RU2557272C1 - Roofing solar panel - Google Patents
Roofing solar panel Download PDFInfo
- Publication number
- RU2557272C1 RU2557272C1 RU2014123409/03A RU2014123409A RU2557272C1 RU 2557272 C1 RU2557272 C1 RU 2557272C1 RU 2014123409/03 A RU2014123409/03 A RU 2014123409/03A RU 2014123409 A RU2014123409 A RU 2014123409A RU 2557272 C1 RU2557272 C1 RU 2557272C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- solar panel
- roofing
- semi
- housing
- angle
- Prior art date
Links
- 230000005855 radiation Effects 0.000 claims abstract description 18
- 230000001154 acute effect Effects 0.000 claims abstract description 9
- 238000000576 coating method Methods 0.000 claims abstract description 6
- 239000000463 material Substances 0.000 claims abstract description 6
- 239000011248 coating agent Substances 0.000 claims abstract description 5
- 239000011253 protective coating Substances 0.000 claims description 28
- 230000003287 optical effect Effects 0.000 claims description 26
- 239000002131 composite material Substances 0.000 claims description 7
- 229920003023 plastic Polymers 0.000 claims description 7
- 239000011521 glass Substances 0.000 claims description 5
- 239000000203 mixture Substances 0.000 claims description 4
- 229910000838 Al alloy Inorganic materials 0.000 claims description 3
- XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N aluminium Chemical compound [Al] XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 3
- 229910052782 aluminium Inorganic materials 0.000 claims description 3
- 229920001296 polysiloxane Polymers 0.000 claims description 3
- 229910045601 alloy Inorganic materials 0.000 claims description 2
- 239000000956 alloy Substances 0.000 claims description 2
- 239000000919 ceramic Substances 0.000 claims description 2
- 239000005357 flat glass Substances 0.000 claims description 2
- 239000004576 sand Substances 0.000 claims description 2
- 239000000565 sealant Substances 0.000 claims description 2
- 230000001681 protective effect Effects 0.000 abstract description 5
- 150000001875 compounds Chemical class 0.000 abstract 1
- 238000010276 construction Methods 0.000 abstract 1
- 230000000694 effects Effects 0.000 abstract 1
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract 1
- XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N Silicon Chemical compound [Si] XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 238000009434 installation Methods 0.000 description 3
- 239000004065 semiconductor Substances 0.000 description 3
- 229910052710 silicon Inorganic materials 0.000 description 3
- 239000010703 silicon Substances 0.000 description 3
- 238000005286 illumination Methods 0.000 description 2
- 238000007789 sealing Methods 0.000 description 2
- 240000006240 Linum usitatissimum Species 0.000 description 1
- 235000004431 Linum usitatissimum Nutrition 0.000 description 1
- 230000005540 biological transmission Effects 0.000 description 1
- 230000005611 electricity Effects 0.000 description 1
- 230000004907 flux Effects 0.000 description 1
- 238000013021 overheating Methods 0.000 description 1
- 239000005341 toughened glass Substances 0.000 description 1
- 238000002834 transmittance Methods 0.000 description 1
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L31/00—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
- H01L31/04—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof adapted as photovoltaic [PV] conversion devices
- H01L31/054—Optical elements directly associated or integrated with the PV cell, e.g. light-reflecting means or light-concentrating means
- H01L31/0543—Optical elements directly associated or integrated with the PV cell, e.g. light-reflecting means or light-concentrating means comprising light concentrating means of the refractive type, e.g. lenses
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L31/00—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
- H01L31/04—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof adapted as photovoltaic [PV] conversion devices
- H01L31/054—Optical elements directly associated or integrated with the PV cell, e.g. light-reflecting means or light-concentrating means
- H01L31/0547—Optical elements directly associated or integrated with the PV cell, e.g. light-reflecting means or light-concentrating means comprising light concentrating means of the reflecting type, e.g. parabolic mirrors, concentrators using total internal reflection
-
- H—ELECTRICITY
- H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
- H02S—GENERATION OF ELECTRIC POWER BY CONVERSION OF INFRARED RADIATION, VISIBLE LIGHT OR ULTRAVIOLET LIGHT, e.g. USING PHOTOVOLTAIC [PV] MODULES
- H02S20/00—Supporting structures for PV modules
- H02S20/20—Supporting structures directly fixed to an immovable object
- H02S20/22—Supporting structures directly fixed to an immovable object specially adapted for buildings
- H02S20/23—Supporting structures directly fixed to an immovable object specially adapted for buildings specially adapted for roof structures
- H02S20/25—Roof tile elements
-
- H—ELECTRICITY
- H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
- H02S—GENERATION OF ELECTRIC POWER BY CONVERSION OF INFRARED RADIATION, VISIBLE LIGHT OR ULTRAVIOLET LIGHT, e.g. USING PHOTOVOLTAIC [PV] MODULES
- H02S40/00—Components or accessories in combination with PV modules, not provided for in groups H02S10/00 - H02S30/00
- H02S40/40—Thermal components
- H02S40/44—Means to utilise heat energy, e.g. hybrid systems producing warm water and electricity at the same time
-
- Y—GENERAL 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
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02B—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO BUILDINGS, e.g. HOUSING, HOUSE APPLIANCES OR RELATED END-USER APPLICATIONS
- Y02B10/00—Integration of renewable energy sources in buildings
- Y02B10/10—Photovoltaic [PV]
-
- Y—GENERAL 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
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02B—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO BUILDINGS, e.g. HOUSING, HOUSE APPLIANCES OR RELATED END-USER APPLICATIONS
- Y02B10/00—Integration of renewable energy sources in buildings
- Y02B10/20—Solar thermal
-
- Y—GENERAL 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
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02B—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO BUILDINGS, e.g. HOUSING, HOUSE APPLIANCES OR RELATED END-USER APPLICATIONS
- Y02B10/00—Integration of renewable energy sources in buildings
- Y02B10/70—Hybrid systems, e.g. uninterruptible or back-up power supplies integrating renewable energies
-
- Y—GENERAL 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
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E10/00—Energy generation through renewable energy sources
- Y02E10/50—Photovoltaic [PV] energy
- Y02E10/52—PV systems with concentrators
-
- Y—GENERAL 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
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E10/00—Energy generation through renewable energy sources
- Y02E10/60—Thermal-PV hybrids
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Architecture (AREA)
- Civil Engineering (AREA)
- Structural Engineering (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
- Electromagnetism (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Computer Hardware Design (AREA)
- Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
- Power Engineering (AREA)
- Photovoltaic Devices (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к устройству кровельных панелей для крыш зданий и сооружений со встроенными солнечными модулями.The invention relates to a device for roofing panels for roofs of buildings and structures with integrated solar modules.
Известна кровельная панель с солнечной батареей, включающая несущее основание в виде криволинейной поверхности с размещенной на нем солнечной батареей на базе полупроводниковых фотоэлектрических преобразователей с электрокабелем токосъема. Солнечная батарея размещена на утопленной относительно верхней поверхности основания на глубину до 20 мм плоской площадке и зашита до верхней поверхности основания герметизирующей отверждающей композицией с уровнем пропускания светового излучения не менее 30% в диапазоне работы солнечной батареи (Пат. РФ №2194827, опубл. 20.12.2002).A known roofing panel with a solar battery, including a bearing base in the form of a curved surface with a solar battery placed on it based on semiconductor photoelectric converters with an electric current collection cable. The solar battery is placed on a flat platform recessed relative to the upper surface of the base to a depth of 20 mm and is sewn to the upper surface of the base with a sealing hardening composition with a transmittance of light radiation of at least 30% in the range of the solar battery (Pat. RF No. 2194827, publ. 20.12. 2002).
Недостатком известной кровельной панели является большой расход полупроводникового материала для фотопреобразователей и низкая мощность солнечной батареи из-за оптических потерь в герметизирующей композиции.A disadvantage of the known roofing panel is the high consumption of semiconductor material for photoconverters and the low power of the solar battery due to optical losses in the sealing composition.
Известна кровельная солнечная панель фирмы "HEDA Solar" (КНР), содержащая встроенные солнечные модули из четырех или восьми скоммутированных кремниевых солнечных элементов размером 156×156 мм или 125×125 мм. Кровельная солнечная панель имеет защитное покрытие из закаленного стекла и электрическую мощность 8-20 Вт, рабочее напряжение 1-2 В в зависимости от количества скоммутированных солнечных элементов (Проспект фирмы "HEDA Solar" www.hedasolar.com).The known solar roofing panel company "HEDA Solar" (PRC), containing built-in solar modules of four or eight commutated silicon solar cells with a size of 156 × 156 mm or 125 × 125 mm. The roofing solar panel has a protective coating of tempered glass and an electric power of 8-20 W, operating voltage of 1-2 V, depending on the number of connected solar cells (Prospectus of the company "HEDA Solar" www.hedasolar.com).
Недостатком известной кровельной солнечной панели является большой расход солнечного кремния для солнечных элементов и высокая стоимость.A disadvantage of the known roofing solar panel is the high consumption of solar silicon for solar cells and the high cost.
Известен солнечный модуль с концентратором солнечной энергии, установленный на крыше и фасаде здания, содержащий плоское защитное прозрачное ограждение и установленный на защитном прозрачном ограждении в фокусе линейно-фокусирующего цилиндрического концентратора приемник излучения в виде полосы, концентратор выполнен в виде несимметричного отражателя, состоящего из двух разновеликих частей, разделенных плоскостью симметрии, проходящей через вершину и фокальную ось отражателя, причем большая часть отражателя выполнена в виде половины параболоцилиндрического (в дальнейшем - полупараболоцилиндрического) отражателя, а меньшая часть - в виде кругового цилиндрического отражателя с радиусом, равным расстоянию от фокальной оси до вершины полупараболоцилиндрического отражателя, фокальная ось смещена к одной из сторон защитного ограждения, параллельно его основанию, и совпадает с краем полосы приемника излучения.Known solar module with a solar energy concentrator mounted on the roof and facade of the building, containing a flat protective transparent fence and mounted on a protective transparent fence in the focus of a linearly focusing cylindrical concentrator, a radiation receiver in the form of a strip, the concentrator is made in the form of an asymmetric reflector, consisting of two different-sized parts separated by a plane of symmetry passing through the apex and the focal axis of the reflector, with most of the reflector made in the form of floors the parabolic cylindrical (hereinafter referred to as the semi-parabolic) reflector, and the smaller part is in the form of a circular cylindrical reflector with a radius equal to the distance from the focal axis to the top of the semi-parabolic cylindrical reflector, the focal axis is shifted to one side of the protective fence, parallel to its base, and coincides with the edge radiation receiver bands.
Недостатком известного солнечного модуля является необходимость установки на крыше под солнечным модулем кровельного покрытия для защиты зданий и сооружений от внешних воздействий, что увеличивает стоимость зданий и сооружений.A disadvantage of the known solar module is the need to install a roof covering under the solar module to protect buildings and structures from external influences, which increases the cost of buildings and structures.
Другим недостатком известного модуля являются большие косинусные потери излучения, равные 1-cos (90°-2δ), где δ - параметрический угол концентратора, связанные с отклонением плоскости симметрии полупараболоцилиндрического отражателя от нормали к рабочей поверхности модуля, и оптические потери на пропускание в горизонтальных жалюзи с фацетами. Например, при апертурном угле φ=24° косинусные потери солнечного излучения составляют 1-cos 42°=0,257, т.е. 25,7%.Another disadvantage of the known module is the large cosine radiation loss equal to 1-cos (90 ° -2δ), where δ is the parametric angle of the concentrator associated with the deviation of the plane of symmetry of the semi-parabolic cylinder reflector from the normal to the working surface of the module, and optical transmission losses in horizontal blinds with facets. For example, at an aperture angle φ = 24 °, the cosine losses of solar radiation are 1-
Задачей изобретения является создание кровельной солнечной панели с высоким оптическим КПД и низким расходом полупроводникового материала и низкой стоимостью.The objective of the invention is the creation of a roofing solar panel with high optical efficiency and low consumption of semiconductor material and low cost.
Технический результат заключается в повышении эффективности использования солнечной энергии в кровельной солнечной панели и в снижении стоимости получения электрической энергии и теплоты.The technical result consists in increasing the efficiency of using solar energy in a roofing solar panel and in reducing the cost of generating electric energy and heat.
Указанный технический результат достигается тем, что в кровельной солнечной панели, установленной на наклонной крыше здания или сооружения, нормаль к поверхности крыши находится в меридиональной плоскости, содержащей корпус с внутренней полостью с защитным покрытием на рабочей поверхности, на которую падает солнечное излучение с углом входа лучей β0, и приемники из скоммутированных солнечных элементов, в полости корпуса 1 под защитным покрытием установлен составной концентратор, выполненный в виде прозрачной для излучения отклоняющей оптической системы из множества призм с острым углом Ψ между поверхностью входа и выхода лучей и нескольких полупараболоцилиндрических зеркальных отражателей с параметрическим углом δ, имеющих поверхности входа и выхода лучей, фокальные области всех полупараболоцилиндрических зеркальных отражателей смещены к нижней или верхней стороне кровельной солнечной панели, а приемники излучения из скоммутированных солнечных элементов установлены параллельно фокальной оси и перпендикулярно плоскости кровельной солнечной панели между фокальной осью и зеркальным покрытием каждого полупараболоцилиндрического зеркального отражателя, плоскости поверхности входа лучей отклоняющей оптической системы и плоскости поверхности входа лучей полупараболоцилиндрического зеркального отражателя параллельны плоскости защитного покрытия, а угол входа лучей β0, острый угол Ψ и коэффициент преломления n материала отклоняющей оптической системы связаны с параметрическим углом δ полупараболоцилиндрического зеркального отражателя следующим соотношением:The specified technical result is achieved by the fact that in the roofing solar panel mounted on the inclined roof of the building or structure, the normal to the roof surface is in the meridional plane containing the housing with an internal cavity with a protective coating on the working surface, onto which the solar radiation with an angle of entry of rays is incident β 0 , and receivers from commutated solar cells, in the cavity of the housing 1 under the protective coating, a composite concentrator is installed, made in the form of a deflecting transparent for radiation of the optical system of a plurality of prisms with an acute angle Ψ between the entrance and exit surfaces of the beams and several semi-parabolic cylindrical reflectors with a parametric angle δ having the surfaces of the entry and exit beams, the focal regions of all semi-parabolic cylindrical reflectors are shifted to the lower or upper side of the solar roof panel, and radiation receivers from commutated solar cells are installed parallel to the focal axis and perpendicular to the plane of the roofing solar panel between the foc Flax axis and the mirror coating each poluparabolotsilindricheskogo specular reflector surface plane of the entrance beam deflecting optical system and the plane of the surface of entrance ray poluparabolotsilindricheskogo specular reflector parallel to the plane of the protective coating, and the angle input ray β 0, acute angle Ψ and the refractive index n of the material of the deflection optical system associated with the parametric angle δ of the semi-parabolic cylindrical mirror reflector as follows:
В варианте кровельной солнечной панели корпус кровельной солнечной панели выполнен из ударопрочной пластмассы.In a variant of the roofing solar panel, the housing of the roofing solar panel is made of impact-resistant plastic.
В другом варианте кровельной солнечной панели корпус кровельной солнечной панели выполнен из керамики.In another embodiment of the roofing solar panel, the housing of the roofing solar panel is made of ceramic.
Еще в одном варианте кровельной солнечной панели корпус кровельной солнечной панели выполнен из смеси песка и пластмассы.In yet another embodiment of the roofing solar panel, the housing of the roofing solar panel is made of a mixture of sand and plastic.
В варианте кровельной солнечной панели внутренние полости корпуса отформованы для размещения защитного покрытия полупараболоцилиндрических зеркальных отражателей, отклоняющей оптической системы и приемников из скоммутированных солнечных элементов.In a variant of a roofing solar panel, the internal cavities of the housing are molded to accommodate a protective coating of semi-parabolic cylindrical reflectors, a deflecting optical system and receivers from commutated solar cells.
В варианте кровельной солнечной панели защитное покрытие выполнено в виде оптической отклоняющей системы.In the variant of the roofing solar panel, the protective coating is made in the form of an optical deflecting system.
В варианте кровельной солнечной панели полупараболоцилиндрические зеркальные отражатели выполнены из плоских стеклянных зеркальных фацет, плоскости которых параллельны фокальной оси, а ширина стеклянных зеркальных фацет в меридиональной плоскости соизмерима или превышает ширину приемника из скоммутированных солнечных элементов.In the variant of the roofing solar panel, semi-parabolic cylindrical reflectors are made of flat glass mirror faces, the planes of which are parallel to the focal axis, and the width of the glass mirror faces in the meridional plane is commensurate with or exceeds the width of the receiver from the connected solar cells.
В другом варианте кровельной солнечной панели полупараболоцилиндрические зеркальные отражатели выполнены из полированного листового алюминиевого сплава.In another embodiment of the roofing solar panel, semi-parabolic cylindrical reflectors are made of polished aluminum sheet alloy.
В варианте кровельной солнечной панели полупараболоцилиндрические зеркальные отражатели из полированного листового алюминиевого сплава имеют плоские отформованные участки, параллельные фокальной оси, а ширина этих участков в меридиональной плоскости соизмерима или превышает ширину приемника из скоммутированных солнечных элементов.In the variant of the roofing solar panel, semi-parabolic cylindrical reflectors made of polished sheet aluminum alloy have flat shaped sections parallel to the focal axis, and the width of these sections in the meridional plane is comparable to or greater than the width of the receiver from commutated solar cells.
В варианте кровельной солнечной панели боковые стенки внутренних формообразующих полостей корпуса для размещения полупараболоцилиндрических зеркальных отражателей расположены в меридиональной плоскости и снабжены зеркальным отражающим покрытием.In a variant of the roofing solar panel, the side walls of the internal forming cavities of the housing for accommodating semi-parabolic cylindrical reflectors are located in the meridional plane and are provided with a reflective coating.
В варианте кровельной солнечной панели в корпусе перпендикулярно плоскости защитного покрытия выполнены щели, проходящие через фокальные оси полупараболоцилиндрических зеркальных отражателей, в указанные щели на герметике установлены дополнительные защитные покрытия из стекла или прозрачного пластика, между дополнительными защитными покрытиями и корпусом установлены приемники из скоммутированных солнечных элементов.In the variant of the roofing solar panel, slots are made in the housing perpendicular to the plane of the protective coating, passing through the focal axes of the semi-parabolic cylindrical reflectors, additional protective coatings of glass or transparent plastic are installed in the specified slots on the sealant, receivers from commutated solar cells are installed between the additional protective coatings and the housing.
В варианте кровельной солнечной панели каждое пространство между дополнительными защитными покрытиями и корпусом, в которых размещены приемники из скоммутированных солнечных элементов, заполнено прозрачным силиконовым гелем.In the variant of the roofing solar panel, each space between the additional protective coatings and the housing, in which the receivers from the switched solar cells are placed, is filled with a transparent silicone gel.
В варианте кровельной солнечной панели внутри корпуса выполнены панели для кабельного соединения приемников из скоммутированных солнечных элементов к коммутационной коробке, которая установлена в полости корпуса между полупараболоцилиндрическими зеркальными отражателями с обратной стороны кровельной солнечной панели и снабжена токопроводящим кабелем для коммутации с другими кровельными солнечными панелями.In a variant of a roofing solar panel, inside the case there are panels for cable connection of receivers from commutated solar cells to a junction box, which is installed in the cavity of the case between the semi-parabolic cylindrical reflectors on the back of the roofing solar panel and is equipped with a conductive cable for switching with other roofing solar panels.
В варианте кровельной солнечной панели на обратной стороне снаружи корпуса выполнены каналы для прокладки токопроводящего кабеля к расположенным рядом кровельным солнечным панелям.In a variant of the roofing solar panel, on the back side of the outside of the housing there are channels for laying a conductive cable to the adjacent solar roofing panels.
В варианте кровельной солнечной панели приемники из скоммутированных солнечных элементов и фокальные оси полупараболоцилиндрических зеркальных отражателей смещены к верхней части корпуса, а угол наклона кровельной солнечной панели к горизонтальной поверхности при установке на крыше составляет φ-23,5°-β0, где φ - ширина местности.In the variant of the roofing solar panel, receivers from commutated solar cells and the focal axes of the semi-parabolic cylindrical mirror reflectors are shifted to the upper part of the housing, and the angle of inclination of the roofing solar panel to a horizontal surface when installed on a roof is φ-23.5 ° -β 0 , where φ is the width terrain.
В варианте кровельной солнечной панели приемники из скоммутированных солнечных элементов и фокальные оси полупараболоцилиндрических зеркальных отражателей смещены к нижней части корпуса, а угол наклона кровельной солнечной панели к горизонтальной поверхности при установке на крыше составляет φ+23,5°+β0, где φ - ширина местности.In the variant of the roofing solar panel, receivers from commutated solar cells and the focal axes of semi-parabolic cylindrical mirror reflectors are shifted to the lower part of the housing, and the angle of inclination of the roofing solar panel to a horizontal surface when installed on a roof is φ + 23.5 ° + β 0 , where φ is the width terrain.
Сущность изобретения поясняется на фиг. 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, где на фиг. 1 - общий вид с наружной и с обратной стороны кровельной солнечной панели, у которой приемники из скоммутированных солнечных элементов и фокальные оси полупараболоцилиндрических зеркальных отражателей смещены к верхней части корпуса. На фиг. 2 - продольное сечение кровельной солнечной панели. На фиг. 3 - поперечное сечение кровельной солнечной панели в меридиональной плоскости. На фиг. 4 - общий вид оптической отклоняющей системы составного концентратора на основе множества призм. На фиг. 5 - ход лучей в составном концентраторе кровельной солнечной панели. На фиг. 6 - установка кровельной солнечной панели на крыше здания с ориентацией панели на солнце 22 июня в день летнего солнцестояния. На фиг. 7 - установка кровельной солнечной панели на крыше здания с ориентацией панели на солнце 22 декабря.The invention is illustrated in FIG. 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, where in FIG. 1 is a general view from the outside and from the back of the roofing solar panel, in which the receivers from commutated solar cells and the focal axes of the semi-parabolic cylindrical mirror reflectors are offset to the upper part of the housing. In FIG. 2 is a longitudinal section of a roofing solar panel. In FIG. 3 is a cross section of a roofing solar panel in a meridional plane. In FIG. 4 is a perspective view of an optical deflecting system of a composite hub based on a plurality of prisms. In FIG. 5 - the course of the rays in the composite concentrator of the roofing solar panel. In FIG. 6 - installation of a roofing solar panel on the roof of the building with the orientation of the panel in the sun on June 22 on the day of summer solstice. In FIG. 7 - installation of a roofing solar panel on the roof of the building with the orientation of the panel in the sun on December 22.
На фиг. 1 показан общий вид кровельной солнечной панели с наружной (а) и обратной стороны (б). Кровельная солнечная панель имеет корпус 1, в котором сформированы герметичные с обратной стороны полости для размещения защитного покрытия 2 составного концентратора, состоящего из оптической отклоняющей системы 3 и двух полупараболоцилиндрических зеркальных отражателей 4, 5, у которых фокальные оси 6 и 7 смещены к верхней части 8 корпуса 1 и приемников 9 и 10 из скоммутированных солнечных элементов 11. В полости корпуса 1 перед приемниками 9 и 10 выполнены пазы 12 и 13, в которых установлены защитные покрытия 14 и 15 из стекла или прозрачного пластика приемников 9 и 10. Плоскости защитного покрытия 14 и 15 приемников 9 и 10 перпендикулярны плоскости защитного покрытия 2 корпуса 1 кровельной солнечной панели. Пространство между защитным покрытием 14, 15 и частью 18, 19 корпуса 1, в котором установлены приемники 9 и 10, заполнено прозрачным силиконовым гелем 20. Боковые стенки 21 и 22 внутренних формообразующих полостей 23 корпуса 1 снабжены зеркальными покрытиями 24 и 25. Внутри корпуса 1 выполнены каналы 26 и 27 для соединения приемников 9, 10 кабелем 28 к коммутационной коробке 29. Коммутационная коробка 29 установлена с обратной стороны 30 корпуса 1 и имеет токопроводящий кабель 31 для коммутации с другими кровельными солнечными панелями. Снаружи корпуса 1 на обратной стороне 30 выполнены каналы 32 для прокладки кабеля 31. Плоскость поверхности входа лучей 33 оптической отклоняющей системы 3 и плоскость поверхности входа лучей 34 полупараболоцилиндрических зеркальных отражателей 4, 5 параллельны плоскости защитного покрытия 2.In FIG. 1 shows a general view of the roofing solar panel from the outside (a) and the reverse side (b). The roofing solar panel has a housing 1, in which cavities are sealed on the reverse side to accommodate a
На фиг. 4 оптическая отклоняющая система 3 выполнена из множества ориентированных в одном направлении призм 35 с острым углом Ψ между поверхностью 33 входа и поверхностью 36 выхода лучей.In FIG. 4, the
На фиг. 5 показан ход лучей в составном концентраторе, состоящем из отклоняющей оптической системы 3 и полупараболоцилиндрического зеркального отражателя 4, где β0 - угол входа лучей на поверхности входа 34 в оптическую отклоняющую систему 3, β1 - угол преломления лучей в поверхности входа 3 внутри оптической отклоняющей системы 3, β2 - угол между лучом и нормалью к поверхности выхода 36 лучей внутри оптической отклоняющей системы 3, β3 - угол выхода лучей на поверхности выхода 36 снаружи отклоняющей оптической системы 3, β4 - угол входа лучей у поверхности входа 34 полупараболоцилиндрического зеркального отражателя 4.In FIG. 5 shows the course of rays in a composite concentrator consisting of a deflecting
Углы β0, β1, β2, β3 и β4 являются углами между направлениями лучей и нормалью к соответствующей поверхности. Поскольку поверхности входа 33 и 34 лучей параллельны, угол β0, ответственный за косинусные потери, равен углу β4 между направлением лучей входа в полупараболоцилиндрический зеркальный отражатель 4 и поверхностью входа 34 полупараболоцилиндрического зеркального отражателя 4.The angles β 0 , β 1 , β 2 , β 3 and β 4 are the angles between the directions of the rays and the normal to the corresponding surface. Since the
Полупараболоцилиндрические зеркальные отражатели 4 и 5 на фиг. 5 выполнены из полированного алюминиевого сплава и имеют плоские отформованные участки а, параллельные фокальным осям 6 и 7. Ширина плоских участков а в меридиональной плоскости соизмерима с шириной d приемников 9 и 10 из скоммутированных солнечных элементов 11, что обеспечивает равномерное освещение приемников 9 и 10 и отсутствие перегрева локальных участков приемников 9 и 10.The semi-parabolic
На фиг. 6 кровельные солнечные панели установлены на южном скате 37 крыши 38 здания 39. Приемники 9 и 10 и фокальные оси 6 и 7 полупараболоцилиндрических зеркальных отражателей 4 и 5 смещены к верхней части 8 корпуса 1, а угол наклона кровельной солнечной панели к горизонтальной плоскости 40 при установке на крыше 38 составляет θ=φ-23,5°-β0, где φ - ширина местности. При этом нормаль 41 к поверхности защитного покрытия 2 в меридиональной плоскости направлена на положение Солнца 42 в полдень 22 июня в день летнего солнцестояния с отклонением от него вверх от горизонтальной плоскости 40 на угол входа лучей β0. При такой установке кровельная солнечная панель получает максимальное количество солнечной энергии в летние месяцы. С уменьшением высоты положения Солнца количество поступающей солнечной энергии будет уменьшаться пропорционально cos β0.In FIG. 6 solar roof panels are installed on the
На фиг. 7 кровельные солнечные панели установлены на южном скате 37 крыши 38 здания 39 таким образом, чтобы использовать максимальное количество поступающей солнечной энергии в зимнее время. Приемники 9 и 10, фокальные оси 6 и 7 полупараболоцилиндрических зеркальных отражателей 4 и 5 смещены к нижней части 43 корпуса 1, а угол наклона кровельной солнечной панели к горизонтальной плоскости 40 при установке на крыше 38 составляет θ=φ+23,5°+β0. При этом нормаль 41 к поверхности защитного покрытия 2 в меридиональной плоскости направлена на положение Солнца 44 в полдень 22 декабря с отклонением от него вниз к горизонтальной плоскости на угол входа лучей β0. Кровельная солнечная панель работает следующим образом (фиг. 5). Солнечное излучение через защитное покрытие 2 поступает под углом β0 на поверхность входа лучей 33 отклоняющей оптической системы 3 из набора призм 35 с острым углом Ψ с коэффициентом преломления n, входит в призму 35 под углом β1, выходит из призмы 35 под углом β3 и поступает на поверхность входа 34 полупараболоцилиндрического зеркального отражателя 4 под углом β4, отражается от полупараболоцилиндрического зеркального отражателя 4 и поступает на приемник 9 при условии β4≥90°-2δ.In FIG. 7 roofing solar panels are installed on the
Косинусные потери за счет отклонения потока солнечного излучения от нормали к поверхности входа лучей 33 полупараболоцилиндрического зеркального отражателя 4:Cosine losses due to deviation of the solar radiation flux from the normal to the input surface of the
Расчеты по формулам (1)-(7) для δ=26,1° приведены в таблице 1.Calculations according to formulas (1) - (7) for δ = 26.1 ° are given in table 1.
Согласно таблице 1 предлагаемая конструкция солнечного модуля с концентратором позволяет уменьшить косинусные потери по сравнению с прототипом с 21% (Ψ=0) до 17,8% при Ψ=24°. Эффективный апертурный угол солнечного модуля с концентратором увеличивается с δ до величины
Коэффициент концентрации солнечного излучения в кровельной солнечной панели с учетом косинусных потерь равен:The concentration coefficient of solar radiation in the roofing solar panel, taking into account cosine losses, is equal to:
Кровельная солнечная панель работает в стационарном режиме без слежения за Солнцем и собирает на приемнике 13, 14 (фиг. 5) прямую и диффузную солнечную радиацию в пределах апертурного угла δ.The roofing solar panel operates in a stationary mode without tracking the Sun and collects direct and diffuse solar radiation at the
Пример выполнения кровельной солнечной панели.An example of a roofing solar panel.
Отклоняющая оптическая система 3 состоит из набора призм 35 с острым углом Ψ=24°. Угол входа лучей β0=17,8°, угол β4=37,8°, апертурный угол δ полупараболоцилиндрического зеркального отражателя 4 из полированного алюминия δ=26,1°. Приемники 9, 10 имеют размеры 42×312 мм, состоят из двух кремниевых солнечных элементов 11 размером 42×156 мм, соединенных параллельно. Между собой приемники 9 и 10 соединены последовательно. Геометрический коэффициент концентрации к=4,92, косинусные потери 4,8%, оптический КПД 80%, КПД приемника 9 и 10 15%. Активная площадь кровельной солнечной панели для использования солнечной энергии равна 0,1 м2. Общий КПД с учетом солнечных потерь 10%. Пиковая электрическая мощность 10 Вт при освещенности 1 кВт м2 и температуре 25°. Приемники 9 и 10 могут быть выполнены с устройствами отвода тепла для получения электроэнергии и горячей воды или горячего воздуха.The deflecting
При стоимости полупараболоцилиндрических зеркальных отражателей 4, 5 30 долл./м2, концентрации 4,92, оптическом КПД 0,8 и электрическом КПД 15% себестоимость кровельной солнечной панели составит 12 долл., или 1 долл.//Вт, при существующей стоимости 3 долл./Вт, т.е. снизится в 2,5 раза, при этом стоимости составного концентратора и приемника 9 и 10 будут примерно равны и составлять по 50% от стоимости кровельной солнечной панели.When the cost of semi-parabolic cylindrical reflectors is 4, 5 30 dollars / m 2 , a concentration of 4.92, an optical efficiency of 0.8 and an electrical efficiency of 15%, the cost of a roofing solar panel will be $ 12, or $ 1 // W, at the
По сравнению с прототипом солнечный модуль с концентратором имеет небольшие косинусные потери, большой срок службы и низкую стоимость.Compared with the prototype, a solar module with a hub has small cosine losses, a long service life and low cost.
Claims (16)
1. A roofing solar panel mounted on an inclined roof of a building or structure, normal to the roof surface, is in the meridian plane, containing a housing with an internal cavity with a protective coating on the work surface, onto which solar radiation with a beam entry angle β 0 is incident, and receivers from commutated solar cells, characterized in that in the cavity of the housing 1 under the protective coating is installed a composite hub made in the form of a transparent radiation deflecting optical system from prisms with an acute angle Ψ between the entry and exit surfaces of the rays and several semi-parabolic cylindrical reflectors with a parametric angle δ having the entry and exit surfaces of the rays, the focal regions of all semi-parabolic cylindrical reflectors are shifted to the lower or upper side of the roofing solar panel, and the radiation receivers from commutated solar elements are installed parallel to the focal axis and perpendicular to the plane of the roofing solar panel between the focal axis and the mirror coating of each semi-parabolic cylindrical reflector, the plane of the input surface of the rays of the deflecting optical system and the plane of the input surface of the rays of the semi-parabolic cylindrical reflector are parallel to the plane of the protective coating, and the angle of entry of rays β 0 , an acute angle Ψ and the refractive index n of the material of the deflecting optical system are associated with the parametric angle δ of the semi-parabolic cylindrical mirror reflector as follows:
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2014123409/03A RU2557272C1 (en) | 2014-06-09 | 2014-06-09 | Roofing solar panel |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2014123409/03A RU2557272C1 (en) | 2014-06-09 | 2014-06-09 | Roofing solar panel |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2557272C1 true RU2557272C1 (en) | 2015-07-20 |
Family
ID=53611759
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2014123409/03A RU2557272C1 (en) | 2014-06-09 | 2014-06-09 | Roofing solar panel |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2557272C1 (en) |
Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2612725C1 (en) * | 2016-03-28 | 2017-03-13 | Дмитрий Семенович Стребков | Hybrid roof solar panel |
RU2799691C1 (en) * | 2022-12-07 | 2023-07-10 | Анатолий Иванович Кирсанов | Cogeneration solar tile |
US12065793B2 (en) | 2018-09-19 | 2024-08-20 | Martin WAKONIG | Wall element |
Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2194827C2 (en) * | 2001-01-24 | 2002-12-20 | Государственное унитарное предприятие "Научно-производственное объединение машиностроения" | Roof panel with solar battery |
RU2301379C2 (en) * | 2005-08-18 | 2007-06-20 | Государственное унитарное предприятие "НПО Астрофизика" | Sunlight power module for conversing electromagnet radiation received from remote light radiation source (versions) |
US20080308093A1 (en) * | 2005-12-21 | 2008-12-18 | Roland Gianasso | Solar Energy Collection Device for Tiled Roofs, and a Method for Mounting the Same |
US20110252723A1 (en) * | 2010-04-19 | 2011-10-20 | Devery Brian S | Integrated energy-efficient roofing |
-
2014
- 2014-06-09 RU RU2014123409/03A patent/RU2557272C1/en not_active IP Right Cessation
Patent Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2194827C2 (en) * | 2001-01-24 | 2002-12-20 | Государственное унитарное предприятие "Научно-производственное объединение машиностроения" | Roof panel with solar battery |
RU2301379C2 (en) * | 2005-08-18 | 2007-06-20 | Государственное унитарное предприятие "НПО Астрофизика" | Sunlight power module for conversing electromagnet radiation received from remote light radiation source (versions) |
US20080308093A1 (en) * | 2005-12-21 | 2008-12-18 | Roland Gianasso | Solar Energy Collection Device for Tiled Roofs, and a Method for Mounting the Same |
US20110252723A1 (en) * | 2010-04-19 | 2011-10-20 | Devery Brian S | Integrated energy-efficient roofing |
Non-Patent Citations (1)
Title |
---|
A1 * |
Cited By (7)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2612725C1 (en) * | 2016-03-28 | 2017-03-13 | Дмитрий Семенович Стребков | Hybrid roof solar panel |
WO2017168277A1 (en) * | 2016-03-28 | 2017-10-05 | Анатолий Иванович КИРСАНОВ | Hybrid solar roof panel |
EP3439169A4 (en) * | 2016-03-28 | 2019-12-04 | Kirsanov, Anatolii Ivanovich | Hybrid solar roof panel |
RU2819015C2 (en) * | 2018-09-19 | 2024-05-08 | Мартин ВАКОНИГ | Wall element |
US12065793B2 (en) | 2018-09-19 | 2024-08-20 | Martin WAKONIG | Wall element |
RU2799691C1 (en) * | 2022-12-07 | 2023-07-10 | Анатолий Иванович Кирсанов | Cogeneration solar tile |
RU2810849C1 (en) * | 2023-04-19 | 2023-12-28 | Василий Иванович Котельников | Convectional solar-air energy plant |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US20110162712A1 (en) | Non-tracked low concentration solar apparatus | |
US20080041441A1 (en) | solar concentrator device for photovoltaic energy generation | |
US7915523B2 (en) | Compact solar apparatus for producing electricity and method of producing electricity using a compact solar apparatus | |
ES2399254B1 (en) | REFLEXIVE SYSTEM OF SOLAR PHOTOVOLTAIC CONCENTRATION | |
US20110197968A1 (en) | Solar collector panel | |
US20110209743A1 (en) | Photovoltaic cell apparatus | |
JP2006332113A (en) | Concentrating solar power generation module and solar power generator | |
US20150009568A1 (en) | Light collection system and method | |
US12051759B2 (en) | Photovoltaic solar collection system and natural illumination apparatus for building integration | |
RU2557272C1 (en) | Roofing solar panel | |
RU2612725C1 (en) | Hybrid roof solar panel | |
RU2520803C2 (en) | Solar module with concentrator and method of its production | |
RU2172903C1 (en) | Solar module with concentrator | |
US20230144992A1 (en) | A light redirecting prism, a redirecting prismatic wall and a solar panel incorporating the same | |
US20100307480A1 (en) | Non-tracking solar collectors | |
RU2576072C2 (en) | Solar module with concentrator and method of making same | |
JP4313841B1 (en) | Solar lens and solar-powered equipment | |
RU2576752C2 (en) | Solar module with concentrator | |
RU2303753C1 (en) | Solar house | |
RU2608797C2 (en) | Solar module with concentrator (versions) | |
US20140247498A1 (en) | Compact concentrator assembly | |
RU2572167C1 (en) | Solar module with concentrator (versions) | |
US20120327523A1 (en) | Offset concentrator optic for concentrated photovoltaic systems | |
CS250882B1 (en) | Linear raster lens |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20200610 |