RU2135906C1

RU2135906C1 - Solar photoelectric module

Info

Publication number: RU2135906C1
Application number: RU98118761/06A
Authority: RU
Inventors: Д.С. Стребков; нович Э.В. Тверь; Э.В. Тверьянович
Original assignee: Стребков Дмитрий Семенович; Тверьянович Эдуард Владимирович
Priority date: 1998-10-08
Filing date: 1998-10-08
Publication date: 1999-08-27

Abstract

FIELD: solar engineering. SUBSTANCE: photoelectric module with solar concentrator has two symmetrical parts 1, 2 each incorporating Fresnel lens 3,4 and hyperbolic-section cylindrical reflector 5,6 that has two optical focuses in focal plane 7,8; one focus of hyperbola is aligned with that of Fresnel lens and other focus is between lens 3,4 and reflector 5,6; it also has radiation detector 9 installed in symmetry plane of module; focal planes of both parts of module are located past that of entire module along sun rays; radiation detector is built up of solar cells distinguished by double-ended photosensitivity. EFFECT: improved uniformity of solar cell illumination which raises module efficiency. 1 dwg

Description

Изобретение относится к гелиотехнике, в частности касается производства фотоэлектрических модулей с концентраторами для солнечных электростанций. The invention relates to solar technology, in particular for the production of photovoltaic modules with concentrators for solar power plants.

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). A known concentrator for a solar module (analogue) containing a linear Fresnel lens and a cylindrical reflector located behind the Fresnel lens along the rays of the sun and made with a cross section in the form of a combination of a parabola turning into an ellipse, the general optical focus of the system where the radiation receiver is located, located between the Fresnel lens and the reflector (see Kritctman EM 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. The disadvantage of this concentrator for the solar module is the technological complexity of manufacturing a reflector having a parabola profile in cross section, turning into an ellipse. In addition, the specified hub has a low concentration in the range of 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). A solar photovoltaic module (prototype) is known, consisting of two symmetrical halves, each of which contains a Fresnel lens and a cylindrical reflector with a transverse profile made along a hyperbole having two optical foci in the focal plane, and one focus of the hyperbola is combined with the focus of the Fresnel lens, and another focus is located between the lens and the reflector, and the radiation receiver is installed in the plane of symmetry of the module (A.S. USSR, 1028966, E.V. Tveryanovich, D.S. Strebkov, etc. "Focusing collector of solar energy", publ. 15.07.83 bul. 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. The solar module works as follows. Solar radiation is focused by a linear Fresnel lens into the optical focus of the lens, which is combined with the optical focus of the hyperbola, which is the cross section of a cylindrical reflector. The radiation of the reflector from the cylindrical reflector, and according to the properties of the hyperbole, is collected in the second focus located between the reflector and the lens. A radiation detector is installed in the second focus.

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. A disadvantage of the known solar module for use with solar cells is the point focus (in cross section), which creates a sharp unevenness of illumination on the surface of the receiver since at a point focus, the distribution of illumination obeys the law of the Gaussian statistical distribution. Uneven illumination of solar cells reduces their efficiency.

Предложенное изобретение решает следующие технические задачи: создает более равномерное освещение на солнечных элементах, что повышает их КПД. The proposed invention solves the following technical problems: it creates more uniform lighting on solar cells, which increases their efficiency.

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. To achieve this result, in the solar photovoltaic module, the focal planes of both halves of the module are located beyond the plane of symmetry of the module along the rays of the sun, and the radiation detector consists of solar cells with two-sided photosensitivity.

Признаки, отличающие предложенное техническое решение от наиболее близкого известного решения по а.с. 1028966, заключаются в следующем. Signs that distinguish the proposed technical solution from the closest known solutions for AS 1028966 are as follows.

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. The focal planes of each half of the module, where the foci of the corresponding hyperbolas of the cylindrical reflector are located and the foci of the corresponding halves of the Fresnel lenses are not aligned with the plane of symmetry, as in the prototype, but are taken out of the plane of symmetry along the path of sunlight. This allows you to average the illumination of the radiation detector installed in the plane of symmetry of the module. As a radiation detector, solar cells with two-way sensitivity are used.

На чертеже представлено поперечное сечение фотоэлектрического модуля в рабочем положении и схема полхождения лучей через него. The drawing shows a cross-section of a photovoltaic module in the working position and a diagram of the passage of rays through it.

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(F₂ ¹) и F₁ ¹(F₂) в фокусной плоскости 7(8), причем один фокус F₁(F₁ ¹) совмещен с фокусом F₁(F₁ ¹) линзы Френеля 3(4), и другой фокус F₂(F₂ ¹) расположены между линзой 3(4) и отражателем 5(6) и приемник излучения 9 установлен в плоскости 10 симметрии модуля.A solar photovoltaic module consisting of two symmetrical halves 1 and 2, each of which contains a linear Fresnel lens 3 (4) and a cylindrical reflector 5 (6) with a transverse profile made along a hyperbole having two optical foci F ₁ (F ₂ ¹ ) and F ₁ ¹ (F ₂ ) in the focal plane 7 (8), moreover, one focus F ₁ (F ₁ ¹ ) is combined with the focus F ₁ (F ₁ ¹ ) of the Fresnel lens 3 (4), and another focus F ₂ (F ₂ ¹ ) are located between the lens 3 (4) and the reflector 5 (6) and the radiation detector 9 is installed in the plane of symmetry 10 of the module.

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. The focal planes 7 (8) of both halves 1 and 2 of the module are located behind the plane of symmetry 10 of the module along the sun and the radiation detector 9 consists of solar cells with two-sided photosensitivity.

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. In addition, the drawing shows: the cross-sectional width of a linear Fresnel lens D, the deflection depth of the cylindrical reflector h, the area on the plane of symmetry illuminated by concentrated solar radiation 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(F₁ ¹). На пути солнечных лучей стоит цилиндрический отражатель 5(6), поперечное сечение которого выполнено по профилю гиперболы, имеющей по два оптических фокуса F₁(F₁ ¹ и F₂(F₂ ¹), расположенных в фокусной плоскости 7(8), причем фокусы линзы F₁(F₁ ¹) являются общими для соответствующей гиперболы и соответствующей половины линзы Френеля 3(4).The module works as follows. Solar radiation (shown as an arrow in the drawing) falls on each half of modules 1 and 2, passes through the corresponding part of the linear Fresnel lens 3 (4), and focuses in its corresponding optical focus F ₁ (F ₁ ¹ ). A cylindrical reflector 5 (6) stands in the path of sunlight, the cross section of which is made along the profile of a hyperbola, which has two optical foci F ₁ (F ₁ ¹ and F ₂ (F ₂ ¹ ) located in the focal plane 7 (8), and the focuses of the lens F ₁ (F ₁ ¹ ) are common to the corresponding hyperbola and the corresponding half of the Fresnel lens 3 (4).

По геометрическим свойствам гиперболы, солнечные лучи отражаются от цилиндрических отражателей 5(6) и направляются во вторые фокусы гиперболы F₂(F₂ ¹), расположенные между половинками соответствующих линз Френеля 3(4) и отражателями 5(6).According to the geometric properties of the hyperbola, the sun's rays are reflected from the cylindrical reflectors 5 (6) and sent to the second foci of the hyperbola F ₂ (F ₂ ¹ ) located between the halves of the corresponding Fresnel lenses 3 (4) and reflectors 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. Since the focal planes 7 (8) are extended beyond the plane of symmetry of the module 10, then the rays of the sun are not collected in a point (in cross-section) focus on the radiation detector 9, but they illuminate on some sides some area AB where the radiation detector 9 is installed, consisting of solar cells with two-sided photosensitivity. Solar cells 9 generate an electric current directed to the consumer of electricity. Thus, the solar radiation collected from each half of modules 1 and 2 illuminates the site AB, where the energy distribution is much more uniform than in the point focus, which increases the efficiency of the solar cells 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=350\50=7, а с учетом статистического распределения по Гауссу, максимальная концентрация соответствует 14, что обеспечивает высокоэффективную работу солнечных элементов с двухсторонней чувствительностью.For example, for a linear Fresnel lens with a size of 350 mm, a deflection depth of a cylindrical reflector of 105 mm, distances l ₁ = l ₂ = 25 mm, the area AB illuminated by concentrated sunlight is 50 mm, respectively, the average concentration is K _f = 350 \ 50 = 7, and taking into account the Gaussian statistical distribution, the maximum concentration corresponds to 14, which ensures highly efficient operation of solar cells with bilateral sensitivity.

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.In the case of using the prototype module, solar radiation will be collected on a site AB 10 mm wide, which will create an average concentration on the site K _cf = 350/10 = 35, and taking into account the statistical distribution of the site’s illumination, the peak of illumination will be a concentration of 70. Such a large the difference in illumination will degrade the operation of solar cells and reduce their efficiency.

Claims

A solar photovoltaic module consisting of two symmetrical halves, each of which contains a linear Fresnel lens and a cylindrical reflector with a transverse profile made along a hyperbole having two optical foci in the focal plane, with one focus of the hyperbola aligned with the focus of the Fresnel lens and the other focus located between lens and reflector, the radiation receiver is mounted in the plane of symmetry of the module, characterized in that the focal planes of both halves of the module are located beyond the plane of symmetry of the module along an ode to the sun's rays and the radiation detector is composed of solar cells with two-way photosensitivity.