×
10.03.2016
216.014.bebf

СОЛНЕЧНЫЙ МОДУЛЬ С КОНЦЕНТРАТОРОМ

Вид РИД

Изобретение

Юридическая информация Свернуть Развернуть
Краткое описание РИД Свернуть Развернуть
Аннотация: Изобретение относится к гелиотехнике, в частности к солнечным энергетическим модулям с концентраторами для получения электрической энергии и теплоты. В солнечном модуле с концентратором, имеющим рабочую поверхность, на которую падает солнечное излучение, полупараболоцилиндрический концентратор с поверхностью входа лучей и приемник излучения, установленный между фокальной осью и вершиной полупараболоцилиндрического концентратора, причем на рабочей поверхности установлена отклоняющая оптическая система из основных зеркальных отражателей с поверхностями входа и выхода лучей, выполненных в виде жалюзи из плоских зеркальных фацет, на выходе оптической отклоняющей системы установлены дополнительные зеркальные отражатели, углы входа β, выхода лучей β для основных зеркальных отражателей, углы входа лучей β и β для дополнительных зеркальных отражателей, угол φ и φ наклона основных и дополнительных зеркальных отражателей и апертурный угол полупараболоцилиндрического концентратора δ связаны соотношениями. Изобретение должно обеспечить повышение эффективности использования солнечной энергии и снижение стоимости получения электроэнергии и теплоты. 1 з.п. ф-лы, 4 ил.
Реферат Свернуть Развернуть

Изобретение относится к гелиотехнике, в частности к солнечным энергетическим модулям с концентраторами для получения электрической энергии и теплоты.

Известен солнечный фотоэлектрический модуль с концентратором солнечной энергии, содержащий скоммутированные и установленные между двумя листами стекла двухсторонние солнечные элементы в виде полос, перпендикулярных основанию модуля, с тыльной стороны которых симметрично относительно середины солнечных элементов установлены два полуцилиндрических концентратора, суммарная площадь апертуры которых в два раза больше площади солнечных элементов. При установке под углом к горизонту, равным широте местности и полярной ориентации оси концентраторов юг-север, фотоэлектрический модуль работает круглый год без слежения за солнцем с теоретическим коэффициентом концентрации К=2. Фактический коэффициент концентрации с учетом оптического КПД на отражение составляет 1,56 (I. Edmonds, Solar Energy Materials. 1990. Ν 21. P. 173-190).

Недостатком известного фотоэлектрического модуля является низкий коэффициент концентрации и высокая стоимость модуля, практически равная стоимости фотоэлектрического модуля без концентратора.

Известен солнечный модуль с концентратором солнечной энергии, содержащий плоское защитное прозрачное ограждение, нормаль к поверхности которого находится в меридиональной плоскости, и установленный на защитном прозрачном ограждении в фокусе линейно-фокусирующего цилиндрического концентратора приемник излучения в виде полосы, концентратор выполнен в виде несимметричного отражателя, состоящего из двух разновеликих частей, разделенных плоскостью симметрии, проходящей через вершину и фокальную ось отражателя, причем большая часть отражателя выполнена в виде половины параболоцилиндрического (в дальнейшем - полупараболоцилиндрического) отражателя, а меньшая часть - в виде кругового цилиндрического отражателя с радиусом, равным расстоянию от фокальной оси до вершины полупараболоцилиндрического отражателя, фокальная ось смещена к одной из сторон защитного ограждения, параллельно его основанию, и совпадает с краем полосы приемника излучения, а угол наклона плоскости симметрии параболоцилиндрического отражателя к горизонтальной поверхности равен α=114°-δ-γ, если фокальная ось и приемник в северном полушарии смещены к южной стороне несимметричного отражателя, и равен α=114°-δ, если фокальная ось и приемник в северном полушарии смещены к северной стороне параболоцилиндрического отражателя, где γ - широта местности в месте установки солнечного модуля, а δ - апертурный угол параболоцилиндрического отражателя.

Для обеспечения непрерывной работы солнечного модуля в течение года без слежения с наружной стороны защитного прозрачного ограждения установлено с зазором параллельно ему дополнительное защитное прозрачное ограждение, в зазоре между двумя ограждениями установлены управляемые дистанционно горизонтальные жалюзи с фацетами, которые имеют с двух сторон зеркальное покрытие, а ширина фацет в 3-4 раза превышает расстояние между фацетами (прототип) (патент РФ №2172903, БИ №24, 2000 г.).

Недостатком известного модуля являются большие косинусные потери излучения, равные 1-cos (90°-2φ), связанные с отклонением плоскости симметрии параболоцилиндрического отражателя от нормали к рабочей поверхности модуля, и оптические потери на пропускание в горизонтальных жалюзи с фацетами. Например, при апертурном угле φ=24° косинусные потери солнечного излучения составляют 1-cos 42°=0,257, т.е. 25,7%.

Задачей изобретения является повышение эффективности использования солнечной энергии и снижение стоимости получения электроэнергии и теплоты.

Вышеуказанный технический результат достигается тем, что в солнечном модуле с концентратором, имеющем рабочую поверхность, на которую падает солнечное излучение, полупараболоцилиндрический концентратор с поверхностью входа лучей и приемник излучения, установленный между фокальной осью и вершиной полупараболоцилиндрического концентратора, на рабочей поверхности установлена отклоняющая оптическая система из основных зеркальных отражателей с поверхностями входа и выхода лучей, выполненных в виде жалюзи из плоских зеркальных фацет, на выходе оптической отклоняющей системы установлены дополнительные зеркальные отражатели, углы входа β0, выхода лучей β1 для основных зеркальных отражателей, углы входа лучей β0 и β2 для дополнительных зеркальных отражателей, угол φ и φ1 наклона основных и дополнительных зеркальных отражателей и апертурный угол полупараболоцилиндрического концентратора δ связаны соотношениями

где δ, φ и φ1 - отсчитываются от вертикали к рабочей поверхности против часовой стрелки, β0, β1 и β2 - углы входа и выхода лучей, отсчитывающиеся от вертикали к рабочей поверхности против часовой стрелки, расстояние а между основными зеркальными отражателями на рабочей поверхности и ширина основных зеркальных отражателей удовлетворяет соотношению a=d·sinφ, при котором для любых углов φ нижняя грань основного зеркального отражателя и верхняя грань следующего основного зеркального отражателя находятся в одной вертикальной плоскости, а ширина дополнительных зеркальных отражателей d1 удовлетворяет соотношению

где d - ширина основных зеркальных отражателей.

В варианте конструкции солнечного модуля с концентратором модуль содержит две встречно отклоняющие лучи оптические системы и два полупараболоцилиндрических концентратора с общей фокальной осью и с общим двухсторонним приемником, угол между основными зеркальными отражателями двух отклоняющих встречно лучи оптических систем составляет 2(φ-β0), а угол между поверхностями входа полупараболоцилиндрических концентраторов составляет 180°-2β0.

Сущность предлагаемого изобретения поясняется на фиг. 1, 2, 3.

На фиг. 1 представлен общий вид отклоняющей оптической системы солнечного модуля и ход лучей в нем. На фиг. 2 - переотражение лучей в солнечном модуле с полупараболоцилиндрическим концентратором с помощью дополнительных зеркальных отражателей (поперечное сечение). На фиг. 3 - солнечный модуль с отклоняющей оптической системой с одним полупараболоцилиндрическим концентратором. На фиг. 4 - солнечный модуль с концентратором, состоящий из двух отклоняющих оптических систем и двух полупараболоцилиндрических концентраторов.

На фиг. 1 солнечный модуль с концентратором содержит рабочую поверхность 1, на которую падает излучение 2, отклоняющую оптическую систему 3 с поверхностью входа 4 и выхода 5 лучей, высотой h, шириной l и длиной L, состоящую из основных зеркальных отражателей 6, установленных под углом φ к вертикали к рабочей поверхности 1, и дополнительных зеркальных отражателей 7, установленных на поверхности выхода 5 отклоняющей оптической системы 3 под углом β1. Основные зеркальные отражатели 6 установлены друг от друга на расстоянии а.

Количество основных 6 и дополнительных 7 зеркальных отражателей в отклоняющей оптической системе 3 Обозначим через β0 и β1 угол входа луча и выхода лучей от основных зеркальных отражателей 6 в отклоняющей оптической системе 3. Углы β0 и β1 отсчитываются от вертикали к рабочей поверхности. Угол β1 выбирается из условия максимального отклонения отраженного луча на выходе из системы на расстоянии ОЕ=2а-δ от линии АВ входа луча, где δ - бесконечно малая величина, обеспечивающая полную оптическую прозрачность отклоняющей оптической системы 3.

Принимая h=1, получим

I

Для лучей, нормальных к поверхности отклоняющей оптической системы 3

Тогда из (1) следует, что

Равенство (2) возможно только при φ→0.

Для угла наклона основных зеркальных отражателей 6 φ>0 и угла входа лучей β0>0 имеет место равенство: β1=2φ-β0.

Подставляя β1 из (1), получим

На фиг. 2 пропускание Δ от основных зеркальных отражателей 6 лучей β0 составляет:

из треугольников BDN и DNK

где d и d1 - размеры основных 6 и дополнительных 7 зеркальных отражателей.

Из (4) получаем соотношение для ширины дополнительных зеркальных отражателей d1

Угол выхода лучей β2 от дополнительных зеркальных отражателей 7 для лучей входа β0 равен:

Установка дополнительных зеркальных отражателей 7 позволяет отклонить на угол β2 те лучи β0, для которых отклоняющая оптическая система 3 из основных зеркальных отражателей 6 была прозрачна и обеспечить 100%-е переотражение всех лучей β0, поступающих на рабочую поверхность 1 солнечного модуля с концентратором. Полупараболоцилиндрический концентратор 8 с параметрическим углом δ, фокальной осью F и вершиной О имеет поверхность входа 9 лучей, которая параллельна поверхности выхода 5 отклоняющей оптической системы 3. Приемник 10 установлен между фокальной осью F и вершиной О полупараболоцилиндрического концентратора 8.

В солнечном модуле с концентратором на фиг. 3 отклоняющая оптическая система 3 шириной В=QO1 создает на поверхности полупараболоцилиндрического концентратора 8 поток параллельных лучей с углами β1 и β2.

Коэффициент концентрации солнечного модуля с концентратором с учетом косинусных потерь равен

На фиг. 4 солнечный модуль с концентратором содержит две отклоняющие лучи встречно оптические системы 11 и 125, у которых угол между основными зеркальными отражателями 13 и 14 двух отклоняющих оптических систем составляет Q1=2φ0-2β0, а угол между поверхностями входа 15 и 16 равен Q2=180°-2β0. Солнечный модуль содержит два полупараболоцилиндрических концентратора 17 и 18 с общей фокальной осью F, общим двухсторонним приемником 19, у которых поверхности входа 20 и 21 образуют угол Q3=Q2=180°-2β0. Линии 22 и 23, которые являются касательными к поверхности полупараболоцилиндрических концентраторов 17 и 18, у поверхностей входа 20 и 21 и внешними границами апертурных углов образуют между собой угол Q4=180°-2(δ+β0). Коэффициент концентрации солнечного модуля с концентратором на фиг. 4 равен

Солнечный модуль с концентратором работает следующим образом (фиг. 1, 2, 3). Солнечное излучение 2 поступает под углом β0 на рабочую поверхность 1 солнечного модуля с концентратором, совмещенную с поверхностью входа 4 отклоняющей оптической системы 3, отражается от основных зеркальных отражателей 6 под углом β1 и от дополнительных зеркальных отражателей 7 под углом β2, поступает на поверхность входа 9 полупараболоцилиндрического концентратора 8, отражается от полупараболоцилиндрической поверхности концентратора и поступает на приемник 10 при условии β1≥90°-2δ.

Пример выполнения солнечного модуля с концентратором (фиг. 1, 2, 3).

Отклоняющая оптическая система 3 состоит из основных зеркальных отражателей 6 размером d=50 мм, дополнительных зеркальных отражателей 7 d1=6,86 мм, расстояние между основными отражателями а=20 мм, l=1250 мм. Угол наклона основных зеркальных отражателей 6 φ=22,5°, дополнительных зеркальных отражателей 7 φ1=39,6°, угол входа лучей β0=5,4°, углы выхода лучей β1=39,6°, β2=73,8°, пропускание Δ=4,37 мм, апертурный угол полупараболоцилиндрического концентратора 8 δ=26,2°, зеркальные отражатели концентратора 8 выполнены из стеклянных фацет. Приемник 10 имеет размеры 125×1250 мм, состоит из 36 кремниевых солнечных элементов размером 125×31,25 мм, соединенных последовательно. Геометрический коэффициент концентрации к=4,32, косинусные потери 4,4%, оптический КПД 80%, КПД приемника 15%. Площадь модуля 0,6875 м. Общий КПД модуля 11,946%. Пиковая электрическая мощность 82,13 Вт при освещенности 1 кВт м2 и температуре 25°С.

Солнечные планарные кремниевые модули в 2014 г. продавались по заводской цене 0,945 долл./Вт в Германии и 0,792 долл./Вт в Китае (Beate Knoll, Anne Kreutzmanna. Pain threshold reached. Photon International, March 2014, p. 40-44). При среднем КПД 15% стоимость модулей составляет 141,75 долл./м2 в Германии и 118,8 долл./м2 в Китае. Несмотря на то что стоимость установленной мощности солнечных энергоустановок ниже стоимости угольных и атомных электростанций, стоимость электрической энергии, вырабатываемой солнечными энергоустановками, превышает стоимость электрической энергии от традиционных источников энергии. Основная причина - низкий коэффициент использования установленной мощности (КИУМ) солнечных энергоустановок от 0,114 в Германии до 0,17 в Анапе (Россия) и 0,25 в экваториальных странах. Чтобы компенсировать низкий КИУМ, необходимо дальнейшее снижение стоимости солнечных модулей и использование солнечных концентраторов.

Основные требования к солнечным модулям с концентраторами из кремния: коэффициент концентрации не более 4-5 из условия естественного охлаждения модулей и использование рассеянного излучения в пределах апертурного угла концентратора. Такие солнечные модули с концентраторами могут быть использованы в стационарном исполнении для крыш и фасадов домов и со следящими системами для установки на земле. При стоимости зеркальных отражателей 30 долл./м2, концентрации 5, оптическом КПД 0.85 и электрическом КПД 15% стоимость солнечного модуля с концентратором составит для Германии 86,58 долл./м2, 0,378 долл./Вт, т.е. снизится в 2,5 раза, при этом стоимости концентратора и приемника будут примерно равны и составлять по 50% от стоимости модуля. Стоимость солнечного модуля с концентратором для Китая составит 52 долл./м2, 0,349 долл./Вт.т.е. снизится в 2,27 раза по сравнению с солнечным модулем без концентратора.

По сравнению с прототипом солнечный модуль с концентратором имеет небольшие косинусные потери, большой срок службы и низкую стоимость. Приемник 10 может быть выполнен с устройством отвода тепла для получения электроэнергии и (или) горячей воды.


СОЛНЕЧНЫЙ МОДУЛЬ С КОНЦЕНТРАТОРОМ
СОЛНЕЧНЫЙ МОДУЛЬ С КОНЦЕНТРАТОРОМ
СОЛНЕЧНЫЙ МОДУЛЬ С КОНЦЕНТРАТОРОМ
СОЛНЕЧНЫЙ МОДУЛЬ С КОНЦЕНТРАТОРОМ
СОЛНЕЧНЫЙ МОДУЛЬ С КОНЦЕНТРАТОРОМ
СОЛНЕЧНЫЙ МОДУЛЬ С КОНЦЕНТРАТОРОМ
Источник поступления информации: Роспатент

Показаны записи 1-10 из 80.
10.01.2013
№216.012.1a26

Сеть автономных постов мониторинга окружающей среды (апмос)

Изобретение относится к области экологического мониторинга и может быть использовано в системах общего мониторинга и безопасности. Сущность: сеть включает несколько автономных постов мониторинга, включающих датчики контроля окружающей среды, видеокамеры, тепловизоры. Энергетическая площадка...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002472186
Дата охранного документа: 10.01.2013
20.01.2013
№216.012.1df2

Способ и устройство для передачи электрической энергии

Изобретение относится к электротехнике, к передаче электрической энергии. Технический результат состоит в снижении затрат на передачу электроэнергии за счет исключения таких элементов, как ЛЭП, провода, изоляторы, кабели, а также повышении КПД. Между источником и приемником электрической...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002473160
Дата охранного документа: 20.01.2013
27.01.2013
№216.012.1e89

Устройство плазменной коагуляции тканей

Изобретение относится к области медицины и медицинской технике, в частности к устройствам, используемым для бесконтактной коагуляции белков крови и тканей раневой поверхности. Устройство преобразует энергию источника питания в высокочастотную электромагнитную энергию посредством...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002473318
Дата охранного документа: 27.01.2013
27.01.2013
№216.012.2152

Способ и устройство для передачи электрической энергии (варианты)

Изобретение относится к электротехнике, к передаче электрической энергии. Технический результат состоит в повышении эффективности передачи энергии, увеличении длины линий передач и возможности передачи электроэнергии по однопроводной линии в двух направлениях между двумя энергосистемами, что...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002474031
Дата охранного документа: 27.01.2013
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
№216.012.5afe

Солнечный концентраторный модуль (варианты)

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,...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002488915
Дата охранного документа: 27.07.2013
20.08.2013
№216.012.5fc2

Устройство и способ бесконтактной передачи электрической энергии на электротранспортное средство

Изобретение относится к области транспорта и может быть использовано для электропитания троллейбусов, электромобилей, трамваев, электротракторов, электровозов. В устройстве содержится источник энергии, преобразователь частоты, резонансный контур, повышающий резонансный высокочастотный...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002490146
Дата охранного документа: 20.08.2013
20.09.2013
№216.012.694e

Электрифицированная система земледелия (варианты)

Система по первому варианту выполнения содержит тягово-транспортные агроагрегаты, установленные и движущиеся по полям упорядоченно по постоянным технологическим колеям. В системе использована бесконтактная резонансная система электроснабжения, содержащая однопроводниковую линию электропередачи...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002492609
Дата охранного документа: 20.09.2013
27.09.2013
№216.012.70ad

Полупроводниковый фотоэлектрический генератор (варианты)

Изобретение относится к электронной технике, а именно к приборам, преобразующим энергию электромагнитного излучения в электрическую, и технологии их изготовления, в частности к полупроводниковым фотоэлектрическим генераторам. Полупроводниковый фотоэлектрический генератор с двухсторонней рабочей...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002494496
Дата охранного документа: 27.09.2013
Показаны записи 1-10 из 70.
20.08.2013
№216.012.5fc2

Устройство и способ бесконтактной передачи электрической энергии на электротранспортное средство

Изобретение относится к области транспорта и может быть использовано для электропитания троллейбусов, электромобилей, трамваев, электротракторов, электровозов. В устройстве содержится источник энергии, преобразователь частоты, резонансный контур, повышающий резонансный высокочастотный...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002490146
Дата охранного документа: 20.08.2013
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
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
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
27.06.2014
№216.012.d6f1

Солнечный модуль с концентратором и способ его изготовления

Изобретение относится к гелиотехнике, в частности к солнечным модулям с концентраторами для получения электрической и тепловой энергии. В солнечном модуле с концентратором, содержащем прозрачные фокусирующие призмы с треугольным поперечным сечением, с углом входа лучей β и углом полного...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002520803
Дата охранного документа: 27.06.2014
27.06.2014
№216.012.d822

Устройство передачи электрической энергии в ракетно-космических комплексах (варианты)

Изобретение относится к устройству для передачи электрической энергии. Технический результат - уменьшение количества и массы проводов для передачи электроэнергии в ракетно-космических (Р-К) комплексах, а также повышение качества электропитания бортовой аппаратуры. Указанный результат...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002521108
Дата охранного документа: 27.06.2014
10.07.2014
№216.012.dc4a

Полупроводниковый фотоэлектрический генератор и способ его изготовления (варианты)

Изобретение относится к оптоэлектронным приборам. Полупроводниковый фотоэлектрический генератор содержит прозрачное защитное покрытие на рабочей поверхности, на которое падает излучение, и секции фотопреобразователей, соединенные оптически прозрачным герметиком с защитным покрытием. Секции...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002522172
Дата охранного документа: 10.07.2014
20.11.2014
№216.013.067b

Способ и устройство для передачи электрической энергии

Изобретение относится к области электротехники, в частности к способам и устройствам для передачи электрической энергии. В способе передачи электрической энергии между источником и потребителем энергии с использованием в качестве проводящего канала трубопровода с жидким веществом путем...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002533060
Дата охранного документа: 20.11.2014
10.12.2014
№216.013.0ee6

Стенд для исследования резонансной системы передачи электрической энергии

Изобретение относится к испытательной технике и электрооборудованию, применяемым при передаче электрической энергии для питания электроустановок потребителей. Сущность: стенд снабжен источником переменного тока повышенной и перестраиваемой частоты, который через первый переключатель и магазин...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002535231
Дата охранного документа: 10.12.2014
+ добавить свой РИД