ЭНЕРГЕТИЧЕСКИЙ МОДУЛЬ Российский патент 1995 года по МПК F24J2/12 F24J2/14 H01L31/52 

Изобретение относится к оптической промышленности, в частности к полупроводниковым фотоэлектрическим батареям, преобразующим солнечную энергию в электрическую.

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.

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.

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.

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.

Достигаемым новым техническим результатом изобретения является повышение КПД энергетического модуля.

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.

На чертеже представлена принципиальная схема энергетического модуля.

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.

Энергетический модуль работает следующим образом.

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.

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).

Использование: для преобразования солнечной энергии фотоэлектрическими преобразователями. Сущность изобретения: энергетический модуль содержит размещенный на опорной несущей конструкции концентратор излучения, солнечные элементы 4, систему теплоотвода и устройство слежения за Солнцем. Угол раскрытия концентратора не превышает 80°, а солнечные элементы могут содержать вторую рабочую поверхность, размещенную с противоположной относительно рабочей поверхности стороны. 1 ил.

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.