СОЛНЕЧНЫЙ КОНЦЕНТРАТОР ДЛЯ ФОТОЭЛЕКТРИЧЕСКИХ МОДУЛЕЙ

Техническое решение относится к области солнечной энергетики и может быть использовано для повышения характеристик мощности серийных фотоэлектрических модулей.
Известные разработки солнечных установок с концентраторами ГЕУ-1,5 и ГЕУ-250 (журнал «Интеграл» №2 (22) март-апрель 2005г.) с коэффициентом концентрации 1,5. Их недостатком является невысокий коэффициент концентрации и трудоемкость исполнения, потому что концентратор встроен в уже готовую конструкцию, поэтому нет возможности установки их на уже изготовленных серийных фотоэлектрических модулях.
Известна панель солнечной батареи с концентратором (Патент РВ RU 282271), выбранная в качестве прототипа. Концентратор панели солнечной батареи состоит из четырех боковых отображающих поверхностей, расположенных по две с каждой стороны фотоэлектрической панели. Отражающийся поток от отдельного концентратора падает на рабочую поверхность модуля. Однако при работе в природных условиях в этой конструкции не учитывается взаимное гашение потоков солнечных лучей от отражающих поверхностей. При четырех отражающих поверхностях этот эффект будет намного существеннее, чем при использовании одного или двух отражателей. В результате возможна неравномерность освещенности приёмной панели.
Недостатком этого концентратора является:
трудоемкость исполнения, связанная с необходимостью установки четырех отражающих поверхностей под определенными углами друг к другу и к плоскости приемной поверхности; лишняя затрата материала на установку других отражающих поверхностей, имеющих площади, которые значительно превышают размеры отражателей, непосредственно примыкающих к сторонам приемной панели.
В основу полезной модели поставлена задача усовершенствовать конструкцию солнечного концентратора путем упрощения конструкции и расширения потребительских способностей, что обеспечивает их использование для работы с серийными фотоэлектрическими модулями.
Поставленная задача решается тем, что солнечный концентратор для фотоэлектрических модулей, включающий приёмную поверхность и две плоские отражающие поверхности одинакового размера, согласно полезной модели, плоские отражающие поверхности, расположенные под углом 55°-65° к приемной поверхности,
обеспечивают упрощение конструкции при сохранении характеристик мощностей фотоэлектрических модулей.
На фиг.1 и Фиг.2 показан вид сверху в раскрытом виде и вид сбоку плоского концентратора для фотоэлектрического модуля, на Фиг.З показан ход лучей в плоском концентраторе.
Концентратор представляет собой (Фиг. 1) линейную конструкцию, состоящую из приемной поверхности 1, плоских отражателей 2, расположенных под углом к приемной поверхности фотоэлектрического модуля. Размеры и площадь поверхности модуля и обоих концентраторов одинаковые. При равной площади отражающих панелей и приёмной поверхности наиболее оптимальный угол установки отвечает значению 60°. Соответственно, при перпендикулярном падении солнечных лучей на приёмную поверхность, ширина площади падения увеличивается с каждой с боковых сторон на а/2 (см. Фиг. 2). Характеристики модуля определяются освещенностью его приемной поверхности, отклонения отражающих поверхностей от оптимального угла (60°±5°), дают уменьшение исходящей мощности фотоэлектрической батареи (Фиг.2).
Принцип действия солнечного концентратора основан на отражении потока солнечного излучения от отражающих поверхностей 2 на рабочую поверхность 1 фотоэлектрического модуля. Солнечные элементы батареи преобразуют в электрическую энергию диапазон длин волн солнечного спектра как прямого, так и отражающего излучения. В итоге происходит усиление освещенности приёмной панели электрического модуля и увеличение характеристик мощности.
Пример.
Рабочая поверхность 1 фотоэлектрического модуля имеет плоскую прямоугольную форму и размещена перпендикулярно к солнечным лучам. Для создания отражающего концентратора поверхности, 2 были покрыты фольгой, отражающей свет. Поток лучевой энергии, отраженный от поверхностей, отражающие концентраторы 2 равномерно распределяют по всей поверхности модуля. В результате использования плоского солнечного концентратора значительно повышается мощность солнечной батареи. Коэффициент концентрации равняется 2.
Освещённость панели фотоэлектрического модуля и как следствие значение его исходящей мощности прямо пропорциональны косинусу угла падения солнечных лучей на приёмную поверхность. Также освещённость отражающих поверхностей и, соответственно поток отраженных лучей на рабочую поверхность модуля, прямо зависят от интенсивности солнечного излучения и косинуса угла падения лучей на боковые панели концентратора.
Запишем формулу для освещённости отражающей боковой панели концентратора:
Су
ПЛОСКИХ отражателей ~~ lOCOSp,
где 1о - интенсивность солнечного излучения, (3 - угол падения лучей на боковую поверхность концентратора.
Формула для освещённости приёмной рабочей панели фотоэлектрического модуля, полученная за счет солнечных лучей, отражаемых от боковой поверхности концентратора, запишется таким образом:
=
•Ь приемной поверхности  Г)Ь плоских отражателей COSp,
ГДе П - Коэффициент Отражения ОТ боКОВОЙ ЗеркалЬНОЙ панели,
Е плоских отражателей -
освещенность отражающей боковой панели концентратора, |3 - угол падения лучей, отраженных от боковой поверхности концентратора на приёмную поверхность фотоэлектрического модуля.
Потому что мощность, производимая фотоэлектрическим модулем, примерно прямо пропорциональна освещённости его приемной поверхности, и по формулам 1 и 2, зная отклонение угла падения, можно определить изменения освещённости рабочей панели модуля и, соответственно его мощность. Значение косинуса угла 30 составляет 0,866, при изменении значения угла на 1° значение освещенности и соответственно исходящей мощности модуля изменяется около 1%. Для фотоэлектрических модулей точность больше 1% практически не используется. Современный допуск по характеристикам мощности при производстве фотоэлектрических модулей составляет не более 5%. Допуская, что коэффициент отражения от поверхностей концентратора максимальный (близок к единице), значения косинуса должны находиться в пределах 0,823<а <0,909 или 25°< а <35°. Таким образом действительно условие: а= 60° ± °5°.
§г
=
=
Рассмотрим ход лучей в концентраторе для фотоэлектрического модуля (Фиг.З). При перпендикулярном падении лучей на рабочую поверхность модуля и значении угла а, равному 60°, площади, отражающих боковых и принимающих поверхностей образуют прямоугольные треугольники со сторонами равными а и а/2. Углы падения р равны углам отражения (Зг, а углы Р и Рз, равны как вертикальные. При этом углы и Рз равны, как углы, что находятся в основании равнобедренного треугольника. Причем, так как оптимальный угол а составляет 60°, то угол Рз прямоугольного треугольника равняется 30°. Отсюда действительно уравнение, что при а=60°; Р= Р1=Р2Рз30°, соответственно косинус а=1/2, а косинусы всех углов Р равны 3/2.
Заявленное решение просто в исполнении, позволяет снизить себестоимость серийно выпускаемых фотоэлектрических модулей за единицу производимой мощности.
Это ведет к снижению стоимости солнечных электрических установок, необходимых для обеспечения потребителей.