-20 | Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Физико-технический институт им. А.Ф. Иоффе Российской академии наук | Мощный концентраторный фотоэлектрический модуль |
RU2740862C1 (ru) * | 2020-06-08 | 2021-01-21 | Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Физико-технический институт им. А.Ф. Иоффе Российской академии наук | Способ изготовления фотоэлектрического концентраторного модуля |
RU2763386C1 (ru) * | 2021-05-31 | 2021-12-28 | Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Физико-технический институт им. А.Ф. Иоффе Российской академии наук | Солнечный фотоэлектрический модуль |
-
2007
- 2007-10-19 RU RU2007138674/28A patent/RU2370856C2/ru not_active IP Right Cessation
Cited By (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2690728C1 (ru) * | 2018-06-19 | 2019-06-05 | Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Физико-технический институт им. А.Ф. Иоффе Российской академии наук | Концентраторно-планарный солнечный фотоэлектрический модуль |
RU2740738C1 (ru) * | 2020-04-20 | 2021-01-20 | Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Физико-технический институт им. А.Ф. Иоффе Российской академии наук | Мощный концентраторный фотоэлектрический модуль |
RU2740862C1 (ru) * | 2020-06-08 | 2021-01-21 | Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Физико-технический институт им. А.Ф. Иоффе Российской академии наук | Способ изготовления фотоэлектрического концентраторного модуля |
RU2763386C1 (ru) * | 2021-05-31 | 2021-12-28 | Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Физико-технический институт им. А.Ф. Иоффе Российской академии наук | Солнечный фотоэлектрический модуль |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US6559371B2 (en) | High-concentration photovoltaic assembly for a utility-scale power generation system | |
RU2307294C9 (ru) | Фотоэлектрический модуль (варианты) | |
RU2611693C1 (ru) | Солнечный концентраторный модуль | |
NL1040088C2 (en) | Concentrating solar panel with diffuse light conversion. | |
WO2010061636A1 (ja) | 調光型太陽光発電モジュール用光学層、及び、調光型太陽光発電モジュール、及び、調光型太陽光発電パネル | |
US20120152317A1 (en) | High concentration photovoltaic module | |
US20140150865A1 (en) | Concentrating solar cell | |
JP2006332113A (ja) | 集光型太陽光発電モジュール及び集光型太陽光発電装置 | |
RU2370856C2 (ru) | Концентраторный фотоэлектрический модуль | |
RU2352023C1 (ru) | Солнечный фотоэлектрический модуль | |
RU2436192C1 (ru) | Фотоэлектрический модуль с наноструктурным фотоэлементом | |
KR101437903B1 (ko) | 하부플레이트의 강성과 조립성을 향상시킨 집광형 태양전지모듈 패널 | |
WO2020239839A1 (en) | Optomechanical system with hybrid architecture and corresponding method for converting light energy | |
US20120260970A1 (en) | Device for concentrating and converting solar energy | |
RU2354005C1 (ru) | Фотоэлектрический модуль | |
KR102361351B1 (ko) | 적층형 태양광패널 | |
KR20110123922A (ko) | 태양광 집광기 | |
RU2740437C1 (ru) | Концентраторная солнечная энергетическая установка | |
US20190353882A1 (en) | Solar concentrator apparatus and solar collector array | |
KR20010100071A (ko) | 모듈형 반사체를 구비한 태양광 집광 발전장치 | |
WO2013002662A1 (ru) | Устройство для преобразования солнечной энергии | |
RU2641627C1 (ru) | Солнечный фотоэлектрический концентраторный модуль | |
RU2496181C1 (ru) | Фотоэлектрический концентраторный субмодуль | |
RU2436193C1 (ru) | Фотовольтаический концентраторный модуль | |
RU2740738C1 (ru) | Мощный концентраторный фотоэлектрический модуль |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
PC41 | Official registration of the transfer of exclusive right |
Effective date: 20120712 |
|
MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20131020 |