ПАНЕЛЬ СОЛНЕЧНОЙ БАТАРЕИ С КОНЦЕНТРАТОРАМИ Российский патент 2008 года по МПК H01L31/52 

Предлагаемое изобретение относится к области солнечной энергетики, в частности к конструкции солнечных батарей космического и наземного применения.

При использовании солнечных батарей требуется получать максимальную мощность с площади фотоактивной поверхности. Эта цель может быть достигнута увеличением плотности светового потока на фотоэлектрические преобразователи. Одним из средств, применяемых для решения данной задачи, является концентратор, устанавливаемый на панель солнечной батареи.

Известна конструкция панели солнечной батареи, описанная в заявке №2004116876/28 (заявка опубликована 10.11.2005). Концентратор этой панели состоит из двух отражателей, которые устанавливают таким образом, что поток солнечного света, отраженный от первого и второго отражателей равномерно падает на панель солнечной батареи. Недостатком такой конструкции является сложность обеспечения плоскостности отражателей при больших размерах панели, что снижает достижимый коэффициент концентрации. Кроме того, такая конструкция чувствительна к точности ориентации панели на Солнце.

Также известна конструкция, описанная в «DESCRIPTION OF AN IMMERSED PHOTOVOLTAIC CONCENTRATING SOLAR POWER SYSTEM», SSC98-I-3 (Gerald Falbel, Optical Energy Technologies Inc., http://www.smallsat.org/proceedings/12/tech 12-i), которая выбрана в качестве прототипа. Такая панель солнечной батареи представляет собой жесткую прямоугольную сотоподобную решетку, «соты» которой являются оптическим концентратором и основой конструкции. При использовании конструкции-прототипа поток света концентрируется не на полную площадь панели, а на единичный солнечный элемент. Это позволяет уменьшить размеры отражателя и обеспечить жесткость конструкции, что приводит к решению проблем, присущих конструкции-аналогу.

Недостатком конструкции прототипа является ограничение коэффициента концентрации величиной 5.

Целью предлагаемого изобретения является повышение коэффициента концентрации при эквивалентной площади фотоактивной поверхности.

Поставленная цель достигается установкой концентратора особой конструкции на единичный солнечный элемент панели.

Предлагаемое изобретение поясняется чертежами, где на Фиг.1 представлен общий вид панели солнечной батареи с концентраторами, на Фиг.2 представлен график зависимости коэффициента концентрации от высоты концентратора.

Суть предлагаемого изобретения заключается в следующем. На каждый единичный солнечный элемент панели солнечной батареи 1 устанавливается концентратор, представляющий собой две полые усеченные пирамиды, установленные одна на другую, меньшее основание нижней пирамиды является единичным солнечным элементом, а большее основание нижней пирамиды является меньшим основанием верхней пирамиды. При этом отражающие поверхности граней 2 нижней пирамиды образуют с плоскостью единичного солнечного элемента угол 90°<α₁<135°. Отражающие поверхности граней 3 верхней пирамиды образуют с плоскостью единичного солнечного элемента угол 90°<α₂<α₁.

При такой конструкции концентратора, потоки солнечного света 4, отраженные от граней верхней и нижней пирамиды, падают на единичный солнечный элемент.

Для того чтобы обеспечить равномерность освещения единичного солнечного элемента, необходимо соблюдать следующее соотношение между длинами боковых ребер и углами, образованными отражающими поверхностями граней пирамид и плоскостью единичного солнечного элемента:

,

где l₁ - длина боковых ребер нижней пирамиды, b - сторона единичного солнечного элемента,

,

где l₂ - длина боковых ребер верхней пирамиды.

На графике Фиг.2 приведены результаты расчета коэффициента концентрации в зависимости от высоты концентратора. Как видно, начиная с высоты, равной примерно двум длинам стороны единичного солнечного элемента, коэффициент концентрации светового потока при использовании предлагаемой конструкции превышает аналогичный коэффициент при использовании конструкции прототипа. Это позволяет примерно в той же пропорции повысить выходную мощность солнечной батареи.

Использование предлагаемого изобретения позволяет снизить требуемую площадь фотоактивной поверхности при эквивалентной мощности солнечной батареи. Это ведет к снижению стоимости солнечных батарей, как для космических аппаратов, так и для солнечных батарей наземного применения.

В настоящее время ведутся работы по изготовлению опытного образца предлагаемого изобретения для наземного применения.

Из известных заявителю патентно-информационных материалов не обнаружена совокупность признаков, сходных с совокупностью признаков заявляемого объекта.

Панель солнечной батареи содержит концентраторы, установленные на каждый единичный солнечный элемент панели солнечной батареи. Концентратор представляет собой две полые усеченные пирамиды, установленные одна на другую, меньшее основание нижней пирамиды является единичным солнечным элементом, а большее основание нижней пирамиды является меньшим основанием верхней пирамиды. Отражающие поверхности граней нижней пирамиды образуют с плоскостью единичного солнечного элемента угол 90°<α₁<135°, а отражающие поверхности граней верхней пирамиды образуют с плоскостью единичного солнечного элемента угол 90°<α₂<α₁. Предлагаемое изобретение обеспечивает повышение коэффициента концентрации при сохранении площади фотоактивной поверхности. 1 з.п. ф-лы, 2 ил.

1. Панель солнечной батареи с концентраторами, установленными на каждый солнечный элемент, и представляющая собой прямоугольную сотоподобную решетку, отличающаяся тем, что каждый концентратор состоит из двух полых усеченных пирамид, установленных друг на друга, при этом меньшее основание нижней пирамиды является единичным солнечным элементом, а большее основание нижней пирамиды является меньшим основанием верхней пирамиды, при этом отражающие поверхности граней нижней пирамиды образуют с плоскостью единичного солнечного элемента угол 90°<α₁<135°, а отражающие поверхности граней верхней пирамиды образуют с плоскостью единичного солнечного элемента угол 90°<α₂<α₁.2. Панель солнечной батареи по п.1, отличающаяся тем, что длина боковых ребер нижней пирамиды равна , где b - сторона единичного солнечного элемента, а длина боковых ребер верхней пирамиды равна .