Устройство для получения электрической и тепловой энергии с помощью фотоэлектрических преобразователей

Полезная модель относится к области гелиотехники и позволяет преобразовывать солнечную энергию в электрическую и тепловую. Устройство для получения электрической и тепловой энергии с помощью фотоэлектрических преобразователей состоит из первой внешней и второй внутренней поверхностей, выполненных в форме призм. Внутренняя сторона первой поверхности представляет собой рефлектор, обращенный к наружной стороне второй поверхности, и имеет зеркальное покрытие для отражения излучения на фотоэлектрические преобразователи, расположенные на внешней части второй поверхности. Внутренняя часть устройства представляет собой бак-охладитель, в котором циркулирует теплоноситель, в торцевых частях бака расположены патрубки для обеспечения подвода и отвода теплоносителя. Стенки призмы выполнены из материала с высокой теплопроводностью. На внешних сторонах второй поверхности расположены фотоэлектрические преобразователи. Фотоэлектрические преобразователи могут соединяться последовательно, параллельно или смешанно для получения необходимых параметров по току и напряжению. Обе поверхности скреплены между собой с помощью соединений, обеспечивающих жесткость и прочность конструкции. Техническим результатом использования устройства за счет покрытия фотоэлектрическими преобразователями верхней стороны внутренней поверхности устройства, использования поверхностей призменной формы в качестве бака-охладителя, а также применения системы слежения за солнцем является повышение КПД преобразования энергии солнечного излучения в электрическую.

Полезная модель относится к области гелиотехники и используется для преобразования солнечной энергии в электрическую и тепловую.

Известен энергетический модуль (2028557, RU, МПК F24J 2/12, F24J 2/14, H01L 31/052, опубликован 09.02.1995), содержащий концентратор излучения с вогнутой поверхностью, установленный в его фокусе приемник излучения на солнечных элементах с системой теплоотвода и устройство слежения за солнцем, вогнутая поверхность концентратора снабжена солнечными элементами, при этом угол раскрытия концентратора не превышает 80°

Существенный недостаток данного модуля - необходимость применения гибких фотоэлементов для покрытия вогнутой поверхности концентратора и низкий коэффициент полезного действия (КПД) гибких фотоэлементов на вогнутой поверхности концентратора, ограничивает сферу его применения.

Наиболее близким по технической сущности является концентратор световой энергии для солнечных батарей (122526, RU, МПК H01L 31/052, опубликован 27.11.2012), принятый за прототип. Концентратор состоит из соосно расположенных первой и второй конических либо вписанных в конические поверхностей с углом при вершине 90°. Основания конусных поверхностей лежат на одной плоскости, которая конструктивно перпендикулярна к солнечному световому потоку. Первая внешняя поверхность и вторая внутренняя поверхность скреплены между собой, при этом на наружной стороне второй поверхности расположена совокупность фотоэлектрических преобразователей, а внутренняя сторона первой поверхности представляет собой рефлектор, обращенный к наружной стороне второй поверхности Задачей данной полезной модели является создание устройства с более высоким КПД за счет установки дополнительных фотоэлектрических преобразователей, их охлаждения, и системы слежения за солнцем.

Это достигается тем, что в предлагаемом устройстве, включающем первую внешнюю поверхность и вторую внутреннюю поверхность, скрепленные между собой, при этом на наружной стороне второй поверхности расположена совокупность фотоэлектрических преобразователей, а внутренняя сторона первой поверхности представляет собой рефлектор, обращенный к наружной стороне второй поверхности, в отличие от прототипа обе поверхности выполнены в форме призм, причем стенки второй поверхности выполнены из материала с высокой теплопроводностью, а на верхней стороне дополнительно установлены фотоэлектрические преобразователи, внутренняя часть устройства представляет собой бак-охладитель с входным и выходным патрубками и циркулирующим в нем теплоносителем. Внутренняя часть первой поверхности имеет зеркальное покрытие для отражения солнечного излучения на фотоэлектрические преобразователи. Устройство дополнительно содержит систему слежения за солнцем, используемую для ориентации устройства перпендикулярно направлению падения излучения и включающую системы управления, вращения и поддерживающую конструкцию.

Покрытие фотоэлектрическими преобразователями верхней стороны внутренней поверхности устройства позволяет повысить КПД устройства за счет повышения его электрической мощности при неизменной мощности потока солнечного излучения и неизменной площади верхней стороны устройства. Использование поверхностей призменной формы позволяет создать бак-охладитель для поддержания КПД фотоэлектрических преобразователей за счет предотвращения повышения их температуры. Применение системы слежения за солнцем позволяет повысить КПД устройства за счет увеличения суточного количества вырабатываемой устройством электроэнергии.

На фиг. 1 представлен вид устройства сверху.

На фиг. 2 представлен вид устройства сбоку.

Устройство для получения электрической и тепловой энергии с помощью фотоэлектрических преобразователей состоит из первой внешней и второй внутренней поверхностей, выполненных в форме призм (фиг. 1 и фиг. 2). Внутренняя сторона 1 первой поверхности имеет зеркальное покрытие (на рисунке не показано) для отражения излучения на фотоэлектрические преобразователи (на рисунке не показаны), расположенные на внешней стороне 2 второй поверхности.

Вторая поверхность представляет собой полую конструкцию призменной формы, в торцевых частях которой расположены патрубки 3 для обеспечения подвода и отвода теплоносителя. Стенки призмы выполнены из материала с высокой теплопроводностью.

На внешних сторонах второй поверхности расположены фотоэлектрические преобразователи, которые для улучшения условий теплоотвода и обеспечения лучшего теплового контакта прикреплены к внешним сторонам с помощью теплопроводящего материала. Фотоэлектрические преобразователи могут соединяться последовательно, параллельно или смешанно для получения необходимых параметров по току и напряжению.

На верхней стороне второй поверхности расположены дополнительные фотоэлектрические преобразователи.

Обе поверхности скреплены между собой с помощью соединений, обеспечивающих жесткость и прочность конструкции.

Устройство прикреплено к системе слежения за солнцем, состоящей из фундамента, опорной и поддерживающих конструкций, а также систем управления и вращения.

Устройство работает следующим образом. Солнечное излучение падает на устройство. Часть излучения непосредственно поглощается фотоэлектрическими преобразователями, расположенными на верхней стороне второй поверхности. Часть излучения отражается от зеркального покрытия внутренней стороны первой поверхности 1 на фотоэлектрические преобразователи, расположенные на внешних сторонах второй поверхности 2. При этом вырабатывается электроэнергия, часть которой может использоваться для питания системы слежения за солнцем. Фотоэлектрические преобразователи охлаждаются за счет циркуляции теплоносителя в баке-охладителе, образованным внутренней частью устройства, представляющей собой полую конструкцию призменной формы.

При облучении солнечным излучением фотоэлектрических преобразователей, они нагреваются, что приводит к снижению их КПД и, соответственно, снижению производительности устройства. Для устранения этого вторая поверхность покрыта теплопроводящим материалом, который через теплопроводящую стенку поверхности передает тепловую энергию теплоносителю, циркулирующему в баке-охладителе с последующей передачей отобранной тепловой энергии потребителю. При этом поддерживается КПД фотоэлектрических преобразователей и происходит более полное использование энергии. Бак-охладитель подключается к системе теплоснабжения с помощью патрубков 3.

Система слежения за солнцем ориентирует устройство таким образом, чтобы его верхняя часть была перпендикулярна солнечному излучению.

Техническим результатом использования устройства за счет покрытия фотоэлектрическими преобразователями верхней стороны внутренней поверхности устройства, использования поверхностей призменной формы в качестве бака-охладителя, а также применения системы слежения за солнцем является повышение КПД преобразования энергии солнечного излучения в электрическую.

1. Устройство для получения электрической и тепловой энергии с помощью фотоэлектрических преобразователей, включающее первую внешнюю поверхность и вторую внутреннюю поверхность, скрепленные между собой, при этом на наружной стороне второй поверхности расположена совокупность фотоэлектрических преобразователей, а внутренняя сторона первой поверхности представляет собой рефлектор, обращенный к наружной стороне второй поверхности, отличающееся тем, что обе поверхности выполнены в форме призм, причем стенки второй поверхности выполнены из теплопроводящего материала, а на верхней ее стороне дополнительно установлены фотоэлектрические преобразователи, внутренняя часть устройства представляет собой бак-охладитель с входным и выходным патрубками и циркулирующим в нем теплоносителем.

2. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что дополнительно содержит систему слежения за солнцем, используемую для ориентации устройства перпендикулярно направлению падения излучения и включающую системы управления и вращения, и поддерживающую конструкцию.