ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ СОЛНЕЧНОЙ ЭНЕРГИИ В ЭЛЕКТРИЧЕСКУЮ Российский патент 1994 года по МПК F24J2/02 F24J2/18 

Изобретение относится к области прямого преобразования энергии солнечного излучения в электрическую и может быть использовано для создания автономных источников электроэнергии различного назначения.

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.

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.

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.

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.

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.

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.

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.

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.

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.

Сущность изобретения: в фокусе отражателя 4 установлены коаксиальные трубки 1 и 3. На внешнюю поверхность трубки 3 наклеены фотоэлементы 2. Зазор между трубками и внутренняя полость трубки 3 выполнены проточными для охлаждения фотоэлементов. Охлаждающая жидкость является люминесцируюшей. В другом варианте в фокусе отражателя установлена прозрачная трубка, заполненная охлаждающей жидкостью. Внутри трубки установлены полуцилиндрический люминесцентный концентратор и полуцилиндрическая подложка для фотоэлементов, которые расположены на торцах последней. 2 с. и 1 з. п. ф-лы, 2 ил.

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. 2. Преобразователь по п. 1, отличающийся тем, что химически нейтральная жидкость является люминесцирующей. 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.