×
27.07.2013
216.012.5afe

Результат интеллектуальной деятельности: СОЛНЕЧНЫЙ КОНЦЕНТРАТОРНЫЙ МОДУЛЬ (ВАРИАНТЫ)

Вид РИД

Изобретение

Аннотация: Изобретение относится к гелиотехнике. Солнечный концентраторный модуль согласно изобретению содержит приемник с двусторонней рабочей поверхностью, установленный в плоскости симметрии между фокальной осью концентратора и поверхностью концентратора, выполненного в виде зеркальных отражателей, отличающийся тем, приемник установлен в плоскости симметрии цилиндрического концентратора, ветви концентратора в поперечном сечении образованы окружностями радиуса R, равного высоте Н приемника с центрами в точках O и О, расположенными по краям приемника в верхней его кромке; при этом фокальные оси ветвей цилиндрического концентратора, проходящие через центры окружностей О и О параллельно верхней кромке приемника, ориентированы в направлении Север-Юг и наклонены в северном полушарии к плоскости горизонта в южном направлении под углом φ=90°-α, где α - широта местности; причем в южном полушарии фокальные оси наклонены к горизонтальной поверхности в северном направлении под углом φ=90°-α, а в экваториальной зоне с широтой от 30° южной широты до 30° северной широты фокальные оси цилиндрического концентратора параллельны горизонтальной поверхности. Также предложен еще один вариант описанного выше солнечного концентраторного модуля. Изобретение обеспечивает эффективную работу солнечного модуля в течение всего светового дня в стационарном режиме без слежения за солнцем, увеличение концентрации солнечного излучения, а также повышение эффективности использования солнечной энергии в солнечном концентраторном модуле за счет отвода тепла от фотоприемника и использование его в режиме когенерации для производства электрической энергии и тепла. 2 н. и 4 з.п. ф-лы, 4 ил.

Изобретение относится к гелиотехнике, в частности к солнечным концентраторным модулям для получения электрической и тепловой энергии.

Известен солнечный модуль с концентратором, в котором зеркальные отражатели получены разворотом вокруг фокальной оси параболоцилиндрических отражателей, нижние края которых соединены цилиндрическим отражателем, а приемник излучения установлен в плоскости между фокальной осью и цилиндрическим отражателем (Стребков Д.С., Тверьянович Э.В. Концентраторы солнечного излучения. М., изд. ГНУ ВИЭСХ, 2007, с.180).

Недостатком известного модуля является ориентация фокальной оси на юг и малый апертурный угол 20-60°, что не позволяет в летние месяцы использовать солнечное излучение в утренние и вечерние часы.

Известен фотоэлектрический модуль, содержащий концентратор солнечной энергии, выполненный в виде оптически прозрачной призмы полного внутреннего отражения, имеющей форму усеченной четырехугольной пирамиды (а.с. СССР №1620784, МКИ F24J 2/08, БИ №2, 1991 г.).

Разновеликие прямоугольные основания служат гранями входа и выхода излучения. Фотопреобразователь установлен в контакте с гранью выхода излучения, т.е. в контакте с меньшим основанием. Отношение площадей граней призмы, содержащих рабочую поверхность и солнечные элементы, определяет теоретический коэффициент концентрации солнечного фотоэлектрического модуля.

Недостатком данного конструктивного решения является односторонняя рабочая поверхность и невозможность использовать в стационарном режиме без слежения солнечную энергию в утренние и вечерние часы.

Известен солнечный фотоэлектрический модуль с концентратором лучистой энергии, содержащий оптически прозрачный элемент в виде призменного концентратора с входной и выходной гранями и фотопреобразователь, входная грань выполнена в форме шестиугольника. В варианте конструкции модуля используется фотопреобразователь с двухсторонней чувствительностью, который устанавливается на круглых выходных гранях двух идентичных оптических элементов солнечных фотоэлектрических модулей, направленных в противоположные стороны (Пат. РФ №2158045, 20.10.2000 г.).

Недостатком известного модуля является низкий коэффициент использования энергии Солнца тыльной поверхностью модуля в стационарном режиме без слежения за солнцем. Другим недостатком известных солнечных концентраторных модулей является использование в качестве приемников фотопреобразователей без системы охлаждения, что приводит при повышенной концентрации к их перегреву и снижению КПД и не позволяет использовать модуль в режиме когенерации для получения электрической энергии и тепла.

Задачей предлагаемого изобретения является обеспечение эффективной работы солнечного модуля в течение всего светового дня в стационарном режиме без слежения за солнцем и увеличение концентрации солнечного излучения.

Другой задачей предлагаемого изобретения является повышение эффективности использования солнечной энергии в солнечном концентраторном модуле за счет отвода тепла от фотоприемника и использование его в режиме когенерации для производства электрической энергии и тепла.

В результате использования предлагаемого изобретения повышается выработка электрической энергии и теплоты и снижается стоимость произведенной энергии.

Вышеуказанный технический результат достигается тем, что в солнечном концентраторном модуле, содержащем приемник с двухсторонней рабочей поверхностью, установленный в плоскости симметрии между фокальной осью концентратора и поверхностью концентратора, выполненного в виде зеркальных отражателей, приемник установлен в плоскости симметрии цилиндрического концентратора, ветви концентратора в поперечном сечении образованы окружностями радиуса R, равного высоте Н приемника с центрами в точках O1 и О2, расположенными по краям приемника в верхней его кромке; при этом фокальные оси ветвей цилиндрического концентратора, проходящие через центры окружностей O1 и О2 параллельно верхней кромке 8 приемника, ориентированы в направлении Север-Юг и наклонены в северном полушарии к плоскости горизонта в южном направлении под углом φ=90°-α, где α - широта местности; причем в южном полушарии фокальные оси наклонены к горизонтальной поверхности в северном направлении под углом φ=90°-α, а в экваториальной зоне с широтой от 30° южной широты до 30° северной широты фокальные оси цилиндрического концентратора параллельны горизонтальной поверхности.

В варианте солнечного концентраторного модуля в качестве концентратора использован фацетный зеркальный цилиндрический отражатель.

Еще в одном варианте солнечного концентраторного модуля в качестве концентратора использован зеркальный фацетный отражатель Френеля.

В солнечном концентраторном модуле, содержащем приемник с двухсторонней рабочей поверхностью, установленный в плоскости симметрии между фокальной осью концентратора и поверхностью концентратора, выполненного в виде зеркальных отражателей, приемник содержит встроенные призменные концентраторы в виде четырехгранной пирамиды с четырьмя боковыми отражающими поверхностями, которые наклонены к рабочей поверхности приемника под углом β=25-39°; при этом цилиндрический фацетный зеркальный отражатель выполнен из двух ветвей и имеет апертуру 120°, а призменные концентраторы установлены с двух сторон каждого солнечного элемента с двухсторонней рабочей поверхностью; причем солнечные элементы в приемнике соединены последовательно в секцию; секции соединены между собой параллельно; секции расположены параллельно фокальным осям, и каждая последовательная секция содержит развязывающий диод и соединена параллельно с другими секциями из последовательно соединенных солнечных элементов.

В варианте солнечного концентраторного модуля в качестве концентратора с зеркальными отражателями использован фацетный цилиндрический зеркальный отражатель.

Еще в одном варианте солнечного концентраторного модуля в качестве концентратора с зеркальными отражателями использован зеркальный фацетный отражатель Френеля.

Сущность предлагаемого изобретения поясняется чертежами.

На фиг.1 представлено поперечное сечение солнечного концентраторного модуля с двухсторонним приемником и линейным цилиндрическим концентратором с апертурой 120°.

На фиг.2 показано поперечное сечение солнечного концентраторного модуля с двухсторонним приемником и концентратором в виде зеркальных отражателей Френеля с апертурой 180°.

На фиг.3 показано поперечное сечение солнечного концентраторного модуля с приемником с двухсторонней рабочей поверхностью со встроенными призменными концентраторами в виде четырехгранной пирамиды с четырьмя боковыми отражающими поверхностями и цилиндрическим фацетным концентратором.

На фиг.4 представлено продольное сечение солнечного концентраторного модуля с двухсторонним приемником со встроенными призменными концентраторами в виде четырехгранной пирамиды с четырьмя боковыми отражающими поверхностями и цилиндрическим фацетным концентратором.

На фиг.1 приемник с двусторонней рабочей поверхностью 2 и 3 установлен в плоскости симметрии цилиндрического концентратора 5, ветви 6 и 7 которого в поперечном сечении образованы окружностями радиуса R, равного высоте Н приемника 1 с центрами в точках O1 и О2, расположенными по краям приемника в верхней его кромке; при этом фокальные оси ветвей цилиндрического концентратора, проходящие через центры окружностей O1 и О2 параллельно верхней кромке 8 приемника, ориентированы в направлении Север-Юг и наклонены в северном полушарии к плоскости горизонта в южном направлении под углом φ=90°-α, где α - широта местности; причем в южном полушарии фокальные оси наклонены к горизонтальной поверхности в северном направлении под углом φ=90°-α, а в экваториальной зоне с широтой от 30° южной широты до 30° северной широты фокальные оси цилиндрического концентратора параллельны горизонтальной поверхности 11.

Два солнечных концентраторных модуля, расположенные рядом с приемниками 1 и 12 в параллельных плоскостях, удалены друг от друга на расстояние L. где γ - апертурный угол, Н - высота приемника.

Угол определяет высоту солнца над горизонтом, при котором освещается полностью одна из рабочих поверхностей приемника.

На фиг.2 приемник 1 с двухсторонней рабочей поверхностью 2 и 3 установлен на опорах 13 над горизонтальной поверхностью 11 на высоте Н0 от горизонтальной поверхности 11. Плоскость приемника 1 ориентирована в направлении Север-Юг. Солнечный концентраторный модуль содержит зеркальные отражатели Френеля 14 и 15, 17 и 18, расположенные симметрично по обе стороны приемника 1. Высота h зеркальных отражателей Френеля над горизонтальной поверхностью 11 не превышает высоту Н0 опоры 13 приемника 1. h≤Н0. Поперечное сечение зеркальных отражателей Френеля 14 и 15 образовано окружностями радиусом R1, а поперечное сечение зеркальных отражателей 17 и 18 образовано окружностями радиусом R2 с центрами в точках O1 и О2, расположенных по краям верхней кромки 8 приемника 1.

Зеркальные отражатели Френеля 14, 15, 17, 18 выполнены в виде хорд окружностей с радиусом R1, R2. На фиг.2 показано в качестве примера две окружности с радиусом R1, R2 и хордами в виде линейных зеркальных отражателей 14, 15, 17, 18, но в реальных конструкциях в соответствии с пожеланиями изготовителя их может быть несколько десятков.

Солнечный концентраторный модуль на фиг.2 при установке приемника 1 в один ряд имеет апертуру, равную 180°, т.е. работает полный световой день. При установке нескольких концентраторных модулей с параллельным расположением приемников расстояние L между ними определяется путем выбора угла Ψ, соответствующего высоте солнца над горизонтом при полном освещении приемника с учетом затенения его соседними приемниками.

На фиг.3, 4 приемник с двухсторонней рабочей поверхностью содержит встроенные призменные концентраторы 25 и 26 в виде четырехгранной пирамиды с четырьмя боковыми отражающими поверхностями 27, 28, 29, 30, которые наклонены к рабочей поверхности 2 и 3 приемника 1 под углом β=25-39°. Цилиндрический фацетный зеркальный отражатель выполнен из двух ветвей 31 и 32 и имеет апертуру 120°.

Призменные концентраторы 25 и 26 установлены с двух сторон каждого солнечного элемента 33 с двухсторонней рабочей поверхностью. На фиг.6 солнечные элементы 33 в приемнике соединены последовательно в секцию 34; секции соединены между собой параллельно. Секции расположены параллельно фокальным осям 21 и 22. Каждая последовательная секция 34 содержит развязывающий диод 35 и соединена параллельно с другими секциями из последовательно соединенных солнечных элементов 33.

Солнечный концентраторный модуль работает следующим образом.

Солнечное излучение попадает на концентратор, отраженное концентрированное излучение приходит на приемник с двусторонней рабочей поверхностью. Если концентратор установлен стационарно, в первой половине дня работает одна ветвь концентратора со стороны приемника, во второй половине дня - другая ветвь концентратора и другая сторона приемника. В полуденные часы концентратор обеспечивает освещение двух рабочих поверхностей приемника.

Пример 1 выполнения солнечного концентраторного модуля. Фотоприемник (фиг.1) размером 1,2 м × 2,5 м содержит 8 параллельных секций 34, в каждой из которых последовательно соединены 36 двусторонних солнечных элементов 33 размером 125×61,25 мм, каждая секция имеет развязывающие диоды 35. Концентратор с размерами миделя 2,1×2,5 м выполнен из двух ветвей, поперечное сечение представляет собой окружности, равные высоте приемника 1,2 м, радиусом Н=1,8 м с центром в точках O1 и О2, расположенных по краям приемника в верхних его точках. Угловая апертура солнечного концентраторного модуля составляет 120°, геометрический коэффициент концентрации в полдень равен k=1,75. Площадь фотоприемника 3 м2, пиковая электрическая мощность фотоприемника при стандартной освещенности 1 кВт/м2 и температуре 25°С составляет 450 Вт, КПД 15%, пиковая электрическая мощность солнечного концентраторного модуля при оптическом КПД концентратора 0,88 и геометрическом коэффициенте концентрации 1,75 составляет 693 Вт. Солнечный концентраторный модуль с угловой апертурой 120° работает 8 часов в сутки.

Пример 2. Солнечный концентраторный модуль (фиг.2) содержит зеркальные отражатели Френеля 14 и 15, 17 и 18 с общей апертурой 14,4 м, расположенные симметрично. Размеры фотоприемника 2,1×2,5 м аналогично примеру 1 по обе стороны приемника. Высота зеркальных отражателей Френеля над горизонтальной поверхностью 11 равна высоте Н0 опоры 13 фотоприемника и равна h=Н0=1,5 м. Поперечное сечение зеркальных отражателей Френеля 14 и 15 образовано окружностями R1=4,2 м. Поперечное сечение зеркальных отражателей Френеля 17 и 18 образовано окружностями радиусом R2=9,6 м. Угловая апертура модуля равна 180°, время работы 12 часов в сутки. Пиковая электрическая мощность солнечного концентраторного модуля в полдень при геометрическом коэффициенте концентрации k=4,6, оптическом КПД 0,88 составляет 1,8 кВт.

Общий геометрический коэффициент концентрации для солнечного концентраторного модуля составляет k=6 для фиг.3. Предлагаемая конструкция солнечного концентраторного модуля позволяет производить электрическую энергию в течение 8-12 часов в сутки в объеме, превышающем производство электрической энергии солнечным фотоэлектрическим модулем с системой слежения. Стационарное исполнение солнечного концентраторного модуля повышает надежность электроснабжения, а использование стационарных неследящих концентраторов позволяет снизить расход полупроводниковых материалов и стоимость вырабатываемой электроэнергии.


СОЛНЕЧНЫЙ КОНЦЕНТРАТОРНЫЙ МОДУЛЬ (ВАРИАНТЫ)
СОЛНЕЧНЫЙ КОНЦЕНТРАТОРНЫЙ МОДУЛЬ (ВАРИАНТЫ)
СОЛНЕЧНЫЙ КОНЦЕНТРАТОРНЫЙ МОДУЛЬ (ВАРИАНТЫ)
СОЛНЕЧНЫЙ КОНЦЕНТРАТОРНЫЙ МОДУЛЬ (ВАРИАНТЫ)
Источник поступления информации: Роспатент

Showing 11-20 of 77 items.
20.12.2013
№216.012.8df5

Солнечный модуль с концентратором

Изобретение относится к гелиотехнике, в частности к солнечным энергетическим модулям с концентраторами для получения электричества и/или тепла. Солнечный модуль с концентратором состоит из приемника солнечного излучения и цилиндрического солнечного концентратора, отражающая поверхность которого...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002502024
Дата охранного документа: 20.12.2013
10.01.2014
№216.012.9539

Солнечный модуль с концентратором и способ его изготовления (варианты)

Изобретение относится к гелиотехнике, в частности к солнечным модулям с концентраторами для получения электрической и тепловой энергии. В солнечном модуле с концентратором, содержащем прозрачную фокусирующую призму с углом полного внутреннего отражения где n - коэффициент преломления материала...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002503895
Дата охранного документа: 10.01.2014
27.01.2014
№216.012.9b29

Бесконтактный способ питания электротранспортных средств

Изобретение относится к электрическому транспорту и может быть использовано для бесконтактного питания электрической энергией электромобилей, троллейбусов, трамваев, электропогрузчиков, электротракторов, подъемных электрокранов и других электротранспортных средств. Электрическую энергию сети...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002505427
Дата охранного документа: 27.01.2014
27.01.2014
№216.012.9c66

Система электрического освещения (варианты)

Изобретение относится к области преобразования солнечной энергии в электрическую и последующего использования электрической энергии для освещения улиц, зданий и подземных сооружений. Техническим результатом изобретения является снижение стоимости системы электрического освещения, снижение...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002505744
Дата охранного документа: 27.01.2014
27.01.2014
№216.012.9c71

Солнечный фотоэлектрический модуль с параболоторическим концентратором

Фотоэлектрический модуль содержит параболоторический концентратор и цилиндрический фотоэлектрический приемник, установленный в фокальной области с устройством охлаждения и выполненный в виде цилиндра из скоммутированных высоковольтных ФЭП длиной h и с внутренним радиусом r. Концентратор...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002505755
Дата охранного документа: 27.01.2014
10.03.2014
№216.012.aa21

Когенерационная фотоэлектрическая тепловая система

Изобретение относится к области гелиотехники и предназначено для энергоснабжения объектов сельскохозяйственного и индивидуального назначения. Фотоэлектрическая тепловая система содержит, по меньшей мере, один солнечный тепловой коллектор, трубопровод подачи жидкости в солнечный тепловой...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002509268
Дата охранного документа: 10.03.2014
10.03.2014
№216.012.aa99

Резонансный электрический конденсатор стребкова-подосинникова (варианты)

Изобретение относится к области электротехники, в частности к области резонансных высокочастотных электрических конденсаторов для преобразования и передачи электрической энергии. Технический результат заключается в снижении энергетических затрат на генерирование электромагнитных волн и потерь...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002509388
Дата охранного документа: 10.03.2014
20.03.2014
№216.012.abe4

Способ и устройство для получения водорода из воды (варианты)

Изобретение относится к области химии. Согласно первому варианту для получения водорода железные стержни изолируют от стенок реактора 1 и подают на них высоковольтный потенциал от трансформатора Тесла 14. Реактор 1 заземляют и заполняют водой до образования разряда между железными электродами...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002509719
Дата охранного документа: 20.03.2014
20.05.2014
№216.012.c3cd

Устройство и способ для получения газового водородно-кислородного топлива из воды (варианты)

Изобретение относится к устройству получения газового водородно-кислородного топлива из воды методом электролиза, содержащем электролизер с двумя электродами и источник питания, электроды выполнены в виде двух, внешнего и внутреннего цилиндров с общей осью симметрии, внешний цилиндр совмещен с...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002515884
Дата охранного документа: 20.05.2014
27.05.2014
№216.012.c99c

Резонансный усилитель мощности

Изобретение относится к электротехнике, в частности к резонансным преобразователям электрической энергии на основе резонансных усилителей мощности. Технический результат заключается в увеличении коэффициента усиления резонансного преобразователя до 2-10 и стабилизации величины коэффициента...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002517378
Дата охранного документа: 27.05.2014
Showing 11-20 of 31 items.
20.05.2013
№216.012.3fc4

Роторная мельница

Изобретение относится к технике для измельчения зерна и иного сырья в муку. Роторная мельница содержит корпус, крышку, загрузочную горловину и выгрузной патрубок. Внутри корпуса размещены ротор с зубьями по окружности и полукруглыми канавками между зубьями и зубчатая дека. Дека выполнена с...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002481894
Дата охранного документа: 20.05.2013
10.06.2013
№216.012.4975

Дефлектор-вентилятор

Дефлектор-вентилятор предназначен для экспериментальных теплиц с высокой интенсивностью выращивания растений и включает в себя основной патрубок с ромбовидным расширением, внутри которого выполнена турбина, приводимая в действие реверсивным мотором. Основной патрубок имеет клапан, перекрывающий...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002484385
Дата охранного документа: 10.06.2013
10.07.2013
№216.012.5298

Способ и устройство определения уровня эффективности агротехнологий

Группа изобретений относится к области сельского хозяйства. В способе из большого числа переменных выбирают переменную порядка в сложной многофакторной системе «растение - факторы окружающей среды», наиболее быстро изменяющуюся и наиболее сильно влияющую на процессы в системе. Также выбирают...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002486747
Дата охранного документа: 10.07.2013
10.07.2013
№216.012.529b

Энергосберегающая аккумуляционная установка для охлаждения молока

Изобретение относится к области охлаждения сельскохозяйственных продуктов, в том числе молока, и может быть использовано в сельскохозяйственном производстве, пищевой промышленности, а также при обработке и хранении жидких продуктов. Предложенная установка для охлаждения молока содержит...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002486750
Дата охранного документа: 10.07.2013
20.07.2013
№216.012.559f

Фабрика-теплица для интенсивного растениеводства (устройство и способ)

Фабрика-теплица имеет фундамент, капитальные южную и северную стены, дефлектор в верхней части теплицы для создания вертикального движения воздуха из теплицы наружу. Фабрика-теплица имеет внутреннюю опорную конструкцию с горизонтальными фермами для крепления вертикальных культивационных колонн...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002487527
Дата охранного документа: 20.07.2013
20.07.2013
№216.012.55a3

Культивационная колонна и способ ее обслуживания

Группа изобретений относится к области сельского хозяйства, в частности к гидропонике. Культивационная колонна из бетонных смесей или пластмассы выполнена с возможностью посадки в ее стенку растений, имеет крышку с закрепленной в ней форсункой, гибкий шланг для соединения с магистралью...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002487531
Дата охранного документа: 20.07.2013
20.07.2013
№216.012.5847

Способ и устройство для передачи электрической энергии

Использование: в области электротехники. Технический результат состоит в упрощении генерирующего контура, повышении эффективности и снижении энергетических затрат на генерирование электромагнитных волн, а также в повышении передаваемой мощности электроэнергии. Способ заключается в том, что...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002488207
Дата охранного документа: 20.07.2013
20.07.2013
№216.012.5848

Способ и устройство для передачи электрической энергии

Использование: в области электротехники. Технический результат - упрощение генерирующего контура, повышение эффективности и повышение передаваемой мощности и электроэнергии. Согласно способу электромагнитные колебания с заданной частотой от генератора электрической энергии в электронном...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002488208
Дата охранного документа: 20.07.2013
27.07.2013
№216.012.5873

Способ и устройство автоматического управления продукционным процессом растений с учетом самоорганизации

Группа изобретений относится к области сельского хозяйства. Способ включает расчетное или приборное определение величин эксэргии параметров облучения растения. В сложной многофакторной системе «растение - факторы окружающей среды - факторы управлений» из большого числа переменных выбирают...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002488264
Дата охранного документа: 27.07.2013
27.08.2013
№216.012.6298

Способ и устройство контроля численности поголовья животных в стаде и овец в отаре и выявления среди них больных и ослабленных животных

Способ включает в себя задание сигнала первоначального количества животных на ферме, формирование сигнала появления животного на ферме, определение момента времени появления первого из отары животного на ферме, суммирование сформированных сигналов появления животного на ферме в течение...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002490877
Дата охранного документа: 27.08.2013
+ добавить свой РИД