×
05.04.2019
219.016.fd66

Полупроводниковая солнечная батарея на основе концентратора из фоточувствительных зеркальных полупрозрачных металлических электродов с использованием термоэлектрического преобразования

Вид РИД

Изобретение

Юридическая информация Свернуть Развернуть
Краткое описание РИД Свернуть Развернуть
Аннотация: Использование: в области электроэнергетики для преобразования солнечной радиации в электрическую энергию. Технический результат – повышение эффективности за счет преобразования максимального количества фотонов в электричество. Полупроводниковая солнечная батарея на основе концентратора из фоточувствительных зеркальных полупрозрачных металлических электродов с использованием термоэлектрического преобразования выполнена в виде полуцилиндра, состоящего из чередующихся сегментов полупроводниковых материалов p- и n-типов, соединенных зеркальными металлическими электродами. Каждый металлический электрод состоит из двух полупрозрачных металлических электродов с разной работой выхода электронов, причем эти электроды по краям соединены диэлектрической поверхностью, а в пространстве между электродами откачан воздух для возникновения фотоэффекта. 1 ил.
Реферат Свернуть Развернуть

Полупроводниковая солнечная батарея на основе концентратора из фоточувствительных зеркальных полупрозрачных металлических электродов с использованием термоэлектрического преобразования

Изобретение относится к солнечной энергетике, в частности, касается преобразования солнечной радиации в электрическую энергию.

Известен концентратор лучей [1]. Недостатком известного устройства являются тепловые потери при преобразовании фотонов, так как часть фотонов вместо преобразования в электричество будет поглощаться и формировать паразитные тепловыделения.

Целью предлагаемого изобретения является создание полупроводниковой солнечной батареи на основе концентратора из фоточувствительных зеркальных полупрозрачных металлических электродов с использованием термоэлектрического эффекта на полупроводниковом p-n-переходе для преобразования максимального количества фотонов в электричество.

Техническим результатом является одновременное использование сразу нескольких эффектов: преобразование солнечной радиации в электричество на полупроводниковом p-n-переходе, фотоэффект на металлическом электроде с низким уровнем работы выхода электронов и термоэлектрический эффект Зеебека по выработке электроэнергии за счет перепада температур, полученного от нагрева солнечными лучами, а также концентрация солнечных лучей между параллельными зеркальными полупрозрачными металлическими электродами для организации многократного прохождения фотонами полупроводникового p-n-перехода.

Указанный технический результат достигается тем, что для повышения эффективности солнечной батареи она имеет форму полуцилиндра, главная ось которого ориентирована на северный полюс. Это позволяет в течении светового дня максимально использовать солнечную радиацию без механического поворота солнечной батареи за движущимся солнцем, так как при любом положении солнца относительно полуцилиндрической солнечной батареи все фотоны после многократных переотражений на металлических зеркальных полупрозрачных электродах будут либо преобразованы в электричество на полупроводниковых p-n-переходах, либо примут участие в фотоэффекте при выбивании электронов из металлических электродов с низким уровнем работы выхода, либо будут поглощаться и нагревать полупроводниковый спай и металлические электроды, что позволит выработать термоэлектричество. Таким образом, все фотоны будут так или иначе преобразованы в электричество. В отличие от прежних способов преобразования солнечной энергии с невысокими показателями КПД, можно достичь большей эффективности за счет того, что все эффекты не просто суммируются (механическая совокупность различных преобразователей приводит к потерям на каждом отдельном преобразователе), а одновременно будут использованы на одном и том же полупроводниковом p-n-переходе, формирующем элементарную ячейку солнечной батареи. Заявленная солнечная батарея недостатки одного способа преобразования использует, как достоинства другого способа. В результате, большая часть солнечной радиации будет эффективно преобразована в электрическую энергию с минимальными паразитными потерями.

На фиг. 1 изображена схема по преобразованию солнечной радиации в электрическую энергию. Электроэнергия с солнечной батареи снимается с отрицательного металлического электрода 1 и положительного металлического электрода 2. Полупроводниковые зоны p-типа 6 и n-типа 7 образуют в верхней части солнечной батареи p-n-переходы, находящиеся в запертом состоянии. В нижней части отдельные компоненты p-n-переходов объединены с помощью металлических спаев 3, которые обдуваются вентилятором 9 для дополнительного теплоотвода и для создания низкой температуры относительно более высокой температуры p-n-перехода, нагреваемого сверху солнечными лучами. При наличии перепада температур между верхним p-n-переходом и нижним спаем солнечная батарея вырабатывает электроэнергию на основе термоэлектрического эффекта Зеебека. В то же время солнечные лучи, проходя сквозь p-n-переход, как указано на фиг. 1 создают неравновесную концентрацию зарядов и вырабатывают электроэнергию дополнительно к электроэнергии термогенератора. Металлические зеркальные полупрозрачные электроды 4 и 5, играющие роль концентратора солнечных лучей позволят фотонам многократно отразиться и несколько раз пройти через p-n-переход (изготовленный оптически прозрачным за счет малой толщины), каждый раз вырабатывая электричество. Те фотоны, которые нагреют металлические зеркальные полупрозрачные электроды 4 и 5 или полупроводники 6 и 7, также позволят выработать дополнительную электроэнергию за счет термоэлектрического эффекта Зеебека. Кроме того, металлические зеркальные полупрозрачные электроды 4 и 5 вместе с диэлектрической поверхностью 8 образуют ячейку, из которой откачан воздух. Для металлического зеркального полупрозрачного электрода 4 выбирается металл с высоким уровнем работы выхода электронов, а для электрода 5 – с низким уровнем выхода электронов. Это позволит под действием фотонов металлическому зеркальному полупрозрачному электроду 5 терять электроны, а металлическому зеркальному полупрозрачному электроду 4 приобретать, за счет фотоэффекта в металлах. Тем самым будет получено дополнительное электричество. Металлические зеркальные полупрозрачные электроды со стороны полупроводника максимально отражают фотоны обратно в сторону p-n-перехода, а с противоположной стороны, за счет полупрозрачности, позволяют большей части фотонов пройти в сторону p-n-перехода. Другая часть фотонов продолжит переотражение от других металлических зеркальных полупрозрачных электродов и зеркала 10 внутри солнечной батареи, имеющей форму полуцилиндра.

Заявленная солнечная батарея в едином устройстве выгодно сочетает достоинства и недостатки всех известных способов преобразования фотонов в электричество. Причем то, что являлось недостатком и паразитными потерями (тепло, отражение, поглощение, рекомбинация и т.д.) для одного способа, для другого способа является основой функционирования и позволяет интегрально сочетать в одном преобразователе все виды энергий для повышения КПД до 60%.

Полупроводниковую солнечную батарею на основе концентратора из фоточувствительных зеркальных металлических электродов с использованием термоэлектрического преобразования можно изготовить при помощи аддитивных технологий на 3D принтере для последующего использования в качестве альтернативного источника электроэнергии в военной технике, космической аппаратуре, для бытовых и промышленных нужд.

Литература

1. Концентратор лучей для солнечной батареи с веерным расположением зеркальных отражающих электродов: патент №2615041. Опубл. 03.04.2017. Бюл. №10.

Полупроводниковая солнечная батарея на основе концентратора из фоточувствительных зеркальных полупрозрачных металлических электродов с использованием термоэлектрического преобразования, выполненная в виде полуцилиндра, состоящего из чередующихся сегментов полупроводниковых материалов p- и n-типов, соединенных зеркальными металлическими электродами, отличающаяся тем, что каждый металлический электрод состоит из двух полупрозрачных металлических электродов с разной работой выхода электронов, причем эти электроды по краям соединены диэлектрической поверхностью, а в пространстве между электродами откачан воздух для возникновения фотоэффекта.
Полупроводниковая солнечная батарея на основе концентратора из фоточувствительных зеркальных полупрозрачных металлических электродов с использованием термоэлектрического преобразования
Полупроводниковая солнечная батарея на основе концентратора из фоточувствительных зеркальных полупрозрачных металлических электродов с использованием термоэлектрического преобразования
Источник поступления информации: Роспатент

Showing 1-2 of 2 items.
02.03.2019
№219.016.d1cf

Способ формирования эллиптической диаграммы направленности цифровой активной фазированной антенной решетки на базе "стаи" микроспутников с применением сверхрегенеративных приемопередающих устройств

Изобретение относится к радиолокации. Каждый микроспутник в строго определенные моменты времени выдает или принимает импульсные сигналы при помощи сверхрегенеративного приемопередающего устройства, управляемого бортовым микроконтроллером, причем моменты передачи или приема для каждого...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002680850
Дата охранного документа: 28.02.2019
27.04.2019
№219.017.3bb8

Способ пространственной ориентации микроспутника

Изобретение относится к управлению ориентацией в пространстве, преимущественно микроспутника (МС). С этой целью по трем осям МС устанавливают отклоняемые на некоторые углы рычаги с перемещаемыми вдоль них грузиками. Для поворота МС в заданном направлении поворачивают рычаги в противоположном...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002685948
Дата охранного документа: 23.04.2019
Showing 1-10 of 49 items.
20.02.2014
№216.012.a3aa

Каскадное светоизлучающее термоэлектрическое устройство

Изобретение относится к системам охлаждения и теплоотвода, например к устройствам для охлаждения компьютерного процессора. Технический результат - получение сверхнизких температур в процессе охлаждения и теплоотвода. Это достигается тем, что применяются светоизлучающие термомодули....
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002507613
Дата охранного документа: 20.02.2014
20.02.2014
№216.012.a3bd

Светотранзистор с высоким быстродействием

Изобретение относится к электронным компонентам микросхем. Светотранзистор с высоким быстродействием, выполненный в виде биполярного транзистора с p-n-p или n-p-n-структурой, согласно изобретению в нем p-n-переход, на котором электроны переходят из p зоны в n зону, сформирован в виде...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002507632
Дата охранного документа: 20.02.2014
27.07.2014
№216.012.e542

Тепловая труба с применением трубчатых оптоволоконных структур

Изобретение относится к устройствам для отвода тепла от компонентов радиоэлектроники с высокой мощностью тепловыделений, в частности к тепловым трубам, и может использоваться в различных областях электронной промышленности. Тепловая труба с применением трубчатых оптоволоконных структур,...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002524480
Дата охранного документа: 27.07.2014
27.02.2015
№216.013.2c9b

Энергоэффективное охлаждающее устройство

Изобретение относится к системам охлаждения и теплоотвода, например к устройствам для охлаждения компонентов электронной аппаратуры. Технический результат - повышение энергоэффективности системы охлаждения. Устройство содержит светоизлучающий термомодуль с линейным расположением p-n-переходов,...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002542887
Дата охранного документа: 27.02.2015
27.07.2015
№216.013.6828

Способ отвода тепла от тепловыделяющих электронных компонентов в виде электромагнитной энергии на основе диодов ганна

Изобретение относится к способам охлаждения и теплоотвода, например к способам охлаждения компьютерного процессора. Цель изобретения - улучшение процесса охлаждения тепловыделяющих электронных компонентов. Для достижения поставленной цели разработано термоэлектрическое устройство, состоящее из...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002558217
Дата охранного документа: 27.07.2015
10.09.2015
№216.013.79b1

Способ отвода тепла от тепловыделяющих электронных компонентов на основе применения полупроводниковых лазеров

Использование: для охлаждения и теплоотвода, например охлаждения компонентов компьютерной техники. Сущность изобретения заключается в том, что способ отвода тепла от тепловыделяющих электронных компонентов на основе применения полупроводниковых лазеров заключается в применении термомодуля,...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002562742
Дата охранного документа: 10.09.2015
10.09.2015
№216.013.79b3

Светотиристор

Изобретение относится к активным электронным компонентам. Согласно изобретению в отличие от обычного светотранзистора с одним излучающим p-n-переходом в светотиристоре в открытом состоянии два перехода являются излучающими, а один переход поглощает тепловую энергию. При этом происходит...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002562744
Дата охранного документа: 10.09.2015
10.09.2015
№216.013.79b5

Способ отвода тепла от тепловыделяющих электронных компонентов в виде электромагнитной энергии на основе туннельных диодов

Изобретение относится к способам охлаждения и теплоотвода от тепловыделяющих электронных компонентов. В способе отвода тепла от тепловыделяющих электронных компонентов использовано термоэлектрическое устройство, состоящее из термомодуля, примыкающего холодными спаями к электронному компоненту,...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002562746
Дата охранного документа: 10.09.2015
20.10.2015
№216.013.8480

Устройство охлаждения на основе нанопленочных термомодулей

Изобретение относится к системам охлаждения и теплоотвода, например, к устройствам для охлаждения электронных компонентов. Техническим результатом является повышение эффективности системы охлаждения. Термоэлектрическое устройство выполнено в виде многослойного термомодуля, в котором в качестве...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002565523
Дата охранного документа: 20.10.2015
20.02.2016
№216.014.ce4f

Термоэлектрический генератор с высоким градиентом температур между спаями

Изобретение относится к области термоэлектричества и может быть использовано в термоэлектрических генераторах. Технический результат: повышение эффективности за счет уменьшения кондуктивных паразитных потерь между горячими и холодными спаями, уменьшением паразитных джоулевых тепловыделений и...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002575614
Дата охранного документа: 20.02.2016
+ добавить свой РИД