Генератор на солнечной энергии

(51) МПК НАЦИОНАЛЬНЫЙ ЦЕНТР ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ СОБСТВЕННОСТИ ГЕНЕРАТОР НА СОЛНЕЧНОЙ ЭНЕРГИИ(71) Заявитель Государственное научное учреждение Институт физики имени Б.И.Степанова Национальной академии наук Беларуси(72) Авторы Есман Александр Константинович Кулешов Владимир Константинович Зыков Григорий Люцианович(73) Патентообладатель Государственное научное учреждение Институт физики имени Б.И.Степанова Национальной академии наук Беларуси(57) 1. Генератор на солнечной энергии, содержащий солнечную панель, фоточувствительная поверхность которой оптически связана с концентратором солнечного излучения термоэлектрическое устройство, горячие и холодные спаи которого термически связаны с ветвями -типа из одного или более сегментов полупроводниковых материалов, легированных донорной примесью, и ветвями -типа из одного или более сегментов полупроводниковых материалов, легированных акцепторной примесью, причем по меньшей мере один из сегментов выполнен из нанокомпозиционного материала бак горячей воды, термически соединенный через замкнутый контур циркуляции с холодным спаем термоэлектрического устройства, отличающийся тем, что содержит батарею замкнутых трубопроводов, заполненных жидким электролитом, расположенную между тыльной поверхностью солнечной панели и горячим спаем термоэлектрического устройства и термически с ними связанную, а каждый из замкнутых трубопроводов содержит диэлектрический участок и как минимум два электрода, установленных в них, для электрического соединения замкнутых трубопроводов в батарею и отвода электрической энергии от нее при этом солнечная панель расположена под углом к горизонту. 2. Генератор на солнечной энергии по п. 1, отличающийся тем, что электролит представляет собой кислоту, или щелочь, или соль, растворенные в воде.(56) 1. Патент РФ 2399118 1. 2. Заявка РФ 2011 122 626(прототип). 3. Грабов В.М., Зайцев А.А., Кузнецов Л.В. Термоэлектрические и термоэлектрокинетические явления в водных растворах ионных соединений // Термоэлектричество. - 2010.1. - С. 43-52. Полезная модель относится к области альтернативной электроэнергетики, предназначена для разработки высокоэффективных преобразователей солнечной энергии в электричество и тепло и может быть использована для бытовых нужд. Известен фотоэлектрический преобразователь на основе непланарной полупроводниковой структуры 1, содержащий корпус, в котором расположена цилиндрическая эпитаксиальная структура, выполненная из цилиндрической полой подложки из полупроводникового материала, на внешней поверхности которой расположен, по крайней мере, один эпитаксиальный слой из полупроводникового материала, на поверхности которого расположен внешний цилиндрический металлический контакт, а на внутренней стороне подложки расположен внутренний цилиндрический металлический контакт, при этом к цилиндрическим металлическим контактам подсоединены токосъемные элементы,под цилиндрической эпитаксиальной структурой расположен фокусирующий отражатель,выполненный в виде выгнутой пластины параболоцилиндрической формы, на внутренней поверхности которой нанесен отражающий слой, а над цилиндрической эпитаксиальной структурой расположена прозрачная фокусирующая линза выгнутой параболоцилиндрической формы, закрепленная на фокусирующем отражателе, диаметр которой меньше диаметра фокусирующего отражателя, при этом устройство снабжено системой циркуляции воды, проходящей через внутреннюю полость фотоэлектрического преобразователя на основе непланарной эпитаксиальной структуры. Устройство имеет низкую эффективность преобразования энергии солнечного излучения в электрическую энергию. Наиболее близким по технической сущности является генератор на солнечной энергии 2 пп. 1, 2, 9, содержащий солнечную панель, имеющую верхнюю поверхность, оптически связанную с системой концентрации солнечной энергии, и нижнюю поверхность,имеющую тепловую связь с горячим спаем термоэлектрического устройства, и один или более электрических соединительных элементов для электрического соединения с солнечной панелью и с термоэлектрическим устройством и отвода от них электрической энергии при этом термоэлектрическое устройство содержит ветви -типа и -типа, конфигурированные для передачи теплоты от горячего спая к холодному спаю посредством теплопроводности ветви -типа содержат один или более сегментов полупроводниковых материалов, легированных донорной примесью, ветви -типа содержат один или более сегментов полупроводниковых материалов, легированных акцепторной примесью, причем по меньшей мере один из сегментов выполнен из нанокомпозиционного материала, в котором квантовая локализация носителей значительно уменьшает теплопроводность сегмента, а также теплоотвод, находящийся в контакте с холодным спаем, при этом указанный теплоотвод содержит трубопроводы горячей воды, бак с горячей водой и замкнутый контур циркуляции воды между баком с горячей водой и холодным спаем. Данное устройство имеет низкую эффективность преобразования энергии солнечного излучения в электричество из-за перегрева солнечных панелей (более 575 К). Техническая задача - повышение эффективности преобразования энергии солнечного излучения в электрическую энергию. Поставленная техническая задача решается тем, что генератор на солнечной энергии,содержащий солнечную панель, фоточувствительная поверхность которой оптически свя 2 95522013.10.30 зана с концентратором солнечного излучения термоэлектрическое устройство, горячие и холодные спаи которого термически связаны с ветвями -типа из одного или более сегментов полупроводниковых материалов, легированных донорной примесью, и ветвями-типа из одного или более сегментов полупроводниковых материалов, легированных акцепторной примесью, причем по меньшей мере один из сегментов выполнен из нанокомпозиционного материала бак горячей воды, термически соединенный через замкнутый контур циркуляции с холодным спаем термоэлектрического устройства, содержит батарею замкнутых трубопроводов, заполненных жидким электролитом, расположенную между тыльной поверхностью солнечной панели и горячим спаем термоэлектрического устройства и термически с ними связанную, а каждый из замкнутых трубопроводов содержит диэлектрический участок и как минимум два электрода, установленных в них, для электрического соединения замкнутых трубопроводов в батарею и отвода электрической энергии от нее при этом солнечная панель расположена под углом к горизонту. Для эффективного решения поставленной технической задачи электролит представляет собой кислоту, или щелочь, или соль, растворенные в воде. Совокупность указанных признаков позволяет решить техническую задачу за счет обеспечения оптимального температурного режима работы солнечной панели путем эффективной утилизации тепловой энергии и тем самым выработки дополнительного электричества. Сущность полезной модели поясняется фигурой. В генераторе на солнечной энергии фоточувствительная поверхность солнечной панели 2 оптически связана с концентратором солнечного излучения 1, батарея замкнутых трубопроводов 4 расположена между тыльной поверхностью солнечной панели 2 и горячим спаем термоэлектрического устройства 7 и термически с ними связана. Все замкнутые трубопроводы 3 заполнены электролитом и содержат диэлектрические участки 5, в каждом из которых установлены как минимум два электрода 6, которые соединяют параллельно или последовательно замкнутые трубопроводы 3 в батарею 4 и отводят электрическую энергию от нее. Бак горячей воды 8 термически соединен через замкнутый контур циркуляции 9 с холодным спаем термоэлектрического устройства 7. Солнечная панель 2,батарея замкнутых трубопроводов 4 и термоэлектрическое устройство 7 расположены под углом к горизонту. В конкретном исполнении верхняя часть концентратора солнечной энергии 1 выполнена из силикатного стекла, а нижняя - в виде зеркала из сплава Д 16 Т. Солнечная панель 2 - это набор солнечных элементов, например кремниевых, электрически соединенных последовательно и/или параллельно. Замкнутый трубопровод 3 - это медная замкнутая труба с диэлектрическими участками 5, выполненными из полиуретана. Электроды 6 выполнены из молибдена. Термоэлектрическое устройство 7 состоит из набора термоэлементов,каждый из которых имеет ветвь -типа с как минимум одним сегментом, например 22,950,05, и ветвь -типа с как минимум одним сегментом, например- 0,41,63. Бак горячей воды 8 изготовлен из нержавеющей стали. Замкнутый контур циркуляции 9 выполнен из медных труб с внутренним диаметром не менее 10 мм. Работа генератора на солнечной энергии осуществляется следующим образом. Прямое солнечное излучение, падающее в соответствии с высотой Солнца над горизонтом, поступает на концентратор солнечной энергии 1, в котором часть этого излучения (лучи ) напрямую попадает на солнечную панель 2, другая часть этого излучения (лучи ) попадает на солнечную панель 2 после отражения от зеркальной нижней части концентратора солнечной энергии 1. Оставшаяся часть этого излучения (лучи ) попадает на солнечную панель 2 после двойного отражения от обеих частей концентратора солнечной энергии 1. Энергия солнечного излучения, поглощенного солнечной панелью 2, преобразуется в электрическую энергию с коэффициентом полезного действия 17-35 . Оставшаяся часть(83-65 ) этого излучения выделяется в виде тепла в солнечной панели 2. Эта тепловая 3 95522013.10.30 энергия создает градиент температуры в каждом замкнутом трубопроводе 3, что вызывает диффузию носителей заряда в электролите, заполняющем их, и в соответствии с термоэлектрокинетическим эффектом между электродами 6 в каждом из замкнутых трубопроводов 3 появляется ЭДС 3. Последовательное соединение замкнутых трубопроводов 3 в батарее 4 позволяет получить суммарную ЭДС, а следовательно, и дополнительную электрическую энергию, которая отводится электродами 6. Тепловая энергия солнечной панели 2 посредством теплопроводности через батарею замкнутых трубопроводов 4, а также конвекции электролита в замкнутом трубопроводе 3 передается на горячие спаи термоэлектрического устройства 7, температура холодных спаев которого поддерживается около температуры окружающей среды за счет движения остывшей части воды из бака 8 по замкнутому контуру циркуляции 9. Постоянное поддерживание градиента температур обеспечивает непрерывную генерацию электрической энергии термоэлектрическим устройством 7, как в 2. Таким образом, часть энергии солнечного излучения, за счет которой в прототипе осуществлялся перегрев солнечной панели 2, в заявляемом устройстве преобразуется батареей замкнутых трубопроводов 4 в дополнительную электрическую энергию, а охлаждение солнечной панели 2 позволяет поддерживать ее рабочую температуру оптимальной (КПД работы - максимальным) за счет циркуляции электролита в замкнутых трубопроводах 3. Национальный центр интеллектуальной собственности. 220034, г. Минск, ул. Козлова, 20.