RU2578735C1 - Concentrator solar photovoltaic module - Google Patents
Concentrator solar photovoltaic module Download PDFInfo
- Publication number
- RU2578735C1 RU2578735C1 RU2014149587/28A RU2014149587A RU2578735C1 RU 2578735 C1 RU2578735 C1 RU 2578735C1 RU 2014149587/28 A RU2014149587/28 A RU 2014149587/28A RU 2014149587 A RU2014149587 A RU 2014149587A RU 2578735 C1 RU2578735 C1 RU 2578735C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- module according
- solar
- metal
- recesses
- metal boards
- Prior art date
Links
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 claims abstract description 94
- 239000002184 metal Substances 0.000 claims abstract description 94
- 238000000576 coating method Methods 0.000 claims abstract description 20
- 239000011248 coating agent Substances 0.000 claims abstract description 16
- 239000003989 dielectric material Substances 0.000 claims abstract description 6
- 230000003287 optical effect Effects 0.000 claims description 13
- 238000005476 soldering Methods 0.000 claims description 9
- 229920001296 polysiloxane Polymers 0.000 claims description 8
- 239000005368 silicate glass Substances 0.000 claims description 7
- DQXBYHZEEUGOBF-UHFFFAOYSA-N but-3-enoic acid;ethene Chemical compound C=C.OC(=O)CC=C DQXBYHZEEUGOBF-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 4
- 239000004020 conductor Substances 0.000 claims description 4
- 239000005038 ethylene vinyl acetate Substances 0.000 claims description 4
- 238000010030 laminating Methods 0.000 claims description 4
- 229920001200 poly(ethylene-vinyl acetate) Polymers 0.000 claims description 4
- 230000001681 protective effect Effects 0.000 claims description 4
- 229910000831 Steel Inorganic materials 0.000 claims description 3
- 239000000853 adhesive Substances 0.000 claims description 3
- 230000001070 adhesive effect Effects 0.000 claims description 3
- 239000002390 adhesive tape Substances 0.000 claims description 3
- 239000010959 steel Substances 0.000 claims description 3
- 229910052718 tin Inorganic materials 0.000 claims description 3
- 229910052725 zinc Inorganic materials 0.000 claims description 3
- 229920004936 Lavsan® Polymers 0.000 claims description 2
- 239000005020 polyethylene terephthalate Substances 0.000 claims description 2
- 230000005855 radiation Effects 0.000 abstract description 28
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 abstract description 12
- 230000000694 effects Effects 0.000 abstract description 2
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract 1
- 239000000758 substrate Substances 0.000 description 6
- 238000009434 installation Methods 0.000 description 5
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 5
- 239000011521 glass Substances 0.000 description 4
- 230000000712 assembly Effects 0.000 description 3
- 238000000429 assembly Methods 0.000 description 3
- 239000013078 crystal Substances 0.000 description 3
- XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N Silicon Chemical compound [Si] XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 229910052782 aluminium Inorganic materials 0.000 description 2
- XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N aluminium Chemical compound [Al] XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 230000005611 electricity Effects 0.000 description 2
- 239000011152 fibreglass Substances 0.000 description 2
- 230000004907 flux Effects 0.000 description 2
- 230000017525 heat dissipation Effects 0.000 description 2
- 229910052710 silicon Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000010703 silicon Substances 0.000 description 2
- 229920002799 BoPET Polymers 0.000 description 1
- 239000005977 Ethylene Substances 0.000 description 1
- 239000005041 Mylar™ Substances 0.000 description 1
- 239000012790 adhesive layer Substances 0.000 description 1
- 239000000919 ceramic Substances 0.000 description 1
- 238000002485 combustion reaction Methods 0.000 description 1
- 238000010276 construction Methods 0.000 description 1
- 238000005260 corrosion Methods 0.000 description 1
- 230000007797 corrosion Effects 0.000 description 1
- 238000010292 electrical insulation Methods 0.000 description 1
- 239000011888 foil Substances 0.000 description 1
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 description 1
- 239000011810 insulating material Substances 0.000 description 1
- 239000010410 layer Substances 0.000 description 1
- 230000007774 longterm Effects 0.000 description 1
- 238000000034 method Methods 0.000 description 1
- 239000011368 organic material Substances 0.000 description 1
- 238000013021 overheating Methods 0.000 description 1
- 230000035515 penetration Effects 0.000 description 1
- 238000003825 pressing Methods 0.000 description 1
- 239000011253 protective coating Substances 0.000 description 1
- 239000004065 semiconductor Substances 0.000 description 1
- 239000007787 solid Substances 0.000 description 1
- 229920002554 vinyl polymer Polymers 0.000 description 1
- 235000012431 wafers Nutrition 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E10/00—Energy generation through renewable energy sources
- Y02E10/50—Photovoltaic [PV] energy
Landscapes
- Photovoltaic Devices (AREA)
Abstract
Description
Заявляемое изобретение относится к области солнечной энергетики и, в частности, к концентраторным солнечным фотоэлектрическим модулям, применяемым, например, в наземных гелиоэнергетических установках, предназначенных для систем автономного энергоснабжения в различных климатических зонах.The claimed invention relates to the field of solar energy and, in particular, to concentrator solar photovoltaic modules used, for example, in terrestrial solar power plants intended for autonomous power supply systems in various climatic zones.
Одним из наиболее перспективных методов получения электроэнергии из возобновляемых источников является фотоэлектрическое преобразование концентрированного солнечного излучения с использованием дорогостоящих высокоэффективных многокаскадных солнечных элементов и недорогих оптических концентраторов. Применение оптических концентраторов, обеспечивающих степень концентрации солнечного излучения 500-1000 крат, имеющих высокую оптическую эффективность, позволяет достичь высокого КПД преобразования солнечного излучения в электричество и сократить суммарную площадь солнечных элементов пропорционально кратности концентрирования солнечного излучения. КПД преобразования солнечного излучения фотоэлектрическими модулями, использующими многокаскадные солнечные элементы и оптические концентраторы, достигает 34%. В то же время от конструкции фотоэлектрических модулей, сложности их изготовления и сборки, величины срока эксплуатации зависит общая стоимость модулей и экономичность всей энергоустановки.One of the most promising methods for generating electricity from renewable sources is the photovoltaic conversion of concentrated solar radiation using expensive high-performance multi-stage solar cells and inexpensive optical concentrators. The use of optical concentrators, providing a degree of concentration of solar radiation of 500-1000 times, having high optical efficiency, allows to achieve a high efficiency of conversion of solar radiation into electricity and reduce the total area of solar cells in proportion to the concentration factor of solar radiation. The conversion efficiency of solar radiation by photovoltaic modules using multistage solar cells and optical concentrators reaches 34%. At the same time, the total cost of the modules and the efficiency of the entire power installation depend on the design of the photovoltaic modules, the complexity of their manufacture and assembly, the magnitude of the life.
Известен фотоэлектрический модуль (см. патент US 6717045, МПК H01L 31/052, опубликован 06.04.2004), включающий множество оптических концентраторов, фокусирующих солнечное излучение на фотоприемные площадки солнечных фотоэлементов. Каждый из оптических концентраторов состоит из первичного концентратора, имеющего степень концентрации солнечного излучения 5-10 крат, вторичного концентратора, расположенного ниже первого и увеличивающего степень концентрации солнечного излучения в 20-50 раз, и третьего концентратора, установленного в нижней плоскости вторичного концентратора и фокусирующего излучение на поверхность солнечных фотоэлементов. В качестве первичного концентратора может быть использована линза Френеля. Вторичный концентратор представляет собой комбинированный параболический отражатель, изготовленный из стекла или керамики и имеющий отражающие и защитные покрытия. В качестве третьего концентратора служит стеклянная линза. Солнечный фотоэлемент устанавливают на площадке, имеющей оребрение для рассеяния тепла.A known photovoltaic module (see patent US 6717045, IPC H01L 31/052, published 04/06/2004), including many optical concentrators focusing solar radiation on the photodetector area of solar cells. Each of the optical concentrators consists of a primary concentrator having a solar radiation concentration of 5-10 times, a secondary concentrator located below the first one and increasing the solar radiation concentration by 20-50 times, and a third concentrator mounted in the lower plane of the secondary concentrator and focusing the radiation to the surface of solar cells. As a primary concentrator, a Fresnel lens can be used. The secondary concentrator is a combined parabolic reflector made of glass or ceramic and having reflective and protective coatings. A glass lens serves as the third hub. A solar photocell is installed on a site having fins for heat dissipation.
Недостатками известного фотоэлектрического модуля являются большие потери света за счет отражения на поверхностях оптических элементов трехкаскадного концентратора, технические сложности изготовления, монтажа и юстировки большого количества оптических деталей и, соответственно, также высокая стоимость конструкции.The disadvantages of the known photovoltaic module are the large loss of light due to reflection on the surfaces of the optical elements of a three-stage concentrator, the technical difficulties of manufacturing, mounting and aligning a large number of optical parts and, accordingly, also the high cost of construction.
Известен фотоэлектрический модуль (см. заявка РСТ WO 9213362, МПК H01L 1/042, H01L 31/048, H01L 31/052, опубликована 06.08.1992), состоящий из нескольких фотоэлектрических сборок, содержащих корпус, смонтированный в корпусе концентратор и солнечный фотоэлемент, расположенный на задней стенке корпуса. В качестве концентратора может быть использована линза Френеля.A known photovoltaic module (see PCT application WO 9213362, IPC
Основным недостатком известного фотоэлектрического модуля с концентратором является сложность изготовления и высокая стоимость его конструкции.The main disadvantage of the known photovoltaic module with a hub is the complexity of manufacture and the high cost of its design.
Известен фотоэлектрический модуль (см. US 4834805, МПК H01L 31/00, дата публикации 30.05.1989), содержащий линзовую панель, сформированную из множества линз, расположенную на фиксированном расстоянии от многослойной подложки, в которую вмонтированы солнечные фотоэлементы небольших размеров. При этом солнечные фотоэлементы, выполненные на основе многослойных полупроводниковых кристаллов, имеющие нижний сплошной металлический контакт и верхний контакт в виде тонкой металлической сетки, устанавливают на многослойной подложке, фиксируют там механическими элементами и электрически соединяют с токопроводящими слоями подложки. Линзовая панель состоит из матриц сферических или асферических стеклянных плосковыпуклых линз, обращенных в сторону подложки с солнечными фотоэлементами.A known photovoltaic module (see US 4834805, IPC H01L 31/00, publication date 05/30/1989) containing a lens panel formed of a plurality of lenses located at a fixed distance from a multilayer substrate in which small solar cells are mounted. In this case, solar cells made on the basis of multilayer semiconductor crystals, having a lower solid metal contact and an upper contact in the form of a thin metal grid, are installed on a multilayer substrate, fixed there by mechanical elements and electrically connected to the conductive layers of the substrate. The lens panel consists of matrices of spherical or aspherical glass plano-convex lenses facing the substrate with solar photocells.
Недостатком известного фотоэлектрического модуля является высокая технологическая сложность изготовления и монтажа многослойной подложки с солнечными фотоэлементами, большой вес линзовой панели, а также сложности с отводом тепла от солнечных фотоэлементов.A disadvantage of the known photovoltaic module is the high technological complexity of the manufacture and installation of a multilayer substrate with solar photocells, the large weight of the lens panel, as well as the difficulty in removing heat from solar photocells.
Известен фотоэлектрический модуль (см. заявка РСТ WO 2008068006, МПК H01L 31/00, опубликована 12.06.2008), в котором на основании из электроизоляционного материала смонтированы сборки солнечных фотоэлементов. Сборки солнечных фотоэлементов представляют собой электро- и теплопроводящий носитель, на котором установлены кристалл солнечного фотоэлемента и байпасный диод. Поскольку байпасный диод и кристалл солнечного фотоэлемента имеют противоположную проводимость, то их верхние контакты соединены электрическим проводником, который также соединяет их с электро- и теплопроводящим носителем соседней сборки солнечных фотоэлементов.A known photovoltaic module (see PCT application WO 2008068006, IPC H01L 31/00, published June 12, 2008), in which solar photocell assemblies are mounted based on an insulating material. Solar cell assemblies are an electrically and thermally conductive carrier on which a solar cell crystal and a bypass diode are mounted. Since the bypass diode and the solar cell crystal have opposite conductivity, their upper contacts are connected by an electrical conductor, which also connects them to the electric and heat-conducting carrier of the neighboring solar cell assembly.
Недостатком известного фотоэлектрического модуля является сложность монтажа панели солнечных фотоэлементов, и, поскольку данная конструкция предполагает последовательное соединение всех элементов, то при изготовлении солнечных батарей большой мощности возникают сложности с коммутацией и требуется высокая электрозащищенность всех элементов конструкции.A disadvantage of the known photovoltaic module is the difficulty of mounting a solar panel, and since this design involves the serial connection of all elements, it is difficult to commute in the manufacture of high-power solar panels and requires high electrical protection of all structural elements.
Известен фотоэлектрический модуль с концентраторами солнечного излучения в виде линз Френеля (см. В.М. Андреев и др. - "Фотоэлектрическое преобразование концентрированного солнечного излучения". - Л., "Наука", Ленинградское отделение, 1989, с. 302-303). Модуль содержит 8 или 16 линз Френеля и соответствующее им количество солнечных фотоэлементов, размещенных против линз на алюминиевом листе, который одновременно выполняет роль подложки солнечных фотоэлементов, радиатора и металлического корпуса. Для электроизоляции солнечных фотоэлементов от корпуса используются пластины высокоомного кремния, обладающие высокой теплопроводностью. Линзы Френеля изготовлены из органического стекла методом прессования. Для защиты от атмосферных воздействий линзы закрыты листом силикатного стекла.A known photovoltaic module with concentrators of solar radiation in the form of Fresnel lenses (see V.M. Andreev et al. - "Photoelectric conversion of concentrated solar radiation." - L., "Science", Leningrad Branch, 1989, pp. 302-303) . The module contains 8 or 16 Fresnel lenses and the corresponding number of solar photocells placed against the lenses on an aluminum sheet, which simultaneously acts as a substrate for solar photocells, a radiator, and a metal case. For the electrical insulation of solar cells from the casing, high-resistance silicon wafers with high thermal conductivity are used. Fresnel lenses are made of organic glass by pressing. To protect against weathering, the lenses are covered with a sheet of silicate glass.
Известный фотоэлектрический модуль превосходит по своим технико-экономическим показателям кремниевые солнечные фотоэлектрические модули без концентраторов. Однако он обладает малой энергопроизводительностью.The well-known photovoltaic module surpasses silicon solar photovoltaic modules without concentrators in their technical and economic indicators. However, it has low power performance.
Известен фотоэлектрический модуль (см. Международная конференция "Conference record of the twenteighth IEEE photovoltaic specialists Conference-2000", Anhorage, Alaska, USA, 2000, p. 1169-1172). Модуль содержит боковые стенки из силикатного стекла, на верхних кромках которых закреплена фронтальная панель из силикатного стекла с линзами Френеля из оптического силикона, а на нижних кромках закреплена тыльная панель из силикатного стекла с солнечными фотоэлементами и теплоотводящими основаниями. Металлическое теплоотводящее основание так же является и одним из электрических контактов солнечного фотоэлемента. Вторым контактом солнечного фотоэлемента является верхнее металлическое покрытие фольгированного стеклотекстолита, закрепленного на каждом теплоотводящем основании. Коммутацию солнечных фотоэлементов осуществляют через контакты, прикрепленные к металлическому основанию и верхнему металлическому покрытию стеклотекстолита.A known photovoltaic module (see the International Conference "Conference record of the twenteighth IEEE photovoltaic specialists Conference-2000", Anhorage, Alaska, USA, 2000, p. 1169-1172). The module contains side walls of silicate glass, on the upper edges of which there is a front panel made of silicate glass with Fresnel lenses made of optical silicone, and on the lower edges a rear panel of silicate glass with solar photocells and heat-removing bases is fixed. The metal heat sink is also one of the electrical contacts of the solar cell. The second contact of the solar photovoltaic cell is the upper metal coating of foil-coated fiberglass mounted on each heat sink base. Switching solar cells is carried out through contacts attached to a metal base and the upper metal coating of fiberglass.
Недостатками известного фотоэлектрического модуля является высокая трудоемкость позиционирования отдельных солнечных фотоэлементов и статистическая вероятность линейного несовпадения центров солнечных фотоэлементов с оптическими центрами соответствующих линз в линзовой панели, что приводит к сужению разориентационной характеристики фотоэлектрического модуля при слежении за Солнцем.The disadvantages of the known photovoltaic module is the high complexity of the positioning of individual solar cells and the statistical likelihood of linear mismatch between the centers of solar cells and the optical centers of the corresponding lenses in the lens panel, which leads to a narrowing of the disorientation characteristics of the photovoltaic module when tracking the Sun.
Известен фотоэлектрический модуль (см. патент RU 2395136, МПК H01L 31/042, опубликован 15.06.2009), совпадающий с настоящим техническим решением по наибольшему числу существенных признаков и принятый за прототип. Фотоэлектрический модуль содержит боковые стенки, фронтальную панель с линзами Френеля на ее внутренней стороне, светопрозрачную тыльную панель и солнечные фотоэлементы, снабженные теплоотводящими основаниями. Позиционирование солнечных фотоэлементов обеспечивается тем, что солнечные элементы вместе с теплоотводами закрепляются в центрах отверстий планок, выполненных из диэлектрического материала с двусторонним металлическим покрытием, к которому подведены контакты солнечных фотоэлементов. Расстояние между центрами соседних отверстий планок равны расстоянию между центрами соседних линз Френеля фронтальной панели, а планки установлены на фронтальной или тыльной стороне тыльной панели модуля параллельно друг другу с шагом, равным расстоянию между центрами соседних линз Френеля. С помощью боковых стенок модуля обеспечена параллельность фронтальной и тыльной панелей, а также расположение их относительно друг друга с учетом обеспечения точной фокусировки.A known photovoltaic module (see patent RU 2395136, IPC H01L 31/042, published 06/15/2009), coinciding with this technical solution for the largest number of essential features and adopted for the prototype. The photovoltaic module contains side walls, a front panel with Fresnel lenses on its inner side, a translucent back panel and solar photocells equipped with heat sinks. The positioning of solar cells is ensured by the fact that the solar cells together with heat sinks are fixed in the centers of the holes of the slats made of a dielectric material with a double-sided metal coating, to which the contacts of the solar cells are connected. The distance between the centers of the neighboring holes of the strips is equal to the distance between the centers of the adjacent Fresnel lenses of the front panel, and the strips are mounted on the front or rear side of the back panel of the module parallel to each other with a step equal to the distance between the centers of the adjacent Fresnel lenses. Using the side walls of the module, parallelism of the front and rear panels is ensured, as well as their location relative to each other, taking into account ensuring accurate focusing.
Однако недостатком модуля-прототипа является невысокий срок его эксплуатации из-за выгорания органических материалов при попадании сфокусированного пятна солнечного излучения на края отверстий центрирующих планок, выполненных из диэлектрического материала, при случайной разориентации фотоэлектрического модуля. При этом продукты горения оседают на фотоприемных поверхностях солнечных фотоэлементов, уменьшая эффективность преобразования солнечного излучения.However, the disadvantage of the prototype module is its short life due to the burning out of organic materials when a focused spot of solar radiation gets on the edges of the holes of the centering strips made of dielectric material, in case of random misorientation of the photoelectric module. In this case, combustion products settle on the photodetector surfaces of solar photocells, reducing the conversion efficiency of solar radiation.
Задачей настоящего изобретения является разработка фотоэлектрического модуля, который бы имел увеличенный срок эксплуатации при сохранении эффективности преобразования солнечного излучения.The objective of the present invention is to develop a photovoltaic module that would have an extended life while maintaining the efficiency of conversion of solar radiation.
Поставленная задача решается тем, что фотоэлектрический модуль содержит боковые стенки, фронтальную панель с линзами Френеля на ее внутренней стороне, светопрозрачную тыльную панель, солнечные фотоэлементы с байпасными диодами, планки, выполненные из диэлектрического материала с двусторонним металлическим покрытием, и металлические платы с регулярно расположенными углублениями для солнечных фотоэлементов и канавками для планок. Металлические платы прикреплены к светопрозрачной тыльной панели, солнечные фотоэлементы установлены в центрах углублений в металлических платах, служащих нижним контактом солнечных фотоэлементов и нижних металлических покрытий планок. Верхние контакты солнечных фотоэлементов и байпасных диодов соединены с верхним металлическим покрытием планок. Расстояния между центрами соседних углублений в металлических платах равны расстоянию между центрами соседних линз Френеля фронтальной панели. Металлические платы установлены параллельно друг другу в двух взаимно перпендикулярных направлениях так, что расстояния между центрами крайних углублений соседних металлических плат в двух взаимно перпендикулярных направлениях равны расстоянию между центрами соседних линз Френеля. Фронтальная панель и тыльная панель прикреплены к боковым стенкам так, что центр фотоприемной площадки каждого солнечного фотоэлемента лежит на одной оси с центром соответствующей линзы Френеля и совпадает с фокусом этой линзы.The problem is solved in that the photovoltaic module contains side walls, a front panel with Fresnel lenses on its inside, a translucent back panel, solar photocells with bypass diodes, strips made of a dielectric material with double-sided metal coating, and metal boards with regularly located recesses for solar cells and grooves for slats. The metal boards are attached to the translucent back panel, the solar photocells are installed in the centers of the recesses in the metal boards, which serve as the lower contact of the solar photocells and the lower metal coatings of the strips. The upper contacts of solar photocells and bypass diodes are connected to the upper metal coating of the strips. The distances between the centers of the adjacent recesses in the metal boards are equal to the distance between the centers of the adjacent Fresnel lenses of the front panel. The metal boards are mounted parallel to each other in two mutually perpendicular directions so that the distances between the centers of the extreme recesses of adjacent metal boards in two mutually perpendicular directions are equal to the distance between the centers of the adjacent Fresnel lenses. The front panel and the rear panel are attached to the side walls so that the center of the photodetector area of each solar photocell lies on the same axis as the center of the corresponding Fresnel lens and coincides with the focus of this lens.
Новыми в настоящем фотоэлектрическом модуле являются металлические платы с регулярно расположенными углублениями для солнечных фотоэлементов и канавками для планок, служащие нижним контактом солнечных фотоэлементов, при этом расстояния между центрами соседних углублений в металлических платах равны расстоянию между центрами соседних линз Френеля фронтальной панели, а металлические платы установлены параллельно друг другу в двух взаимно перпендикулярных направлениях так, что расстояния между центрами крайних углублений соседних металлических плат в двух взаимно перпендикулярных направлениях равны расстоянию между центрами соседних линз Френеля. Монтаж солнечных элементов в углублениях на металлических платах позволяет увеличить срок службы концентраторного модуля, так как в настоящем устройстве исключается выгорание элементов конструкции при случайной разориентации фотоэлектрического модуля. Использование металлических плат с регулярно расположенными улублениями для монтажа солнечных элементов и установка металлических плат на тыльной панели параллельно друг другу так, что расстояния между центрами крайних углублений соседних металлических плат в двух взаимно перпендикулярных направлениях равны расстоянию между центрами соседних линз Френеля, позволяет повысить точность позиционирования солнечных элементов, что увеличивает эффективность преобразования солнечного излучения и упростить сборку конструкции фотоэлектрического модуля. При сборке конструкции необходимо лишь установить соответствующим образом фронтальную и тыльную панели, прикрепив их к торцам боковых стенок. Таким образом, настоящий модуль имеет увеличенный срок эксплуатации при сохранении эффективности преобразования солнечного излучения.New in this photovoltaic module are metal boards with regularly located recesses for solar photocells and grooves for slats serving as the bottom contact of solar photocells, while the distances between the centers of adjacent recesses in the metal boards are equal to the distance between the centers of adjacent Fresnel lenses of the front panel, and the metal boards are installed parallel to each other in two mutually perpendicular directions so that the distances between the centers of the extreme recesses of adjacent etallicheskih boards in two mutually perpendicular directions are equal to the distance between the centers of adjacent Fresnel lenses. The installation of solar cells in recesses on metal boards allows you to increase the life of the concentrator module, as this device eliminates burnout of structural elements in case of accidental misorientation of the photovoltaic module. The use of metal boards with regularly located recesses for mounting solar cells and the installation of metal boards on the rear panel parallel to each other so that the distances between the centers of the extreme recesses of adjacent metal boards in two mutually perpendicular directions are equal to the distance between the centers of adjacent Fresnel lenses, which makes it possible to increase the accuracy of solar positioning elements, which increases the conversion efficiency of solar radiation and simplify the assembly of the photoelectric structure physical module. When assembling the structure, it is only necessary to install the front and rear panels accordingly, attaching them to the ends of the side walls. Thus, this module has an extended service life while maintaining the efficiency of conversion of solar radiation.
В настоящем фотоэлектрическом модуле фронтальная и тыльная панели могут быть выполнены из силикатного стекла, а металлические платы могут быть выполнены из листовой стали.In this photovoltaic module, the front and back panels can be made of silicate glass, and the metal boards can be made of sheet steel.
Диаметры дна углублений для солнечных фотоэлементов в металлических платах могут превышать наибольший размер солнечного фотоэлемента не больше чем на 0,15 мм, что обеспечивает без дополнительного центрирования при монтаже точность позиционирования солнечных фотоэлементов, достаточную для максимальной эффективности преобразования солнечного излучения.The diameters of the bottom of the recesses for solar photocells in metal plates can exceed the largest size of the solar photocell by no more than 0.15 mm, which ensures, without additional centering during installation, the positioning accuracy of solar photocells sufficient to maximize the conversion efficiency of solar radiation.
Боковые стенки углублений для солнечных фотоэлементов могут иметь полированную внутреннюю поверхность, форма боковой поверхности может иметь вид перевернутого усеченного конуса или перевернутой усеченной пирамиды. Такая форма боковой поверхности углублений служит для дополнительной фокусировки солнечного излучения на фотоприемные площадки солнечных фотоэлементов, повышая эффективность преобразования излучения и улучшает разориентационные характеристики концентраторных модулей.The side walls of the recesses for solar cells can have a polished inner surface, the shape of the side surface can be in the form of an inverted truncated cone or an inverted truncated pyramid. This shape of the lateral surface of the recesses serves to further focus the solar radiation on the photodetector sites of solar photocells, increasing the efficiency of radiation conversion and improving the disorientation characteristics of the concentrator modules.
На металлические платы могут быть нанесены покрытия из Zn, или Sn, или Ni, служащие для увеличения коррозионной стойкости металлических плат и улучшения условий пайки солнечных фотоэлементов.Zn, or Sn, or Ni coatings can be applied to metal boards, which serve to increase the corrosion resistance of metal boards and improve the soldering conditions of solar photocells.
На дно и боковые стенки углублений для солнечных фотоэлементов может быть нанесено покрытие из Au, увеличивающее коэффициент отражения света от боковых поверхностей при дополнительной фокусировке и улучшающее условия пайки солнечных фотоэлементов.A coating of Au can be applied to the bottom and side walls of the recesses for solar cells, increasing the coefficient of light reflection from side surfaces with additional focusing and improving the soldering conditions of solar cells.
Планки в поперечном сечении могут иметь форму равнобедренной трапеции, меньшим основанием обращенным к металлической плате. При этом металлическое покрытие на широком верхнем основании защищает торцы планки от попадания сфокусированного солнечного излучения и препятствует их выгоранию при случайной расфокусировке модуля.Planks in cross section may have the shape of an isosceles trapezoid, with a smaller base facing the metal plate. At the same time, a metal coating on a wide upper base protects the ends of the plank from the penetration of focused solar radiation and prevents them from burning out if the module is accidentally defocused.
Солнечные фотоэлементы могут быть прикреплены к дну углублений в металлических платах посредством пайки.Solar cells can be attached to the bottom of the recesses in the metal boards by soldering.
Планки могут быть прикреплены к металлическим платам посредством пайки.The strips can be attached to metal boards by soldering.
Соседние металлические платы могут быть соединены последовательно электрическими проводниками, а первая и последняя платы подключены к выводам фотоэлектрического модуля.Adjacent metal boards can be connected in series by electrical conductors, and the first and last boards are connected to the terminals of the photovoltaic module.
Металлические платы могут быть прикреплены к фронтальной или тыльной сторонам светопрозрачной тыльной панели.Metal boards can be attached to the front or back of the translucent back panel.
При закреплении металлических плат на тыльной стороне светопрозрачной тыльной панели на наружной поверхности металлических плат может быть нанесено теплоизлучающее покрытие, для уменьшения отражения света на границах раздела сред, объем между тыльной стороной светопрозрачной тыльной панели и фотоприемными площадками солнечных фотоэлементов может быть заполнен оптическим силиконом, тыльная сторона светопрозрачной тыльной панели с прикрепленными к ней металлическими платами может быть загерметизирована ламинирующей этиленвинилацетатной пленкой, а поверх ламинирующей этиленвинилацетатной пленки может быть нанесена защитная пленка из лавсана.When fixing metal boards on the back side of the translucent back panel, a heat-radiating coating can be applied to the outer surface of the metal boards to reduce light reflection at the media interfaces, the volume between the back side of the translucent back panel and photodetector areas of solar photocells can be filled with optical silicone, the back side translucent back panel with metal boards attached to it can be sealed with laminating ethylene vinyl etatnoy film and protective film of mylar may be applied over the laminating ethylene vinyl acetate film.
Металлические платы могут быть прикреплены к тыльной светопрозрачной панели силиконом или адгезивом.Metal boards can be attached to the rear translucent panel with silicone or adhesive.
Заявляемое техническое решение поясняется чертежами, где:The claimed technical solution is illustrated by drawings, where:
на фиг. 1 схематически изображен вид сбоку на настоящий фотоэлектрический модуль с продольным разрезом;in FIG. 1 is a schematic side view of a real photovoltaic module with a longitudinal section;
на фиг. 2 схематически показан вид сверху на настоящий фотоэлектрический модуль в разрезе по А-А с первым вариантом углублений на металлических платах;in FIG. 2 schematically shows a top view of a real photovoltaic module in section along AA with the first embodiment of the recesses on the metal boards;
на фиг. 3 схематически изображен вид сверху на настоящий фотоэлектрический модуль в разрезе по А-А с вторым вариантом углублений на металлических платах;in FIG. 3 is a schematic top view of a real photovoltaic module in section along AA with a second embodiment of recesses on metal boards;
на фиг. 4 схематически показан вид сбоку в разрезе на солнечный фотоэлемент, установленный в центре углубления на металлической плате.in FIG. 4 is a schematic cross-sectional side view of a solar photocell mounted in the center of a recess on a metal board.
Настоящий фотоэлектрический модуль 1 (см. фиг. 1 - фиг. 3) содержит боковые стенки 2, фронтальную панель 3 с линзами 4 Френеля на внутренней стороне фронтальной панели 3, светопрозрачную тыльную панель 5 и солнечные фотоэлементы 6. Линзы 4 Френеля выполнены из силикона, имеют квадратную форму, расположены вплотную друг к другу и прочно соединены с внутренней поверхностью фронтальной панели 3, выполняющей защитную и несущую функции. Каждой линзе 4 Френеля соответствует свой солнечный фотоэлемент 6. Фронтальная панель 3 и тыльная панель 5 могут быть выполнены из силикатного стекла и прикреплены к боковым стенкам 2 с помощью двухсторонней адгезивной ленты 7 (см. фиг. 1). Для лучшей герметизации внутреннего пространства фотоэлектрического модуля от воздействия внешней атмосферы и обеспечения защиты всех элементов фотоэлектрического модуля от внешних факторов стыки торцов боковых стенок 2 и фронтальной 3 и тыльной 5 панелей могут быть соединены алюминиевой лентой с адгезивным слоем. Солнечные фотоэлементы 6 установлены в центрах регулярно расположенных углублений 8 в металлических платах 9, которые могут быть выполнены из листовой стали. На металлические платы 9 может быть нанесено покрытие из Zn, или Sn, или Ni. Металлические платы 9 могут быть прикреплены к фронтальной или тыльной поверхности светопрозрачной тыльной панели 5. Например, металлические платы 9 могут быть прикреплены к светопрозрачной тыльной панели 5 силиконом или адгезивом, отверждаемым, например, влагой, ультрафиолетом, или посредством адгезивной ленты. Рядом с солнечными фотоэлементами 6 в параллельных канавках 10 в металлических платах 9 размещены планки 11, выполненные из диэлектрического материала с нижним металлическим покрытием 12 и верхним металлическим покрытием 13 (см. фиг. 4), к которому подсоединены соответствующие верхние контакты 14 солнечных фотоэлементов 6. Канавки 10 могут иметь форму перевернутой буквы П с глубиной выемки, равной толщине планки 11. Металлические платы 9 служат нижним контактом солнечных фотоэлементов 6 и нижних металлических покрытий 12 планок 11. Расстояния между центрами соседних углублений 8 в металлических платах 9 равны расстоянию между центрами соседних линз 4 Френеля фронтальной панели 3. Металлические платы 9 установлены параллельно друг другу в двух взаимно перпендикулярных направлениях так, что расстояния между центрами крайних углублений 8 соседних металлических плат 9 в двух взаимно перпендикулярных направлениях равны расстоянию между центрами соседних линз 4 Френеля. Фронтальная панель 3 и тыльная панель 5 прикреплены к боковым стенкам 2 так, что центр фотоприемной площадки каждого солнечного фотоэлемента 6 лежит на одной оси с центром соответствующей линзы 4 Френеля и совпадает с ее фокусом. К каждой планке 11 параллельно подключен байпасный диод (на чертеже не показан). Соседние металлические платы 9 в фотоэлектрическом модуле 1 последовательно соединены электрическими проводниками (на чертеже не показаны), а первая и последняя металлические платы 9 подключены к выводам фотоэлектрического модуля 1. Диаметры дна углублений 8 для солнечных фотоэлементов 6 в металлических платах 9 могут превышать наибольший размер солнечного фотоэлемента 6 не больше чем на 0,15 мм. Боковые стенки 15 углублений 8 могут иметь полированную (зеркальную) внутреннюю поверхность, а форма боковой поверхности углублений 8 может иметь вид перевернутого усеченного конуса или перевернутой усеченной пирамиды. На дно и боковые стенки углублений 8 для солнечных фотоэлементов может быть нанесено покрытие из Au. Планки 11 в поперечном сечении могут иметь форму равнобедренной трапеции, меньшим основанием обращенным к металлической плате 9. Солнечные фотоэлементы 6 могут быть прикреплены к дну углублений 8 в металлических платах 9 посредством пайки. Планки 11 могут быть прикреплены к металлическим платам 9 посредством пайки. При прикреплении металлических плат 9 к тыльной стороне светопрозрачной тыльной панели 5 на наружной поверхности металлических плат 9 может быть нанесено теплоизлучающее покрытие 16 (см. фиг. 4), а объем между тыльной стороной светопрозрачной тыльной панели 5 и фотоприемными площадками солнечных фотоэлементов 6 может быть заполнен оптическим силиконом. Тыльная сторона светопрозрачной тыльной панели 5 с прикрепленными к ней снизу металлическими платами 9 может быть загерметизирована (см. фиг. 4) этиленвинилацетатной пленкой 17, а поверх этой пленки может быть нанесена также защитная пленка из лавсана 18.The present photovoltaic module 1 (see Fig. 1 - Fig. 3) contains
Настоящий фотоэлектрический модуль 1 работает следующим образом: фотоэлектрический модуль 1 устанавливают на систему слежения за солнцем и ориентируют в пространстве так, чтобы плоскость фронтальной панели 3 была перпендикулярна световому потоку солнечного излучения. При этом линзы 4 Френеля фронтальной панели 3 фокусируют солнечное излучение на фотоприемные площадки фотоэлементов 6, установленных на дне углублений 8 в металлических платах 9, которые закреплены на светопрозрачной тыльной панели 5. Боковые стенки 15 углублений 8 в металлических платах 9 отражают часть излучения, проходящего мимо солнечных элементов, осуществляя дополнительное направление света на фотоприемные площадки солнечных элементов 6. При подключении к внешним контактам фотоэлектрического модуля 1 электрической нагрузки, в цепи нагрузки будет протекать электрический ток, генерируемый фотоэлементами 6 под воздействием солнечного излучения. Коэффициент полезного действия фотоэлектрического модуля 1 достигает 32-34%. Часть солнечной энергии, не преобразованная в электрическую, превращается в тепло, которое передается от фотоэлементов 6 к металлическим платам 9 и светопрозрачной тыльной панели 5 и рассеивается в окружающем пространстве. Для улучшения рассеяния тепла на внешнюю поверхность металлических плат 9 нанесено теплоизлучающее покрытие 16. При интенсивности падающего солнечного потока, равной 1000 Вт/м2, величина перегрева фотоэлементов 6 относительно температуры окружающего воздуха не превышает 23-25°С. При случайной разориентации фотоэлектрического модуля сфокусированное солнечное излучение попадает на поверхность металлических плат 9 и отражается или поглощается ими, превращается в тепло и рассеивается в окружающем пространстве.The present
В настоящей конструкции фотоэлектрического модуля исключается возможность выгорания элементов конструкции при смещении сфокусированного солнечного излучения относительно солнечных элементах и отсутствует загрязнение фотоприемных площадок при длительной эксплуатации прибора. Напайка нескольких солнечных элементов на одну металлическую плату увеличивает суммарную удельную площадь плоского теплоотвода и снижает нагрев солнечных элементов. За счет этого настоящая конструкция фотоэлектрического модуля имеет увеличенный срок эксплуатации при сохранении эффективности преобразования солнечного излучения.The present design of the photovoltaic module eliminates the possibility of burnout of structural elements when the focused solar radiation is shifted relative to the solar cells and there is no pollution of the photodetector sites during long-term operation of the device. Soldering several solar cells onto a single metal plate increases the total specific area of a flat heat sink and reduces the heating of solar cells. Due to this, the present design of the photovoltaic module has an extended service life while maintaining the efficiency of conversion of solar radiation.
Claims (22)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2014149587/28A RU2578735C1 (en) | 2014-12-10 | 2014-12-10 | Concentrator solar photovoltaic module |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2014149587/28A RU2578735C1 (en) | 2014-12-10 | 2014-12-10 | Concentrator solar photovoltaic module |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2578735C1 true RU2578735C1 (en) | 2016-03-27 |
Family
ID=55656815
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2014149587/28A RU2578735C1 (en) | 2014-12-10 | 2014-12-10 | Concentrator solar photovoltaic module |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2578735C1 (en) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2690728C1 (en) * | 2018-06-19 | 2019-06-05 | Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Физико-технический институт им. А.Ф. Иоффе Российской академии наук | Concentrator-planar solar photoelectric module |
| RU2740862C1 (en) * | 2020-06-08 | 2021-01-21 | Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Физико-технический институт им. А.Ф. Иоффе Российской академии наук | Method of producing photoelectric concentrator module |
| RU2773716C1 (en) * | 2021-10-11 | 2022-06-08 | Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Физико-технический институт им. А.Ф. Иоффе Российской академии наук | Concentrator photoelectric module with planar elements |
Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2307294C2 (en) * | 2004-11-01 | 2007-09-27 | Жорес Иванович Алферов | Photoelectric module (modifications) |
| RU2395136C1 (en) * | 2009-06-15 | 2010-07-20 | Учреждение Российской академии наук Физико-технический институт им. А.Ф. Иоффе РАН | Photovoltaic module |
| CN102044585A (en) * | 2009-10-20 | 2011-05-04 | 安科太阳能公司 | Concentrated photovoltaic system modules using iii-v semiconductor solar cells |
| JP2011233649A (en) * | 2010-04-26 | 2011-11-17 | Sumitomo Electric Ind Ltd | Solar cell module, photovoltaic power generator and photovoltaic power generation system |
| RU2475888C1 (en) * | 2011-08-02 | 2013-02-20 | Российская Федерация, От Имени Которой Выступает Министерство Промышленности И Торговли Российской Федерации | Photovoltaic module design |
| WO2014037722A1 (en) * | 2012-09-05 | 2014-03-13 | Fullsun Photovoltaics Limited | Concentrated photovoltaic (cpv) cell module with secondary optical element and method of fabrication |
-
2014
- 2014-12-10 RU RU2014149587/28A patent/RU2578735C1/en active
Patent Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2307294C2 (en) * | 2004-11-01 | 2007-09-27 | Жорес Иванович Алферов | Photoelectric module (modifications) |
| RU2395136C1 (en) * | 2009-06-15 | 2010-07-20 | Учреждение Российской академии наук Физико-технический институт им. А.Ф. Иоффе РАН | Photovoltaic module |
| CN102044585A (en) * | 2009-10-20 | 2011-05-04 | 安科太阳能公司 | Concentrated photovoltaic system modules using iii-v semiconductor solar cells |
| JP2011233649A (en) * | 2010-04-26 | 2011-11-17 | Sumitomo Electric Ind Ltd | Solar cell module, photovoltaic power generator and photovoltaic power generation system |
| RU2475888C1 (en) * | 2011-08-02 | 2013-02-20 | Российская Федерация, От Имени Которой Выступает Министерство Промышленности И Торговли Российской Федерации | Photovoltaic module design |
| WO2014037722A1 (en) * | 2012-09-05 | 2014-03-13 | Fullsun Photovoltaics Limited | Concentrated photovoltaic (cpv) cell module with secondary optical element and method of fabrication |
Cited By (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2776395C2 (en) * | 2017-02-22 | 2022-07-19 | ОЙ АйСиЭс ИНТЕЛЛИДЖЕНТ КОНТРОЛ СИСТЕМЗ ЛТД | Optical screen for photovoltaic cell |
| RU2690728C1 (en) * | 2018-06-19 | 2019-06-05 | Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Физико-технический институт им. А.Ф. Иоффе Российской академии наук | Concentrator-planar solar photoelectric module |
| RU2740862C1 (en) * | 2020-06-08 | 2021-01-21 | Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Физико-технический институт им. А.Ф. Иоффе Российской академии наук | Method of producing photoelectric concentrator module |
| RU2773716C1 (en) * | 2021-10-11 | 2022-06-08 | Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Физико-технический институт им. А.Ф. Иоффе Российской академии наук | Concentrator photoelectric module with planar elements |
| RU214760U1 (en) * | 2022-04-19 | 2022-11-14 | Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Физико-технический институт им. А.Ф. Иоффе Российской академии наук | SOLAR RADIATION CONCENTRATOR |
| RU2805279C1 (en) * | 2023-02-14 | 2023-10-13 | Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Физико-технический институт им. А.Ф. Иоффе Российской академии наук | Solar concentrator battery |
| RU2818993C1 (en) * | 2023-05-03 | 2024-05-08 | Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Физико-технический институт им. А.Ф. Иоффе Российской академии наук | Photoelectric concentrator module |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| RU2307294C2 (en) | Photoelectric module (modifications) | |
| CN100561756C (en) | Photovoltaic laminate backplane with optical concentrators | |
| US20080185034A1 (en) | Fly's Eye Lens Short Focal Length Solar Concentrator | |
| US20100012171A1 (en) | High efficiency concentrating photovoltaic module with reflective optics | |
| CN1066150A (en) | solar radiation | |
| WO2008127142A1 (en) | Photovoltaic module | |
| US20140261630A1 (en) | Photovoltaic panel | |
| TWI648945B (en) | Concentrating solar power generation unit, concentrating solar power generation module, concentrating solar power generation module, and concentrating solar power generation device | |
| CN102934238A (en) | On-window solar-cell heat-spreader | |
| KR20120018792A (en) | Solar photovoltaic concentrator panel | |
| RU2395136C1 (en) | Photovoltaic module | |
| US20110203638A1 (en) | Concentrating linear photovoltaic receiver and method for manufacturing same | |
| RU2578735C1 (en) | Concentrator solar photovoltaic module | |
| RU44002U1 (en) | PHOTOELECTRIC MODULE (OPTIONS) | |
| RU2690728C1 (en) | Concentrator-planar solar photoelectric module | |
| JP5948899B2 (en) | Concentrating solar power generation module and concentrating solar power generation panel | |
| RU2475888C1 (en) | Photovoltaic module design | |
| JP2013207079A (en) | Concentrating solar power generation panel and concentrating solar power generation apparatus | |
| RU2354005C1 (en) | Photoelectric module | |
| CN204794873U (en) | Thermoelectric cogeneration system of high spotlight photovoltaic power generation and component structure thereof | |
| JP6292266B2 (en) | Concentrating solar power generation panel and concentrating solar power generation device | |
| RU2431086C2 (en) | Solar power plant (versions) | |
| JP4898145B2 (en) | Concentrating solar cell module | |
| US20190353882A1 (en) | Solar concentrator apparatus and solar collector array | |
| WO2014037722A1 (en) | Concentrated photovoltaic (cpv) cell module with secondary optical element and method of fabrication |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| QA4A | Patent open for licensing |
Effective date: 20170119 |