СОЛНЕЧНЫЙ ФОТОЭЛЕКТРИЧЕСКИЙ МОДУЛЬ С КОНЦЕНТРАТОРОМ ОПТИЧЕСКОГО ИЗЛУЧЕНИЯ

Название	СОЛНЕЧНЫЙ ФОТОЭЛЕКТРИЧЕСКИЙ МОДУЛЬ С КОНЦЕНТРАТОРОМ ОПТИЧЕСКОГО ИЗЛУЧЕНИЯ
Разработчик (Авторы)	Абдуллазянов Эдвард Юнусович, Садыков Марат Фердинантович, Шириев Равиль Рафисович, Иванов Дмитрий Алексеевич, Галиева Татьяна Геннадьевна
Вид объекта патентного права	Полезная модель
Регистрационный номер	230893
Дата регистрации	24.12.2024
Правообладатель	Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Казанский государственный энергетический университет"
Область применения (класс МПК)	H01L 31/054 (2014.01) H02S 40/22 (2014.01)

Описание изобретения

Полезная модель относится к области солнечной энергетики наземного применения и может найти применение в устройствах солнечных батарей, предназначенных для питания электроэнергией малогабаритных изделий различного назначения, находящихся в стационарном или подвешенном состоянии.

Существует проблема уменьшения эффективности солнечных батарей за счет потерь солнечной энергии на отражение, проявляясь в большей степени с увеличением угла падения солнечных лучей на панель солнечной батареи относительно нормали к поверхности, что характерно для осеннего и зимнего периода, а также утром и вечером.

Потребитель стремится к стабильному получению необходимой мощности с единичной площади фото активной поверхности солнечных панелей. Одним из способов достижения этой цели является увеличение стабильности плотности светового потока на фотоэлектрические преобразователи. Одним из средств, решающим данную задачу, является концентратор, устанавливаемый в непосредственной близости от фото активной поверхности солнечных панелей.

Известна конструкция панели солнечной батареи с концентратором по US Patent, May 28, 1996, №5220747. Концентратор этой панели солнечной батареи состоит из отражателей солнечного света, установленных по одному с обеих сторон панели. Отраженный поток от отражателя падает на половину ширины панели солнечной батареи, а сам отражатель выполнен в половину размера панели. Суммарный отраженный поток увеличивает освещенность солнечных элементов в 1,5 раза.

Известна конструкция, описанная в работе Innovate solar panels pose many tests challengers / Dunke Dick, Goerlitz Kurt // Sound and Vibr. 1337-31. NIO - c. 6, 8, 10. В отличие от рассмотренного выше варианта, здесь отражатели концентратора выполнены в размер панели, и суммарный световой поток на солнечные элементы удваивается.

Известна конструкция панели солнечной батареи с концентратором по патенту RU №2282271. В отличие от предыдущих конструкций отражатели выполнены в виде составного концентратора, состоящего из двух отражателей, с одной или более сторон панели солнечной батареи.

Недостатком этих конструкций является то, что необходимо постоянное падение солнечных лучей перпендикулярно поверхности солнечной батареи, а в случае изменения траектории падения солнечных лучей будет возникать тень, и конструкция не будет эффективна.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату техническим решением к заявляемой полезной модели является конструкция панели солнечной батареи с концентратором по патенту RU №140038, которая выбрана в качестве прототипа.

Панель солнечной батареи с концентратором по патенту RU №140038 содержит солнечную панель и один или несколько концентраторов, установленных с одной или нескольких сторон панели, причем концентраторы прикреплены к солнечной батарее с помощью подвижного(ых) шарнира(ов) и выполнены из отражателя, установленного с возможностью изменения угла наклона концентратора к панели в течение суток таким образом, чтобы потоки солнечного света, отраженные от отражателя, равномерно падали на поверхность солнечной батареи. Панель солнечной батареи снабжена микроэлектродвигателями, соединенными с концентраторами передаточным механизмом. Концентраторы снабжены системой нагрева для борьбы с наледью и снегом, например, в виде сетки из электропроводящего материала. Управление работой микроэлектродвигателей, системой кондиционирования и системой нагрева производится с помощью компьютерной программы, учитывающей время года, время суток, дату, погодные условия, температуру воздуха, географические координаты места установки панели. Суммарная площадь всех концентраторов составляет от 0,5 до 2,0 площади панели. Панель снабжена системой кондиционирования.

Недостатком прототипа является сложность конструкции, наличие подвижных частей, микроэлектродвигателей, большого количества элементов и систем, что приводит к значительному снижению надежности модели в целом.

Задачей полезной модели является разработка солнечного фотоэлектрического модуля с концентратором, в котором устранены недостатки аналогов и прототипа.

Техническим результатом является увеличение эффективности за счет концентраторов солнечных лучей отраженных от поверхности солнечной батареи без обеспечения необходимости постоянного падения солнечных лучей перпендикулярно поверхности солнечной батареи, и повышение уровня надежности за счет отсутствия подвижных элементов, способных снизить срок службы изделия.

Технический результат достигается солнечным фотоэлектрическим модулем, содержащим концентратор, представляющий собой купол, расположенный в непосредственной близости от солнечной панели, прозрачный снаружи и частично непрозрачный покрытый отражающим материалом изнутри. Непрозрачная часть купола образует отражающий элемент, который установлен с возможностью поворота и фиксации в нужном положении, ориентируясь с запада на восток, для обеспечения максимальной эффективности отражения солнечных лучей на поверхность солнечной панели.

Сущность полезной модели поясняется фиг. 1, на которой изображен продольный разрез солнечного фотоэлектрического модуля с концентратором, и фиг. 2, на которой представлен вид сверху устройства.

Цифрами на чертеже обозначены:

1 - панель солнечной батареи;

2 - концентратор;

3 - отражающий элемент;

4 - солнечные лучи;

5 - фиксатор положения.

Солнечный фотоэлектрический модуль с концентратором содержит панель солнечной батареи 1, в непосредственной близости от которого находится концентратор 2 с отражающий элементом 3. Солнечный свет 4 через концентратор 2 падает на поверхность панели солнечной батареи 1. Часть солнечного света 4 отражается от поверхности панели солнечной батареи 1 на отражающий элемент 3, размер и форма поверхности которого таковы, что свет от отражающего элемента 3 направляется на поверхность панели солнечной батареи 1. Эффект уменьшения потерь солнечной энергии на отражение проявляется в большей степени с увеличением угла падения солнечных лучей 4 на панель солнечной батареи 1 относительно нормали к поверхности, что характерно для осеннего и зимнего периода, а также утром и вечером.

Для обеспечения технического результата перед началом использования солнечного фотоэлектрического модуля с концентратором необходимо концентратор 2 с закрепленным на нем отражающим элементом 3 вращать по часовой стрелке либо против нее до тех пор, пока отражающий элемент 3 не будет ориентирован на север. Положение концентратора 2 надежно закрепляется механическим фиксатором положения 5.

Использование предлагаемой полезной модели позволит увеличить эффективность солнечных батарей без необходимости обеспечения постоянного падения солнечных лучей перпендикулярно поверхности солнечной батареи, и повысить уровень надежности, что способствует увеличению срока службы изделия.

Формула полезной модели

Солнечный фотоэлектрический модуль с концентратором, содержащий панель солнечной батареи и концентратор, отличающийся тем, что концентратор выполнен в виде прозрачного купола, установленного таким образом, чтобы потоки солнечного света, преломленные в концентраторе падали на поверхность солнечной батареи, концентратор содержит отражающий элемент, при этом концентратор с отражающим элементом установлен с возможностью вращения для ориентации отражающего элемента в нужном положении, которое фиксировано механическим фиксатором.

Изобретение "СОЛНЕЧНЫЙ ФОТОЭЛЕКТРИЧЕСКИЙ МОДУЛЬ С КОНЦЕНТРАТОРОМ ОПТИЧЕСКОГО ИЗЛУЧЕНИЯ" (Абдуллазянов Эдвард Юнусович, Садыков Марат Фердинантович, Шириев Равиль Рафисович, Иванов Дмитрий Алексеевич, Галиева Татьяна Геннадьевна) отмечено юбилейной наградой (25 лет Российской Академии Естествознания)
Медаль Альфреда Нобеля

Оформление наградных документов и заказ каталога