СПОСОБ ПРЕОБРАЗОВАНИЯ СОЛНЕЧНОЙ ЭНЕРГИИ И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ Российский патент 2016 года по МПК H02S99/00 

Изобретение относится к устройствам, преобразующим с помощью солнечных батарей и термоэлектрических генераторов солнечную энергию в электрическую.

Известно устройство автоматической ориентации солнечных батарей (см. патент №2516511), где с помощью пирамидального датчика происходит ориентация плоскости солнечной батареи перпендикулярно солнечным лучам, при этом удельная поверхностная плотность падающей солнечной энергии (мощность потока солнечного излучения) при входе в атмосферу Земли составляет 1366 Вт/м². Мощность излучения на батарею с учетом потерь в атмосфере примем 1 кВт/м².

Целью изобретения является повышение излучающей мощности на плоскость солнечных батарей или на спаи термоэлектрического генератора, которая в первом приближении может составлять n кВт/м², где n - количество отражающих солнечные лучи поверхностей.

Указанная цель достигается тем, что увеличение поверхностной плотности солнечной энергии, воздействующей на поверхность солнечных батарей или на спаи термоэлектрического генератора, происходит за счет суммарного отражения от отражающих солнечные лучи поверхностей, например зеркал, которые облучаются лучевой энергией, проходящей через оптические линзы.

На фиг. 1, 2 показана схема устройства. Она содержит согласно Российскому патенту №2516511 каркас 1, к которому механически прикреплены солнечная батарея 2, датчик 3 перпендикулярности солнечных лучей. Устройство дополнительно содержит отражающие поверхности 4, например зеркала, имеющие форму эллипсов (прямоугольников, трапеций) и расположенных так, чтобы отражаемый от них лучевой поток падал на всю с обратной стороны поверхность солнечной батареи. Отражающая поверхность может представлять гибкую полую надувную структуру. Из фиг. 2 видно, что мощность солнечного потока, падающего на обратную сторону солнечной батареи, увеличивается во столько раз, сколько устройство содержит отражателей, при условии, когда мощность солнечного потока, падающего на один отражатель, полностью отражается от него на батарею, т.е. плоскости отражателей расположены под некоторым углом, определяющим попадание солнечных лучей на обратную сторону солнечной батареи. Для уменьшения площади отражателей используются линзы 7, которые представляют обычные оптические линзы или линзы Френеля. На фиг. 3, с целью увеличения эффективности устройства, изображена отражающая жесткая поверхность 5, имеющая форму усеченной пирамиды или конуса в зависимости от формы солнечной батареи, которые также могут быть выполнены из гибкой надувной отражающей поверхности с поддерживающим жестким каркасом (на фиг. 3 условно не показанном), имеющим механические связи с корпусом устройства. При этом с целью уменьшения контактной отражающей поверхности оптические линзы преобразованы в линзу, имеющую форму кольца (условно не показаны).

Энергетический баланс работы солнечной батареи 2 (см. фиг. 2) при прямом действии на нее солнечной энергии показывает, что только в лучшем случае 40% солнечной энергии преобразуется в электрическую, остальные 60% в основном очевидно расходуются на ее нагрев. При действии солнечной энергии на солнечную батарею с помощью отражательной поверхности можем получить плотность энергии на теневой стороне солнечной батареи во много раз превосходящую, чем при прямом действии. На основании этого получаем значительный перепад температур на поверхностях солнечной батареи. Создается возможность использования термоэлектрического генератора. Принципиальная схема электрической цепи полупроводникового термоэлектрического генератора включает в себя полупроводниковый термоэлемент, состоящий из ветвей (вырезанных из кристаллов небольших прямоугольных элементов) p- и n-типа проводимости, то есть обладающими разными знаками коэффициента термоэлектродвижущей силы, коммутационные пластины горячего и холодного спаев и активную нагрузку. В момент замыкания термоэлемента на внешнюю нагрузку в цепи течет постоянный ток, обусловленный эффектом Зеебека. Этот же ток вызовет выделение и поглощение тепла Пельтье (см. Пельтье эффект) на спаях p- и n-ветвей термоэлемента с металлическими пластинами. При этом движение носителей будет происходить от горячих спаев к холодным, что соответствует поглощению на горячих спаях теплоты Пельтье.

Известен термоэлектрический генератор, см. Российский патент №2475890, содержащий термоэлектрический преобразователь, нагреватель «горячих» и охлаждение «холодных» контактов. Разница температуры между контактами при включенной нагрузке позволяет генератору вырабатывать ток.

На фиг. 4 показан термоэлектрический генератор 6 согласно патенту №2475890, у которого разница температур определяется солнечной батареей и отраженной отражателями энергией. С целью обеспечения работы устройства в пасмурную погоду, а также ночью нагрев «горячих» контактов может происходить через раствор расплавленных солей, которые в результате аккумуляции солнечной энергии нагревают «горячие» контакты генератора.

Изобретение относится к альтернативной (солнечной) энергетике и может быть использовано для преобразования энергии солнца в электрическую. Технический результат заключается в увеличении поверхностной плотности солнечной энергии, воздействующей на поверхность солнечных батарей или на спаи термоэлектрического генератора, которая происходит за счет суммарного отражения солнечных лучей от отражающих поверхностей, облучаемых лучевой энергией, проходящей через оптические линзы. Для этого устройство содержит каркас, на котором закреплены датчик перпендикулярности солнечных лучей и солнечная батарея. За солнечной батареей в освещенной солнцем области находятся механически связанные с каркасом отражающие плоскостные поверхности, плоскости которых расположены под углом, определяющим попадание отраженных солнечных лучей на обратную сторону солнечной батареи, при этом падающие на отражающие плоскостные поверхности солнечные лучи проходят через оптические линзы. Отражающие плоскостные поверхности могут иметь форму усеченного конуса или пирамиды в зависимости от формы солнечной батареи. При этом поверхности могут быть объединены в оптическую линзу или линзу Френеля, которые имеют форму кольца, а также могут представлять собой гибкую надувную отражающую поверхность. К обратной стороне солнечной батареи могут быть прикреплены термоэлектрические генераторы, внешние (горячие) контакты которых находятся в растворе расплавленных солей. 2 н. и 7 з.п. ф-лы, 4 ил.

1. Способ преобразования солнечной энергии в электрическую, отличающийся тем, что увеличение поверхностной плотности солнечной энергии, воздействующей на поверхность солнечных батарей или на спаи термоэлектрического генератора, происходит за счет суммарного отражения солнечных лучей от отражающих поверхностей, облучаемых лучевой энергией, проходящей через оптические линзы.

2. Устройство, содержащее каркас, на котором закреплены датчик перпендикулярности солнечных лучей и солнечная батарея, отличающееся тем, что за солнечной батареей в освещенной солнцем области находятся механически связанные с каркасом отражающие плоскостные поверхности, плоскости которых расположены под углом, определяющим попадание отраженных солнечных лучей на обратную сторону солнечной батареи.

3. Устройство по п. 2, отличающееся тем, что падающие на отражающие плоскостные поверхности солнечные лучи проходят через оптические линзы.

4. Устройство по п. 2, отличающееся тем, что отражающие плоскостные поверхности образуют усеченные конус или пирамиду в зависимости от формы солнечной батареи.

5. Устройство по п. 2, отличающееся тем, что к обратной стороне солнечной батареи прикреплены термоэлектрические генераторы.

6. Устройство по п. 3, отличающееся тем, что солнечные лучи проходят через оптическую линзу, имеющую форму кольца.

7. Устройство по п. 6, отличающееся тем, что солнечные лучи проходят через линзу Френеля, имеющую форму кольца.

8. Устройство по п. 5, отличающееся тем, что внешние контакты термоэлектрических генераторов находятся в растворе расплавленных солей.

9. Устройство по п. 4, отличающееся тем, что отражающие поверхности представляют собой гибкую надувную отражающую поверхность.