×
25.08.2017
217.015.b87c

СОЛНЕЧНАЯ ЭЛЕКТРОСТАНЦИЯ

Вид РИД

Изобретение

Юридическая информация Свернуть Развернуть
№ охранного документа
0002615243
Дата охранного документа
04.04.2017
Краткое описание РИД Свернуть Развернуть
Аннотация: Изобретение относится к области преобразования солнечной энергии в электрическую и тепловую, в первую очередь к конструкции солнечных электростанций с концентраторами. Солнечная электростанция содержит концентраторы, систему слежения и фотоприемники в фокальной области каждого концентратора на основе скоммутированных солнечных элементов с р-n переходами. Каждый фотоприемник выполнен в виде секций твердотельной матрицы из последовательно скоммутированных миниатюрных солнечных элементов с диодными структурами и двухсторонней рабочей поверхностью, плоскости р-n переходов диодных структур параллельны двум из четырех боковых граней и перпендикулярны рабочей поверхности фотоприемника, плоскости миделя и фокальной плоскости концентратора. Фотоприемник установлен в прозрачной для солнечного излучения оболочке и снабжен устройством для отвода теплоты, прозрачная оболочка содержит гомогенизатор концентрированного солнечного излучения в виде стержня прямоугольного сечения из оптически прозрачного материала, размеры поперечного сечения гомогенизатора соизмеримы с размерами рабочей поверхности фотоприемника, а длина стержня в 2-10 раз больше размеров рабочей поверхности фотоприемника. Устройство отвода тепла выполнено в виде тонких пластин из теплопроводящего материала, присоединенных к токоподводам каждой секции твердотельной матрицы путем пайки или сварки параллельно плоскости р-n переходов диодных структур, размер секций между пластинами теплообменника составляет 4-20 мм, а суммарная площадь пластин теплообменника при естественном охлаждении равна площади миделя концентратора. Технический результат заключается в снижении потерь электроэнергии и увеличении КПД и срока службы солнечной электростанции. 4 з.п. ф-лы, 4 ил.
Реферат Свернуть Развернуть

Изобретение относится к области преобразования солнечной энергии в электрическую и тепловую, в первую очередь к конструкции солнечных электростанций с концентраторами.

Известна солнечная фотоэлектрическая станция, содержащая концентратор на основе концентрических линз Френеля, двухосную систему слежения за Солнцем и фотоприемники излучения на основе каскадных гетероструктурных планарных солнечных элементов с односторонней рабочей поверхностью. Солнечная электростанция имеет следующие характеристики: коэффициент концентрации 385, электрическая мощность 5,75 кВт, КПД преобразования солнечной радиации с учетом КПД концентратора и инвертора 23,5%, стоимость 9,3 долл. США/Вт. Плоскость фотоприемников и p-n переходов фотоприемников параллельна плоскости линзы Френеля и перпендикулярна оптической оси концентратора и концентрированному потоку солнечного излучения. Стоимость фотоприемника составляет 13 долл. США за 1 см площади фотоприемника (Photon International, июль 2008 г., с. 15).

Недостатком известной электростанции является высокая трудоемкость изготовления и большая стоимость материалов фотоприемников, содержащих галлий, германий и другие дорогостоящие материалы.

Известна солнечная фотоэлектрическая станция, содержащая концентратор с поверхностью миделя, на который поступает солнечное излучение, двухосную систему слежения и фотоприемники излучения на основе каскадных гетероструктурных солнечных элементов на основе полупроводников AIII BV. Концентратор содержит параболоидное зеркало квадратной формы, контротражатель системы Кассегрена и пирамидальный оптический элемент из стекла, на нижнем основании которого закреплен каскадный гетероструктурный солнечный элемент с односторонней рабочей поверхностью с p-n переходом, плоскость которого параллельна плоскости миделя концентратора и перпендикулярна оптической оси концентратора, потоку солнечного излучения и боковым граням оптического элемента. Параметры солнечной электростанции: концентрация 476, КПД 22,7%, площадь солнечного элемента 1 см2, размеры параболоида 25×25 см, суммарная электрическая мощность 500 кВт (Photon International, ноябрь 2008 г., с. 150, 153; Sun and Wind Energy, 2008, №5, с. 130).

Недостатком известной солнечной электростанции является большая стоимость и низкий КПД трехэлементной оптической системы: параболическое зеркало - контротражатель - оптический элемент - солнечный элемент.

В солнечной электростанции, содержащей концентраторы, двухосную систему слежения и фотоприемники в фокальной области каждого концентратора на основе скоммутированных солнечных элементов с р-n переходами, каждый фотоприемник выполнен в виде секций твердотельной матрицы из последовательно скоммутированных миниатюрных солнечных элементов с диодными структурами и двусторонней рабочей поверхностью, плоскости p-n переходов диодных структур параллельны двум из четырех боковых граней и перпендикулярны рабочей поверхности фотоприемника, плоскости миделя и фокальной плоскости концентратора, а оптическая ось концентратора и поток солнечного излучения параллельны плоскости p-n переходов фотоприемника, фотоприемник установлен в прозрачной для солнечного излучения оболочке и снабжен устройством для отвода теплоты.

В варианте солнечной электростанции концентратор выполнен в виде параболоидного зеркала системы Кассегрена с гиперболическим контротражателем в фокальной области и четырехгранной призмой у вершины параболоида, в основании которой установлен фотоприемник, плоскости p-n переходов которого параллельны двум боковым граням призмы.

В варианте солнечной электростанции фотоприемник со стороны концентратора имеет защитное покрытие из стекла, обратная сторона фотоприемника прикреплена через электроизолирующий теплопроводящий клей к поверхности теплообменника, а теплообменник снабжен устройством для прокачки теплоносителя или радиатором воздушного охлаждения (Патент РФ №2431086, опубл. 20.03.2011 г., Бюл. №28).

Недостатком известной солнечной электростанции является снижение электрической мощности и ресурса работы фотоприемника из-за недостаточно высокой теплопроводности и старения электроизолирующего теплопроводящего клея между фотоприемником и теплообменником. Другим недостатком является снижение электрической мощности из-за схемных потерь при неравномерной освещенности фотоприемника в фокальной области концентратора.

Задачей настоящего изобретения является увеличение электрической мощности и ресурса работы солнечной электростанции.

Технический результат заключается в снижении потерь электроэнергии и увеличении КПД и срока службы солнечной электростанции.

Технический результат достигается тем, что в солнечной электростанции, содержащей концентраторы, систему слежения и фотоприемники в фокальной области каждого концентратора на основе скоммутированных солнечных элементов с р-n переходами, каждый фотоприемник выполнен в виде секций твердотельной матрицы из последовательно скоммутированных миниатюрных солнечных элементов с диодными структурами и двухсторонней рабочей поверхностью, плоскости р-n переходов диодных структур параллельны двум из четырех боковых граней и перпендикулярны рабочей поверхности фотоприемника, плоскости миделя и фокальной плоскости концентратора, а оптическая ось концентратора и поток солнечного излучения параллельны плоскости р-n переходов фотоприемника, фотоприемник установлен в прозрачной для солнечного излучения оболочке и снабжен устройством для отвода теплоты, прозрачная оболочка содержит гомогенизатор концентрированного солнечного излучения в виде стержня прямоугольного сечения из оптически прозрачного материала, размеры поперечного сечения гомогенизатора соизмеримы с размерами рабочей поверхности фотоприемника, а длина стержня в 2-10 раз больше размеров рабочей поверхности фотоприемника, плоскости диодных структур параллельны двум из четырех граней гомогенизатора, а устройство отвода тепла выполнено в виде тонких пластин из теплопроводящего материала, присоединенных к токоподводам каждой секции твердотельной матрицы путем пайки или сварки параллельно плоскости p-n переходов диодных структур, размер секций между пластинами теплообменника составляет 4-20 мм, а суммарная площадь пластин теплообменника при естественном охлаждении равна площади миделя концентратора.

В варианте солнечной электростанции пластины теплообменника выполнены из металла, например из меди, толщиной 0,05-0,5 мм.

В другом варианте солнечной электростанции пластины теплообменника выполнены из теплопроводящей керамики, например из нитрида алюминия.

Еще в одном варианте солнечной электростанции пластины теплообменника выполнены из двух разнородных материалов: у токоподводов секций пластины теплообменника выполнены из металла, например из меди, толщиной 0,05-0,5 мм, а на расстоянии 1-5 мм от секции пластины теплообменника выполнены из теплопроводящей керамики, причем два разнородных материала соединены между собой путем пайки или сварки.

В варианте устройства солнечной электростанции пластины теплообменника выполнены из двух металлических частей, которые соединены электроизолирующей прокладкой из теплопроводящей керамики, например нитрида алюминия, путем пайки или сварки.

Изобретение иллюстрируется на фиг. 1, фиг. 2, фиг. 3 и фиг. 4, где на фиг. 1 представлена оптическая схема солнечной электростанции с концентратором на основе линзы Френеля и ход лучей; на фиг. 2 - оптическая схема солнечной электростанции с параболическим концентратором и ход лучей; на фиг. 3 - фотоприемник с устройством теплоотвода с теплообменниками из двух разнородных материалов; на фиг. 4 - фотоприемник с устройством теплоотвода с теплообменниками из двух металлических частей, которые соединены электроизолирующей вставкой из теплопроводящей керамики.

На фиг.1 солнечная электростанция содержит концентратор 1 на основе концентрической линзы Френеля, фотоприемник 2 в виде секций 3 твердотельной матрицы из последовательно скоммутированных миниатюрных солнечных элементов 4 с диодной структурой n+-p-p+ или p+-n-n+, плоскости p-n переходов 5 и изотипных переходов p-p+ или n-n+ 6 параллельны двум граням 7 фотоприемника 2 и перпендикулярны рабочей поверхности 8 фотоприемника 2, плоскости миделя 9 и фокальной плоскости 10 концентратора 1, оптическая ось 11 концентратора 1 и поток солнечного излучения 12 на входе в концентратор 1 параллельны плоскости p-n переходов 5 фотоприемника 2. Фотоприемник 2 установлен в прозрачной для солнечного излучения 12 оболочке 13 и содержит гомогенизатор 14 сконцентрированного солнечного излучения 15, размеры поперечного сечения а и b гомогенизатора 14 соизмеримы с размерами рабочей поверхности 8 фотоприемника 2, а длина гомогенизатора 14 в 2-10 раз больше размеров рабочей поверхности фотоприемника 2:

=(2÷10)a, =(2÷10)b.

Плоскости р-n переходов 5 параллельны двум граням 16 гомогенизатора 14. Входной торец 17 гомогенизатора 14 установлен в фокальной плоскости 10 на оптической оси 11 концентратора 1. Устройство теплоотвода 18 выполнено в виде тонких пластин 19 из теплопроводящего материала, присоединенных к токоподводам 20 каждой секции 3 путем пайки или сварки параллельно плоскости р-n переходов 5, размер секций 3 d между пластинами 18 составляет d=4-20 мм, а суммарная площадь Sт пластин 18 теплообменника 17 при естественном охлаждении равна площади Sм миделя 9 концентратора 1. Площадь миделя 9 Sм равна произведению площади Sф фотоприемника 2 на коэффициент концентрации κ:

Sм=κSф.

Поэтому площадь Sт теплообменника 17 равна:

Sт=Sм=κSф.На фиг. 2 концентратор 1 выполнен в виде параболоцилиндрического концентратора 21, а фотоприемник 2 с гомогенизатором 14 установлен над параболическим концентратором 21.

На фиг. 3 устройство теплоотвода 18 содержит пластины теплообменника, выполненные из двух разнородных материалов: у токоподводов 20 пластины 22 выполнены из металла, например меди, а на расстоянии 1-5 мм от секции пластины 23 теплообменника выполнены из теплопроводящей керамики, пластины 22 и 23 соединены между собой путем пайки или сварки.

На фиг. 4 пластины 22 и 24 теплообменника выполнены из меди и соединены между собой электроизолирующей прокладкой 25 из теплопроводящей керамики.

Солнечная электростанция работает следующим образом.

Солнечное излучение 12 после концентратора 1 поступает на входной торец 17 гомогенизатора 14 в виде сконцентрированного излучения 15. За счет эффекта многократного полного внутреннего отражения от стенок гомогенизатора 14 неравномерно распределенное сконцентрированное излучение 15 в фокальной плоскости 10 на входном торце 17 поступает на фотоприемник 2 в виде равномерно распределенного по площади фотоприемника 2 потока излучения. Фотоприемник 2 преобразует равномерно распределенное концентрированное излучение 15 в электрическую энергию с высоким КПД ηф из-за отсутствия схемных потерь в фотоприемнике 2, связанных с неравномерным освещением последовательно соединенных солнечных элементов 4 в фотоприемнике 2.

Часть энергии сконцентрированного солнечного излучения 15, пропорциональная 1-ηф, преобразуется в тепло в секциях 3 и поступает в устройство теплоотвода 18 и через пластины теплообменника 19 рассеивается в окружающей среде за счет конвекции и излучения. При естественном охлаждении и выполнении условия Sм=Sт=κSф температура фотоприемника 2 при концентрации κ=5-500 не превысит 80°С. Площадь Sт пластин 19 теплообменника может быть уменьшена при использовании воздушного принудительного охлаждения с помощью вентилятора или при водяном охлаждении пластин 19, 22. 23. 24 (на фиг. не показано), при этом для изоляции секций 3 от окружающей среды, например воды, используют пластины 23 из керамики или изолирующие вставки 25 из керамики.

Пример выполнения солнечной электростанции.

Концентратор 1 на фиг.1 выполнен из линзы Френеля размером 400×400 мм, фотоприемник 2 имеет размеры 40×40 мм, коэффициент концентрации κ=100. Размер секции 3 между двумя пластинами 19 равен 5 мм, количество пластин 9, размеры пластин 130×130×0,1 мм, общая площадь пластин 0,169 м2, размеры гомогенизатора 14 - 40×40×320 мм. Электрическая мощность 24 Вт, рабочее напряжение 96 В, КПД 15%, температура фотоприемника 2 при естественном охлаждении 80°С, при воздушном охлаждении с помощью вентилятора 40°С.

Использование гомогенизатора 14 концентрированного солнечного излучения 15 и устройства теплоотвода 18 увеличивает электрическую мощность солнечной электростанции и ресурс работы за счет снижения схемных потерь в фотоприемнике 2 и снижения температуры фотоприемника 2 при работе с концентратором солнечного излучения.


СОЛНЕЧНАЯ ЭЛЕКТРОСТАНЦИЯ
СОЛНЕЧНАЯ ЭЛЕКТРОСТАНЦИЯ
СОЛНЕЧНАЯ ЭЛЕКТРОСТАНЦИЯ
СОЛНЕЧНАЯ ЭЛЕКТРОСТАНЦИЯ
Источник поступления информации: Роспатент

Показаны записи 1-10 из 224.
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 113.
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