СОЛНЕЧНЫЙ ФОТОЭЛЕКТРИЧЕСКИЙ МОДУЛЬ С КОНЦЕНТРАТОРОМ ЛУЧИСТОЙ ЭНЕРГИИ (ВАРИАНТЫ) Российский патент 2000 года по МПК H01L31/42 F24J2/42 

Изобретение относится к гелиотехнике, в частности к солнечным фотоэлектрическим модулям с концентратором излучения для получения электричества.

Известен фотоэлектрический модуль, содержащий концентратор солнечной энергии, выполненный в виде оптически прозрачной призмы полного внутреннего отражения, имеющей форму усеченной четырехугольной пирамиды (а.с. СССР N1620784, МКИ⁶ F 24 J 2/08, БИ N2, 1991 г.).

Разновеликие прямоугольные основания служат гранями входа и выхода излучения. Фотопреобразователь установлен в контакте с гранью выхода излучения, т.е. в контакте с меньшим основанием. Отношение площадей входной и выходной граней призмы, содержащих рабочую поверхность и солнечные элементы, определяет теоретический коэффициент концентрации солнечного излучения на рабочей поверхности фотоэлектрического модуля.

Недостатком данного конструктивного решения является необходимость обрезать круглые пластины кремния, что приводит к увеличению себестоимости модуля, а также низкий коэффициент концентрации солнечного излучения на единицу площади рабочей поверхности фотопреобразователя.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому изобретению является фотоэлектрический модуль, содержащий оптический элемент с трапециевидным поперечным сечением, боковые грани которого выполнены отражающими солнечное излучение, а разновеликие основания служат гранями входа и выхода излучения, имеющий форму усеченного конуса (а.с. СССР N1048260, МКИ⁶ F 24 J 3/02, БИ N38, 1983 г.).

Недостатком данного конструктивного решения является низкий коэффициент использования рабочей поверхности при формировании больших солнечных батарей из отдельных фотоэлектрических модулей, следовательно, значительная часть солнечного излучения, попадающего на входную поверхность солнечной батареи, не попадает на рабочую поверхность фотопреобразователей, что приводит к существенному снижению выходной мощности фотоэлектрического модуля, а следовательно, и всей солнечной батареи в целом.

Задачей предлагаемого изобретения является повышение коэффициента концентрации солнечного излучения в отдельном солнечном фотоэлектрическом модуле, снижение себестоимости солнечной батареи, состоящей из таких модулей, за счет более рационального использования площади рабочей поверхности каждого концентратора.

В результате использования предлагаемого изобретения повышается удельная мощность солнечного фотоэлектрического модуля и снижается его себестоимость.

Вышеуказанный технический результат достигается тем, что в солнечном фотоэлектрическом модуле с концентратором лучистой энергии, содержащим оптически прозрачный элемент с входной и выходной гранями и фотопреобразователь, входная грань оптического элемента выполнена в форме шестиугольника. При выполнении входной грани оптического элемента солнечного фотоэлектрического модуля в форме шестиугольника достигается наиболее компактная упаковка из оптических элементов при сборке солнечных фотоэлектрических модулей в единую батарею. При этом полностью исключаются потери солнечной энергии на межэлементных соединениях из-за отсутствия пустот между отдельными фотоэлектрическими модулями. Тем самым достигается максимально возможная концентрация солнечного излучения на единице поверхности фотопреобразователя, следовательно, удешевление себестоимости всей солнечной батареи. В целях повышения концентрации солнечного излучения на рабочей поверхности, а также увеличения среднесуточной освещенности рабочей поверхности солнечного фотоэлектрического модуля используется фотопреобразователь с двухсторонней чувствительностью. Фотопреобразователь с двухсторонней чувствительностью устанавливается на круглых выходных гранях двух идентичных оптических элементов солнечных фотоэлектрических модулей, направленных в противоположные стороны.

Сущность предлагаемого изобретения поясняется фиг. 1, фиг.2, фиг. 3.

На фиг.1 изображен общий вид солнечного фотоэлектрического модуля.

На фиг. 2 представлена схема солнечного фотоэлектрического модуля с концентратором лучистой энергии с изображением хода лучей в нем.

На фиг. 3 представлен сдвоенный солнечный фотоэлектрический модуль с концентратором лучистой энергии.

Солнечный фотоэлектрический модуль с концентратором лучистой энергии содержит оптически прозрачный элемент 1, коническую отражающую поверхность 2, входную грань 3, выполненную в форме шестиугольника, и выходную грань 4, на которой установлен фотопреобразователь 5. Причем входная грань 3 выполнена большего размера по отношению к выходной грани 4 и выполнена в форме шестиугольника.

Солнечный фотоэлектрический модуль с концентратором лучистой энергии работает следующим образом:
Солнечное излучение попадает на шестиугольную входную грань 3 концентратора, проникает вовнутрь, достигая коническую отражающую поверхность 2, на которую наносится отражающее покрытие, отражается к грани 3 входа излучения, после чего отражается под углом полного внутреннего отражения к грани выхода оптического излучения из концентратора 4, где устанавливается фотопреобразователь 5, который преобразует падающее солнечное излучение в электрический ток. В сдвоенном фотоэлектрическом модуле с концентратором лучистой энергии фотопреобразователь 5 с двухсторонней чувствительностью устанавливается на выходных гранях 4 двух оптически прозрачных элементов, направленных в противоположные стороны. Работает сдвоенный солнечный фотоэлектрический модуль аналогичным образом.

Угол α между конической отражающей поверхностью и поверхностью входа солнечного излучения подбирается из следующего соотношения:
ϕ = 2•α,
где ϕ - угол полного внутреннего отражения для материала концентратора.

Причем ϕ =arcsin1/n,
где n - показатель преломления оптического элемента.

При этом максимальная концентрация солнечного излучения будет достигнута при выполнении следующего соотношения:
d=2h•tg2 α,
где h - высота поперечного сечения оптического элемента;
d - диаметр меньшего основания оптического элемента.

Изобретение относится к гелиотехнике, в частности к солнечным фотоэлектрическим модулям с концентраторами излучения для получения электричества. Техническим результатом изобретения является повышение удельной мощности солнечного фотоэлектрического модуля, упрощение технологии изготовления оптического элемента фотоэлектрического модуля и снижение его себестоимости. Сущность: в солнечном фотоэлектрическом модуле с концентратором лучистой энергии, имеющем оптически прозрачный элемент с входной и выходной гранями и фотопреобразователь, выходная грань оптического элемента выполнена в форме круга, а входная грань - в форме шестиугольника. Фотоэлектрический модуль может содержать два идентичных оптически прозрачных элемента, а фотопреобразователь с двусторонней чувствительностью при этом установлен на выходных гранях оптических элементов, направленных в противоположные стороны. 2 c.п. ф-лы, 3 ил.

1. Солнечный фотоэлектрический модуль с концентратором лучистой энергии, содержащий оптически прозрачный элемент, имеющий коническую отражающую поверхность, входную грань и выходную грань меньшего размера с установленным на ней фотопреобразователем, отличающийся тем, что входная грань выполнена в форме шестиугольника. 2. Солнечный фотоэлектрический модуль с концентратором лучистой энергии, содержащий два идентичных оптически прозрачных элемента, имеющих коническую отражающую поверхность, входную грань и выходную грань меньшего размера и фотопреобразователь с двусторонней чувствительностью, отличающийся тем, что фотопреобразователь с двусторонней чувствительностью установлен на выходных гранях оптических элементов, направленных в противоположные стороны.