[go: up one dir, main page]

RU2641627C1 - Solar photovoltaic concentrator module - Google Patents

Solar photovoltaic concentrator module Download PDF

Info

Publication number
RU2641627C1
RU2641627C1 RU2016145474A RU2016145474A RU2641627C1 RU 2641627 C1 RU2641627 C1 RU 2641627C1 RU 2016145474 A RU2016145474 A RU 2016145474A RU 2016145474 A RU2016145474 A RU 2016145474A RU 2641627 C1 RU2641627 C1 RU 2641627C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
concentrator
solar
optical
module
fresnel lens
Prior art date
Application number
RU2016145474A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Вячеслав Михайлович Андреев
Алёна Валерьевна Андреева
Николай Юрьевич Давидюк
Николай Анатольевич Садчиков
Александр Викторович Чекалин
Original Assignee
Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Физико-технический институт им. А.Ф. Иоффе Российской академии наук
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Физико-технический институт им. А.Ф. Иоффе Российской академии наук filed Critical Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Физико-технический институт им. А.Ф. Иоффе Российской академии наук
Priority to RU2016145474A priority Critical patent/RU2641627C1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2641627C1 publication Critical patent/RU2641627C1/en

Links

Images

Classifications

    • YGENERAL 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
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02EREDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E10/00Energy generation through renewable energy sources
    • Y02E10/50Photovoltaic [PV] energy
    • Y02E10/52PV systems with concentrators

Landscapes

  • Photovoltaic Devices (AREA)

Abstract

FIELD: physics.
SUBSTANCE: solar photovoltaic concentrator module contains a primary optical concentrator (3) in the form of Fresnel lenses with a linear size D, the optical axis (4) of which passes through the center (5) of the photocell (1) photoactive region, made in the form of a circle of the diameter d, and a secondary concentrator (6) coaxial with it, made in the form of a quarter wave radial gradana of the diameter d and a height h1 that is installed at a distance h2 from the front surface of the Fresnel lens, wherein the values h1, h2, and D satisfy the certain relationships.
EFFECT: invention provides the formation of a photovoltaic module with increased reliability, with extended service life, and high energy efficiency due to the equalization of the illumination of the photoactive region and the reduction of the local concentration of solar radiation.
2 cl, 1 dwg

Description

Изобретение относится к области солнечной энергетики и, в частности, к фотоэлектрическим концентраторным модулям. Настоящее изобретение предназначено для применения в концентраторных солнечных энергоустановках, используемых в качестве систем энергоснабжения в различных климатических зонах.The invention relates to the field of solar energy and, in particular, to photovoltaic concentrator modules. The present invention is intended for use in solar concentrator power plants used as 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 фотоэлементов (ФЭ) и недорогих оптических концентраторов. Известно, что применение концентраторов излучения при условии согласования их параметров с параметрами ФЭ позволяет не только поднять энергетическую эффективность фотоэлектрических концентраторных модулей, но и улучшить их энерго-экономические показатели за счет уменьшения расхода дорогостоящих полупроводниковых материалов. Использование последних при концентрации солнечного излучения 500-2500 крат позволяет пропорционально сократить суммарную площадь ФЭ и существенно снизить стоимость получаемой электроэнергии. В то же время, при высокой степени концентрации солнечного излучения происходит чрезмерный разогрев ФЭ, что негативно влияет на преобразующие свойства ФЭ, их срок службы и выходные характеристики фотоэлектрических модулей. Лучшие характеристики оптических фокусирующих систем могут быть получены при использовании двухкаскадных оптических концентраторов. В качестве первичного оптического элемента в таких системах обычно используют длиннофокусные стеклянные линзы или линзы Френеля большой площади, вторичные оптические элементы могут быть разной конструкции - короткофокусные стеклянные линзы, полые или стеклянные конические или параболические отражатели. Преимущество двухкаскадных фокусирующих систем заключается в том, что они обеспечивают дополнительное собирание света от первичных концентраторов, позволяют уменьшить углы преломления света, что приводит к снижению хроматической аберрации при фокусировке; в случае установки дополнительных отражателей - к более равномерному распределению плотности излучения в сфокусированном световом пятне. Кроме того, они позволяют увеличить предельный угол отклонения оптической оси фокусирующей системы относительно направления падающего солнечного излучения, что делает возможным снижение требований к характеристикам следящих систем и, соответственно, уменьшение стоимости конструкции.One of the most promising methods for generating electricity from renewable sources is the photoelectric conversion of concentrated solar radiation using highly efficient cascade photocells (PV) and low-cost optical concentrators. It is known that the use of radiation concentrators, provided that their parameters are matched with the PV parameters, allows not only to increase the energy efficiency of the photoelectric concentrator modules, but also to improve their energy and economic performance by reducing the consumption of expensive semiconductor materials. Using the latter at a concentration of solar radiation of 500-2500 times allows you to proportionally reduce the total area of PV and significantly reduce the cost of electricity. At the same time, with a high degree of concentration of solar radiation, excessive heating of the PV occurs, which negatively affects the transforming properties of the PV, their service life and output characteristics of the PV modules. The best characteristics of optical focusing systems can be obtained using two-stage optical concentrators. Long-focus glass lenses or large-area Fresnel lenses are usually used as the primary optical element in such systems; secondary optical elements can be of different designs - short-focus glass lenses, hollow or glass conical or parabolic reflectors. The advantage of two-stage focusing systems is that they provide additional collection of light from primary concentrators, reduce the angle of refraction of light, which leads to a decrease in chromatic aberration during focusing; in the case of installing additional reflectors, to a more uniform distribution of the radiation density in the focused light spot. In addition, they make it possible to increase the limiting deviation angle of the optical axis of the focusing system relative to the direction of incident solar radiation, which makes it possible to reduce the requirements for the characteristics of tracking systems and, accordingly, reduce the cost of the structure.

Известен солнечный концентраторный модуль (см. патент US 6717045, МПК H01L 31/042, H01L 31/052, опубл. 06.04.2004), включающий множество оптических концентраторов, фокусирующих солнечное излучение на фотоприемные площадки ФЭ. Каждый из оптических концентраторов состоит из первичного концентратора, имеющего степень концентрации солнечного излучения 5-10 крат, вторичного концентратора, расположенного ниже первого концентратора и увеличивающего степень концентрации солнечного излучения в 20-50 раз, и третьего концентратора, установленного в нижней плоскости вторичного концентратора и фокусирующего излучение на поверхность ФЭ. 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. Фотоэлемент устанавливают на площадке, имеющей оребрение для рассеяния тепла.Known solar concentrator module (see patent US 6717045, IPC H01L 31/042, H01L 31/052, publ. 04/06/2004), including many optical concentrators focusing solar radiation on the photodetector area of the PV. 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 concentrator 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 radiation to the surface of the PV. 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. The photocell is installed on a site having fins for heat dissipation.

Недостатками рассматриваемой конструкции солнечного концентраторного модуля являются большие потери света за счет отражения на поверхностях оптических элементов трехкаскадного концентратора, высокий уровень концентрации света на поверхности ФЭ, технические сложности изготовления, монтажа и юстировки большого количества оптических деталей и, соответственно, высокая стоимость конструкции.The disadvantages of the design of the solar concentrator module under consideration are the large loss of light due to reflection on the surfaces of the optical elements of a three-stage concentrator, a high level of light concentration on the PV surface, the technical difficulties of manufacturing, mounting and aligning a large number of optical parts and, accordingly, the high cost of the structure.

Известен фотоэлектрический концентраторный модуль (см. заявка PCT WO 2007093422, МПК H01L 31/052, опубл. 23.08.2007), содержащий линзовую панель и панель с ФЭ, установленные на несущей раме, обеспечивающей герметизацию внутреннего объема модуля и защиту оптических элементов от воздействия внешней среды. На линзовой панели установлены концентраторные линзы, в качестве которых используются линзы Френеля. ФЭ, изготовленные на основе многослойных гетероструктур, напаяны на теплоотводы и установлены на нижней несущей панели так, что фотоприемная площадка каждого ФЭ расположена в фокусе одной из линз Френеля.A known photovoltaic concentrator module (see PCT application WO 2007093422, IPC H01L 31/052, published 23.08.2007) comprising a lens panel and a PV panel mounted on a carrier frame that provides sealing of the module’s internal volume and protects the optical elements from external influences Wednesday. Concentrator lenses are installed on the lens panel, which are Fresnel lenses. PVs made on the basis of multilayer heterostructures are soldered to heat sinks and mounted on the lower carrier panel so that the photodetector area of each PV is located in the focus of one of the Fresnel lenses.

Недостатками известной конструкции фотоэлектрического концентраторного модуля является сложность монтажа с высокой точностью большого количества ФЭ на несущей панели и низкая разориентационная характеристика устройства, требующая использования более точных и сложных систем слежения за Солнцем.The disadvantages of the known design of the photovoltaic concentrator module are the complexity of mounting with high accuracy a large number of PVs on the carrier panel and the low disorientation characteristic of the device, requiring the use of more accurate and complex tracking systems for the Sun.

Известен солнечный концентраторный модуль (см. патент RU 2352023, МПК H01L 31/052, опубл. 10.04.2009), содержащий фронтальную панель и тыльную панель, изготовленные из силикатного стекла, первичный и вторичный оптические концентраторы и ФЭ с теплоотводящим основанием. Первичный оптический концентратор выполнен в форме линзы, сформированной в виде тыльной поверхности фронтальной панели. Вторичный оптический концентратор выполнен в виде фокона, установленного меньшим основанием на светочувствительной поверхности ФЭ. ФЭ с теплоотводящим основанием, размещен на фронтальной поверхности тыльной панели соосно первичному оптическому концентратору. Вторичный оптический концентратор позволяет улучшить разориентационную характеристику солнечного фотоэлектрического модуля, что обеспечивает увеличение энергопроизводительности солнечного концентраторного модуля.Known solar concentrator module (see patent RU 2352023, IPC H01L 31/052, publ. 10.04.2009) containing a front panel and a rear panel made of silicate glass, primary and secondary optical concentrators and PE with a heat sink. The primary optical hub is made in the form of a lens formed in the form of the back surface of the front panel. The secondary optical hub is made in the form of a focon mounted on a smaller base on the photosensitive surface of the PV. PV with a heat-removing base is placed on the front surface of the rear panel coaxially with the primary optical hub. The secondary optical concentrator allows improving the disorientation characteristic of the solar photovoltaic module, which provides an increase in the energy productivity of the solar concentrator module.

Недостатками известного солнечного концентраторного модуля являются сложность монтажа вторичного оптического концентратора на светочувствительной поверхности ФЭ, приводящая к большому количеству брака при сборке конструкции и уменьшающая срок службы ФЭ, а также трудоемкость позиционирования ФЭ и высокая статистическая вероятность линейного несовпадения центра ФЭ с оптическим центром линзы.The disadvantages of the known solar concentrator module are the difficulty of mounting a secondary optical concentrator on the photosensitive surface of the PV, which leads to a large number of defects during assembly and reduces the life of the PV, as well as the complexity of positioning the PV and the high statistical probability of a linear mismatch between the center of the PV and the optical center of the lens.

Известен солнечный концентраторный модуль (см. заявка WO 2014066957, МПК H01L 31/048, H01L 31/052, опубл. 08.05.2014). Модуль представляет собой объемную несущую конструкцию, в верхней части которой расположено множество первичных оптических концентраторов в виде линз. В нижней части конструкции прикреплено множество ФЭ и над каждым ФЭ установлен вторичный оптический элемент, расположенный напротив соответствующего первичного концентратора. Вторичный концентратор представляет собой тонкостенную конструкцию, закрепленную в поддерживающем устройстве, с выпуклой верхней частью и боковыми стенками, состоящими из секторов параболической формы.Known solar concentrator module (see application WO 2014066957, IPC H01L 31/048, H01L 31/052, publ. 08.05.2014). The module is a three-dimensional supporting structure, in the upper part of which there are many primary optical concentrators in the form of lenses. A plurality of PVs are attached to the lower part of the structure and a secondary optical element is installed above each PV, located opposite the corresponding primary concentrator. The secondary concentrator is a thin-walled structure fixed in a supporting device with a convex upper part and side walls, consisting of sectors of parabolic shape.

Недостатком известного солнечного концентраторного модуля является сложность изготовления вторичного оптического концентратора. Монтаж вторичного оптического концентратора на светочувствительной поверхности ФЭ приводит к уменьшению срока службы элементов.A disadvantage of the known solar concentrator module is the complexity of manufacturing a secondary optical concentrator. Installation of a secondary optical concentrator on the photosensitive surface of the PV leads to a decrease in the service life of the elements.

Известен солнечный концентраторный модуль (см. заявка CN 103165717, МПК H01L 31/054, опубл. 19.06.2013), содержащий матрицу из линз Френеля, закрепленную на стеклянной плате, панели солнечных батарей, размещенные на металлическом основании и вторичные концентрирующие элементы в виде стеклянных цилиндрических линз. Цилиндрических линзы установлены над ФЭ и жестко закреплены на металлическом основании, а верхняя плата и металлические основания фиксируют так, чтобы оптические оси линз Френеля проходили через центры цилиндрических линз и фотоприемных площадок ФЭ. Фокусы линз Френеля позиционируют в середине продольной оси цилиндрических линз.Known solar concentrator module (see application CN 103165717, IPC H01L 31/054, publ. 06/19/2013) containing a matrix of Fresnel lenses mounted on a glass plate, solar panels placed on a metal base and secondary concentrating elements in the form of glass cylindrical lenses. Cylindrical lenses are mounted above the PV and rigidly mounted on a metal base, and the upper board and metal bases are fixed so that the optical axis of the Fresnel lens passed through the centers of the cylindrical lenses and photodetector areas of the PV. The foci of the Fresnel lenses are positioned in the middle of the longitudinal axis of the cylindrical lenses.

Недостатками известного солнечного концентраторного модуля являются сложность монтажа вторичного оптического концентратора и трудоемкость позиционирования ФЭ. Кроме того, вторичные концентрирующие элементы в виде цилиндрических линз улучшают разориентационные характеристики модулей только в одной плоскости.The disadvantages of the known solar concentrator module are the complexity of the installation of the secondary optical concentrator and the complexity of positioning the PV. In addition, secondary concentrating elements in the form of cylindrical lenses improve the disorientation characteristics of the modules in only one plane.

Известен солнечный фотоэлектрический концентраторный модуль (см. патент RU 2307294, МПК H01L 31/052, опубл. 27.09.2007), совпадающий с настоящим техническим решением по наибольшему числу существенных признаков и принятый за прототип. Солнечный фотоэлектрический концентраторный модуль содержит фронтальную панель из силикатного стекла с линзами Френеля на ее тыльной стороне, а также ФЭ с теплоотводящими основаниями. Теплоотводящие основания расположены на тыльной панели из силикатного стекла. Оптические оси линз Френеля проходят через центры фотоактивных поверхностей соответствующих ФЭ. Введена дополнительная промежуточная панель из силикатного стекла, на которой установлены плосковыпуклые линзы, соосные с соответствующими линзами Френеля. Фотоактивные поверхности ФЭ расположены в фокусном пятне двух оптических концентраторов - линз Френеля и плоско-выпуклых линз.Known solar photoelectric concentrator module (see patent RU 2307294, IPC H01L 31/052, publ. 09/27/2007), which coincides with this technical solution for the largest number of essential features and adopted for the prototype. The solar photovoltaic concentrator module contains a silicate glass front panel with Fresnel lenses on its rear side, as well as a PV with heat sink bases. Heat dissipation bases are located on the back panel of silicate glass. The optical axis of Fresnel lenses pass through the centers of the photoactive surfaces of the corresponding PVs. An additional intermediate panel of silicate glass has been introduced, on which plane-convex lenses are installed, coaxial with the corresponding Fresnel lenses. PV photoactive surfaces are located in the focal spot of two optical concentrators — Fresnel lenses and plane-convex lenses.

Известный солнечный фотоэлектрический концентраторный модуль обладает хорошей разориентационной характеристикой. Однако недостатком известного модуля-прототипа является высокий уровень концентрации солнечного излучения на ФЭ. В центре фокусного пятна двух оптических концентраторов - линзы Френеля и плоско-выпуклой линзы, концентрация солнечного излучения достигает 5000 крат, что приводит к снижению эффективности преобразования света в электроэнергию и уменьшает срок службы ФЭ.The well-known solar photovoltaic concentrator module has a good disorientation characteristic. However, the disadvantage of the known prototype module is the high level of concentration of solar radiation on the PV. In the center of the focal spot of two optical concentrators — a Fresnel lens and a plano-convex lens, the concentration of solar radiation reaches 5,000 times, which leads to a decrease in the efficiency of conversion of light into electricity and reduces the lifetime of the PV.

Задачей, решаемой настоящим техническим решением, является создание солнечного фотоэлектрического концентраторного модуля с повышенной надежностью, с увеличенным сроком службы и высокой энергопроизводительностью за счет выравнивания освещенности фотоактивной области ФЭ и уменьшения локальной концентрации солнечного излучения.The problem solved by this technical solution is the creation of a solar photovoltaic concentrator module with increased reliability, with an extended service life and high energy productivity due to the equalization of illumination of the photoactive region of the photovoltaic and a decrease in the local concentration of solar radiation.

Поставленная задача решается тем, что солнечный фотоэлектрический концентраторный модуль включает первичный оптический концентратор в виде линзы Френеля, с линейным размером D, оптическая ось которой проходит через центр фотоактивной области ФЭ, выполненной в виде круга диаметром d, и соосный с ним вторичный концентратор, выполненный в виде четвертьволнового радиального градана диаметром, равным d, и высотой h1, установленный на расстоянии h2 от фронтальной поверхности линзы Френеля, при этом величины h1, h2, и D удовлетворяют соотношениям, мм:The problem is solved in that the solar photoelectric concentrator module includes a primary optical concentrator in the form of a Fresnel lens, with a linear size D, the optical axis of which passes through the center of the photoactive region of the FE made in the form of a circle with a diameter d, and a secondary concentrator coaxial with it made in in the form of a quarter-wave radial gradan with a diameter equal to d and a height h 1 installed at a distance h 2 from the front surface of the Fresnel lens, while the values of h 1 , h 2 , and D satisfy the relations m, mm:

h1=L/4;h 1 = L / 4;

h2=F;h 2 = F;

Figure 00000001
Figure 00000001

где: F - фокусное расстояние линзы Френеля, мм;where: F is the focal length of the Fresnel lens, mm;

L - характеристическая длина самофокусировки градиентной линзы, мм;L is the characteristic length of the self-focusing of the gradient lens, mm;

Na - числовая апертура градана.N a is the numerical aperture of the gradan.

На торцевые поверхности градана могут быть нанесены просветляющие диэлектрические покрытия.Translucent dielectric coatings can be applied to the end surfaces of the gradan.

Выбор значения высоты h1 определяется свойствами радиальных градиентных линз, внутри которых за счет радиального изменения показателя преломления происходит периодическая самофокусировка параллельного светового пучка в точках на оптической оси на расстоянии характеристической длины самофокусировки L. При этом при фокусировке светового пятна на приемный торец градана длиной L/4, сфокусированное излучение выходит через выходной торец градана в виде параллельного светового пучка.The choice of the value of height h 1 is determined by the properties of radial gradient lenses, inside of which, due to the radial change in the refractive index, the parallel light beam periodically self-focuses at points on the optical axis at a distance of the characteristic self-focusing length L. Moreover, when focusing the light spot on the receiving end of the gradian of length L / 4, focused radiation exits through the output end of the gradan in the form of a parallel light beam.

Для фокусировки солнечного излучения на приемном торце, четвертьволновой радиальный градан устанавливается соосно с линзой Френеля на расстоянии h2, равном фокусу линзы Френеля F.To focus the solar radiation on the receiving end, a quarter-wave radial hail is aligned with the Fresnel lens at a distance h 2 equal to the focus of the Fresnel lens F.

Для обеспечения оптического преобразования всех световых лучей внутри вторичного концентратора, выходной апертурный угол первичного концентратора, определяемый соотношением размера D линзы Френеля и ее фокусного расстояния F, устанавливается равным или меньшим входному апертурному углу градана, определяемому числовой апертурой Na.To ensure optical conversion of all light rays inside the secondary concentrator, the output aperture angle of the primary concentrator, determined by the ratio of the size D of the Fresnel lens and its focal length F, is set equal to or less than the input aperture angle of the gradan, determined by the numerical aperture N a .

Для снижения потерь линзы Френеля на отражение света на торцевые поверхности градана могут быть нанесены просветляющие диэлектрические покрытия.To reduce the loss of the Fresnel lens on the reflection of light, antireflective dielectric coatings can be applied to the end surfaces of the gradan.

Устройство настоящего солнечного фотоэлектрического концентраторного модуля поясняется чертежом, где схематично изображен солнечный фотоэлектрический концентраторный модуль с вторичным концентратором, выполненным в виде четвертьволнового радиального градана.The device of this solar photovoltaic concentrator module is illustrated in the drawing, which schematically depicts a solar photovoltaic concentrator module with a secondary concentrator, made in the form of a quarter-wave radial gradan.

Настоящий солнечный фотоэлектрический концентраторный модуль (см. чертеж) содержит ФЭ 1, фотоактивная область 2 которого выполнена в виде круга диаметром d, первичный оптический концентратор 3 в виде линзы Френеля с линейным размером D, оптическая ось 4 которой проходит через центр 5 фотоактивной области 2 ФЭ 1 и вторичный соосный с ним концентратор 6, выполненный в виде четвертьволнового радиального градана диаметром d, и высотой h1, установленный на расстоянии h2 от фронтальной поверхности 7 первичного оптического концентратора 3. Высота h1 установлена равной

Figure 00000002
характеристической длины самофокусировки градиентной линзы L. Высота h2 установлена равной фокусу линзы Френеля F. Размер D линзы Френеля и ее фокусное расстояние F выбраны такими, чтобы выполнялось соотношение:The present solar photoelectric concentrator module (see drawing) contains PV 1, the photoactive region 2 of which is made in the form of a circle of diameter d, the primary optical concentrator 3 in the form of a Fresnel lens with a linear size D, the optical axis 4 of which passes through the center 5 of the photoactive region 2 PV 1 and a secondary hub coaxial with it 6, made in the form of a quarter-wave radial gradan with a diameter d and a height h 1 installed at a distance h 2 from the front surface 7 of the primary optical hub 3. Height h 1 us equal to
Figure 00000002
the characteristic self-focusing length of the gradient lens L. The height h 2 is set equal to the focus of the Fresnel lens F. The size D of the Fresnel lens and its focal length F are chosen so that the relation:

Figure 00000003
Figure 00000003

где Na - числовая апертура градана. На торцевые поверхности градана могут быть нанесены просветляющие диэлектрические покрытия.where N a is the numerical aperture of the gradan. Translucent dielectric coatings can be applied to the end surfaces of the gradan.

При работе настоящего солнечного фотоэлектрического концентраторного модуля, ориентированного перпендикулярно солнечным лучам, солнечное излучение, попадающее на входную апертуру первичного оптического концентратора 3, фокусируется им на приемном торце 8 вторичного оптического концентратора 6, затем после изменения направления хода лучей во вторичном оптическом концентраторе 6, через выходной торец 9 вторичного оптического концентратора 6 в виде параллельного светового пучка направляется на фотоактивную область 2 ФЭ 1.When a real solar photoelectric concentrator module is oriented perpendicular to the sun's rays, the solar radiation incident on the input aperture of the primary optical concentrator 3 is focused by it on the receiving end 8 of the secondary optical concentrator 6, then after changing the direction of the rays in the secondary optical concentrator 6, through the output the end face 9 of the secondary optical concentrator 6 in the form of a parallel light beam is directed to the photoactive region 2 of FE 1.

При этом распределение концентрации солнечного излучения на поверхности фотоактивной области 2 ФЭ 1 более однородное, чем в фокальном пятне первичного оптического концентратора 3, происходит выравнивание интенсивности светового потока, а также уменьшается спектральная неоднородность излучения. Максимальные значения локальной концентрации солнечного излучения существенно ниже, чем при использовании в качестве вторичных оптических концентраторов 6 выпуклых линз. Уменьшение спектральной неоднородности излучения приводит к увеличению КПД преобразования света в трехкаскадном ФЭ за счет уменьшения латеральных токов между каскадами. Снижение максимальных значений локальной концентрации солнечного излучения приводит к уменьшению локального перегрева ФЭ. Более однородное распределение концентрации солнечного излучения по поверхности фотоактивной области ФЭ приводит к повышению надежности его работы, увеличению срока службы и увеличению эффективности преобразования солнечного излучения в электрическую энергию.In this case, the distribution of the concentration of solar radiation on the surface of the photoactive region 2 of the FE 1 is more uniform than in the focal spot of the primary optical concentrator 3, the intensity of the light flux is equalized, and the spectral inhomogeneity of the radiation decreases. The maximum values of the local concentration of solar radiation are significantly lower than when using 6 convex lenses as secondary optical concentrators. A decrease in the spectral inhomogeneity of the radiation leads to an increase in the efficiency of light conversion in a three-stage PV due to a decrease in the lateral currents between the cascades. A decrease in the maximum values of the local concentration of solar radiation leads to a decrease in the local overheating of the PV. A more uniform distribution of the concentration of solar radiation on the surface of the photoactive region of the PV leads to an increase in the reliability of its operation, an increase in the service life, and an increase in the efficiency of conversion of solar radiation into electrical energy.

Claims (8)

1. Солнечный фотоэлектрический концентраторный модуль, включающий первичный оптический концентратор в виде линзы Френеля, с линейным размером D, оптическая ось которой проходит через центр фотоактивной области фотоэлемента, выполненной в виде круга диаметром d, и соосный с ним вторичный концентратор, выполненный в виде четвертьволнового радиального градана диаметром d и высотой h1, установленный на расстоянии h2 от фронтальной поверхности линзы Френеля, при этом величины h1, h2, и D удовлетворяют соотношениям, мм:1. Solar photovoltaic concentrator module, comprising a primary optical concentrator in the form of a Fresnel lens, with a linear size D, the optical axis of which passes through the center of the photoactive region of the photocell, made in the form of a circle of diameter d, and a secondary concentrator coaxial with it, made in the form of a quarter-wave radial gradan with a diameter of d and a height of h 1 installed at a distance of h 2 from the front surface of the Fresnel lens, while the values of h 1 , h 2 , and D satisfy the relations, mm: H1=L/4;H 1 = L / 4; H2=F;H 2 = F;
Figure 00000004
Figure 00000004
где: F - фокусное расстояние линзы Френеля, мм;where: F is the focal length of the Fresnel lens, mm; L - характеристическая длина самофокусировки градиентной линзы, мм;L is the characteristic length of the self-focusing of the gradient lens, mm; Na - числовая апертура градана.N a is the numerical aperture of the gradan. 2. Модуль по п. 1, отличающийся тем, что на торцевые поверхности четвертьволнового радиального градана нанесены просветляющие диэлектрические покрытия.2. The module according to claim 1, characterized in that antireflective dielectric coatings are applied to the end surfaces of the quarter-wave radial hail.
RU2016145474A 2016-11-22 2016-11-22 Solar photovoltaic concentrator module RU2641627C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2016145474A RU2641627C1 (en) 2016-11-22 2016-11-22 Solar photovoltaic concentrator module

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2016145474A RU2641627C1 (en) 2016-11-22 2016-11-22 Solar photovoltaic concentrator module

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2641627C1 true RU2641627C1 (en) 2018-01-18

Family

ID=68235741

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2016145474A RU2641627C1 (en) 2016-11-22 2016-11-22 Solar photovoltaic concentrator module

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2641627C1 (en)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2740738C1 (en) * 2020-04-20 2021-01-20 Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Физико-технический институт им. А.Ф. Иоффе Российской академии наук Powerful concentrator photoelectric module
RU2817554C1 (en) * 2023-05-03 2024-04-16 Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Физико-технический институт им. А.Ф. Иоффе Российской академии наук Solar photovoltaic module with radiation concentrator

Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6717045B2 (en) * 2001-10-23 2004-04-06 Leon L. C. Chen Photovoltaic array module design for solar electric power generation systems
RU44002U1 (en) * 2004-11-02 2005-02-10 Алферов Жорес Иванович PHOTOELECTRIC MODULE (OPTIONS)
RU2307294C9 (en) * 2004-11-01 2007-12-27 Общество с ограниченной ответственностью "Русская Солнечная Компания" 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
RU2436192C1 (en) * 2010-06-28 2011-12-10 Российская Федерация, От Имени Которой Выступает Министерство Промышленности И Торговли Российской Федерации Photovoltaic module with nanostructure photocell
US20120073626A1 (en) * 2010-09-24 2012-03-29 Foxsemicon Integrated Technology, Inc. Light concentrator assembly and solar cell apparatus having same
WO2013098489A1 (en) * 2011-12-28 2013-07-04 Sunpartner Device for controlling the conversion of energy in thermal and photovoltaic hybrid solar concentrators

Patent Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6717045B2 (en) * 2001-10-23 2004-04-06 Leon L. C. Chen Photovoltaic array module design for solar electric power generation systems
RU2307294C9 (en) * 2004-11-01 2007-12-27 Общество с ограниченной ответственностью "Русская Солнечная Компания" Photoelectric module (modifications)
RU44002U1 (en) * 2004-11-02 2005-02-10 Алферов Жорес Иванович PHOTOELECTRIC MODULE (OPTIONS)
RU2395136C1 (en) * 2009-06-15 2010-07-20 Учреждение Российской академии наук Физико-технический институт им. А.Ф. Иоффе РАН Photovoltaic module
RU2436192C1 (en) * 2010-06-28 2011-12-10 Российская Федерация, От Имени Которой Выступает Министерство Промышленности И Торговли Российской Федерации Photovoltaic module with nanostructure photocell
US20120073626A1 (en) * 2010-09-24 2012-03-29 Foxsemicon Integrated Technology, Inc. Light concentrator assembly and solar cell apparatus having same
WO2013098489A1 (en) * 2011-12-28 2013-07-04 Sunpartner Device for controlling the conversion of energy in thermal and photovoltaic hybrid solar concentrators

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2740738C1 (en) * 2020-04-20 2021-01-20 Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Физико-технический институт им. А.Ф. Иоффе Российской академии наук Powerful concentrator photoelectric module
RU2817554C1 (en) * 2023-05-03 2024-04-16 Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Физико-технический институт им. А.Ф. Иоффе Российской академии наук Solar photovoltaic module with radiation concentrator

Similar Documents

Publication Publication Date Title
RU2611693C1 (en) Solar concentrator module
US9086227B2 (en) Method and system for light collection and light energy converting apparatus
CN101719738B (en) High-efficiency solar concentration photovoltaic system
CN102280511B (en) Dense array concentrating solar energy photovoltaic device
US20140326293A1 (en) Methods and apparatus for solar energy concentration and conversion
WO2014142650A1 (en) Concentrating solar panel with diffuse light conversion
CA2909757C (en) Adiabatic secondary optics for solar concentrators used in concentrated photovoltaic systems
CN101859806A (en) Fresnel cylindrical lens light-gathering solar photovoltaic power generation module
RU2436192C1 (en) Photovoltaic module with nanostructure photocell
CN101710803A (en) Solar concentrating generation device capable of realizing surplus heat utilization
Yin et al. A spectral splitting planar solar concentrator with a linear compound parabolic lightguide for optical fiber daylighting
RU2641627C1 (en) Solar photovoltaic concentrator module
US8684545B2 (en) Light concentration apparatus, systems and methods
CN101170291A (en) A solar device with parallel refraction lens
CN204794873U (en) Thermoelectric cogeneration system of high spotlight photovoltaic power generation and component structure thereof
KR20220009664A (en) Hybrid TIR Fresnel Lens device to maximize the Power generation efficiency of Solar power generation system and Manufacturing method thereof
RU2436193C1 (en) Photovoltaic concentrator module
RU2496181C1 (en) Photoelectric concentrator submodule
US9039213B2 (en) Light concentration apparatus, systems and methods
CN103411754A (en) Method for measuring distribution of intensity of light spots of reflecting type concentrating photovoltaic condenser
CN201681948U (en) Secondary optical lens used in focusing solar cell
TW201320363A (en) Condenser lens and solar power generation system
RU197957U1 (en) Concentrator photoelectric module with adjustable secondary optics
RU2740738C1 (en) Powerful concentrator photoelectric module
CN118041223B (en) Wide-angle high-power condensation system