солнечный фотоэлектрический модуль

Формула изобретения

Солнечный фотоэлектрический модуль, состоящий из двух симметричных половин, каждая из которых содержит линейную линзу Френеля и цилиндрический отражатель с поперечным профилем, выполненным по гиперболе, имеющей два оптических фокуса в фокусной плоскости, причем один фокус гиперболы совмещен с фокусом линзы Френеля и другой фокус расположен между линзой и отражателем, приемник излучения установлен в плоскости симметрии модуля, отличающийся тем, что фокусные плоскости обеих половин модуля расположены за плоскостью симметрии модуля по ходу солнечных лучей и приемник излучения состоит из солнечных элементов с двусторонней фоточувствительностью.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к гелиотехнике, в частности касается производства фотоэлектрических модулей с концентраторами для солнечных электростанций.

Известен концентратор для солнечного модуля (аналог), содержащий линейную линзу Френеля и цилиндрический отражатель, расположенный за линзой Френеля по ходу солнечных лучей и выполненный с поперечным сечением в виде сочетания параболы, переходящей в эллипс, причем общей оптический фокус системы, где расположен приемник излучения, находится между линзой Френеля и отражателем (см. Kritctman E. M. Two stage lineer Eresnel lenses, Solar energy, 1984, 33, N 1, 35-39).

Недостатком указанного концентратора для солнечного модуля является технологическая сложность изготовления отражателя, имеющего в сечении профиль параболы, переходящей в эллипс. Кроме того, указанный концентратор имеет низкую концентрацию в пределах 1,4-2,3.

Известен солнечный фотоэлектрический модуль (прототип), состоящий из двух симметричных половин, каждая из которых содержит линзу Френеля и цилиндрический отражатель с поперечным профилем, выполненным по гиперболе, имеющей два оптических фокуса в фокусной плоскости, причем один фокус гиперболы совмещен с фокусом линзы Френеля, и другой фокус расположен между линзой и отражателем, и приемник излучения установлен в плоскости симметрии модуля (а.с. СССР, 1028966, Э.В.Тверьянович, Д.С.Стребков и др. "Фокусирующий коллектор солнечной энергии", опубл. 15.07.83 бюлл. 26).

Работает солнечный модуль следующим образом. Солнечное излучение фокусируется линейной линзой Френеля в оптический фокус линзы, который совмещен с оптическим фокусом гиперболы, являющейся поперечным сечением цилиндрического отражателя. Излучение отражателя от цилиндрического отражателя, и по свойствам гиперболы, собирается во втором фокусе, расположенном между отражателем и линзой. Во втором фокусе установлен приемник излучения.

Недостатком известного солнечного модуля для использования его с солнечными элементами является точечный фокус (в поперечном сечении), что создает резкую неравномерность освещенности на поверхности приемника т.к. в точечном фокусе распределение освещенности подчиняется закону статистического распределения Гаусса. Неравномерное освещение солнечных элементов снижает их КПД.

Предложенное изобретение решает следующие технические задачи: создает более равномерное освещение на солнечных элементах, что повышает их КПД.

Для достижения этого результата в солнечном фотоэлектрическом модуле фокусные плоскости обеих половин модуля расположены за плоскостью симметрии модуля по ходу солнечных лучей, и приемник излучения состоит из солнечных элементов с двухсторонней фоточувствительностью.

Признаки, отличающие предложенное техническое решение от наиболее близкого известного решения по а.с. 1028966, заключаются в следующем.

Фокусные плоскости каждой половины модуля, где расположены фокусы соответствующих гипербол цилиндрического отражателя и фокусы соответствующих половин линз Френеля не совмещены с плоскостью симметрии, как в прототипе, а вынесены за плоскость симметрии по ходу солнечных лучей. Это позволяет усреднить освещенность приемника излучения, установленного в плоскости симметрии модуля. В качестве приемника излучения используются солнечные элементы с двухсторонней чувствительностью.

На чертеже представлено поперечное сечение фотоэлектрического модуля в рабочем положении и схема полхождения лучей через него.

Солнечный фотоэлектрический модуль, состоящий из двух симметричных половин 1 и 2, каждая из которых содержит линейную линзу Френеля 3(4) и цилиндрический отражатель 5(6) с поперечным профилем выполненным по гиперболе, имеющей два оптических фокуса F₁(F₂¹) и F₁¹(F₂) в фокусной плоскости 7(8), причем один фокус F₁(F₁¹) совмещен с фокусом F₁(F₁¹) линзы Френеля 3(4), и другой фокус F₂(F₂¹) расположены между линзой 3(4) и отражателем 5(6) и приемник излучения 9 установлен в плоскости 10 симметрии модуля.

Фокусные плоскости 7(8) обеих половин 1 и 2 модуля расположены за плоскостью 10 симметрии модуля по ходу солнечных лучей и приемник 9 излучения состоит из солнечных элементов с двухсторонней фоточувствительностью.

Кроме того, на чертеже изображено: ширина поперечного сечения линейной линзы Френеля D, глубина прогиба цилиндрического отражателя h, площадка на плоскости симметрии освещаемая концентрированным солнечным излучением AB.

Работает модуль следующим образом. Солнечное излучение (изображено в виде стрелы на чертеже) попадает на каждую половину 1 и 2 модуля, проходит через соответствующую часть линейной линзы Френеля 3(4) и фокусируется в соответствующий свой оптический фокус F₁(F₁¹). На пути солнечных лучей стоит цилиндрический отражатель 5(6), поперечное сечение которого выполнено по профилю гиперболы, имеющей по два оптических фокуса F₁(F₁¹ и F₂(F₂¹), расположенных в фокусной плоскости 7(8), причем фокусы линзы F₁(F₁¹) являются общими для соответствующей гиперболы и соответствующей половины линзы Френеля 3(4).

По геометрическим свойствам гиперболы, солнечные лучи отражаются от цилиндрических отражателей 5(6) и направляются во вторые фокусы гиперболы F₂(F₂¹), расположенные между половинками соответствующих линз Френеля 3(4) и отражателями 5(6).

Поскольку фокусные плоскости 7(8) вынесены за пределы плоскости 10 симметрии модуля, то на приемнике 9 излучения солнечные лучи не собираются в точечный (в поперечном сечении) фокус, а освещают с двух сторон некоторую площадку AB, где установлен приемник 9 излучения, состоящий из солнечных элементов с двухсторонней фоточувствительностью. Солнечные элементы 9 вырабатывают электрический ток, направляемый потребителю электроэнергии. Таким образом, солнечное излучение, собранное с каждой половины 1 и 2 модуля, освещает площадку AB, где распределение энергии значительно более равномерное, чем в точечном фокусе, что повышает эффективность работы солнечных элементов 9.

Например, для линейной линзы Френеля размером 350 мм, глубины прогиба цилиндрического отражателя 105 мм, расстояниях l₁=l₂=25 мм, площадка AB, освещаемая концентрированными солнечными лучами, составляет 50 мм, соответственно средняя концентрация равна К_ф=35050=7, а с учетом статистического распределения по Гауссу, максимальная концентрация соответствует 14, что обеспечивает высокоэффективную работу солнечных элементов с двухсторонней чувствительностью.

В случае использования модуля, выполненного по прототипу, солнечное излучение соберется на площадку AB шириной 10 мм, что создаст среднюю концентрацию по площадке К_ср=350/10=35, а с учетом статистического распределения освещенности площадки, пик освещенности составит концентрацию 70. Такой большой перепад освещенности ухудшит работу СЭ и снизит их КПД.