ФОТОЭНЕРГЕТИЧЕСКАЯ УСТАНОВКА Российский патент 2001 года по МПК H01L31/42 

Изобретение относится к энергетике, в частности к фотоэнергетике и может быть использовано в качестве автономного источника электроэнергии.

Широко известны фотоэнергетические установки - солнечные батареи (1), (2), вырабатывающие электроэнергию при облучении поверхности фотопреобразователей потоком электромагнитного излучения - солнечным светом, при этом плоскость солнечных батарей, как правило, располагают перпендикулярно направлению распространения солнечных лучей.

Известна фотоэнергетическая установка - солнечная батарея (3), содержащая плоские солнечные элементы и плоские отражатели солнечного излучения, расположенные под углом 45^o к плоскости солнечной батареи. Солнечное излучение облучает солнечные элементы как непосредственно, так и за счет отражения от отражателей.

Недостатком известных технических решений является необходимость размещения энергетических установок - солнечных батарей на больших площадях земли, на внешней поверхности зданий, сооружений и конструкций для прямого облучения солнечной энергией фоточувствительных поверхностей фотопреобразующих элементов. Это связано с тем, что для выработки определенного количества электроэнергии или для создания энергоустановки определенной мощности, при существующей интенсивности солнечного излучения, необходимо облучить соответствующее количество площади поверхности фотопреобразующих элементов. При таком размещении энергоустановок необходимо применять механизмы и устройства для ориентации плоскости батарей на источник излучения, перпендикулярно направлению распространения лучей, а поверхность фотопреобразователей нужно защищать от воздействия окружающей среды. Солнечная энергия используется не полностью, так как часть излучения отражается поверхностью фотопреобразователей в окружающее пространство и в дальнейшем преобразовании не участвует.

Из известных технических решений наиболее близким к заявленному является фотоэнергетическая установка, в которой солнечная батарея (4) содержит основание, токоотводящие шины, двусторонние фотопреобразующие элементы, установленные на основании рядами и подключенные к токоотводящим шинам, отражатели солнечного излучения, причем фотопреобразующие элементы выполнены плоскими и ориентированы фоточувствительными слоями перпендикулярно основанию, отражатели солнечного излучения выполнены в виде отдельных плоских прямоугольных пластин. Фоточувствительные поверхности фотопреобразующих элементов облучаются лучами, отраженными от поверхности отражателей, которые расположены под углом 15-45^o к фотопреобразующим элементам.

Недостатком этого решения также является необходимость открытого размещения солнечных батарей на больших площадях земли, на внешней поверхности сооружений и конструкций для прямого облучения солнечной энергией, включение в конструкцию установки дорогостоящих механизмов и устройств ориентации на источник излучения, неполное использование солнечного излучения из-за отражения в окружающее пространство.

Задачей предлагаемого изобретения является повышение экономичности и компактности фотоэнергетических установок за счет размещения значительного количества площади фоточувствительной поверхности в малом объеме пространства и создание автономного источника электроэнергии на основе нового расположения рабочих тел.

Поставленная задача решена за счет того, что в предлагаемой фотоэнергетической установке установленные на основании и подключенные к токоотводящим шинам фотопреобразующие элементы размещены в закрытом корпусе с отражающей внутренней поверхностью вместе с излучателем электромагнитной энергии, при этом излучатель выполнен, например, в форме цилиндра с возможностью излучения боковой поверхностью, а фотопреобразующие элементы размещены своими фоточувствительными поверхностями параллельно направлению распространения потока излучения от излучателя.

Фотопреобразующие элементы могут быть выполнены в виде пластин с односторонней или двусторонней фоточувствительной поверхностью, при этом пластины установлены вокруг цилиндрического излучателя радиально его оси.

Пластины с односторонней фоточувствительной поверхностью установлены вдоль оси излучателя попарно параллельно с зазором друг относительно друга и фоточувствительными поверхностями, обращенными друг к другу.

Пластины с двусторонней фоточувствительной поверхностью установлены вдоль оси излучателя с зазором друг относительно друга.

Пластины с двусторонней фоточувствительной поверхностью могут быть установлены перпендикулярно оси излучателя.

Сущность изобретения поясняется чертежами, где
- на фиг. 1 изображен общий вид фотоэнергетической установки с фотопреобразующими элементами, выполненными в виде прямоугольных пластин с односторонней фоточувствительной поверхностью, установленными попарно параллельно с зазором между ними и фоточувствительными поверхностями, обращенными друг к другу, пластины размещены вокруг цилиндрического излучателя радиально его оси;
- на фиг. 2 изображен общий вид фотоэнергетической установки, в которой фотопреобразующие элементы выполнены в виде прямоугольных пластин с двусторонней фоточувствительной поверхностью, пластины установлены радиально вокруг излучателя с зазором друг относительно друга, плоскость каждой пластины расположена вдоль оси излучателя;
- на фиг. 3 изображен общий вид фотоэнергетической установки, в которой фотопреобразующие элементы выполнены в виде пластин с двусторонней фоточувствительной поверхностью, пластины установлены перпендикулярно оси излучателя.

Фотоэнергетическая установка содержит фотопреобразующие элементы 1, цилиндрический излучатель 2, излучающий боковой поверхностью, корпус 3, выполненный с отражающей внутренней поверхностью 4 и являющийся основанием для фотопреобразующих элементов 1. Фотопреобразующие элементы 1 выполнены в виде, например, стеклотекстолитовой пластины - подложки с нанесенным на нее с одной или с двух сторон слоем фотопреобразующего вещества, например аморфного кремния, селенида меди и индия и др. Возможно выполнение фотопреобразующего элемента без подложки в виде цельной пластины, например кристаллического кремния. Пластины могут иметь любую форму: круглую, квадратную, прямоугольную, фигурную и т. д. Каждые две соседние пластины образуют вместе с внутренней отражающей поверхностью 4 корпуса 3 не полностью замкнутый объем, при этом открытым остается зазор (щель) между пластинами именно со стороны излучателя для прямого проникновения потока излучения. Поток излучения от излучателя 2 проникает одновременно во все объемы.

Фотоэнергетическая установка работает следующим образом.

Поток электромагнитной энергии от излучателя 2, распространяясь по радиальным направлениям, проникает в зазор между пластинами. Направленные на излучатель ребра пластин и зазоры (щели) между пластинами образуют своеобразную дифракционную решетку с периодом d =а+b, (где а - толщина пластины, b - ширина щели).

В результате дифракции поток излучения распространяется в объеме между каждыми двумя соседними пластинами не только в первоначальном, прямолинейном направлении, но и по всем другим направлениям. Угол дифракции имеет разные значения для разных длин волн. Испытывая многократные отражения, поток излучения рассеивается на фоточувствительных поверхностях элементов. Внутренняя отражающая поверхность корпуса отражает электромагнитную волну и способствует более эффективному облучению фоточувствительных поверхностей элементов. Возникающая в фотопреобразующих элементах ЭДС, через контакты расположенные на торцах пластин, отводится к нагрузке по токоотводящим шинам (на чертеже не показано).

Выполнение фотопреобразующих элементов, например в виде тонких пластин, их близкое расположение друг от друга радиально оси цилиндрического излучателя позволяет разместить в малом объеме пространства вокруг излучателя значительное количество площади фоточувствительной поверхности, а выполнение излучателя в форме цилиндра, излучающего боковой поверхностью по радиальным направлениям, позволяет эффективно использовать энергию электромагнитного излучения для облучения фоточувствительной поверхности элементов, расположенной в непосредственной близости от излучателя.

Источники информации
1. Глиберман А.Я. и Зайцева А.К. Кремниевые солнечные батареи.- М.-Л.: Госэнергоиздат, 1961.

2. Солнечная энергетика. (Материалы конференции ЮНЕСКО, г. Тулуза, Франция, 1976 г.) Перевод с английского и французского под ред. д-ров техн. наук Ю.Н. Малевского и М.М. Колтуна. - М.: Мир, 1979.

3. Патент РФ N 1774796, М.кл. H 01 L 31/04, публ. 15.10.94, бюл. N 19.

4. Патент РФ N 1598781, М.кл. H 01 L 31/04, публ. 30.10.94, бюл. N 20.

Использование: в качестве автономного источника электроэнергии. Технический результат изобретения состоит в повышении экономичности и компактности фотоэнергетических установок за счет размещения значительного количества площади фоточувствительной поверхности в малом объеме пространства и создании автономного источника электроэнергии на основе нового расположения рабочих тел. Сущность: в предлагаемой фотоэнергетической установке установленные на основании и подключенные к токоотводящим шинам фотопреобразующие элементы размещены в закрытом корпусе с отражающей внутренней поверхностью вместе с излучателем электромагнитной энергии, при этом излучатель выполнен, например, в форме цилиндра с возможностью излучения боковой поверхностью, а фотопреобразующие элементы размещены своими фоточувствительными поверхностями параллельно направлению распространения потока излучения от излучателя. Фотопреобразующие элементы могут быть выполнены в виде пластин с односторонней или двусторонней фоточувствительной поверхностью и установлены с зазором друг относительно друга, или попарно параллельно, или отдельно каждая, при этом пластины размещены вокруг цилиндрического излучателя вдоль его оси. Пластины могут быть установлены перпендикулярно оси излучателя. 4 з.п.ф-лы, 3 ил.

1. Фотоэнергетическая установка, содержащая установленные на основании и подключенные к токоотводящим шинам фотопреобразующие элементы, отличающаяся тем, что фотопреобразующие элементы установлены в закрытом корпусе с отражающей внутренней поверхностью вместе с излучателем электромагнитной энергии, излучатель выполнен, например, в форме цилиндра с возможностью излучения боковой поверхностью, а фотопреобразующие элементы размещены своими фоточувствительными поверхностями параллельно направлению распространения потока излучения от излучателя. 2. Фотоэнергетическая установка по п.1, отличающаяся тем, что фотопреобразующие элементы выполнены в виде пластин с односторонней или двусторонней фоточувствительной поверхностью, при этом пластины установлены вокруг цилиндрического излучателя радиально его оси. 3. Фотоэнергетическая установка по пп. 1 и 2, отличающаяся тем, что пластины с односторонней фоточувствительной поверхностью установлены вдоль оси излучателя попарно параллельно с зазором друг относительно друга и фоточувствительными поверхностями, обращенными друг к другу. 4. Фотоэнергетическая установка по пп. 1 и 2, отличающаяся тем, что пластины с двусторонней фоточувствительной поверхностью установлены вдоль оси излучателя с зазором друг относительно друга. 5. Фотоэнергетическая установка по п.1, отличающаяся тем, что фотопреобразующие элементы выполнены в виде пластин с двусторонней фоточувствительной поверхностью, при этом пластины установлены перпендикулярно оси излучателя.