RU2354005C1

RU2354005C1 - Photoelectric module

Info

Publication number: RU2354005C1
Application number: RU2007142909/28A
Authority: RU
Inventors: Жорес Иванович Алферов (RU); Жорес Иванович Алферов; Вячеслав Михайлович Андреев (RU); Вячеслав Михайлович Андреев; Валерий Дмитриевич Румянцев (RU); Валерий Дмитриевич Румянцев; Арнольд Романович Терра (RU); Арнольд Романович Терра; Николай Анатольевич Садчиков (RU); Николай Анатольевич Садчиков; Игорь Владимирович Ловыгин (RU); Игорь Владимирович Ловыгин
Original assignee: Закрытое акционерное общество "Техноэксан"
Priority date: 2007-04-16
Filing date: 2007-04-16
Publication date: 2009-04-27

Abstract

FIELD: physics.

SUBSTANCE: photoelectric module comprises frontal panel 1 of silicate glass with lens concentrators 2 of silicon on its internal side, side walls 3, and also back panel 4, on upper side of which on heat-conductive bases 5 solar cells 6 are installed, as well as additional optic elements 7 coaxial to them. Additional optic elements 7 are installed on heat-conductive bases 5 around solar photoelectric cells 6 and are included into units 8 for protection of solar photoelectric cells. Unit 8 for protection of solar photoelectric cells may be arranged in the form of buses 9 that are tightly installed on heat-conductive bases 5 and are made from dielectric materials with current-conducting metallised coatings 10, 11 on both sides.

EFFECT: increased reliability, service life and increased energy delivery performance of photoelectric module by exclusion of degradation processes appearances in characteristics of solar cells of photoelectric module, which are stipulated by violation of parameters of gas medium that surrounds solar photoelectric cells of module.

26 cl, 5 dwg

Description

Изобретение относится к области солнечной энергетики, в частности к концентраторным фотоэлектрическим модулям, и предназначено для применения в концентраторных солнечных энергоустановках, используемых в качестве систем автономного энергоснабжения в различных климатических зонах.The invention relates to the field of solar energy, in particular to concentrator photovoltaic modules, and is intended for use in concentrator solar power plants used as 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 высокоэффективных каскадных солнечных элементов и недорогих оптических концентраторов. Использование последних при концентрации солнечного излучения 500-1000 крат позволяет пропорционально сократить суммарную площадь солнечных элементов и существенно снизить стоимость получаемой электроэнергии.One of the most promising methods for generating electricity from renewable sources is the photovoltaic conversion of concentrated solar radiation using highly efficient cascade solar cells and inexpensive optical concentrators. Using the latter at a concentration of solar radiation of 500-1000 times allows you to proportionally reduce the total area of solar cells and significantly reduce the cost of electricity.

Известно, что применение концентраторов излучения при условии согласования их параметров с параметрами солнечных фотоэлементов позволяет не только поднять энергетическую эффективность фотоэлектрических модулей, но и улучшить их энергоэкономические показатели за счет уменьшения расхода дорогостоящих полупроводниковых материалов. Конструкция фотоэлектрических модулей с концентраторами солнечного излучения должна обеспечить их долговременное эффективное функционирование в реальных условиях эксплуатации при возможно более низкой стоимости генерируемой электрической мощности. Учитывая, что область применения фотоэлектрических модулей - естественные условия окружающей среды, должна быть обеспечена защита оптической системы, полупроводникового элемента и токовыводящих контактов от воздействия колебаний температуры и давления, ультрафиолетового излучения Солнца, высокой влажности, ветра, пыли, града и др. Кроме того, при поглощении концентрированного излучения часть его тратится на разогрев элемента, в связи с чем возникает необходимость эффективного отвода тепла от полупроводниковой структуры, т.к. излишний нагрев негативно влияет на преобразующие свойства элемента, срок его службы и выходные характеристики фотоэлектрического модуля.It is known that the use of radiation concentrators, provided that their parameters are consistent with the parameters of solar photocells, allows not only to increase the energy efficiency of photovoltaic modules, but also to improve their energy and economic performance by reducing the consumption of expensive semiconductor materials. The design of photovoltaic modules with solar concentrators should ensure their long-term effective functioning in real operating conditions at the lowest possible cost of generated electric power. Considering that the scope of the photovoltaic modules is natural environmental conditions, the optical system, the semiconductor element and the current-carrying contacts should be protected from the effects of temperature and pressure fluctuations, ultraviolet radiation from the sun, high humidity, wind, dust, hail, etc. In addition, when absorbing concentrated radiation, part of it is spent on heating the element, and therefore there is a need for effective heat removal from the semiconductor structure, because excessive heating negatively affects the transforming properties of the element, its service life and output characteristics of the photovoltaic module.

Известен фотоэлектрический модуль с концентраторами солнечного излучения, содержащий боковые стенки из силикатного стекла, на верхних кромках которых закреплена фронтальная панель из силикатного стекла с линзами Френеля, а на нижних кромках закреплена тыльная панель из силикатного стекла с солнечными фотоэлементами и теплоотводящими основаниями («CONFERENCE RECORD OF THE TWENTY-EIGHT IEEE PHOTOVOLTAIC SPECIALISTS CONFERENCE-2000», Anhorage, Alaska, USA, 2000, p.1169-1172).A known photovoltaic module with solar concentrators containing side walls of silicate glass, on the upper edges of which is fixed a front panel of silicate glass with Fresnel lenses, and on the lower edges is fixed a back panel of silicate glass with solar photocells and heat sinks ("CONFERENCE RECORD OF THE TWENTY-EIGHT IEEE PHOTOVOLTAIC SPECIALISTS CONFERENCE-2000 ”, Anhorage, Alaska, USA, 2000, p. 1169-1172).

Линзы Френеля выполнены из силикона, имеют квадратную форму, расположены вплотную друг к другу и прочно соединены с внутренней поверхностью стекла, выполняющего защитную и несущую функции. Каждой линзе Френеля соответствует свой солнечный фотоэлемент, закрепленный на металлическом теплоотводящем основании. Теплоотводящие основания расположены на фронтальной стороне стекла тыльной панели таким образом, чтобы светоприемная поверхность фотоэлемента находилась в фокусном пятне соответствующей линзы Френеля.Fresnel lenses are made of silicone, have a square shape, are located close to each other and are firmly connected to the inner surface of the glass, which performs protective and supporting functions. Each Fresnel lens has its own solar photocell mounted on a metal heat sink. The heat-removing bases are located on the front side of the glass of the rear panel so that the light receiving surface of the photocell is in the focal spot of the corresponding Fresnel lens.

Металлическое теплоотводящее основание одновременно является одним из электрических контактов солнечного фотоэлемента. Вторым контактом является верхнее металлическое покрытие фольгированного стеклотекстолита, закрепленного на теплоотводящем основании, к которому подведен проволочный контакт, присоединенный другим концом к контактной сетке фотоэлемента. Коммутация солнечных фотоэлементов осуществляется через контакты, прикрепленные к металлическому основанию и верхнему металлическому покрытию стеклотекстолита.The metal heat sink is simultaneously one of the electrical contacts of the solar cell. The second contact is the upper metal coating of the foil-coated fiberglass mounted on a heat sink, to which a wire contact is connected, connected at the other end to the contact grid of the photocell. Switching of solar photocells is carried out through contacts attached to a metal base and the upper metal coating of fiberglass.

С помощью стеклянных боковых стенок модуля обеспечивается параллельность фронтальной и тыльной панелей, а также расположение их относительно друг друга с учетом обеспечения точной фокусировки.Using the glass side walls of the module, the front and rear panels are parallelized, as well as their relative position to each other, ensuring accurate focusing.

При работе модуля ориентированные перпендикулярно солнечным лучам линзы Френеля концентрируют солнечный свет и направляют его на светоприемные поверхности солнечных фотоэлементов. Солнечные фотоэлементы преобразуют энергию квантов света в электрическую, создавая разность потенциалов на своих контактах. Вырабатываемая модулем электроэнергия подается к внешнему потребителю или накопителю энергии. Тепло, отводимое от солнечных фотоэлементов, распределяется по металлическим теплоотводящим основаниям, передается стеклу тыльной панели и затем отводится во внешнюю среду.During operation of the module, Fresnel lenses oriented perpendicular to the sun's rays concentrate sunlight and direct it to the light-receiving surfaces of solar photocells. Solar cells convert the energy of light quanta into electrical energy, creating a potential difference at their contacts. Electricity generated by the module is supplied to an external consumer or energy storage device. The heat removed from the solar photocells is distributed over the metal heat sinks, transferred to the glass of the rear panel and then removed to the external environment.

Недостатками данного модуля является то, что он имеет недостаточно высокую величину коэффициента концентрирования и ширины разориентационной характеристики модуля, что снижает его энергопроизводительность. Кроме того, в известном фотоэлектрическом модуле отсутствует индивидуальная герметичная изоляция каждого солнечного элемента. Это существенно повышает вероятность возникновения деградационных процессов в характеристиках всех солнечных элементов фотоэлектрического модуля из-за нарушения параметров газовой среды, в которой расположены сразу все солнечные элементы модуля. Результатом этого может быть существенная деградация характеристик модуля, вплоть до выхода его из строя.The disadvantages of this module is that it does not have a high enough concentration coefficient and the width of the disorientation characteristics of the module, which reduces its energy productivity. In addition, in the known photovoltaic module there is no individual hermetic isolation of each solar cell. This significantly increases the likelihood of degradation processes in the characteristics of all solar cells of the photovoltaic module due to a violation of the parameters of the gas medium in which all the solar cells of the module are located at once. The result of this can be a significant degradation of the characteristics of the module, up to its failure.

Известен фотоэлектрический модуль, содержащий фронтальную панель из силикатного стекла с линзовыми концентраторами из силикона на ее тыльной стороне, боковые стенки, а также тыльную панель, на верхней стороне которой на теплоотводящих основаниях установлены солнечные фотоэлементы и соосные им дополнительные оптические элементы (RU, патент на полезную модель №44002, кл. H01L 31/00, 2004 г.).A known photovoltaic module comprising a silicate glass front panel with silicone lens concentrators on its rear side, side walls, and a rear panel, on the upper side of which solar photocells and additional optical elements coaxial to them are installed (RU, patent for useful Model No. 44002, class H01L 31/00, 2004).

При работе модуля ориентированные перпендикулярно солнечным лучам линзовые концентраторы фокусируют солнечный свет, направляя его на светоприемные поверхности солнечных элементов. Фотоэлементы преобразуют энергию квантов света в электрическую, создавая разность потенциалов на своих контактах. Вырабатываемая модулем электроэнергия подается к внешнему потребителю или накопителю энергии. Тепло, отводимое от солнечных фотоэлементов, распределяется по металлическим теплоотводящим основаниям, передается стеклу тыльной панели и затем отводится во внешнюю среду.When the module is operating, lens concentrators oriented perpendicular to the sun's rays focus the sunlight, directing it to the light-receiving surfaces of the solar cells. Photocells convert the energy of light quanta into electrical energy, creating a potential difference at their contacts. Electricity generated by the module is supplied to an external consumer or energy storage device. The heat removed from the solar photocells is distributed over the metal heat sinks, transferred to the glass of the rear panel and then removed to the external environment.

Данный фотоэлектрический модуль по своим показателям превосходит все другие известные фотоэлектрические модули с концентраторами, включая рассмотренный выше аналог.This photovoltaic module is superior in performance to all other known photovoltaic modules with concentrators, including the analogue discussed above.

Однако в известном фотоэлектрическом модуле отсутствует индивидуальная герметичная изоляция каждого солнечного элемента, что существенно повышает вероятность возникновения деградационных процессов в характеристиках всех солнечных элементов фотоэлектрического модуля, вызванных из-за нарушения параметров газовой среды, окружающей сразу все солнечные фотоэлементы модуля. Результатом этого может быть существенная деградация характеристик всего модуля вплоть до выхода его из строя.However, in the known photovoltaic module there is no individual hermetic isolation of each solar cell, which significantly increases the likelihood of degradation processes in the characteristics of all solar cells of the photovoltaic module, caused due to a violation of the parameters of the gaseous medium surrounding all solar solar cells of the module at once. The result of this can be a significant degradation of the characteristics of the entire module up to its failure.

Изобретение направлено на повышение надежности, срока службы и увеличение энергопроизводительности фотоэлектрического модуля путем исключения возникновения деградационных процессов в характеристиках солнечных элементов фотоэлектрического модуля, обусловленных нарушением параметров газовой среды, окружающей солнечные фотоэлементы модуля.The invention is aimed at improving the reliability, service life and increasing the energy efficiency of the photovoltaic module by eliminating the occurrence of degradation processes in the characteristics of the solar cells of the photovoltaic module due to a violation of the parameters of the gaseous medium surrounding the solar cell solar module.

Технический результат достигается тем, что в фотоэлектрическом модуле, содержащем фронтальную панель из силикатного стекла с линзовыми концентраторами из силикона на ее тыльной стороне, боковые стенки, а также тыльную панель, на верхней стороне которой на теплоотводящих основаниях установлены солнечные фотоэлементы и соосные им дополнительные оптические элементы, согласно изобретению дополнительные оптические элементы являются составляющей узлов защиты солнечных фотоэлементов, при этом указанные узлы выполнены с возможностью обеспечения индивидуальной герметичной изоляции каждого солнечного фотоэлемента от внутреннего объема модуля.The technical result is achieved in that in a photovoltaic module containing a silicate glass front panel with silicone lens concentrators on its rear side, side walls, and a rear panel, on the upper side of which solar photocells and additional optical elements coaxial to them are installed , according to the invention, additional optical elements are a component of the nodes of protection of solar cells, while these nodes are made with the possibility of baking individual tight isolation of each solar photocell from the internal volume of the module.

Линзовые концентраторы могут быть выполнены в виде линз Френеля.Lens concentrators can be made in the form of Fresnel lenses.

Линзовые концентраторы могут быть выполнены в виде плоско-выпуклых линз.Lens concentrators can be made in the form of flat-convex lenses.

Дополнительные оптические элементы могут быть выполнены в виде плоско-выпуклых линз.Additional optical elements can be made in the form of flat-convex lenses.

Дополнительные оптические элементы могут быть выполнены в виде металлических фоконов с защитной крышкой из стекла.Additional optical elements can be made in the form of metal foci with a protective cover made of glass.

Дополнительные оптические элементы могут быть выполнены в виде фоконов с полным внутренним отражением.Additional optical elements can be made in the form of foci with full internal reflection.

Дополнительные оптические элементы могут быть выполнены в виде фоконов с полным внутренним отражением из полимерного материала.Additional optical elements can be made in the form of foci with total internal reflection from a polymer material.

Фоконы с полным внутренним отражением из полимерного материала могут быть сверху оптически соединены с защитной крышкой из стекла.Foci with total internal reflection of a polymeric material can be optically connected on top with a protective cover made of glass.

На наружную поверхность защитной крышки из стекла может быть нанесено антиотражающее покрытие.An antireflection coating may be applied to the outer surface of the protective glass cover.

Соединения между фронтальной панелью, боковыми стенками и тыльной панелью могут быть герметичными.Connections between the front panel, side walls, and rear panel may be leakproof.

Боковые стенки и/или тыльная панель могут иметь одну или несколько гибких вставок.The side walls and / or the back panel may have one or more flexible inserts.

Гибкие вставки могут быть выполнены в виде сильфона.Flexible inserts can be made in the form of a bellows.

Гибкие вставки могут быть изготовлены из резиноподобного материала.Flexible inserts can be made of rubber-like material.

Внутренний объем фотоэлектрического модуля может быть герметично соединен с устройством, обеспечивающим выравнивание давления внутри и снаружи модуля.The internal volume of the photovoltaic module can be hermetically connected to a device that provides pressure equalization inside and outside the module.

На фронтальную поверхность фронтальной панели может быть нанесено антиотражающее покрытие.An antireflection coating may be applied to the front surface of the front panel.

На обе поверхности вторичных оптических элементов, выполненных в виде плоско-выпуклых линз, могут быть нанесены антиотражающие покрытия.On both surfaces of the secondary optical elements made in the form of plane-convex lenses, antireflection coatings can be applied.

Тыльная панель может быть изготовлена из металла, на который нанесено электроизолирующее теплопроводящее покрытие.The back panel can be made of metal, on which an electrically insulating heat-conducting coating is applied.

Тыльная панель может быть выполнена из оцинкованной стали с полимерным покрытием.The back panel can be made of galvanized steel with a polymer coating.

Тыльная панель может быть выполнена из эмалированной стали.The back panel can be made of enameled steel.

Тыльная панель может быть выполнена из стекла.The back panel can be made of glass.

Боковые стенки могут быть выполнены из алюминия или алюминиевого сплава.Side walls can be made of aluminum or aluminum alloy.

Боковые стенки могут быть выполнены из оцинкованной стали.Side walls can be made of galvanized steel.

Боковые стенки могут быть выполнены из оцинкованной стали с полимерным покрытием.Side walls can be made of galvanized steel with a polymer coating.

Боковые стенки могут быть выполнены из полимерного материала.Side walls can be made of polymer material.

Дополнительные оптические элементы в виде плоско-выпуклых линз могут быть выполнены из силикатного стекла.Additional optical elements in the form of flat-convex lenses can be made of silicate glass.

Боковые стенки могут быть расположены под углом

по отношению к нормали к плоскости фронтальной панели, где R - расстояние между оптическими осями соседних линз Френеля, W - ширина теплоотводящего основания, Н - расстояние между фронтальной и тыльной панелями.Side walls can be angled

with respect to the normal to the plane of the front panel, where R is the distance between the optical axes of adjacent Fresnel lenses, W is the width of the heat sink base, H is the distance between the front and rear panels.

Каждый солнечный элемент имеет небольшой индивидуальный герметичный объем с контролируемым в процессе изготовления составом защитной атмосферы. Вероятность нарушения состава указанной защитной атмосферы маловероятна, кроме того, даже в случае возникновения такого нарушения оно может привести к деградации характеристик только данного солнечного элемента, а так как в состав модуля входят десятки или сотни солнечных элементов, то это практически не скажется на выходных характеристиках модуля в целом.Each solar cell has a small individual sealed volume with a controlled atmosphere composition during the manufacturing process. The probability of a violation of the composition of the specified protective atmosphere is unlikely, in addition, even in the event of such a violation, it can lead to degradation of the characteristics of only this solar cell, and since the module contains tens or hundreds of solar cells, this will practically not affect the output characteristics of the module generally.

Компоновочная схема и конструкция фотоэлектрического модуля представлены на прилагаемых чертежах. Для удобства на чертежах показана одна ячейка фотоэлектрического модуля, состоящего из множества подобных ячеек.The layout diagram and design of the photovoltaic module are presented in the accompanying drawings. For convenience, the drawings show one cell of a photovoltaic module, consisting of many such cells.

На фиг.1 схематично изображен фотоэлектрический модуль, поперечное сечение.Figure 1 schematically shows a photovoltaic module, a cross section.

На фиг.2 - фотоэлектрический модуль с дополнительными оптическими элементами, выполненными в виде плоско-выпуклых линз.Figure 2 - photovoltaic module with additional optical elements made in the form of plane-convex lenses.

На фиг.3 - фотоэлектрический модуль с дополнительными оптическими элементами в виде металлических фоконов.Figure 3 - photovoltaic module with additional optical elements in the form of metal foci.

На фиг.4 - фотоэлектрический модуль с дополнительными оптическими элементами в виде фокона с полным внутренним отражением.Figure 4 - photovoltaic module with additional optical elements in the form of a focon with total internal reflection.

На фиг.5 - фотоэлектрический модуль с дополнительными оптическими элементами в виде фокона с полным внутренним отражением, расположенного на фотоактивной поверхности солнечного элемента.Figure 5 - photovoltaic module with additional optical elements in the form of a focon with full internal reflection, located on the photoactive surface of the solar cell.

Фотоэлектрический модуль содержит фронтальную панель 1 из силикатного стекла с линзовыми концентраторами 2 из силикона на ее внутренней стороне, боковые стенки 3, а также тыльную панель 4, на верхней стороне которой на теплоотводящих основаниях 5 установлены солнечные фотоэлементы 6 и соосные им дополнительные оптические элементы 7. Дополнительные оптические элементы 7 установлены на теплоотводящих основаниях 5 вокруг солнечных фотоэлементов 6 и входят в состав узлов 8 защиты солнечных фотоэлементов.The photovoltaic module contains a silicate glass front panel 1 with silicone lens concentrators 2 on its inner side, side walls 3, and a rear panel 4, on the upper side of which solar photovoltaic cells 6 and additional optical elements 7 coaxial with them are mounted. Additional optical elements 7 are installed on the heat-removing bases 5 around the solar photocells 6 and are part of the nodes 8 for the protection of solar photocells.

Конструкция узла 8 защиты солнечных фотоэлементов обеспечивает герметичную изоляцию каждого солнечного фотоэлемента 6 от внутреннего объема модуля на предварительной стадии технологического процесса изготовления фотоэлектрических модулей. Это позволит проводить предварительную отбраковку потенциально ненадежных солнечных элементов и обеспечить повышенную устойчивость фотоэлектрических модулей к воздействию комплекса неблагоприятных факторов среды, как на стадии изготовления модулей, так и в процессе их эксплуатации.The design of the node 8 for the protection of solar solar cells provides a tight insulation of each solar solar cell 6 from the internal volume of the module at the preliminary stage of the technological process of manufacturing photovoltaic modules. This will allow preliminary screening of potentially unreliable solar cells and provide increased resistance of photovoltaic modules to the effects of a set of adverse environmental factors, both at the stage of manufacture of the modules and during their operation.

Узел 8 защиты солнечных фотоэлементов может быть выполнен в виде герметично установленных на теплоотводящие основания 5 шин 9, изготовленных из диэлектрического материала с токоведущими металлизированными покрытиями 10, 11 с обеих сторон. На верхнее металлизированное покрытие 10 герметично установлен металлический фланец 12 с соосным фотоэлементу 6 дополнительным оптическим элементом 7, герметично соединенным с фланцем 12. Верхний контакт солнечного элемента 6 электрически соединен проводником 13 с верхним токоведущим покрытием 10 шины 9 (фиг.1).The node 8 for the protection of solar cells can be made in the form of hermetically mounted on the heat sink base 5 tires 9 made of dielectric material with current-carrying metallized coatings 10, 11 on both sides. On the upper metallized coating 10, a metal flange 12 is sealed with an coaxial photocell 6 with an additional optical element 7 hermetically connected to the flange 12. The upper contact of the solar element 6 is electrically connected by a conductor 13 to the upper current-carrying coating 10 of the bus 9 (Fig. 1).

Теплоотводящее основание 5 установлено на тыльной панели 4 с помощью тонкого слоя компаунда 14. Солнечные фотоэлементы 6 могут быть, например, припаяны мягким припоем к теплоотводящему основанию 5. Фронтальная панель 1 герметично соединена с помощью компаунда 15 с боковыми стенками 3.The heat sink base 5 is mounted on the rear panel 4 using a thin layer of the compound 14. The solar cells 6 can, for example, be soldered with a soft solder to the heat sink base 5. The front panel 1 is hermetically connected by the compound 15 to the side walls 3.

Линзовые концентраторы 2 могут быть выполнены в виде линз Френеля 16, или в виде плоско-выпуклых линз 17 (фиг.2).Lens concentrators 2 can be made in the form of Fresnel lenses 16, or in the form of flat-convex lenses 17 (figure 2).

Линзы Френеля 16 выполнены из силикона, имеют квадратную форму, расположены вплотную друг к другу и прочно соединены с тыльной поверхностью фронтальной панели 1. Каждой линзе Френеля 16 соответствует свой солнечный фотоэлемент 6. Теплоотводящие основания 5 располагаются на фронтальной стороне стекла тыльной панели 4 таким образом, чтобы светоприемная поверхность солнечного фотоэлемента 6 находилась на оптической линии соответствующей линзы Френеля 16.Fresnel lenses 16 are made of silicone, have a square shape, are located close to each other and are firmly connected to the back surface of the front panel 1. Each Fresnel lens 16 has its own solar photocell 6. The heat sink 5 is located on the front side of the glass of the back panel 4 in such a way so that the light receiving surface of the solar photocell 6 is on the optical line of the corresponding Fresnel lens 16.

Плоско-выпуклые линзы 17 выполнены из силикона, имеют квадратную форму, расположены вплотную друг к другу и прочно соединены с тыльной поверхностью фронтальной панели. Каждой линзе 17 соответствует свой солнечный фотоэлемент 6. Теплоотводящие основания 5 располагаются на фронтальной стороне стекла тыльной панели 4 таким образом, чтобы светоприемная поверхность солнечного фотоэлемента 6 находилась на оптической линии соответствующей линзы 17.Flat-convex lenses 17 are made of silicone, have a square shape, are located close to each other and are firmly connected to the rear surface of the front panel. Each lens 17 has its own solar photocell 6. The heat-removing bases 5 are located on the front side of the glass of the rear panel 4 so that the light receiving surface of the solar photocell 6 is on the optical line of the corresponding lens 17.

На фиг.2 изображен фотоэлектрический модуль с дополнительными оптическими элементами 7, выполненными в виде плоско-выпуклых линз 18. Фланец 19 герметично закреплен на теплоотводящем основании 5, например, с помощью мягкого припоя или клея, обеспечивая соосное расположение плоско-выпуклой линзы 18, закрепляемой герметично на фланце с помощью клея, с верхней фотоактивной поверхностью солнечного фотоэлемента 6. Фланец 19 имеет герметично выполненный электрический ввод 20, присоединяемый к верхнему контакту солнечного фотоэлемента 6. Боковая стенка 3 имеет вставку в виде сильфона 21.Figure 2 shows a photovoltaic module with additional optical elements 7, made in the form of a convex flat lens 18. The flange 19 is hermetically mounted on the heat sink base 5, for example, using soft solder or glue, providing a coaxial location of the flat-convex lens 18, fixed hermetically on the flange with glue, with the top photoactive surface of the solar photocell 6. The flange 19 has a hermetically sealed electrical input 20 connected to the top contact of the solar photocell 6. Side wall ka 3 has an insert in the form of bellows 21.

На фиг.3 изображен фотоэлектрический модуль с дополнительными оптическими элементами 7, выполненными в виде металлических фоконов 22. В металлическом фланце 23 выполнено внутреннее отверстие в виде оптического фокона 22, герметично закрепленного на теплоотводящем основании 5, например, с помощью мягкого припоя или клея, обеспечивая соосное расположение фокона 22 с верхней фотоактивной поверхностью солнечного элемента 6. Защитная крышка 24, выполненная из стекла, закрепляется герметично на фланце 23 с помощью клея. Фланец 23 имеет герметично выполненный электрический вывод 20, присоединяемый к верхнему контакту солнечного фотоэлемента 6. Боковая стенка 3 имеет гибкую вставку 25.Figure 3 shows the photovoltaic module with additional optical elements 7, made in the form of metal foci 22. In the metal flange 23 there is an internal hole in the form of an optical focon 22, hermetically mounted on the heat sink base 5, for example, using soft solder or glue, providing coaxial arrangement of the focal plate 22 with the upper photoactive surface of the solar cell 6. A protective cover 24 made of glass is sealed to the flange 23 with glue. The flange 23 has a hermetically sealed electrical lead 20 connected to the upper contact of the solar photocell 6. The side wall 3 has a flexible insert 25.

На фиг.4 изображен фотоэлектрический модуль с дополнительными оптическими элементами 7 в виде фокона 26 с полным внутренним отражением, изготовленным на внутренней поверхности защитной крышки 27 и имеющим оптический контакт с фотоактивной поверхностью солнечного фотоэлемента 6. Защитная крышка 27, выполненная из стекла, закрепляется герметично на фланце 28 с помощью клея. Фокон 26 может быть выполнен из полимерного материала. Внутренний объем фотоэлектрического модуля герметично соединен с устройством 31, обеспечивающим выравнивание давления внутри и снаружи модуля.Figure 4 shows a photovoltaic module with additional optical elements 7 in the form of a focal point 26 with total internal reflection made on the inner surface of the protective cover 27 and having optical contact with the photoactive surface of the solar photocell 6. The protective cover 27 made of glass is sealed to flange 28 with glue. The focal point 26 may be made of a polymer material. The internal volume of the photovoltaic module is hermetically connected to the device 31, providing pressure equalization inside and outside the module.

На фиг.5 изображен фотоэлектрический модуль с дополнительными оптическими элементами 7, выполненными в виде фокона 29 с полным внутренним отражением, расположенного на фотоактивной поверхности солнечного фотоэлемента 6.Figure 5 shows a photovoltaic module with additional optical elements 7, made in the form of a focon 29 with total internal reflection, located on the photoactive surface of the solar cell 6.

Оптический компаунд, используемый для изготовления такого фокона, одновременно осуществляет защиту солнечного фотоэлемента 6 от воздействия факторов окружающей среды. Сверху фокон 29 снабжен защитной крышкой 30, выполненной из стекла. На наружную поверхность защитной крышки 30 может быть нанесено антиотражающее покрытие для снижения уровня оптических потерь. Фокон 29 может быть выполнен из полимерного материала.The optical compound used for the manufacture of such a focone simultaneously protects the solar photocell 6 from environmental factors. On top of the focone 29 is equipped with a protective cover 30 made of glass. An antireflection coating may be applied to the outer surface of the protective cover 30 to reduce optical loss. The focone 29 may be made of a polymer material.

На фиг.4 и 5 показаны варианты реализации настоящего изобретения с фоконами, использующими эффект полного внутреннего отражения от границы двух оптических сред с различными значениями коэффициентов преломления света.Figures 4 and 5 show embodiments of the present invention with focons using the effect of total internal reflection from the boundary of two optical media with different values of the refractive indices of light.

Боковые стенки 3 и/или тыльная панель 4 могут иметь одну или несколько гибких вставок 25 для компенсации механического воздействия на конструкцию модуля при изменении давления внутри и снаружи модуля.The side walls 3 and / or the rear panel 4 may have one or more flexible inserts 25 to compensate for mechanical stress on the module design when pressure changes inside and outside the module.

Гибкие вставки 25 могут быть выполнены в виде сильфона 21.Flexible inserts 25 can be made in the form of a bellows 21.

Гибкие вставки 25 могут быть изготовлены из резиноподобного материала.Flexible inserts 25 may be made of rubber-like material.

Внутренний объем фотоэлектрического модуля может быть герметично соединен с устройством 31, обеспечивающим выравнивание давления внутри и снаружи модуля.The internal volume of the photovoltaic module can be hermetically connected to the device 31, providing pressure equalization inside and outside the module.

На наружную поверхность фронтальной панели 1 может быть нанесено антиотражающее покрытие для снижения уровня оптических потерь.An antireflection coating may be applied to the outer surface of the front panel 1 to reduce optical loss.

На обе поверхности дополнительных оптических элементов, выполненных в виде плоско-выпуклых линз 18, для снижения уровня оптических потерь могут быть нанесены антиотражающие покрытия.On both surfaces of additional optical elements made in the form of plane-convex lenses 18, antireflection coatings can be applied to reduce the level of optical losses.

Тыльная панель 4 может быть изготовлена из металла, на который нанесено электроизолирующее теплопроводящее покрытие для обеспечения электрической изоляции солнечных фотоэлементов от металлической тыльной панели модуля.The back panel 4 can be made of metal, on which an electrically insulating heat-conducting coating is applied to ensure electrical isolation of solar cells from the metal back panel of the module.

Тыльная панель 4 может быть выполнена из оцинкованной стали с полимерным покрытием для повышения устойчивости модуля к воздействию факторов окружающей среды.The rear panel 4 can be made of galvanized steel with a polymer coating to increase the resistance of the module to environmental factors.

Тыльная панель 4 может быть выполнена из эмалированной стали для повышения устойчивости модуля к воздействию факторов окружающей среды и обеспечения электрической изоляции солнечных фотоэлементов от металлической тыльной панели модуля.The rear panel 4 can be made of enameled steel to increase the module's resistance to environmental factors and to provide electrical isolation of solar cells from the metal rear panel of the module.

Тыльная панель 4 может быть выполнена из стекла для повышения устойчивости модуля к воздействию факторов окружающей среды и обеспечения электрической изоляции солнечных фотоэлементов от корпуса модуля.The rear panel 4 can be made of glass to increase the module's resistance to environmental factors and to ensure the electrical isolation of solar cells from the module housing.

Боковые стенки 3 могут быть выполнены из алюминия или алюминиевого сплава для снижения весовых характеристик модуля.The side walls 3 can be made of aluminum or aluminum alloy to reduce the weight characteristics of the module.

Боковые стенки 3 могут быть выполнены из оцинкованной стали для повышения устойчивости модуля к воздействию факторов окружающей среды.The side walls 3 can be made of galvanized steel to increase the module's resistance to environmental factors.

Боковые стенки 3 могут быть выполнены из оцинкованной стали с полимерным покрытием для дополнительного повышения устойчивости модуля к воздействию факторов окружающей среды.The side walls 3 can be made of galvanized steel with a polymer coating to further increase the module's resistance to environmental factors.

Боковые стенки 3 могут быть выполнены из полимерного материала для снижения весовых характеристик модуля и повышения устойчивости модуля к воздействию факторов окружающей среды.The side walls 3 can be made of polymeric material to reduce the weight characteristics of the module and increase the module's resistance to environmental factors.

Дополнительные оптические элементы 7, выполненные в виде плоско-выпуклых линз 18, могут быть выполнены из силикатного стекла для снижения уровня оптических потерь.Additional optical elements 7, made in the form of a convex flat lens 18, can be made of silicate glass to reduce the level of optical loss.

Боковые стенки 3 могут быть расположены под углом

по отношению к нормали к плоскости фронтальной панели 1, где R - расстояние между оптическими осями соседних линз Френеля, W - ширина теплоотводящего основания 5, Н - расстояние между фронтальной 1 и тыльной 4 панелями для уменьшения общего объема модуля и повышения технологичности изготовления и сборки корпуса модуля.Side walls 3 can be angled

relative to the normal to the plane of the front panel 1, where R is the distance between the optical axes of adjacent Fresnel lenses, W is the width of the heat sink base 5, N is the distance between the front 1 and rear 4 panels to reduce the total volume of the module and increase the manufacturability and manufacture of the housing module.

Конструкция узла 8 защиты солнечных фотоэлементов обеспечивает герметичную изоляцию каждого солнечного фотоэлемента 6 от внутреннего объема модуля на предварительной стадии технологического процесса изготовления концентраторных фотоэлектрических модулей. Это позволит проводить предварительную отбраковку потенциально ненадежных солнечных фотоэлементов и обеспечить повышенную устойчивость концентраторных фотоэлектрических модулей к воздействию комплекса неблагоприятных факторов среды как на стадии изготовления модулей, так и в процессе их эксплуатации.The design of the node 8 for the protection of solar solar cells provides a tight insulation of each solar solar cell 6 from the internal volume of the module at the preliminary stage of the manufacturing process of the concentrator photovoltaic modules. This will allow preliminary screening of potentially unreliable solar photocells and provide increased stability of concentrator photovoltaic modules to the effects of a set of adverse environmental factors both at the stage of manufacture of the modules and during their operation.

С точки зрения простоты реализации и универсальности конструкции предпочтительным является вариант, представленный на фиг.1.From the point of view of ease of implementation and versatility of the design, the embodiment shown in FIG. 1 is preferred.

При работе фотоэлектрического модуля ориентированные перпендикулярно солнечным лучам линзовые концентраторы 2 (например, линзы 16 Френеля) концентрируют солнечный свет, направляют его на дополнительные оптические элементы 7, 18, 24, 27 или 30, являющиеся составляющей узлов 8 солнечных фотоэлементов, которые выполнены с возможностью обеспечения индивидуальной герметичной изоляции каждого солнечного фотоэлемента 6 от внутреннего объема модуля, и фокусируют его на светоприемных поверхностях солнечных фотоэлементов 6. Использование дополнительных оптических элементов 7 позволяет увеличить кратность концентрирования солнечного света и одновременно повысить диапазон допустимой разориентации модуля по направлению на Солнце. Кроме того, использование узлов 8 защиты солнечных фотоэлементов, которые выполнены с обеспечением индивидуальной герметичной изоляции каждого солнечного фотоэлемента 6 от внутреннего объема модуля, позволяет применять при их производстве автоматизированные технологические процессы и проводить отбраковку узлов 8 солнечных фотоэлементов до операций сборки фотоэлектрических модулей.When the photovoltaic module is operating, lens concentrators 2 oriented perpendicular to the sun's rays (for example, Fresnel lenses 16) concentrate the sunlight, direct it to additional optical elements 7, 18, 24, 27 or 30, which are a component of the nodes of the solar solar cells 8, which are configured to provide individual tight isolation of each solar photocell 6 from the internal volume of the module, and focus it on the light receiving surfaces of solar photocells 6. Use of an additional Of optical elements 7 allows you to increase the multiplicity of concentration of sunlight and at the same time increase the range of permissible disorientation of the module in the direction of the Sun. In addition, the use of nodes 8 for the protection of solar cells, which are made to ensure individual tight isolation of each solar cell 6 from the internal volume of the module, allows the use of automated manufacturing processes and the rejection of nodes 8 of solar cells prior to the assembly of photovoltaic modules.

Солнечные фотоэлементы 6 преобразуют энергию квантов света в электрическую, создавая разность потенциалов на своих контактах. Вырабатываемая модулем электроэнергия подается к внешнему потребителю или накопителю энергии. Тепло, отводимое от солнечных фотоэлементов 6, распределяется по металлическим теплоотводящим основаниям 5, передается на тыльную панель 4 и затем отводится во внешнюю среду за счет излучения и естественной конвекции.Solar solar cells 6 convert the energy of light quanta into electrical energy, creating a potential difference at their contacts. Electricity generated by the module is supplied to an external consumer or energy storage device. The heat removed from the solar photovoltaic cells 6 is distributed over the metal heat sink bases 5, transferred to the rear panel 4 and then removed to the external environment due to radiation and natural convection.

Использование предложенного фотоэлектрического модуля дает большой экономический эффект, обусловленный тем, что фотоэлектрический модуль прост по конструкции, обладает высокими фотоэлектрическими и прочностными характеристиками, обеспечивающими надежную и долговременную эксплуатацию. Модуль высокотехнологичен при изготовлении, обладает большой энергопроизводительностью и высокими технико-экономическими показателями.Using the proposed photovoltaic module gives a large economic effect, due to the fact that the photovoltaic module is simple in design, has high photoelectric and strength characteristics, ensuring reliable and long-term operation. The module is high-tech in manufacturing, has high energy efficiency and high technical and economic indicators.

Claims

1. A photovoltaic module comprising a silicate glass front panel with silicone lens concentrators on its rear side, side walls, and a rear panel, on the upper side of which solar photocells and additional optical elements coaxial to them are installed, characterized in that additional optical elements are a component of the solar cell protection nodes, while these nodes are made with the possibility of providing an individual sealed insulation and each solar cell module from the internal volume.

2. The photovoltaic module according to claim 1, characterized in that the lens concentrators are made in the form of Fresnel lenses.

3. The photovoltaic module according to claim 1, characterized in that the lens concentrators are made in the form of plano-convex lenses.

4. The photovoltaic module according to claim 1, characterized in that the additional optical elements are made in the form of plane-convex lenses.

5. The photovoltaic module according to claim 1, characterized in that the additional optical elements are made in the form of metal foci with a protective cover made of glass.

6. The photovoltaic module according to claim 1, characterized in that the additional optical elements are made in the form of foci with full internal reflection.

7. The photovoltaic module according to claim 6, characterized in that the additional optical elements are made in the form of focons with full internal reflection of a polymer material.

8. The photovoltaic module according to claim 7, characterized in that the foci with total internal reflection of the polymer material on top are optically connected to the protective cover of glass.

9. The photovoltaic module of claim 8, characterized in that an antireflection coating is applied to the outer surface of the protective cover made of glass.

10. The photovoltaic module according to claim 1, characterized in that the connections between the front panel, side walls and the rear panel are tight.

11. The photovoltaic module of claim 10, wherein the side walls and / or the rear panel have one or more flexible inserts.

12. The photovoltaic module according to claim 11, characterized in that the flexible inserts are made in the form of a bellows.

13. The photovoltaic module according to claim 11, characterized in that the flexible inserts are made of rubber-like material.

14. The photovoltaic module of claim 10, characterized in that its internal volume is hermetically connected to a device that provides pressure equalization inside and outside the module.

15. The photovoltaic module according to claim 1, characterized in that an antireflection coating is applied to the front surface of the front panel.

16. The photovoltaic module according to claim 4, characterized in that antireflective coatings are applied to both surfaces of additional optical elements made in the form of plane-convex lenses.

17. The photovoltaic module according to claim 1, characterized in that the back panel is made of metal, on which an electrically insulating heat-conducting coating is applied.

18. The photovoltaic module according to claim 17, wherein the back panel is made of galvanized steel with a polymer coating.

19. The photovoltaic module according to claim 17, characterized in that the rear panel is made of enameled steel.

20. The photovoltaic module according to claim 1, characterized in that the back panel is made of glass.

21. The photovoltaic module according to claim 1, characterized in that the side walls are made of aluminum or an aluminum alloy.

22. The photovoltaic module according to claim 1, characterized in that the side walls are made of galvanized steel.

23. The photovoltaic module according to item 22, wherein the side walls are made of galvanized steel with a polymer coating.

24. The photovoltaic module according to claim 1, characterized in that the side walls are made of polymer material.

25. The photovoltaic module according to claim 4, characterized in that the additional optical elements made in the form of plane-convex lenses are made of silicate glass.

26. The photovoltaic module according to claim 1, characterized in that the side walls are angled