СОЛНЕЧНЫЙ ФОТОЭЛЕКТРИЧЕСКИЙ МОДУЛЬ С КОНЦЕНТРАТОРОМ ИЗЛУЧЕНИЯ Российский патент 2024 года по МПК H01L31/52 H02S30/20 

Изобретение относится к солнечной энергетике, в частности, к солнечным энергетическим системам, предназначенным для выработки электроэнергии в космическом пространстве. Фотоэлектрическое преобразование концентрированного солнечного излучения является одним из наиболее эффективных методов получения электрической энергии от Солнца в космическом пространстве при использовании высокоэффективных каскадных солнечных элементов, легких малогабаритных систем концентрирования солнечного излучения и устройств ориентации модулей на Солнце.

Известна солнечная фотоэлектрическая матрица с концентраторами излучения (см. US 20110017875, МПК B64G 1/44, HOIL 31/042, опубл. 27.01.2011), содержащая несущую конструкцию космического аппарата, на которой закреплены фотоэлектрические модули с концентраторами излучения, включающие в себя множество отражателей Френеля, направляющих свет на панель фотоэлектрических элементов, термически подключенных к центральной несущей конструкции через радиатор тепловой трубы. Тепловая труба обеспечивает передачу тепла от панели фотоэлектрических элементов и рассеяние его на радиаторе тепловой трубы и элементах несущей конструкция.

Недостатком известной солнечной фотоэлектрической матрицы является низкий удельный энергосъем из-за отсутствия системы слежения за Солнцем фотоэлектрической матрицы.

Известен фотоэлектрический модуль с параболоцилиндрическим концентратором солнечного излучения (см. RU 2554674, МПК H01L 31/054, F24J 2/14, опубл. 27.06.2015), включающий асимметричный параболоцилиндрический концентратор с зеркальной внутренней поверхностью отражения и линейный фотоэлектрический преобразователь (ФЭП), расположенный в фокальной области с равномерным распределением концентрированного излучения вдоль оси. Линейный ФЭП снабжен устройством протока теплоносителя. Форма отражающей поверхности концентратора определяется системой уравнений, соответствующей условию равномерной освещенности поверхности, выполненного в виде линейки из коммутированных ФЭП и расположенного под углом к миделю концентратора. Изобретение обеспечивает работу фотоэлектрического модуля при высоких концентрациях и равномерное освещение ФЭП, получение на одном ФЭП технически приемлемого напряжения и повышение КПД преобразования.

Недостатком известного солнечного фотоэлектрического модуля является необходимость организации теплоотвода путем циркуляции теплоносителя, а также малая компактность модуля при отсутствии конструкции складывания модуля для его транспортировки в космос, что ведет к увеличению массово-габаритных параметров модуля при его запуске для базирования на космическом летательном аппарате.

Известен складной солнечный фотоэлектрический модуль с двусторонними фотоэлементами (см. RU 193323, МПК H02S 10/40, H02S 30/20, F24H 1/06, H02S 40/44, опубл. 24.10.2019), содержащий концентратор параболоцилиндрического типа, двусторонние ФЭП и теплоноситель. Концентратор выполнен складным, оснащен цилиндрическими шарнирами для складывания и стойками с отверстиями для двусторонних ФЭП. Модуль в сложенном состоянии обладает функцией защиты двусторонних ФЭП, а его профиль обеспечивает освещенность одной или одновременно двух приемных поверхностей ФЭП. Корпус ФЭП выполнен металлическим, имеет комбинированные полости для различных функций и обеспечивает своей структурой полости для теплоносителя с входом и выходом, с возможностью непосредственного теплосъема с теплоносителя. Двусторонние ФЭП имеют p-n-переходы, параллельные потоку концентрированного солнечного излучения. Теплоизоляция теплоносителя и двусторонних ФЭП выполнена с двух сторон. Теплоноситель омывает непосредственно герметизированные двусторонние ФЭП, защищенные прозрачными закаленными стеклами.

Недостатком известного солнечного фотоэлектрического модуля является недостаточная жесткость конструкции концентратора. Наличие стыка между складными элементами концентратора приводит к возрастанию оптических потерь при концентрировании солнечного излучения. Также выбранное размещение ФЭП ведет к смещению фокуса концентратора относительно ФЭП, к снижению равномерности засветки ФЭП и к увеличению отражения солнечного излучения.

Известен солнечный фотоэлектрический модуль с концентратором излучения (см. US 6111190, МПК H01L 31/045, МПК H01L 31/052, B64G 1/44, F24J 2/36, B64G 1/50, опубл. 29.08.2000) на основе надувной линзы Френеля. Модуль состоит из гибкой линзы Френеля, гибких боковых стенок и задней поверхности, совместно охватывающих объем полости, которая может быть заполнена газом низкого давления для развертывания концентраторного модуля на орбите. На задней поверхности модуля размещен ФЭП, расположенный в фокальной области линзы Френеля. Кроме того, задняя поверхность может служить отводом тепла. Перед развертыванием спущенную гибкую линзу Френеля и боковины складывают на задней поверхности с образованием плоской малообъемной упаковки для эффективного запуска в космос.

Солнечный фотоэлектрический концентраторный модуль с концентратором излучения с использованием надувной линзы Френеля обеспечивает уменьшение массы и объема модуля перед его запуском в космос. Существенным недостатком известного надувного концентраторного модуля является низкий коэффициент полезного действия (КПД) вследствие низкого оптического КПД надувной линзы Френеля.

Известен солнечный фотоэлектрический модуль с концентратором излучения (см. патент US 6075200, МПК H01L 31/052, H01L 31/0232, B64G 1/22, F24J 2/08, B64G 1/44, опубл. 13.06.2000), совпадающий с настоящим техническим решением по наибольшему числу существенных признаков и принятый за прототип. Солнечный фотоэлектрический модуль-прототип включает по меньшей мере одну прямоугольную линзу Френеля, выполненную с возможностью фокусирования солнечного света в фокальную область, по меньшей мере один ФЭП, расположенный в фокальной области на плоском теплосбрасывающем основании, выполненном с длиной и шириной равными размерам проекции прямоугольной линзы Френеля на плоское основание; развертываемые опорные средства для установки линзы Френеля в надлежащее положение относительно солнечного фотоэлемента, включающие механические средства для компактного размещения фотоэлектрического модуля в процессе запуска и развертывания на орбите, по меньшей мере один конструктивный элемент, включающий средство для создания силы натяжения в указанной линзе Френеля в направлении, по существу параллельном фокальной линии.

Недостатком известного солнечного фотоэлектрического модуля-прототипа являются низкий КПД вследствие невозможности использования линз Френеля с точечным фокусом, обеспечивающих увеличение КПД по сравнению с линейными линзами Френеля.

Задачей настоящего технического решения является разработка такого солнечного фотоэлектрического модуля с концентратором излучения, который бы имел увеличенный КПД.

Поставленная задача решается тем, что солнечный фотоэлектрический модуль с концентратором излучения включает по меньшей мере одну прямоугольную линзу Френеля, выполненную с возможностью фокусирования солнечного света в фокальную область, по меньшей мере один солнечный фотоэлемент, расположенный в фокальной области на плоском теплосбрасывающем основании, выполненном с длиной и шириной, равными размерам проекции прямоугольной линзы Френеля на плоское основание, развертываемые опорные средства для установки линзы Френеля в надлежащее положение относительно солнечного фотоэлемента, включающие механические средства для компактного размещения фотоэлектрического модуля в процессе запуска и его развертывания на орбите. Новым является то, что линза Френеля выполнена в виде плоской панели, установленной параллельно плоскому основанию, развертываемые опорные средства, включающие механические средства для компактного размещения фотоэлектрического модуля в процессе запуска и развертывания на орбите выполнены в виде двух пар наклоненных к плоскому основанию телескопических стоек, установленных на противоположных торцах плоского основания, каждая телескопическая стойка содержит заглушенную с одного торца трубку и соосный с трубкой стержень, подпружиненный в трубке цилиндрической пружиной сжатия и выполненный с возможностью возвратно-поступательного перемещения вдоль трубки, концы стержней, расположенные в трубках, снабжены шпильками, входящими в продольные прорези трубок, а концы стержней, расположенные вне трубок, закреплены попарно на серединах противоположных торцов плоского основания посредством первых цилиндрических шарниров, общих для каждой пары стержней, к заглушенным торцам трубок телескопических стоек прикреплены посредством вторых цилиндрических шарниров ролики, упирающиеся в снабженные фиксаторами крайнего положения роликов верхние концы прямоугольных упругих боковых стенок, прикрепленных к противоположным торцам плоского основания, при этом высота боковых стенок установлена равной сумме фокусного расстояния F линзы Френеля и толщины D плоского основания, а оси всех цилиндрических шарниров параллельны друг другу и боковым стенкам.

Фиксаторы могут быть выполнены прямоугольными, длиной, равной сумме диаметра ролика и толщины боковой стенки, и шириной, равной диаметру трубки телескопической стойки.

Выполненные в трубках телескопических стоек продольные прорези могут быть длиной h, равной где b - диаметр шпилек, R - длина плоского основания модуля, причем расстояние края каждой прорези до заглушенного торца трубки, может быть равным длине пружины в полностью сжатом состоянии.

Цилиндрические пружины и боковые стенки могут быть выполнены из пружинного легкого сплава.

Техническим результатом, обеспечиваемым приведенной совокупностью признаков, является созданный солнечный фотоэлектрический модуль с линзами Френеля складного типа, обеспечивающий уменьшение объема модуля в сложенном транспортном состоянии в 10-20 раз по сравнению с объемом модуля в раскрытом рабочем состоянии на космическом аппарате. При этом обеспечивается увеличение КПД при использовании линз Френеля с точечным фокусом по сравнению с КПД модулей с линейными линзами Френеля, реализованными в прототипе.

Сущность изобретения поясняется чертежами, на которых изображено:

На фиг. 1 показана в разрезе конструкция модуля в раскрытом рабочем состоянии при эксплуатации на космическом аппарате, где: 1 - плоская панель из двух линз 2, 3 Френеля; 4, 5 - солнечные фотоэлементы в фокусах линз 2, 3 Френеля; 6 - плоское теплосбрасывающее основание модуля; 7 - фронтальная поверхность линз 2, 3 Френеля; 8, 9 - трубки наклонных телескопических стоек, соединяющих панель 1 линз 2, 3 Френеля и плоское основание 6 модуля; 10, 11 - стержни наклонных телескопических стоек, входящие в трубки 8, 9 с возможностью безлюфтового возвратно-поступательного движения внутри трубок 8, 9; 12 - первый цилиндрический шарнир для крепежа стержней 10, 11; 13, 14 - цилиндрические пружины, прикрепленные одним концом к торцам стержней 10, 11; 15, 16 - заглушки трубок 8, 9 с прикрепленными к ним другими концами пружин 13, 14; 17, 18 - ролики, прикрепленные к заглушкам 15, 16; 19, 20 - вторые цилиндрические шарниры, прикрепленные к панели 1 линз 2, 3 Френеля и к заглушкам 15, 16; 21, 22 - боковые стенки, прилегающие своими концами к роликам 17, 18; 23, 24 - концы боковых стенок 21, 22 (участки боковых стенок для крепления к плоскому основанию 6 модуля); 25, 26 - фиксаторы - ограничители положения роликов 17, 18 при раскрытии модуля на космической орбите; 27 - толщина боковой стенки; 28, 29 - шпильки, прикрепленные соответственно к концам стержней 10, 11 и входящие в прорези 30, 31 в трубках 8, 9.

На фиг. 2 приведена конструкция модуля по сечению А-А на фиг. 1, где: 4, 5 - солнечные фотоэлементы; 8, 9, 32, 33 - трубки наклонных телескопических стоек; 10, 11, 34, 35 - стержни наклонных телескопических стоек; 12, 36 - первые цилиндрические шарниры; 17, 18, 39, 40 - ролики; 21, 22 - боковые стенки.

На фиг. 3 показан вид сверху на конструкцию модуля, где: 4, 5 - солнечные фотоэлементы; 8, 9, 32, 33 - трубки; 10, 11, 34, 35 - стержни; 12, 36 - первые цилиндрические шарниры; 25, 26, 41, 42 - фиксаторы.

На фиг. 4 приведена конструкция фотоэлектрического модуля по сечению В-В на фиг. 2 в закрытом транспортном состоянии, закрепленного на корпусе 44 космического корабля (или на специальной платформе солнечной батареи) и прикрытого защитным кожухом 45, удаляемым на орбите перед началом работы солнечного фотоэлектрического модуля.

Солнечный фотоэлектрический модуль с концентраторами излучения включает плоскую прямоугольную панель 1 (см. фиг. 1) линз 2, 3 Френеля, солнечные фотоэлементы 4, 5, установленные в фокусах линз 2, 3 Френеля на плоском прямоугольном теплосбрасывающем основании 6, выполненном с длиной и шириной равными размерам панели 1 линз 2, 3 Френеля и установленном параллельно фронтальной поверхности 7 панели 1 линз 2, 3 Френеля с помощью четырех наклоненных к основанию 6 телескопических стоек. Прямоугольная конструкция модуля обладает жесткостью, необходимой для постоянного нахождения фотоэлементов 4, 5 в фокальном солнечном пятне соответственно линз 2, 3 Френеля при использовании системы ориентации модулей на Солнце. Каждая из телескопических стоек содержит заглушенную с одного торца соответственно трубку 8, 9 (см. фиг. 1) и 32, 33 (см. фиг. 2, фиг. 3) и соответственно соосный подвижный стержень 10, 11 (см. фиг. 1) и 34, 35 (см. фиг. 2, фиг. 3), например, круглого сечения с диаметром, например, меньшим внутреннего диаметра трубки на 0.1-0.2 мм, выполненному с возможностью безлюфтового возвратно-поступательного перемещения вдоль соответственно трубки 8, 9, 32, 33 посредством трения скольжения. Возвратно-поступательное безлюфтовое движение стержней 10, 11, 34, 35 в соответственно трубках 8, 9, 32, 33 обеспечивается при превышении на 0.1-0.2 мм внутреннего диаметра трубок над внешним диаметром входящих в трубки стержней при оптимальных длинах трубок 8, 9, 32, 33 в модулях, составляющих 3-10 см, при внутреннем диаметре трубок 8, 9, 32, 33 в диапазоне 2-5 мм, учитывая, что минимальные размеры а твердых частиц, входящих в состав разработанных для использования в космосе масел составляют 0.03-0.05 мм. При длине трубок 8, 9, 32, 33 порядка 3-5 см и сверхточной полировке деталей разница диаметров (Δd) может быть Δd=0.1-0.15 мм. При увеличении длины трубок 8, 9, 32, 33 до ~ 10 см разница диаметров должна быть увеличена до Δd=0.2 мм. Один конец каждого стержня 10, 11 (см. фиг. 1) и 34, 35 (см. фиг. 2, фиг. 3), расположенный вне соответственно трубки 8, 9, 32, 33 попарно закреплен на двух первых цилиндрических шарнирах 12 (см. фиг. 1) и 36 (см. фиг. 2, фиг. 3), установленных на серединах противоположных торцов плоского основания 6 (см. фиг. 1), с осью 43 (см. фиг. 2, фиг. 3) вращения первых шарниров 12 (см. фиг. 1) и 36 (см. фиг. 2, фиг. 3), установленной параллельной плоскости основания 6 и перпендикулярной осям стержней 10, 11 (см. фиг. 1) и 34, 35 (см. фиг. 2, фиг. 3). Каждый из двух первых цилиндрических шарниров 12 (см. фиг. 1) и 36 (см. фиг. 2, фиг. 3) является общим для одной из двух пар стержней 10,11 (см. фиг. 1) и 34, 35 (см. фиг. 2, фиг. 3), а другие концы четырех стержней 10, 11 и 34, 35, расположенные внутри соответственно трубок 8,9, 32, 33, прикреплены своими торцами к концам соответственно цилиндрических пружин 13, 14 (см. фиг. 1), размещенных внутри соответственно трубок 8, 9, 32, 33 соосно с этими трубками, при этом другие концы каждой пружины 13, 14 прикреплены к внутренним торцам заглушек 15, 16 соответственно каждой трубки 8, 9, 32, 33. Такая «треугольная» опорная конструкция модуля является наиболее жесткой при возможности изменения расстояния заглушенных концов четырех трубок 8, 9, 32, 33 от основания 6 модуля от минимального расстояния при полностью сжатых пружинах 13, 14 до максимального, обеспечиваемого максимальным растяжением пружин 13, 14. На наружной стороне каждой заглушки 15, 16 установлены соответственно ролики 17, 18 (см. фиг. 1) и 39, 40 (см. фиг. 2, фиг. 3), прикрепленные с помощью четырех вторых цилиндрических шарниров 19, 20 к четырем углам линзовой панели 1, с осями вращения соответственно роликов 17, 18, 39, 40 параллельными осям упомянутых первых цилиндрических шарниров 12, 36, а каждый ролик 17, 18, 39, 40 установлен прилегающим к концам двух прямоугольных боковых стенок 21, 22 (см. фиг. 1), прикрепленных другими концами 23, 24 к двум торцам плоского основания 6 параллельно оси 43 (см. фиг. 2, фиг. 3) шарниров 12, 36 и перпендикулярно плоскости основания 6, при этом высота боковых стенок 21,22 установлена равной сумме фокусного расстояния F линз 2, 3 Френеля и толщины D основания 6. Такое конструктивное выполнение модуля обеспечивает перемещение линзовой панели 1 в направлении, перпендикулярном плоскости основания 6, осуществляемое разжимающимися пружинами 13, 14 с помощью роликов 17, 18, 39, 40, прикрепленным к заглушкам 15, 16 и к четырем углам линзовой панели 1. Длина боковых стенок 21, 22, установленная равной сумме фокусного расстояния F и толщины D основания 6, обеспечивает фиксацию расстояния линзовой панели 1 до основания 6, равного фокусному расстоянию линз 2, 3 Френеля, что обеспечивает, в свою очередь, фиксацию солнечных элементов в фокусах линз Френеля. На торцах прилегающих к роликам 17, 18, 39, 40 стенок 21, 22 (см. фиг. 1) перпендикулярно к стенкам прикреплены четыре фиксатора 25, 26 (см. фиг. 1) и 41, 42 (см. фиг. 3) крайнего положения роликов 17, 18, 39, 40 с длиной каждого фиксатора, равной, предпочтительно, сумме диаметра роликов 17, 18, 39, 40 и толщины 27 боковых стенок 21, 22. Фиксаторы 25, 26, 41, 42, прикрепленные к краям стенок 21, 22, обеспечивают ограничение крайнего положения роликов 17, 18, 39, 40 и прикрепленной к роликам линзовой панели 1. Фиксаторы 25, 26, 41, 42 могут быть выполнены прямоугольными. Длина каждого фиксатора 25, 26, 41, 42, установленная равной сумме диаметра прилегающего к нему ролика и толщины боковых стенок 21, 22, обеспечивает надежное прикрепление фиксаторов 25, 26, 41, 42 к торцам стенок 21, 22 и надежное зацепление роликов 17, 18, 39,40 и фиксаторов 25, 26, 41, 42. При этом ширина фиксаторов 25, 26, 41, 42 может быть установлена равной диаметру трубок 8, 9, 32, 33, что обеспечивает надежную фиксацию крайнего положения роликов 17, 18, 39, 40 и максимальную компактность укладки фиксаторов 25, 26, 41, 42 в сложенном транспортном состоянии модуля (см. фиг. 3 - фиг. 4). На расположенных в трубках 8, 9, 32, 33 концах соответственно стержней 10, 11, 34, 35 перпендикулярно к ним установлены шпильки 28, 29 (см. фиг. 1), входящие в выполненные в трубках 8, 9, 32, 33 соответственно продольные прорези 30, 31 предпочтительно с длиной h прорезей, равной где b - диаметр шпилек, R - длина основания 6 модуля, причем расстояние края каждой прорези 30, 31 соответственно до заглушки 15, 16, ближайшей к этой прорези, установлено равным длине цилиндрических пружин 13, 14 в полностью сжатом состоянии, при этом цилиндрические пружины 13, 14 и боковые стенки 21, 22 выполнены из пружинного легкого сплава. Назначением шпилек 28, 29, входящих в прорези в трубках 8, 9, 32, 33, является дополнительная фиксация крайнего положения роликов 17,18, 39, 40 и панели 1 линз 2, 3 Френеля в раскрытом рабочем состоянии модуля. Длина h прорезей 30, 31 при этом должна быть равна разнице длины W₁ наклонных телескопических стоек в раздвинутым состоянии и длины W₂ телескопических стоек в сдвинутом транспортном состоянии. Длина телескопических стоек W₁ в раздвинутом состоянии модуля равна Телескопические стойки в раздвинутом состоянии являются гипотенузами прямоугольных треугольников с катетами, равными фокусному расстоянию F и половины длины R основания. Таким образом, длина W₁ телескопических стоек в раздвинутом состоянии модуля равна Длина телескопических стоек в закрытом состоянии равна W₂=R/2. Длина прорезей с учетом диаметра шпилек b равна Выполнение пружин и боковых стенок модуля из легкого пружинного сплава обеспечивает минимально возможный вес модуля при обеспечении 100%-ной надежности раскрытия модуля в космосе. В качестве такого материала могут быть использованы пружинные сплавы на основе магния, алюминия, титана и других материалов с малым удельным весом.

Работает солнечный фотоэлектрический модуль следующим образом.

В закрытом (транспортном) состоянии (см. фиг. 4) боковые стенки 21, 22 находятся в сложенном положении, прилегая к плоской поверхности панели 1 линз 2, 3 Френеля. Наклонные стойки, включающие трубки 8, 9, 32, 33 и входящие в трубки стержни 10, 11, 34, 35 также находятся в состоянии, близком к горизонтальному. При этом пружины 13, 14 находятся в полностью сжатом состоянии. Суммарная толщина конструкции модуля в закрытом состоянии складывается из суммы толщин боковой стенки 21, панели 1 линз 2, 3 Френеля, диаметра трубок 8, 9, 32, 33 и основания 6. При длине модуля ~ 25 см и фокусном расстоянии линз 2, 3 Френеля в диапазоне 10-25 см толщина сложенного модуля может составлять ~ 1 см. На Земле перед запуском космического аппарата на орбиту модуль крепится своим основанием 6 на корпусе 44 (см. фиг. 4) космического корабля или на специальной платформе, предназначенной для размещения на ней солнечной батареи на основе нескольких модулей. Со стороны панели 1 линз 2, 3 Френеля, прикрытой сложенными боковыми стенками 21, 22, модуль прикрыт защитным кожухом 45, одновременно выполняющим функцию фиксации сложенного состояния модуля, препятствуя преждевременному раскрытию модуля до вывода космического аппарата на орбиту. После приведения космического аппарата в рабочее положение на орбите, защитный кожух 45 принудительно отделяется от аппарата. Это действие показано стрелками 46, 47. Например, кожух «отстреливается» или раскрывается (сдвигается), открывая модуль или сборку из модулей солнечной батареи. После отделения защитного кожуха боковые стенки 21, 22 приводятся в положение, перпендикулярное основанию 6 модуля (см. фиг. 1). Эту операцию осуществляют две силы: распрямление боковых стенок 21, 22, выполненных из пружинного материала и выталкивающее воздействие роликов 17, 18, 39, 40, обеспечиваемое растяжением пружин 13, 14, находящихся в сжатом положении в транспортном состоянии. После срабатывания пружинного механизма и выдвижения стержней 10, 11 и 34, 35 из соответственно трубок 8, 9, 32, 33 крайнее положение выдвижения стержней 10, 11 и 34, 35 из трубок 8, 9, 32, 33 фиксируется краями прорезей 30, 31 в трубках и шпильками 28, 29, прикрепленными к концам соответственно стержней 10, 11 и 34, 35 перпендикулярно к стержням 10, 11 и 34, 35 и вставленными в прорези 30, 31 в трубках 8, 9, 32, 33. Необходимую жесткость конструкции модуля обеспечивают четыре фиксатора 25, 26 и 41, 42 (см. фиг. 3), прикрепленные к краям боковых стенок 21, 22, прилегающим соответственно к роликам 17, 18, 39, 40.

Пример. Был изготовлен складной солнечный фотоэлектрический модуль с концентраторами излучения на основе восьми линз Френеля с точечными фокальными пятнами и с размером линзовой панели 240 мм × 120 мм. Размер единичной линзы Френеля был 60 мм × 60 мм. Фокусное расстояние линз Френеля было равно F=132 мм. Толщина плоского основания модуля D=2 мм. Размер модуля в рабочем раскрытом состоянии был 242 мм × 130 мм × 134 мм. Размер модуля в сложенном транспортном состоянии составлял 242 мм × 130 мм × 12 мм. КПД модуля составил 32% под импульсным имитатором солнечного излучения, что соответствует наивысшим значениям КПД модулей с концентраторами солнечного излучения и с точечными фокусами линз Френеля. При этом объем модуля в сложенном состоянии в 11 раз меньше объема модуля в рабочем раскрытом состоянии, что обеспечивает значительную (в 11 раз) экономию места на транспортном космическом корабле, что, в свою очередь, обеспечивает существенное уменьшение стоимости доставки в космос солнечной батареи на основе разработанных складных концентраторных модулей.

Изобретение относится к солнечной энергетике, в частности к солнечным энергетическим системам, предназначенным для выработки электроэнергии в космическом пространстве. Солнечный фотоэлектрический модуль с концентратором излучения включает панель линз Френеля и плоское теплосбрасывающее основание, соединенные с помощью двух пар наклоненных к плоскому основанию телескопических стоек, установленных на противоположных торцах плоского основания. Каждая телескопическая стойка содержит заглушенную с одного торца трубку и соосный с трубкой стержень, подпружиненный в трубке цилиндрической пружиной сжатия и выполненный с возможностью возвратно-поступательного перемещения вдоль трубки. Концы стержней, расположенные в трубках, снабжены шпильками, входящими в продольные прорези трубок. Концы стержней, расположенные вне трубок, закреплены попарно на серединах противоположных торцов плоского основания посредством первых цилиндрических шарниров. К заглушенным торцам трубок телескопических стоек прикреплены посредством вторых цилиндрических шарниров ролики, упирающиеся в снабженные фиксаторами верхние концы прямоугольных упругих боковых стенок, прикрепленных к противоположным торцам плоского основания. Модуль обеспечивает его складывание на Земле в транспортном состоянии при доставке модуля с Земли в космос и раскрытие модуля в рабочее состояние на космической орбите и при этом имеет увеличенный КПД. 3 з.п. ф-лы, 4 ил.

1. Солнечный фотоэлектрический модуль с концентратором излучения, включающий по меньшей мере одну прямоугольную линзу Френеля, выполненную с возможностью фокусирования солнечного света в фокальную область, по меньшей мере один солнечный фотоэлемент, расположенный в фокальной области на плоском теплосбрасывающем основании, выполненном с длиной и шириной, равными размерам проекции прямоугольной линзы Френеля на плоское основание, развертываемые опорные средства для установки линзы Френеля в надлежащее положение относительно солнечного фотоэлемента, включающие механические средства для компактного размещения фотоэлектрического модуля в процессе запуска и развертывания на орбите, отличающийся тем, что линза Френеля выполнена в виде плоской панели, установленной параллельно плоскому основанию, развертываемые опорные средства, включающие механические средства для компактного размещения фотоэлектрического модуля в процессе запуска и развертывания на орбите, выполнены в виде двух пар, наклоненных к плоскому основанию телескопических стоек, установленных на противоположных торцах плоского основания, каждая телескопическая стойка содержит заглушенную с одного торца трубку и соосный с трубкой стержень, подпружиненный в трубке цилиндрической пружиной сжатия и выполненный с возможностью возвратно-поступательного перемещения вдоль трубки, концы стержней, расположенные в трубках, снабжены шпильками, входящими в продольные прорези трубок, а концы стержней, расположенные вне трубок, закреплены попарно на серединах противоположных торцов плоского основания посредством первых цилиндрических шарниров, общих для каждой пары стержней, к заглушенным торцам трубок телескопических стоек прикреплены посредством вторых цилиндрических шарниров ролики, упирающиеся в снабженные фиксаторами крайнего положения роликов верхние концы прямоугольных упругих боковых стенок, прикрепленных к противоположным торцам плоского основания, при этом высота боковых стенок установлена равной сумме фокусного расстояния F линзы Френеля и толщины D плоского основания, а оси всех цилиндрических шарниров параллельны друг другу и боковым стенкам.

2. Модуль по п. 1, отличающийся тем, что фиксаторы крайнего положения роликов выполнены прямоугольными, длиной, равной сумме диаметра ролика и толщины боковой стенки, и шириной, равной диаметру трубки телескопической стойки.

3. Модуль по п. 1, отличающийся тем, что выполненные в трубках телескопической стойки продольные прорези выполнены длиной, равной где b - диаметр шпилек, R - длина плоского основания модуля, причем расстояние от края каждой прорези до заглушенного торца трубки может быть равным длине пружины в полностью сжатом состоянии.

4. Модуль по п. 1, отличающийся тем, что цилиндрические пружины и боковые стенки выполнены из пружинного легкого сплава.