СОЛНЕЧНАЯ БАТАРЕЯ С УВЕЛИЧИТЕЛЬНЫМ СТЕКЛОМ

Полезная модель относится к области солнечной энергетики наземного применения и может найти применение в устройствах солнечных батарей, предназначенных для электроснабжения домов, коттеджей, зданий сельскохозяйственного и промышленного назначения, а также автомобилей, самолетов, дирижаблей, космических кораблей и спутников.
При использовании солнечных батарей требуется получать максимальную мощность с единичной площади фотоактивной поверхности. Эта цель может быть достигнута путем увеличения плотности светового потока на фотоэлектрические преобразователи. Одним из средств, решающим данную задачу, является концентратор, устанавливаемый на панель солнечной батареи.
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.
Наиболее близким техническим решением к заявляемой полезной модели является конструкция панели солнечной батареи по патенту RU №2282271, которая выбрана в качестве прототипа.
В отличие от предыдущих конструкций отражатели выполнены в виде составного концентратора, состоящего из двух отражателей, с одной или более сторон панели солнечной батареи.
Недостатком является то, что в данном случае 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, так как изменение положения отражателей в течение дня не предусмотрено.
Задачей полезной модели является повышение эффективности за счет увеличения коэффициента концентрации солнечных лучей за счет использования увеличительного стекла.
Технический результат полезной модели: повышение коэффициента концентрации солнечных лучей на поверхности солнечной батареи и повышение выработки электроэнергии.
Сущность полезной модели: увеличительное стекло (линза), прикрепленное к солнечной батарее с помощью регулируемого соединения, выполнено из стекла или пластмассы толщиной 1,0-2,5, мм, и установлено с возможностью изменения расстояния и угла наклона линзы к панели таким образом, чтобы потоки солнечного света, проходящие через увеличительное стекло, равномерно падали на поверхность солнечной батареи.
При использовании одного увеличительного стекла с одной стороны панели (или нескольких увеличительных стекол) солнечной батареи, установленного с возможностью изменения угла наклона по отношению к панели на регулируемых соединениях, при увеличении/уменьшении угла размещения увеличительного стекла по отношению к панели и расстояния установки (расстояние между тыльной поверхностью увеличительного стекла и плоскостью панели солнечной батареи) в зависимости от угла падения солнечных лучей на поверхность солнечной батареи, увеличивается коэффициент концентрации, коэффициент полезного действия и эффективность солнечной батареи.
Поставленная цель достигается предлагаемой солнечной батареей с увеличительным стеклом, содержащей солнечную панель и одно или несколько увеличительных стекол, установленных над панелью, причем увеличительное стекло прикреплено к солнечной батарее с помощью регулируемых соединений и выполнено из стекла или пластмассы толщиной 1,0-2,5 мм и установлено с возможностью изменения расстояния и угла наклона увеличительного стекла к панели в течение суток таким образом, чтобы потоки солнечного света, проходящие через увеличительное стекло, равномерно падали на поверхность панели солнечной батареи, при этом расстояние от увеличительного стекла до панели солнечной батареи выбирается с расчетом, чтобы исключить такую концентрацию солнечных лучей на поверхности панели, которая может вызвать ее повреждение. Солнечная батарея снабжена микроэлектродвигателем, соединенным с увеличительным стеклом передаточным механизмом. Увеличительное стекло снабжено системой нагрева для борьбы с наледью и снегом, например, в виде сетки из электропроводящего материала. Управление работой микроэлектродвигателя и системой нагрева производится с помощью компьютерной программы, учитывающей время года, время суток, дату, погодные условия, температуру воздуха, географические координаты места установки панели. Площадь увеличительного стекла составляет от 1,0 до 2,0 площади панели. Панель солнечной батареи снабжена также кондиционером, предназначенным для охлаждения, при этом в случае нагрева ее солнечными лучами до температуры свыше 100°С.
Полезная модель иллюстрируется чертежами, где на фиг.1 изображена принципиальная схема предлагаемой панели солнечной батареи с увеличительным стеклом, на фиг. 2 - панель с увеличительным стеклом, расположенным под углом.
Солнечной батареи с увеличительным стеклом (фиг. 1-2) содержит панель солнечной батареи 1, к которой посредством регулируемых соединений 3 (например, шарнирных или телескопических) прикреплено увеличительное стекло 2. Для уменьшения световых потерь увеличительное стекло выполнено из тонкого стекла или прозрачной пластмассы толщиной 1,0-2,5 мм. Для борьбы с наледью и снегом стекло 3 снабжено системой нагрева 8 в виде металлической медной сетки, расположенной под отражательной поверхностью. Увеличительное стекло 2 посредством передаточных механизмов 6 соединено с микроэлектродвигателем 4, который по команде компьютера поворачивает увеличительное стекло 2 вокруг регулируемого соединения 3 и изменяет угол наклона увеличительного стекла и расстояние его относительно панели 1. Управление работой микроэлектродвигателей 4, системой кондиционирования 7 и системой нагрева 8 производится с помощью компьютерной программы, учитывающей время года, время суток, дату, погодные условия, температуру воздуха, географические координаты места установки панели. Суммарная площадь увеличительного стекла составляет от 1,0 до 2,0 площади панели и зависит в основном от наличия свободного места. При установке панели на земле площадь увеличительного стекла может быть больше, при установке панели на крыше дома - меньше. Указанный интервал является оптимальным. Солнечные лучи могут падать на панель 1 под разными углами. Благодаря тому, что поверхность увеличительного стекла является криволинейной и его площадь поверхности больше площади поверхности плоской панели, использование увеличительного стекла позволяет увеличить фотоактивную поверхность и направить на солнечную панель больший световой поток. При падении вертикальных солнечных лучей 5 панель 1 может нагреться до высоких температур (свыше 150°С), что может привести к выходу панели из строя. Для охлаждения панели в таких случаях используется система кондиционирования 7, например, в виде трубок с циркулирующей водой. Такая система является необходимой при использовании солнечной батареи в южных широтах. При падении солнечных лучей 5 под углом к панели 2 они проходят через увеличительное стекло 2, отклоняются в нужном направлении и в виде лучей 6 падают на панель 1 (фиг. 2). Возможна конструкция солнечной батареи с использованием нескольких увеличительных стекол меньшего размера (на чертежах не показана).
Использование предлагаемой полезной модели позволяет снизить требуемую площадь солнечных элементов при эквивалентной мощности солнечной батареи, повысить эффективность и снизить стоимость солнечных батарей, что особенно важно при использовании для бытовых целей.