RU2645800C1 - Solar module with concentrator - Google Patents
Solar module with concentrator Download PDFInfo
- Publication number
- RU2645800C1 RU2645800C1 RU2017117264A RU2017117264A RU2645800C1 RU 2645800 C1 RU2645800 C1 RU 2645800C1 RU 2017117264 A RU2017117264 A RU 2017117264A RU 2017117264 A RU2017117264 A RU 2017117264A RU 2645800 C1 RU2645800 C1 RU 2645800C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- rays
- solar
- angle
- radiation
- deflecting
- Prior art date
Links
Images
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
- H02S—GENERATION OF ELECTRIC POWER BY CONVERSION OF INFRARED RADIATION, VISIBLE LIGHT OR ULTRAVIOLET LIGHT, e.g. USING PHOTOVOLTAIC [PV] MODULES
- H02S10/00—PV power plants; Combinations of PV energy systems with other systems for the generation of electric power
- H02S10/30—Thermophotovoltaic systems
-
- 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
- Mounting And Adjusting Of Optical Elements (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к области гелиотехники, в частности к солнечным модулям с концентраторами и фотоэлектрическими и тепловыми приемниками солнечного излучения.The invention relates to the field of solar technology, in particular to solar modules with concentrators and photovoltaic and thermal receivers of solar radiation.
Известен солнечный модуль с концентратором, содержащий кольцеобразный полутороидальный зеркальный отражатель и приемник излучения с двусторонней рабочей поверхностью, установленный в центре симметрии модуля в плоскости миделя, на который падает солнечное излучение с углом входа лучей β0, диаметр приемника излучения равен диаметру поперечного сечения тора (патент РФ №2295675, МПК F24J 2/06, опубл. 20.03.2007 г. Бюл. №8). Полутороидальный концентратор образован разрезанием тороида на две симметричные поверхности плоскостью, проходящей через центры поперечного сечения тороида. Поперечное сечение полутороидального отражателя состоит их двух полуокружностей, которые являются образующими кольцеобразного полутороидального отражателя. Приемник излучения лицевой и тыльной рабочей поверхностью установлен в плоскости миделя. Поперечное сечение отражателя имеет радиус r и удалено от центра симметрии отражателя на расстояние R, R=r. Центр симметрии приемника совпадает с центром симметрии отражателя.A solar module with a concentrator is known, containing a ring-shaped one-and-a-half mirror reflector and a radiation receiver with a two-sided working surface, mounted in the center of symmetry of the module in the midsection plane, onto which solar radiation is incident with a beam entry angle β 0 , the diameter of the radiation receiver is equal to the diameter of the torus cross section (patent RF No. 2295675, IPC F24J 2/06, published March 20, 2007 Bull. No. 8). A sesquicidal hub is formed by cutting the toroid into two symmetrical surfaces with a plane passing through the centers of the cross section of the toroid. The cross-section of a half-toroidal reflector consists of two semicircles, which are the generators of the ring-shaped half-toroidal reflector. The radiation receiver front and rear working surface is installed in the plane of the midsection. The cross section of the reflector has a radius r and is removed from the center of symmetry of the reflector by a distance R, R = r. The center of symmetry of the receiver coincides with the center of symmetry of the reflector.
Недостатком известного солнечного модуля является неполное собирание солнечного излучения на приемнике при больших углах входа лучей.A disadvantage of the known solar module is the incomplete collection of solar radiation at the receiver at large angles of entry of the rays.
Предложенное изобретение решает следующую техническую задачу: увеличивает оптический КПД солнечного модуля за счет концентрации излучения на приемнике излучения при больших углах падения лучей.The proposed invention solves the following technical problem: it increases the optical efficiency of the solar module due to the concentration of radiation at the radiation receiver at large angles of incidence of the rays.
В результате применения предлагаемого изобретения становится возможным увеличение использования солнечного излучения с большим углом входа лучей при низком положении Солнца над горизонтом.As a result of the application of the invention, it becomes possible to increase the use of solar radiation with a large angle of entry of rays at a low position of the Sun above the horizon.
Технический результат достигается тем, что в солнечном модуле с концентратором, содержащем кольцеобразный полутороидальный зеркальный отражатель и приемник излучения с двусторонней рабочей поверхностью, установленный в центре симметрии модуля в плоскости миделя, на которую падает солнечное излучение с углом входа лучей β0, диаметр приемника излучения равен диаметру поперечного сечения, согласно изобретению, на поверхности плоскости миделя, свободной от приемника, установлена прозрачная для излучения круговая оптическая отклоняющая система из n=1, 2, 3…m, где n - натуральное число, кольцеобразных призм с острым углом ψ между поверхностью входа и выхода лучей, плоскости поверхности входа лучей отклоняющей круговой оптической системы параллельны плоскости миделя, а угол входа лучей β0, острый угол ψ и коэффициент преломления n материала отклоняющей оптической системы связаны с углом выхода лучей β4 следующим соотношением:The technical result is achieved by the fact that in a solar module with a concentrator containing a ring-shaped one and a half toroidal reflector and a radiation receiver with a two-sided working surface, mounted in the center of symmetry of the module in the midsection plane, onto which the solar radiation with a beam entry angle β 0 falls, the diameter of the radiation receiver is according to the invention, a circular optical deflecting radiation transparent for radiation is mounted on the surface of the midsection plane free of the receiver according to the invention I am a system of n = 1, 2, 3 ... m, where n is a natural number, ring-shaped prisms with an acute angle ψ between the input and output surfaces of the rays, the plane of the input surface of the rays of the deflecting circular optical system are parallel to the midsection plane, and the angle of entry of the rays is β 0 , the acute angle ψ and the refractive index n of the material of the deflecting optical system are related to the beam exit angle β 4 by the following relation:
В варианте конструкции солнечного модуля с концентратором острый угол ψ между поверхностями входа и выхода лучей круговой отклоняющей оптической системы одинаков для всех кольцеобразных призм.In the design variant of the solar module with a concentrator, the acute angle ψ between the surfaces of the entrance and exit of the rays of the circular deflecting optical system is the same for all ring-shaped prisms.
В другом варианте конструкции солнечного модуля с концентратором острый угол ψ между поверхностями входа и выхода лучей круговой отклоняющей оптической системы увеличивается при удалении кольцеобразных призм от центра симметрии модуля с образованием линзы Френеля с фокальной областью.In another embodiment of the design of a solar module with a concentrator, the acute angle ψ between the input and output surfaces of the rays of the circular deflecting optical system increases with the removal of ring-shaped prisms from the center of symmetry of the module with the formation of a Fresnel lens with a focal region.
Сущность изобретения поясняется чертежами, гдеThe invention is illustrated by drawings, where
на фиг. 1 - общий вид солнечного модуля с концентратором;in FIG. 1 is a general view of a solar module with a concentrator;
на фиг. 2 - поперечное сечение солнечного модуля с концентратором в меридиональной плоскости;in FIG. 2 is a cross section of a solar module with a concentrator in the meridional plane;
на фиг. 3 - ход лучей в круговой оптической отклоняющей системе.in FIG. 3 - the path of the rays in a circular optical deflecting system.
На фиг. 1 солнечный модуль с концентратором имеет приемник излучения 1 круглой или квадратной (показан пунктиром) формы, установленный на оси симметрии 2 модуля в плоскости миделя 3, и круговую оптическую отклоняющую систему 4 с коэффициентом преломления n на основе множества кольцеобразных призм 5, установленных на рабочей поверхности 6 (фиг. 2) модуля, на которую падает излучение 7. Оптическая отклоняющая система 4 расположена между внешней границей 8 диаметром D солнечного модуля с концентратором и внешней границей 9 приемника 1 диаметром d.In FIG. 1, the solar module with a hub has a
На фиг. 2 круговая оптическая отклоняющая система 4 выполнена из двух ориентированных от внешней границы 8 к центру симметрии 2 кольцеобразных призм 5 с острым углом ψ между поверхностью 10 входа и поверхностью 11 выхода лучей. Круговая оптическая отклоняющая система 4 и полутороидальный зеркальный отражатель 12 диаметром D установлены осесимметрично относительно оси симметрии 2. Диаметр D полутороидального зеркального отражателя 12 и диаметр приемника 1 d связаны соотношением D=2d. Приемник 1 встроен осесимметрично в круговую оптическую отклоняющую систему 4 и имеет две рабочие поверхности: переднюю 13, на которую падает солнечное излучение 7, и внутреннюю 14, на которую солнечное излучение поступает после отражения от полутороидального зеркального отражателя 12.In FIG. 2, a circular
На фиг. 3 показан ход лучей в солнечном модуле с концентратором, где β0 - угол входа лучей на поверхность входа 10 в круговую оптическую отклоняющую систему 4, β1 - угол между преломленным лучом и нормалью к поверхности входа 10 лучей внутри круговой оптической отклоняющей системы 4, β2 - угол выхода лучей на поверхность выхода 11 внутри круговой оптической отклоняющей системы 4, β3 - угол выхода лучей на поверхности выхода 11 снаружи круговой оптической отклоняющей системы 4.In FIG. 3 shows the path of rays in a solar module with a concentrator, where β 0 is the angle of entry of rays to the surface of the
Угол β4 - угол входа лучей у поверхности входа 15 полутороидального зеркального отражателя 12. Углы β0, β1, β2, β3, β4 являются углами между направлениями лучей и нормалью к соответствующей поверхности. Поскольку поверхности входа 10 и 15 лучей параллельны, угол β0, ответственный за косинусные потери, равен углу β4 входа в полутороидальный зеркальный отражатель 12.The angle β 4 is the angle of entry of the rays at the
Апертурный угол α солнечного модуля с концентратором принимаем равным α=±60°, а полутороидального зеркального отражателя 12 β4max±90°. За положительное направление углов α и β принимаем углы падения солнечного излучения 7, при котором угол между лучом 7 и направлением на вершину призмы с острым углом ψ меньше 90°, и отрицательным, если больше 90°. Угол β0=0 соответствует нормальному падению солнечного излучения на поверхность входа круговой оптической отклоняющей системы.The aperture angle α of the solar module with the concentrator is taken equal to α = ± 60 °, and one and a half of the
Для лучей слева от приемника излучения на фиг. 2 и 3:For the rays to the left of the radiation receiver in FIG. 2 and 3:
Если задано β0,If β 0 is given,
Тогда из формул (1)-(4) угол входа лучей β0, острый угол ψ и коэффициент преломления n материала отклоняющей оптической системы связаны с углом выхода лучей β4 следующим соотношением:Then from formulas (1) - (4) the angle of entry of rays β 0 , the acute angle ψ and the refractive index n of the material of the deflecting optical system are related to the angle of exit of rays β 4 by the following relation:
Из формул (5)-(8):From formulas (5) - (8):
Для углов β2, которые больше угла полного внутреннего отражения , солнечное излучение будет распространяться к приемнику 1 внутри круговой оптической отклоняющей системы 4.For angles β 2 that are larger than the angle of total internal reflection , solar radiation will propagate to the
Численный расчет (1)-(4) при n=1,5, ψ=20°, β4=50°; β3=70°; β2=40,49°; β1=20,49°; β0=31,47°. По формулам (5)-(8) при n=1,5, ψ=20°, β0=30°; β1=19,57°; β2=39,57; β3=67,62°: β4=47,62.Numerical calculation (1) - (4) for n = 1.5, ψ = 20 °, βfour= 50 °; β3= 70 °; β2= 40.49 °; βone= 20.49 °; β0= 31.47 °. According to formulas (5) - (8) for n = 1.5, ψ = 20 °, β0= 30 °; βone= 19.57 °; β2= 39.57; β3= 67.62 °: βfour= 47.62.
Формулы (1)-(8) справедливы и для лучей 7 справа от приемника 1 на фиг. 2 и 3, но углы входа лучей 7 β0 имеют отрицательные значения.Formulas (1) - (8) are also valid for rays 7 to the right of
В варианте конструкции солнечного модуля с концентратором острый угол ψ между поверхностями входа 10 и выхода лучей 11 круговой отклоняющей оптической системы не является постоянным по величине для всех кольцеобразных призм 5, а возрастает при удалении кольцеобразных призм 5 от оси симметрии 2 солнечного модуля с концентратором, как это имеет место в линзах Френеля, в которых преломленные лучи собираются в фокальной области линзы.In the design variant of the solar module with a concentrator, the acute angle ψ between the surfaces of the
Солнечный модуль с концентратором работает следующим образом.A solar module with a hub works as follows.
Солнечное излучение в центральной зоне диаметром d поступает на переднюю часть приемника 1, а солнечное излучение из периферийной зоны за пределами приемника 1 после преломления в круговой оптической отклоняющей системе 4 отражается от поверхности полутороидального концентратора 12 и поступает на внутреннюю поверхность приемника 1.Solar radiation in the central zone of diameter d enters the front of the
Геометрический коэффициент концентрации солнечного модуля с концентратором:Geometric concentration coefficient of a solar module with a concentrator:
, ,
где D - диаметр полутороидального солнечного концентратора,where D is the diameter of one and a half toroidal solar concentrator,
d - диаметр приемника.d is the diameter of the receiver.
При D=312 мм, d=156 мм, k=4.With D = 312 mm, d = 156 mm, k = 4.
В качестве приемника может быть использован солнечный элемент из кремния с двусторонней рабочей поверхностью, а также тепловой солнечный коллектор для горячего водоснабжения и отопления.A silicon solar cell with a double-sided working surface, as well as a thermal solar collector for hot water supply and heating, can be used as a receiver.
Преимуществом предложенного солнечного модуля по сравнению с прототипом является высокий оптический КПД за счет собирания круговой отклоняющей оптической системой лучей с большим углом входа лучей при низком положении Солнца над горизонтом. Солнечный модуль в пределах апертурного угла концентрирует прямое и рассеянное солнечное излучение.The advantage of the proposed solar module compared to the prototype is its high optical efficiency due to the collection of a circular deflecting optical system of rays with a large angle of entry of the rays at a low position of the Sun above the horizon. The solar module within the aperture angle concentrates direct and scattered solar radiation.
Claims (5)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2017117264A RU2645800C1 (en) | 2017-05-18 | 2017-05-18 | Solar module with concentrator |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2017117264A RU2645800C1 (en) | 2017-05-18 | 2017-05-18 | Solar module with concentrator |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2645800C1 true RU2645800C1 (en) | 2018-02-28 |
Family
ID=61568354
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2017117264A RU2645800C1 (en) | 2017-05-18 | 2017-05-18 | Solar module with concentrator |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2645800C1 (en) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2685061C1 (en) * | 2018-10-15 | 2019-04-16 | Олег Леонидович Головков | Fresnel lens for virtual helmet (versions) |
Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2282798C2 (en) * | 2004-10-08 | 2006-08-27 | Российская Академия сельскохозяйственных наук Государственное научное учреждение Всероссийский научно-исследовательский институт электрификации сельского хозяйства (ГНУ ВИЭСХ РОССЕЛЬХОЗАКАДЕМИИ) | Solar module provided with concentrator (versions) |
| RU2295675C2 (en) * | 2005-05-05 | 2007-03-20 | Дмитрий Семенович Стребков | Solar unit with concentrator |
| RU2576742C2 (en) * | 2014-05-08 | 2016-03-10 | Федеральное государственное бюджетное научное учреждение "Всероссийский научно-исследовательский институт электрификации сельского хозяйства"(ФГБНУ ВИЭСХ) | Solar module with concentrator |
| US9322574B2 (en) * | 2010-07-05 | 2016-04-26 | Glasspoint Solar, Inc. | Concentrating solar power with glasshouses |
-
2017
- 2017-05-18 RU RU2017117264A patent/RU2645800C1/en not_active IP Right Cessation
Patent Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2282798C2 (en) * | 2004-10-08 | 2006-08-27 | Российская Академия сельскохозяйственных наук Государственное научное учреждение Всероссийский научно-исследовательский институт электрификации сельского хозяйства (ГНУ ВИЭСХ РОССЕЛЬХОЗАКАДЕМИИ) | Solar module provided with concentrator (versions) |
| RU2295675C2 (en) * | 2005-05-05 | 2007-03-20 | Дмитрий Семенович Стребков | Solar unit with concentrator |
| US9322574B2 (en) * | 2010-07-05 | 2016-04-26 | Glasspoint Solar, Inc. | Concentrating solar power with glasshouses |
| RU2576742C2 (en) * | 2014-05-08 | 2016-03-10 | Федеральное государственное бюджетное научное учреждение "Всероссийский научно-исследовательский институт электрификации сельского хозяйства"(ФГБНУ ВИЭСХ) | Solar module with concentrator |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2685061C1 (en) * | 2018-10-15 | 2019-04-16 | Олег Леонидович Головков | Fresnel lens for virtual helmet (versions) |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US20090114280A1 (en) | Combination non-imaging concentrator | |
| MX2011011370A (en) | LIGHT CONCENTRATOR WITHOUT IMAGE FORMATION. | |
| US20110315862A1 (en) | Light concentration system | |
| CN104143954B (en) | It is a kind of suitable for photovoltaic and the non-track type concentrator of photo-thermal | |
| RU2645800C1 (en) | Solar module with concentrator | |
| US20160284910A1 (en) | Optical concentrator/diffuser using graded index waveguide | |
| RU2154778C1 (en) | Solar photoelectric module with concentrator | |
| US8159761B2 (en) | Optical concentrator | |
| RU2576742C2 (en) | Solar module with concentrator | |
| US7206142B1 (en) | Refractive spectrum splitting concentrator system | |
| CN204068849U (en) | A Novel Tracking-Free Concentrator for Solar Photovoltaics and Photothermal | |
| RU2442082C2 (en) | Method for concentrating solar energy | |
| RU214760U1 (en) | SOLAR RADIATION CONCENTRATOR | |
| RU2576739C2 (en) | Solar module with concentrator | |
| Fu et al. | Evaluation and comparison of different designs and materials for Fresnel lens-based solar concentrators | |
| RU2168679C1 (en) | Solar photoelectric module with concentrator | |
| Lin et al. | A study for the special Fresnel lens for high efficiency solar concentrators | |
| RU2488149C2 (en) | Planar lightguide | |
| RU2572167C1 (en) | Solar module with concentrator (versions) | |
| JPWO2012161332A1 (en) | Concentrating solar power generator | |
| RU2608797C2 (en) | Solar module with concentrator (versions) | |
| Awasthi et al. | Design of Fresnel Lens With Constant Height Spherical Facets | |
| CN107121770A (en) | Miniature mixed parabolic condenser array suitable for focal plane detector | |
| KR101059760B1 (en) | Lens-Integrated Prism Optical Guide and How to Use Them | |
| CN102928991B (en) | Light beam collimator |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20190519 |