СОЛНЕЧНЫЙ МОДУЛЬ Российский патент 2012 года по МПК F24J2/42 H01L31/04 

Изобретение относится к области фотоэлектроники и предназначено для преобразования потока солнечного излучения в электроэнергию.

Известно, что солнечный модуль - это батарея взаимосвязанных солнечных элементов, заключенных под обычным или текстурным стеклом (http://www.energy-bio.ru/pfoto3.htm), который можно выбрать в качестве прототипа. Обычно солнечный модуль для придания большей герметичности и жесткости конструкции помещают в алюминиевый или иного материала каркас, а сами солнечные элементы располагаются параллельно текстурному стеклу. Чем интенсивнее свет, падающий на фотоэлементы солнечных элементов, и чем больше их площадь, тем больше вырабатывается электричества и тем больше сила тока. Модули классифицируются по пиковой мощности в ваттах (Вт). Ватт - единица измерения мощности. Один пиковый ватт (Wp) - мощность установки, измеренная в стандартных тестовых условиях (STC), т.е. когда солнечное излучение в 1 кВт/м² падает на элемент при температуре 25°С и спектре AM 1.5.

Такая интенсивность достигается при хороших погодных условиях, когда солнце находится в зените (http://www.nau-ra.ru/dosug/s/124/496/?lang=ru). Чтобы выработать один пиковый ватт, нужен один элемент размером 10×10 см. Более крупные модули, площадью 1 м × 40 см, вырабатывают около 40-50 Вт. Так, например, солнечная батарея типа ES(A)-40 при площади 0,8 м² вырабатывает мощность 40 Вт (http://www.techno-as.com.ua/index.php?level_path=0-5-25&language=russian).

Недостаток такого солнечного модуля заключается в том, что в реальных условиях солнечная освещенность редко достигает величины 1 кВт/м². Более того, на солнце модуль нагревается значительно выше номинальной температуры. Оба этих фактора снижают производительность модуля. В типичных условиях средняя производительность солнечного модуля составляет около 6 Вт/ч в день и 2000 Вт/ч в год на 1 Вт. Кроме того, для достижения наибольшей отдачи солнечный модуль оснащают системой пространственной ориентации, регулирующей угол наклона модуля в горизонтальной и вертикальной плоскостях, что связано с дополнительными расходами. Для сравнения: 5 ватт-час - это количество энергии, потребляемое 50-ваттной лампочкой в течение 6 минут (50 Вт×0,1 ч=5 Вт·ч) или портативным радиоприемником в течение часа (5 Вт×1 ч=5 Вт·ч). То есть, солнечные модули приведенной конструкции из-за большой занимаемой площади и малой мощности нерационально использовать в качестве источника энергии для привода транспортного средства. Так, например, в Перу разработано мототакси на солнечной энергии (http://www.energv-bio.ru/pfoto3.htm), на крыше которого установлено 12 солнечных панелей мощностью 40 Ватт, занимающих большую площадь и предназначенных для питания электромотора и фар. К тому же они обладают большой парусностью, что ставит под сомнение эксплуатацию мототакси в ветренную погоду.

Технической задачей предлагаемого изобретения является снижение площади солнечного модуля с одновременным увеличением КПД.

Для достижения данной цели солнечные элементы устанавливают перпендикулярно текстурному стеклу. Солнечные элементы могут быть использованы на жесткой и гибкой основе. Расчеты показывают, что, например, при размещении в конструкции солнечного модуля с площадью текстурного стекла площадью 1 м² полосок двусторонних солнечных элементов размерами 1×0.01 и толщиной 0.001 метра с промежутком 0.001 м, площадь солнечного модуля увеличивается в 10 раз при неизменных размерах элементов корпуса. С учетом того, что солнечные элементы установлены перпендикулярно стеклу (параллельно потоку солнечного излучения), мощность солнечного модуля, естественно, упадет. Но даже с учетом этих потерь расчетная мощность увеличивается в несколько раз. Кроме того, предложенное конструктивное решение позволяет упростить систему пространственной ориентации солнечного модуля. Для этого солнечный модуль достаточно вращать синхронно перемещению солнца на небосводе только в горизонтальной плоскости. При этом лучи солнца всегда будут параллельны плоскостям солнечных элементов и будут беспрепятственно проходить сквозь зазоры между солнечными элементами. Установка солнечных элементов перпендикулярно с зазорами также способствует стабилизации их температурного режима, т.е на КПД солнечного модуля мало будет влиять нагрев их поверхности. Для повышения эффективности солнечного модуля за солнечными элементами установлена текстурированная отражающая панель с геометрическим рельефом (Крапивко Г.И., Хлопенова И.А., ААЭКС, №2(12), 2003, Современные технические средства, комплексы и системы. Повышение КПД кремниевых фотоэлектронных преобразователей методом лазерной гравировки). Такая панель позволяет существенно (до единиц процентов) уменьшить коэффициент отражения света от поверхности прибора, более эффективно использовать инфракрасную часть солнечного спектра за счет увеличения длины пробега длинноволновых фотонов в базовой области, снижать рекомбинационные потери вследствие уменьшения толщины базы.

Фрагмент конструкции солнечного модуля приведен на чертеже.

Солнечный модуль включает каркас 1, лицевая сторона герметизирована структуированным стеклом 2. Сторона, противоположная лицевой, снабжена текстурированной отражающей панелью 3 с геометрическим рельефом. Внутри каркаса 1 перпендикулярно стеклу 2 с зазором (в данной конструкции через 1 мм) установлены солнечные элементы 4 с двухсторонней чувствительностью, т.е обе плоскости (с большей площадью) солнечного элемента являются фотоактивными.

Солнечный модуль рекомендуется монтировать на штанге следящей системы пространственной ориентации таким образом, чтобы стекло 2 было параллельно плоскости земли. При таком расположении модуля достигается наименьшая парусность, а отражающая панель 3 будет наиболее эффектно отражать лучи солнца и дополнительно освещать грани солнечных элементов 4. При этом система пространственной ориентации будет вращать солнечный модуль только в горизонтальной плоскости, что благоприятно сказывается на себестоимости изделия. При установке на электромобиле конструкцию корпуса модуля рекомендуется выполнить в виде плоского цилиндра, что позволяет вращать модуль, установленный на крыше транспорта, не выходя за габариты автомобиля и оперативно отслеживать направление падения солнечных лучей при маневрировании.

Изобретение относится к области фотоэлектроники и предназначено для преобразования потока солнечного излучения в электроэнергию. Изобретение направлено на увеличение активной площади солнечного модуля с одновременным увеличением КПД. Солнечный модуль включает каркас, солнечные элементы, структурированное стекло и текстурированную отражающую панель с геометрическим рельефом. Конструктивные особенности солнечной панели заключаются в том, что солнечные элементы выполнены с двухсторонней чувствительностью и установлены с зазором перпендикулярно структурированному стеклу, а текстурированная отражающая панель с геометрическим рельефом установлена за солнечными элементами. Установка солнечных элементов перпендикулярно способствует увеличению выработки электроэнергии и стабилизации их температурного режима. 1 ил.

Солнечный модуль, включающий каркас, солнечные элементы, структурированное стекло, текстурированную отражающую панель с геометрическим рельефом, отличающийся тем, что солнечные элементы выполнены с двухсторонней чувствительностью и установлены с зазором перпендикулярно структурированному стеклу, а текстурированная отражающая панель с геометрическим рельефом установлена за солнечными элементами.