фотоэлектрический солнечный модуль с системой плоских зеркальных концентратов для управления положением солнечных фотоэлектрических станций

Формула изобретения

Фотоэлектрический солнечный модуль с системой плоских зеркальных концентраторов для управления положением солнечных фотоэлектрических станций, содержащий фотоэлектрический солнечный модуль с двухсторонней чувствительностью с вмонтированными в него двумя фотоэлектрическими солнечными элементами с односторонней чувствительностью, направленными в противоположные стороны, электронный коммутатор, выход которого соединен с входом исполнительного механизма станции, два плоских зеркальных концентратора и экраны, отличающийся тем, что в модуле установлены два плоских зеркальных концентратора: один под углом 45 градусов к плоскости модуля; другой параллельно плоскости модуля или под углом 45 градусов, и экраны для предотвращения паразитной засветки модуля, размеры и положение зеркальных концентраторов и экрана в модуле выбраны таким образом, что они обеспечивают существенный рост вырабатываемой модулем электрической мощности при малых углах расположения Солнца к плоскости модуля, как в режиме слежения станции за положением Солнца, так и в режиме поворота станции утром с запада на восток.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к гелиотехнике и может найти применение в фотоэлектрических солнечных электростанциях для преобразования солнечной энергии в электрическую.

Известна гребенчатая фотоэлектрическая станция с линейным концентратором, где за положением Солнца и управлением положения станции по азимуту, а также поворотом ее утром с запада на восток следят два односторонних фотоэлектрических модуля (рекламный проспект фирмы TRAXLE, http://www.traxle.cz).

Известен фотоэлектрический солнечный модуль с двухсторонней чувствительностью с вмонтированными в него двумя фотоэлектрическими элементами с односторонней чувствительностью, который осуществляет слежение за положением Солнца и управление положением солнечной фотоэлектрической станции (заявка на изобретение № 2009144081/062708 от 27.11.2009 г. «Фотоэлектрический солнечный модуль для слежения за положением Солнца и управления ориентацией солнечных фотоэлектрических модулей».

Недостатком описанных выше конструкций является неэффективное использование фотоэлектрических солнечных элементов в модуле, вырабатывающих сигналы управления для питания исполнительного механизма наведения фотоэлектрической станции на Солнце. Неэффективное использование фотоэлектрических солнечных элементов вызвано тем, что как в режиме слежения за Солнцем, так и в режиме поворота станции утром с запада на восток, работа этих элементов происходит при малых углах их расположения по отношению к Солнцу. Так, в режиме слежения за Солнцем этот угол составляет 3-10 градусов, а в режиме поворота (в момент начала движения и подхода к конечной точке) - 15-25 градусов. Учитывая, что солнечная инсоляция, падающая на модуль, пропорциональна синусу угла падения солнечных лучей на модуль, эффективность использования фотоэлектрических солнечных элементов в данном случае составляет в режиме слежения менее 17%, а в режиме поворота менее - 26% от их пиковой мощности.

Технический результат предложенного изобретения заключается в том, что благодаря введению в состав фотоэлектрического модуля двух плоских зеркальных концентраторов удается существенно повысить мощность, вырабатываемую модулем для питания исполнительного механизма поворота солнечной фотоэлектрической станции. При сокращении количества элементов модуля в два раза чувствительность его к уровню солнечной инсоляции возрастает в 1,8-2,0 раза, а себестоимость изготовления модуля снижается на 20-25%.

Предлагаемый фотоэлектрический солнечный модуль с системой плоских зеркальных концентраторов для управления положением солнечных фотоэлектрических станций содержит фотоэлектрический солнечный модуль с двухсторонней чувствительностью с вмонтированными в него двумя фотоэлектрическими солнечными элементами с односторонней чувствительностью, направленными в противоположные стороны, электронный коммутатор, выход которого соединен с входом исполнительного механизма станции, два плоских зеркальных концентратора и экраны, согласно изобретению, в модуле установлены два плоских зеркальных концентратора: один под углом 45 градусов к плоскости модуля; другой параллельно плоскости модуля или под углом 45 градусов и экраны для предотвращения паразитной засветки модуля, размеры и положение зеркальных концентраторов и экрана в модуле выбраны таким образом, что они обеспечивают существенный рост вырабатываемой модулем электрической мощности при малых углах расположения Солнца к плоскости модуля, как в режиме слежения станции за положением Солнца, так и в режиме поворота станции утром с запада на восток.

Технический результат достигается следующим образом.

1. Фотоэлектрический солнечный модуль для слежения за положением Солнца по азимуту и поворота утром фотоэлектрической солнечной станции с запада на восток.

Данный тип фотоэлектрических солнечных модулей устанавливается на солнечной фотоэлектрической станции вдоль оси вращения станции под углом около 5 градусов на восток к вертикальной оси станции, направленной на Солнце. В этом случае траектория движения Солнца по отношению к модулю утром при повороте станции с запада на восток выглядит как кривая 8 на фигуре 1. На фигуре 1: - угол слежения (обзора) станции за положением Солнца; - начальный угол поворота станции утром с запада на восток; - конечный угол поворота утром станции с запада на восток. В момент начала движения станции утром Солнце находится в позиции I под углом к лицевой стороне модуля 1 и к плоскому зеркальному концентратору 6. Отраженный луч от плоского зеркального концентратора 6 под этим же углом попадает на тыльную сторону модуля, увеличивая тем самым вырабатываемый модулем ток. Расстоянием от модуля до плоского зеркального концентратора 6, а также длиной зеркального концентратора 6 можно добиться угла освещения стороны модуля 2 в пределах от 20 до 40 градусов. Угла 40 градусов достаточно для надежной работы станции от освещения Солнцем только лицевой стороны модуля 1. При подходе Солнца к позиции II лучи солнца начинают попадать на зеркальный концентратор 5 и отражаться от него на тыльную сторону модуля 2, увеличивая тем самым вырабатываемый ток. В режиме слежения станции за положением Солнца оно находится постоянно в близи позиции III. При этом лучи отражаются от зеркального концентратора 5 и попадают на тыльную сторону 2 модуля практически под углом 90 градусов, что позволяет значительно повысить рабочий ток. Для предотвращения паразитной засветки в момент подхода Солнца к позиции II фотоэлектрических солнечных элементов 3, осуществляющих слежение за солнцем, в модуле установлен экран 7. Экран 7 установлен под наклоном к плоскости модуля таким образом, чтобы с одной стороны обеспечить максимальный обзор элементов 3 в сторону позиции III, а с другой - создать минимальные потери освещения фотоэлектрических солнечных элементов 4, управляющих через электронный блок коммутаторов 10 исполнительным механизмом станции 9. Плоский зеркальный концентратор 5 дает наилучший результат при установке его под углом 45 градусов к плоскости модуля, а плоский зеркальный концентратор 6 - параллельно плоскости модуля. Допустима установка этих зеркальных концентраторов под другими углами.

2. Фотоэлектрический солнечный модуль для слежения за положением солнца по углу места.

Данный тип фотоэлектрических солнечных модулей устанавливается на солнечной фотоэлектрической станции перпендикулярно оси вращения станции и вертикальной оси станции, направленной на Солнце. В этом случае плоский зеркальный концентратор 6 необходимо установить с противоположной стороны фотоэлектрического солнечного модуля от плоского зеркального концентратора 5 под углом 45 градусов к плоскости модуля, а также установить два экрана 7, предотвращающих паразитную засветку элементов 3. Также как и в первом случае солнечные лучи будут попадать на элементы 4 под углом, близким к 90 градусам, что позволяет значительно повысить рабочий ток модуля, смотри фигуру 2.

Таким образом, в обоих случаях введение в модуль двух плоских зеркальных концентраторов 5 и 6 и экранов 7 позволяет значительно повысить эффективность работы модуля.