RU2403510C1 - Голографический концентратор солнечной энергии - Google Patents
Голографический концентратор солнечной энергии Download PDFInfo
- Publication number
- RU2403510C1 RU2403510C1 RU2009125886/28A RU2009125886A RU2403510C1 RU 2403510 C1 RU2403510 C1 RU 2403510C1 RU 2009125886/28 A RU2009125886/28 A RU 2009125886/28A RU 2009125886 A RU2009125886 A RU 2009125886A RU 2403510 C1 RU2403510 C1 RU 2403510C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- holographic
- selective
- adjacent
- transparent plate
- flat transparent
- Prior art date
Links
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
- Y02E10/40—Solar thermal energy, e.g. solar towers
Landscapes
- Photovoltaic Devices (AREA)
- Diffracting Gratings Or Hologram Optical Elements (AREA)
- Optical Couplings Of Light Guides (AREA)
Abstract
Изобретение относится к солнечной энергетике и может найти применение, например, для концентрации солнечного излучения на фотогальванические ячейки. Голографический концентратор солнечной энергии, включающий плоскую прозрачную пластину с прилегающим к ее входной грани голографическим элементом, образованным двумя примыкающими голографическими решетками, углы дифракции которых имеют противоположные знаки, блок селективных линейных фотопреобразователей, дополнительно содержит последовательно оптически связанные двойную голографическую решетку, непосредственно прилегающую к выходной грани плоской прозрачной пластины, оптически связанную с голографическими решетками голографического элемента, и набор селективных цилиндрических линз Френеля, оптически связанный с блоком селективных линейных фотопреобразователей. Длина каждого селективного линейного фотопреобразователя больше длины соответствующей селективной цилиндрической линзы Френеля на величину, определяемую углом ее поля зрения. Ширина двойной голографической решетки равна удвоенной толщине плоской прозрачной пластины с прилегающим к ее входной грани голографическим элементом. Технический результат - повышение эффективности концентрации падающего солнечного излучения. 1 ил.
Description
Изобретение относится к солнечной энергетике и может найти применение, например, для концентрации солнечного излучения на фотогальванические ячейки для повышения эффективности преобразования солнечного излучения в электричество.
Известен голографический плоский концентратор [1], состоящий из прозрачной пластины и отражающего голографического элемента, где прозрачная пластина является светопроводом для дифрагировавшего от голографического элемента излучения.
Наиболее близким по технической сущности к заявляемому изобретению является голографический плоский концентратор [2], предназначенный для сбора и концентрации оптического излучения, представляющий собой плоскую прозрачную пластину, прилегающий к нему голографический элемент и фотопреобразователь.
Указанные устройства не обеспечивают высокого уровня концентрации солнечного излучения.
Технической задачей изобретения является повышение эффективности концентрации падающего солнечного излучения.
Поставленная техническая задача решается тем, что голографический концентратор солнечной энергии, включающий плоскую прозрачную пластину с прилегающим к ее входной грани голографическим элементом, образованным двумя примыкающими голографическими решетками, углы дифракции которых имеют противоположные знаки, блок селективных линейных фотопреобразователей, дополнительно содержит последовательно оптически связанные двойную голографическую решетку, непосредственно прилегающую к выходной грани плоской прозрачной пластины, оптически связанную с голографическими решетками голографического элемента, и набор селективных цилиндрических линз Френеля; оптически связанный с блоком селективных линейных фотопреобразователей, причем длина каждого селектиного линейного фотопреобразователя больше длины соответствующей селективной цилиндрической линзы Френеля на величину, определяемую углом ее поля зрения, а ширина двойной голографической решетки равна удвоенной толщине плоской прозрачной пластины с прилегающим к ее входной грани голографическим элементом.
Совокупность указанных признаков позволяет повысить уровень концентрации падающего солнечного излучения по одной координате за счет многократного полного внутреннего отражения излучения в светопроводящей пластине после преобразования его пространственных характеристик на пропускающих фазовых голограммах, дальнейшего преобразования пространственных характеристик при однокоординатной фокусировке.
Сущность изобретения поясняется на чертеже, где:
1 - голографический элемент;
2 - плоская прозрачная пластина;
3 - первая голографическая решетка;
4 - вторая голографическая решетка;
5 - двойная голографическая решетка;
6 - набор селективных цилиндрических линз Френеля;
7 - блок селективных линейных фотопреобразователей.
Голографический концентратор солнечной энергии состоит из голографического элемента 1, образованного первой 3 и второй 4 примыкающими голографическими решетками, прилегающего ко входной грани плоской прозрачной пластины 2, двойной голографической решетки 5, непосредственно прилегающей к выходной грани плоской прозрачной пластины 2 и последовательно оптически связанной через набор селективных цилиндрических линз Френеля 6 с блоком селективных линейных фотопреобразователей 7, причем длина каждого селективного линейного фотопреобразователя больше длины соответствующей селективной цилиндрической линзы Френеля на величину, определяемую углом ее поля зрения, а ширина двойной голографической решетки 5 равна удвоенной толщине плоской прозрачной пластины 2 с прилегающим к ее входной грани голографическим элементом 1.
Голографический элемент 1 выполнен в виде примыкающих первой 3 и второй 4 голографических решеток.
Первая 3 и вторая 4 голографические решетки выполнены в виде фазового рельефа, сформированного методом динамической голографии, с постоянным периодом, на входной грани плоской прозрачной пластины 1 из стекла К8, причем их углы дифракции имеют противоположные знаки.
Двойная голографическая решетка 5 выполнена в виде суммарного фазового рельефа, сформированного методом динамической голографии путем наложения двух голографических решеток, с постоянным периодом, на выходной грани плоской прозрачной пластины 1, причем их углы дифракции имеют противоположные знаки.
Набор селективных цилиндрических линз Френеля 6 выполнен в виде суммарного фазового рельефа, сформированного методом динамической голографии на поверхности плоскопараллельной стеклянной пластины путем наложения нескольких голографических решеток соответствующих селективным цилиндрическим линзам Френеля.
Метод динамической голографии заключается в непрерывной записи на движущийся носитель интерференционной картины, образованной двумя световыми пучками. Такой принцип формирования голограмм позволяет снять ограничения на длину формируемых дифракционных структур. Носитель представляет собой плоскопараллельную стеклянную пластину с нанесенным на нее слоем фоторезистивного материала. Экспонированная пластина обрабатывается известными методами фотолитографии, позволяющими сформировать на ее поверхности фазовый рельеф.
Блок селективных линейных фотопреобразователей 7 выполнен в виде структуры параллельных линейных элементов типа стекло/Mo/Cu(In.Ga)Se2/CdS/ZnO/Ni/Al на стеклянной подложке с подслоем молибдена (являющимся нижним электродом), поглощающим слоем прямозонного полупроводника CuInSe2 (CIS), полученным методом селенизации металлических слоев Cu-In или Cu-In-Ga, а на поглощающий слой для создания гетероперехода нанесен буферный слой сульфида кадмия CdS, покрытый высокопрозрачной пленкой оксида цинка, причем в качестве верхнего электрода напылен металлический контакт Ni-Al.
Голографический концентратор солнечной энергии работает следующим образом.
Голографический концентратор устанавливается перпендикулярно плоскости, в которой находится траектория движения источника излучения, Солнца. При падении светового излучения на голографический элемент 1 в результате дифракции Брэгга на фазовом рельефе первой 3 и второй 4 голографических решетках оно преобразуется в излучение распространяющееся в плоской прозрачной пластине в направлении двойной голографической решетки 5 под двойным углом 0 к направлению распространения падающего излучения, где угол 0 можно определить из закона Брэгга:
Здесь λ - длина волны излучения в воздухе; n - средний показатель преломления фазового рельефа, d - период фазового рельефа. В общем случае, испытав ряд полных внутренних отражений, дифрагировавшее излучение достигает двойной голографической решетки 5, где оно испытывает обратное преобразование, после чего достигает набора селективных цилиндрических линз Френеля 6. Селективные цилиндрические линзы Френеля селективно фокусируют все достигшее их излучение на фотопреобразователи блока селективных линейных фотопреобразователей 7, причем на каждый фотопреобразователь фокусируется излучение только одного достаточно узкого спектрального диапазона, что позволяет существенно повысить эффективность преобразования солнечной энергии в электрическую.
Изменение местоположения источника излучения, Солнца, по своей траектории не вызывает смещения зон фокусировки илучения на блоке селективных линейных фотопреобразователей 7 в перпендикулярном направлении к линейным преобразователям, так как они параллельны плоскости, в которой находится траектория движения источника излучения, Солнца, а приводит к незначительному смещению зон фокусировки. Поэтому длина каждого селективного линейного фотопреобразователя должна быть длиннее продольного размера соответствующей селективной цилиндрической линзы Френеля на величину, определяемую углом ее поля зрения.
ЛИТЕРАТУРА
1. Патент США (US) №005877874.
2. Патент США (US) №006274860 B1.
Claims (1)
- Голографический концентратор солнечной энергии, включающий плоскую прозрачную пластину с прилегающим к ее входной грани голографическим элементом, образованным двумя примыкающими голографическими решетками, углы дифракции которых имеют противоположные знаки, блок селективных линейных фотопреобразователей, отличающийся тем, что содержит последовательно оптически связанные двойную голографическую решетку, непосредственно прилегающую к выходной грани плоской прозрачной пластины, оптически связанную с голографическими решетками голографического элемента, и набор селективных цилиндрических линз Френеля, оптически связанный с блоком селективных линейных фотопреобразователей, причем длина каждого селективного линейного фотопреобразователя больше длины соответствующей селективной цилиндрической линзы Френеля на величину, определяемую углом ее поля зрения, а ширина двойной голографической решетки равна удвоенной толщине плоской прозрачной пластины с прилегающим к ее входной грани голографическим элементом.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2009125886/28A RU2403510C1 (ru) | 2009-07-06 | 2009-07-06 | Голографический концентратор солнечной энергии |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2009125886/28A RU2403510C1 (ru) | 2009-07-06 | 2009-07-06 | Голографический концентратор солнечной энергии |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2403510C1 true RU2403510C1 (ru) | 2010-11-10 |
Family
ID=44026116
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2009125886/28A RU2403510C1 (ru) | 2009-07-06 | 2009-07-06 | Голографический концентратор солнечной энергии |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2403510C1 (ru) |
Cited By (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2615041C1 (ru) * | 2015-10-01 | 2017-04-03 | федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Дагестанский государственный технический университет" | Концентратор лучей для солнечной батареи с веерным расположением зеркальных отражающих электродов |
RU2659319C1 (ru) * | 2017-08-15 | 2018-06-29 | Сергей Яковлевич Самохвалов | Неподвижный концентратор солнечного излучения с оптическим способом наведения |
RU2670360C1 (ru) * | 2017-11-13 | 2018-10-22 | Сергей Яковлевич Самохвалов | Неподвижный каскадный линзовый концентратор солнечного излучения с оптическим способом наведения |
RU2676819C2 (ru) * | 2016-12-12 | 2019-01-11 | Сергей Яковлевич Самохвалов | Оптоволоконное осветительное устройство с оптическим способом слежения неподвижного концентратора за солнцем |
RU201526U1 (ru) * | 2020-09-30 | 2020-12-21 | Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования «Южно-Уральский государственный университет (национальный исследовательский университет)» | Голографическая пленка на основе призмаконов |
WO2021066636A1 (ru) * | 2019-10-04 | 2021-04-08 | Николай Садвакасович Буктуков | Солнечная фотоэлектрическая батарея (варианты) |
-
2009
- 2009-07-06 RU RU2009125886/28A patent/RU2403510C1/ru not_active IP Right Cessation
Cited By (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2615041C1 (ru) * | 2015-10-01 | 2017-04-03 | федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Дагестанский государственный технический университет" | Концентратор лучей для солнечной батареи с веерным расположением зеркальных отражающих электродов |
RU2676819C2 (ru) * | 2016-12-12 | 2019-01-11 | Сергей Яковлевич Самохвалов | Оптоволоконное осветительное устройство с оптическим способом слежения неподвижного концентратора за солнцем |
RU2659319C1 (ru) * | 2017-08-15 | 2018-06-29 | Сергей Яковлевич Самохвалов | Неподвижный концентратор солнечного излучения с оптическим способом наведения |
RU2670360C1 (ru) * | 2017-11-13 | 2018-10-22 | Сергей Яковлевич Самохвалов | Неподвижный каскадный линзовый концентратор солнечного излучения с оптическим способом наведения |
WO2021066636A1 (ru) * | 2019-10-04 | 2021-04-08 | Николай Садвакасович Буктуков | Солнечная фотоэлектрическая батарея (варианты) |
RU201526U1 (ru) * | 2020-09-30 | 2020-12-21 | Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования «Южно-Уральский государственный университет (национальный исследовательский университет)» | Голографическая пленка на основе призмаконов |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
RU2403510C1 (ru) | Голографический концентратор солнечной энергии | |
US20130312811A1 (en) | Non-latitude and vertically mounted solar energy concentrators | |
US7968790B2 (en) | Photovoltaic (PV) enhancement films for enhancing optical path lengths and for trapping reflected light | |
Lipovšek et al. | Optical model for thin-film photovoltaic devices with large surface textures at the front side | |
CN101861655A (zh) | 利用波导方式传输在散射介质中产生的光照的方法与装置 | |
AU5295000A (en) | Device for concentrating optical radiation | |
KR20110093836A (ko) | 박막 반도체 광발전 디바이스 | |
US20070107770A1 (en) | Systems and methods for manufacturing photovoltaic devices | |
Vorndran et al. | Off-axis holographic lens spectrum-splitting photovoltaic system for direct and diffuse solar energy conversion | |
US20130160850A1 (en) | Blazed grating for solar energy concentration | |
JP6780924B2 (ja) | サブ波長パターンを有する集光光学素子を含む光起電力モジュールと同モジュールを含む衛星用太陽発電機 | |
Soman et al. | Tuneable and spectrally selective broadband reflector–modulated photonic crystals and its application in solar cells | |
Kostuk et al. | Analysis and design of holographic solar concentrators | |
Darbe et al. | Simulation and partial prototyping of an eight‐junction holographic spectrum‐splitting photovoltaic module | |
Wang et al. | High efficiency photovoltaics: on the way to becoming a major electricity source | |
Aswathy et al. | Designing photovoltaic concentrators using holographic lens recorded in nickel ion doped photopolymer material | |
US7904871B2 (en) | Computer-implemented method of optimizing refraction and TIR structures to enhance path lengths in PV devices | |
JP6091883B2 (ja) | 集光体及び太陽電池 | |
Gordon et al. | Planar holographic spectrum-splitting PV module design | |
KR101753739B1 (ko) | 태양광 집광판 | |
RU2689144C2 (ru) | Полноспектральное устройство для захвата электромагнитной энергии | |
Ghosh et al. | Optical design and characterization of holographic solar concentrators for photovoltaic applications | |
Tahirovich et al. | Multilayer GaAs-Based heterostructures with holographic concentrator for solar cells | |
Ghosh et al. | Wavelength selective holographic concentrator: application to concentrated photovoltaics | |
Kostuk et al. | Holographic elements in solar concentrator and collection systems |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20140707 |