Устройство для концентрации солнечной энергии и преобразования ее в электрическую

(51) МПК НАЦИОНАЛЬНЫЙ ЦЕНТР ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ СОБСТВЕННОСТИ УСТРОЙСТВО ДЛЯ КОНЦЕНТРАЦИИ СОЛНЕЧНОЙ ЭНЕРГИИ И ПРЕОБРАЗОВАНИЯ ЕЕ В ЭЛЕКТРИЧЕСКУЮ(71) Заявитель Государственное научное учреждение Институт физики имени Б.И.Степанова Национальной академии наук Беларуси(72) Авторы Пилипович Владимир Антонович Залесский Валерий Борисович Конойко Алексей Иванович Поликанин Александр Михайлович(73) Патентообладатель Государственное научное учреждение Институт физики имени Б.И.Степанова Национальной академии наук Беларуси(57) Устройство для концентрации солнечной энергии и преобразования ее в электрическую, содержащее плоскую прозрачную пластину с прилегающим к ее входной грани голографическим элементом, образованным двумя прилегающими друг к другу пропускающими голографическими решетками с углами дифракции противоположного знака,двойную голографическую решетку, непосредственно прилегающую к выходной грани плоской прозрачной пластины, оптически связанную с голографическими решетками голографического элемента и набором селективных цилиндрических линз Френеля, оптически связанным с блоком селективных линейных фотопреобразователей, каждый из которых выполнен с длиной, обеспечивающей во время работы постоянное нахождение на его поверхности зоны фокусировки соответствующей ему линзы Френеля, отличающееся тем, что содержит непосредственно прилегающие к выходной грани плоской прозрачной пластины и с двух сторон примыкающие к двойной голографической решетке и оптически связанные с ней первую и вторую отражающие голографические решетки с углами дифракции противоположного знака, причем ширина двойной голографической решетки равна удвоенной сумме толщин плоской прозрачной пластины, голографического элемента и отражающей голографической решетки, а ширина каждой пропускающей голографической решетки голографического элемента равна половине ширины двойной голографической решетки.(56) 1. Патент РФ 2403510 по заявке на патент РФ 2009125886 заявл. 06.07.2009. Голографический концентратор солнечной энергии / В.А. Пилипович, В.Б. Залесский, А.И. Конойко, А.М. Поликанин. Полезная модель относится к солнечной энергетике и может найти применение,например, для концентрации солнечного излучения на фотогальванические ячейки для повышения эффективности преобразования солнечного излучения в электричество. Наиболее близким по технической сущности к заявляемой полезной модели является устройство для концентрации солнечной энергии и преобразования ее в электрическую 1, включающее плоскую прозрачную пластину с прилегающим к ее входной грани голографическим элементом, образованным двумя примыкающими голографическими решетками, углы дифракции которых имеют противоположные знаки, блок селективных линейных фотопреобразователей, последовательно оптически связанные двойную голографическую решетку, непосредственно прилегающую к выходной грани плоской прозрачной пластины, оптически связанную с голографическими решетками голографического элемента, и набор селективных цилиндрических линз Френеля, оптически связанный с блоком селективных линейных фотопреобразователей, причем длина каждого селектиного линейного фотопреобразователя больше длины соответствующей селективной цилиндрической линзы Френеля на величину, определяемую углом ее поля зрения, а ширина двойной голографической решетки равна удвоенной толщине плоской прозрачной пластины с прилегающим к ее входной грани голографическим элементом. Указанное устройство не обеспечивает высокой надежности работы. Технической задачей полезной модели является повышение надежности работы устройства за счет уменьшения влияния разрушающих факторов внешней среды. Поставленная техническая задача решается тем, что устройство для концентрации солнечной энергии и преобразования ее в электрическую, содержащее плоскую прозрачную пластину с прилегающим к ее входной грани голографическим элементом, образованным двумя прилегающими друг к другу пропускающими голографическими решетками с углами дифракции противоположного знака, двойную голографическую решетку, непосредственно прилегающую к выходной грани плоской прозрачной пластины,оптически связанную с голографическими решетками голографического элемента и набором селективных цилиндрических линз Френеля, оптически связанным с блоком селективных линейных фотопреобразователей, каждый из которых выполнен с длиной,обеспечивающей во время работы постоянное нахождение на его поверхности зоны фокусировки соответствующей ему линзы Френеля, содержит непосредственно прилегающие к выходной грани плоской прозрачной пластины и с двух сторон примыкающие к двойной голографической решетке и оптически связанные с ней первую и вторую отражающие голографические решетки с углами дифракции противоположного знака, причем ширина двойной голографической решетки равна удвоенной сумме толщин плоской прозрачной пластины, голографического элемента и отражающей голографической решетки, а ширина каждой пропускающей голографической решетки голографического элемента равна половине ширины двойной голографической решетки. Совокупность указанных признаков позволяет минимизировать отрицательное влияние окружающей среды на устройство, тем самым повышая его надежность. Сущность полезной модели поясняется на фигуре, где 1 - голографический элемент 2 - плоская прозрачная пластина 3 - первая пропускающая голографическая решетка 2 75092011.08.30 4 - вторая пропускающая голографическая решетка 5 - первая отражающая голографическая решетка 6 - двойная пропускающая голографическая решетка 7 - вторая отражающая голографическая решетка 8 - набор селективных цилиндрических линз Френеля 9 - блок селективных линейных фотопреобразователей. Устройство для концентрации солнечной энергии и преобразования ее в электрическую состоит из голографического элемента 1, прилегающего к входной грани плоской прозрачной пластины 2 и образованного примыкающими друг к другу первой 3 и второй 4 пропускающими голографическими решетками, непосредственно к выходной грани плоской прозрачной пластины 2 прилегают первая 5, вторая 7 отражающие голографические решетки и двойная пропускающая голографическая решетка 6 между ними, вход набора селективных цилиндрических линз Френеля 8 оптически связан с двойной пропускающей голографической решеткой 6, а выход - с блоком селективных линейных фотопреобразователей 9, каждый из которых выполнен сдлиной, обеспечивающей во время работы постоянное нахождение на его поверхности зоны фокусировки соответствующей ему линзы Френеля, а ширина двойной голографической решетки 6 равна удвоенной сумме толщин плоской прозрачной пластины 2, голографического элемента 1 и одной из отражающих голографических решеток 5, 7, причем ширина первой 3 и второй 4 пропускающих голографических решеток голографического элемента 1 равна половине ширины двойной голографической решетки 6. Первый голографический элемент 1 выполнен в виде примыкающих первой 3 и второй 4 пропускающих голографических решеток. Первая 3 и вторая 4 пропускающие голографические решетки выполнены в виде фазового рельефа, сформированного методом динамической голографии, с постоянным периодом, на входной грани плоской прозрачной пластины 2 из стекла К 8, причем их углы дифракции имеют противоположные знаки. Первая 5 и вторая 7 отражающие голографические решетки выполнены в виде фазового рельефа, сформированного методом динамической голографии, с постоянным периодом, на выходной грани плоской прозрачной пластины из стекла К 8, покрытого отражающим покрытием, причем их углы дифракции имеют противоположные знаки. Двойная голографическая решетка 6 выполнена в виде суммарного фазового рельефа,сформированного методом динамической голографии путем наложения двух голографических решеток, с постоянным периодом, на выходной грани плоской прозрачной пластины, причем их углы дифракции имеют противоположные знаки. Набор селективных цилиндрических линз Френеля 8 выполнен в виде суммарного фазового рельефа, сформированного методом динамической голографии на поверхности плоскопараллельной стеклянной пластины путем наложения нескольких голографических решеток, соответствующих селективным цилиндрическим линзам Френеля. Метод динамической голографии заключается в непрерывной записи на движущийся носитель интерференционной картины, образованной двумя световыми пучками. Носитель представляет собой плоскопараллельную стеклянную пластину с нанесенным на нее слоем фоторезистивного материала. Экспонированная пластина обрабатывается известными методами фотолитографии, литографии, позволяющими сформировать на ее поверхности фазовый рельеф. Такой принцип формирования голограмм позволяет снять ограничения на длину формируемых дифракционных структур. Блок селективных линейных фотопреобразователей 9 выполнен в виде структуры параллельных линейных элементов типа стекло//(, )2//// на стеклянной подложке с подслоем молибдена (являющимся нижним электродом),поглощающим слоем прямозонного полупроводника 2 , полученным методом селенизации металлических слоев - или , а на поглощающий слой для созда 3 75092011.08.30 ния гетероперехода нанесен буферный слой сульфида кадмия , покрытый высокопрозрачной пленкой оксида цинка, причем в качестве верхнего электрода напылен металлический контакт -. Устройство для концентрации солнечной энергии и преобразования ее в электрическую работает следующим образом. Устройство для концентрации солнечной энергии и преобразования ее в электрическую устанавливается перпендикулярно плоскости, в которой находится траектория движения источника излучения, Солнца. При падении светового излучения на голографический элемент 1 в результате дифракции Брэгга на фазовом рельефе первой 3 и второй 4 пропускающих голографических решеток оно преобразуется в излучение, распространяющееся в плоской прозрачной пластине в направлении двойной голографической решетки 6 под двойным угломк направлению распространения падающего излучения, где уголможно определить из закона Брэгга,2 где- длина волны излучения в воздухе- средний показатель преломления фазового рельефа- период фазового рельефа. Излучение, не испытавшее дифракцию на фазовом рельефе первой 3 и второй 4 пропускающих голографических решеток, проходит последовательно голографический элемент 1, плоскую прозрачную пластину 2 и поступает на первую 5 и вторую 7 отражающие голографические решетки. В результате дифракции Брэгга на фазовом рельефе первой 5 и второй 7 отражающих голографических решеток оно преобразуется в излучение, распространяющееся в плоской прозрачной пластине 2 в направлении двойной голографической решетки 6 под двойным угломк направлению распространения падающего излучения. В общем случае, испытав ряд полных внутренних отражений, дифрагировавшее излучение достигает двойной голографической решетки 6, где оно испытывает обратное преобразование, после чего достигает набора селективных цилиндрических линз Френеля 8. Селективные цилиндрические линзы Френеля селективно фокусируют все достигшее их излучение на фотопреобразователи блока селективных линейных фотопреобразователей 9,причем на каждый фотопреобразователь фокусируется излучение только одного достаточно узкого спектрального диапазона, что позволяет существенно повысить эффективность преобразования солнечной энергии в электрическую. Изменение местоположения источника излучения, Солнца, по своей траектории не вызывает смещения зон фокусировки излучения на блоке селективных линейных фотопреобразователей 7 в перпендикулярном направлении к линейным преобразователям, так как они параллельны плоскости, в которой находится траектория движения источника излучения, Солнца, а приводит к незначительному смещению зон фокусировки. Поэтому длина каждого селективного линейного фотопреобразователя должна быть длиннее продольного размера соответствующей селективной цилиндрической линзы Френеля на величину, определяемую углом ее поля зрения. Национальный центр интеллектуальной собственности. 220034, г. Минск, ул. Козлова, 20. 4