RU2763781C1 - Гибридный солнечный модуль - Google Patents
Гибридный солнечный модуль Download PDFInfo
- Publication number
- RU2763781C1 RU2763781C1 RU2021110434A RU2021110434A RU2763781C1 RU 2763781 C1 RU2763781 C1 RU 2763781C1 RU 2021110434 A RU2021110434 A RU 2021110434A RU 2021110434 A RU2021110434 A RU 2021110434A RU 2763781 C1 RU2763781 C1 RU 2763781C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- air
- building
- heat exchanger
- hot water
- water supply
- Prior art date
Links
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 30
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 claims abstract description 21
- 239000011521 glass Substances 0.000 claims abstract description 18
- 230000001681 protective effect Effects 0.000 claims abstract description 16
- 239000002826 coolant Substances 0.000 claims abstract description 10
- 239000011248 coating agent Substances 0.000 claims abstract description 7
- 238000000576 coating method Methods 0.000 claims abstract description 7
- 230000005855 radiation Effects 0.000 claims abstract description 7
- 229920000515 polycarbonate Polymers 0.000 claims description 2
- 239000004417 polycarbonate Substances 0.000 claims description 2
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 abstract description 4
- 230000007423 decrease Effects 0.000 abstract description 3
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 abstract description 3
- 230000000694 effects Effects 0.000 abstract 2
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract 1
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 2
- 239000000463 material Substances 0.000 description 2
- 230000002146 bilateral effect Effects 0.000 description 1
- 244000309464 bull Species 0.000 description 1
- 238000005094 computer simulation Methods 0.000 description 1
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 1
- KPUWHANPEXNPJT-UHFFFAOYSA-N disiloxane Chemical class [SiH3]O[SiH3] KPUWHANPEXNPJT-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000005611 electricity Effects 0.000 description 1
- 230000020169 heat generation Effects 0.000 description 1
- 238000010248 power generation Methods 0.000 description 1
- 238000001228 spectrum Methods 0.000 description 1
- 229910001220 stainless steel Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000010935 stainless steel Substances 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F24—HEATING; RANGES; VENTILATING
- F24D—DOMESTIC- OR SPACE-HEATING SYSTEMS, e.g. CENTRAL HEATING SYSTEMS; DOMESTIC HOT-WATER SUPPLY SYSTEMS; ELEMENTS OR COMPONENTS THEREFOR
- F24D10/00—District heating systems
-
- 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
- H02S10/00—PV power plants; Combinations of PV energy systems with other systems for the generation of electric power
- H02S10/10—PV power plants; Combinations of PV energy systems with other systems for the generation of electric power including a supplementary source of electric power, e.g. hybrid diesel-PV energy systems
-
- 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
- Y02B30/00—Energy efficient heating, ventilation or air conditioning [HVAC]
- Y02B30/17—District heating
-
- 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
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Thermal Sciences (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Combustion & Propulsion (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- General Engineering & Computer Science (AREA)
- Photovoltaic Devices (AREA)
- Roof Covering Using Slabs Or Stiff Sheets (AREA)
Abstract
Изобретение относится к гелиотехнике, в частности к солнечным энергетическим модулям для получения тепла. Технический результат заключается в увеличении КПД, увеличении среднегодовой выработки тепловой энергии, снижении массогабаритных показателей. Технический результат достигается тем, что в гибридном солнечном модуле, содержащем защитное стеклянное покрытие, скоммутированные солнечные элементы и теплообменник, соединенный с системой горячего водоснабжения и отопления здания, теплообменник выполнен в виде воздушного коллектора с каналами для теплоносителя воздуха в прозрачном для солнечного излучения корпусе и установлен по площади защитного стеклянного покрытия, причем защитное стеклянное покрытие и теплообменник в виде воздушного коллектора расположены с двух сторон скоммутированных двухсторонних солнечных элементов, при этом для отопления здания воздушный коллектор присоединен теплоизолированным воздуховодом с вентилятором к системе воздушного отопления здания, для горячего водоснабжения воздушный коллектор присоединен через теплоизолированный воздуховод с вентилятором и теплообменником воздух-вода к системе горячего водоснабжения и отопления здания, а скоммутированные солнечные элементы через инвертор соединены с электроводонагревателем системы горячего водоснабжения здания. 1 з.п. ф-лы, 2 ил., 1 табл.
Description
Изобретение относится к гелиотехнике, в частности к солнечным энергетическим модулям для получения тепла.
Известен гибридный фотоэлектрический модуль, в котором солнечные элементы электроизолированы от теплообменника, пространство между солнечными элементами и теплообменником, а также между стеклянным покрытием и теплообменником заполнено слоем силоксанового геля, защитное стеклянное покрытие выполнено в виде вакуумированного стеклопакета из двух стекол, теплообменник выполнен в виде герметичной камеры с патрубками для циркуляции теплоносителя, общая площадь соединенных солнечных элементов соизмерима с площадью верхнего основания корпуса теплообменника (патент РФ № 2546332, МПК Н02S 10/00, H01L 31/042 опубл. 10.04.2015, Бюл. №10).
Недостатком известного модуля является большая материалоемкость.
Наиболее близким к предлагаемому устройству является фотоэлектрический тепловой модуль, в котором теплообменник из нержавеющей стали выполнен с каналами теплоносителя V-образной, прямоугольной и сотовой формы (Mohd. Yusof Hj. Othman, Faridah Hussain, Kamaruzzman Sopian, Baharuddin Yatim & Hafidz Ruslan. Performance Study of Air-based Photovoltaic-thermal (PV/T) Collector with Different Designs of Heat Exchanger. Sains Malaysiana 42(9)(2013): 1319–1325).
Недостатками известного фотоэлектрического теплового модуля являются низкий коэффициент полезного действия, большая материалоемкость.
Задачей предлагаемого изобретения является повышение КПД гибридного солнечного модуля, снижение удельных затрат на получение тепловой энергии.
В результате использования предлагаемого изобретения увеличивается КПД гибридного солнечного модуля, увеличивается среднегодовая выработка тепловой энергии, снижается ее себестоимость, уменьшается масса модуля за счет того, что теплообменник выполнен в виде воздушного коллектора в прозрачном для солнечного излучения корпусе и установлен по всей площади защитного стеклянного покрытия, причем защитное стеклянное покрытие и теплообменник в виде воздушного коллектора расположены с двух сторон скоммутированных двухсторонних солнечных элементов.
Вышеуказанный технический результат достигается тем, что в гибридном солнечном модуле, содержащем защитное стеклянное покрытие, скоммутированные солнечные элементы и теплообменник, соединенный с системой горячего водоснабжения и отопления здания, согласно изобретению, теплообменник выполнен в виде воздушного коллектора с каналами для теплоносителя воздуха в прозрачном для солнечного излучения корпусе и установлен по площади защитного стеклянного покрытия, причем защитное стеклянное покрытие и теплообменник в виде воздушного коллектора расположены с двух сторон скоммутированных двухсторонних солнечных элементов, при этом для отопления здания воздушный коллектор присоединен теплоизолированным воздуховодом с вентилятором к системе воздушного отопления здания, для горячего водоснабжения воздушный коллектор присоединен через теплоизолированный воздуховод с вентилятором и теплообменником воздух-вода к системе горячего водоснабжения и отопления здания, а скоммутированные солнечные элементы через инвертор соединены с электроводонагревателем системы горячего водоснабжения здания.
В варианте гибридного солнечного модуля воздушный коллектор выполнен из сотового поликарбоната.
Сущность предлагаемого изобретения поясняется чертежами, где на фиг.1 представлена общая схема гибридного солнечного модуля, на фиг.2 показано присоединение воздушного коллектора к системам воздушного отопления, горячего водоснабжения и отопления здания.
Гибридный солнечный модуль состоит из защитного стеклянного покрытия 1, последовательно скоммутированных двухсторонних солнечных элементов 2 и теплообменника 3, выполненного в виде воздушного коллектора 4 каналами 5 для теплоносителя 6. Теплообменник 3 установлен по всей площади защитного стеклянного покрытия 1 и выполнен в виде воздушного коллектора 4 в прозрачном для солнечного излучения корпусе 7. В качестве теплоносителя 6 используется воздух. Защитное стеклянное покрытие 1 и теплообменник 3 расположены с двух сторон скоммутированных двухсторонних солнечных элементов 2. Для отопления здания воздушный коллектор 4 присоединен теплоизолированным воздуховодом 8 с вентилятором 9 к системе воздушного отопления здания 10, для горячего водоснабжения воздушный коллектор 4 присоединен через теплоизолированный воздуховод 8 с вентилятором 9 и теплообменником воздух-вода 11, к системе горячего водоснабжения и отопления здания 10. Скоммутированные двусторонние солнечные элементы 2 через инвертор 12 соединены с электроводонагревателем 13 системы горячего водоснабжения здания 10.
Гибридный солнечный модуль работает следующим образом.
Последовательно скоммутированные солнечные элементы 2 расположены непосредственно на поверхности теплообменника 3, установленного по всей площади защитного стеклянного покрытия 1, таким образом, что, поглощая ту часть солнечного спектра, которая необходима им для фотоэлектрического преобразования и выработки электроэнергии, они в свою очередь, отдают тепловую энергию для нагрева теплоносителя 6 (воздух) в каналах 5 теплообменника 3. Теплоноситель 6, циркулируя по каналам 5 теплообменника 3, охлаждает солнечные элементы 2, за счет чего растет эффективность их работы, увеличивается общий КПД гибридного солнечного модуля, нагретый теплоноситель используется потребителем для горячего водоснабжения и отопления здания. Для осуществления отопления здания 10 воздушный коллектор 4 присоединяется теплоизолированным воздуховодом 8 с вентилятором 9 к системе воздушного отопления здания 10. Для горячего водоснабжения здания 10 воздушный коллектор 4 присоединяется через теплоизолированный воздуховод 8 с вентилятором 9 и теплообменником воздух-вода 11 к системе горячего водоснабжения и отопления. Для обеспечения электроэнергией системы горячего водоснабжения здания 10 скоммутированные двусторонние солнечные элементы 2 через инвертор 12 соединяются с электроводонагревателем 13.
Пример выполнения гибридного солнечного модуля.
Гибридные солнечные модули установлены в шесть рядов в вертикальной плоскости, ориентированной в меридиональном направлении «юг-север». Рабочие поверхности гибридных солнечных модулей ориентированы на запад и восток. Размеры гибридных солнечных модулей: высота 0,6 м, длина 3 м.
В таблице 1 представлены результаты компьютерного моделирования тепловой энергии, вырабатываемой гибридными солнечными модулями по месяцам и в целом за год в кВтч/кВт при различной ориентации солнечных модулей для г. Элиста (Калмыкия) при коэффициенте отражения крыши 0,3 (бетон) и 0,9 (зеркальный отражатель). Отношение эффективности преобразования солнечного излучения тыльной поверхностью к фронтальной поверхности гибридного солнечного модуля принято равным 0,92.
Расчётные месячные суммы суммарной солнечной радиации (кВт·ч/м2) в окрестностях Элисты (Республика Калмыкия)
| Ориентация панели/Свойства | I | II | III | IV | V | VI | VII | VIII | IX | X | XI | XII | Год | |
| Горизонтальная поверхность | 42,3 | 61,7 | 100,2 | 134,1 | 178,8 | 176,1 | 185,0 | 162,9 | 120,5 | 79,9 | 41,2 | 32,2 | 1315,0 | |
| Стационарные панели, ориентированные на юг | ||||||||||||||
| Наклон 35° | 66,3 | 88,5 | 121,1 | 143, | 175,5 | 165,5 | 177,5 | 170,0 | 142,3 | 109,4 | 61,4 | 51,2 | 1471,7 | |
| Двухсторонние* вертикальные панели, фронтальная сторона на юг | ||||||||||||||
| Альбедо 15…37% | 86,8 | 110,3 | 127,5 | 128,7 | 154,5 | 146,8 | 150,8 | 147,2 | 135,0 | 117,6 | 74,5 | 66,1 | 1445,7 | |
| Альбедо 90% | 109,5 | 141,7 | 192,9 | 224,0 | 274,6 | 266,8 | 280,5 | 261,4 | 220,6 | 175,2 | 102,2 | 85,9 | 2335,2 | |
| Двухсторонние* вертикальные панели, фронтальная сторона на восток/запад | ||||||||||||||
| Альбедо 15…37% | 61,9 | 90,1 | 123,4 | 151,6 | 204,9 | 196,7 | 205,4 | 186,3 | 142,4 | 98,8 | 53,7 | 44,7 | 1559,7 | |
| Альбедо 90% | 84,6 | 121,4 | 188,8 | 246,9 | 325,1 | 316,7 | 335,1 | 300,5 | 228,0 | 156,3 | 81,4 | 64,5 | 2449,2 | |
Пиковая тепловая мощность гибридных солнечных модулей составляет 100 кВт.
Использование гибридных солнечных модулей пиковой мощностью 1 кВт с ориентацией рабочих поверхностей на восток-запад позволяет увеличить производство тепловой энергии до 4898,4 кВт·ч на 1 кВт пиковой мощности гибридных солнечных модулей, что является максимально возможной величиной производства тепловой энергии для солнечных гибридных энергетических установок без систем слежения.
Claims (2)
1. Гибридный солнечный модуль, содержащий защитное стеклянное покрытие, скоммутированные солнечные элементы и теплообменник, соединенный с системой горячего водоснабжения и отопления здания, отличающийся тем, что теплообменник выполнен в виде воздушного коллектора с каналами для теплоносителя воздуха в прозрачном для солнечного излучения корпусе и установлен по площади защитного стеклянного покрытия, причем защитное стеклянное покрытие и теплообменник в виде воздушного коллектора расположены с двух сторон скоммутированных двухсторонних солнечных элементов, при этом для отопления здания воздушный коллектор присоединен теплоизолированным воздуховодом с вентилятором к системе воздушного отопления здания, для горячего водоснабжения воздушный коллектор присоединен через теплоизолированный воздуховод с вентилятором и теплообменником воздух-вода к системе горячего водоснабжения и отопления здания, а скоммутированные солнечные элементы через инвертор соединены с электроводонагревателем системы горячего водоснабжения здания.
2. Гибридный солнечный модуль по п.1, отличающийся тем, что воздушный коллектор выполнен из сотового поликарбоната.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2021110434A RU2763781C1 (ru) | 2021-04-14 | 2021-04-14 | Гибридный солнечный модуль |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2021110434A RU2763781C1 (ru) | 2021-04-14 | 2021-04-14 | Гибридный солнечный модуль |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2763781C1 true RU2763781C1 (ru) | 2022-01-11 |
Family
ID=80040109
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2021110434A RU2763781C1 (ru) | 2021-04-14 | 2021-04-14 | Гибридный солнечный модуль |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2763781C1 (ru) |
Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2446362C2 (ru) * | 2010-02-25 | 2012-03-27 | Георгий Михайлович Межлумов | Способ и устройство получения электроэнергии |
| RU2460863C2 (ru) * | 2010-06-24 | 2012-09-10 | Федеральное государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Государственный университет по землеустройству" | Мобильный солнечный дом |
| US8288884B1 (en) * | 2009-10-15 | 2012-10-16 | William Malcolm | Wind turbine with integrated solar panels |
| EP2592358A1 (fr) * | 2011-11-10 | 2013-05-15 | CYTHELIA Expertise et Conseil, société de conseils et d'études en énergie solaire | Installation de regulation de temperature et de production d'eau chaude et methode de mise en oeuvre d'une telle installation |
-
2021
- 2021-04-14 RU RU2021110434A patent/RU2763781C1/ru active
Patent Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US8288884B1 (en) * | 2009-10-15 | 2012-10-16 | William Malcolm | Wind turbine with integrated solar panels |
| RU2446362C2 (ru) * | 2010-02-25 | 2012-03-27 | Георгий Михайлович Межлумов | Способ и устройство получения электроэнергии |
| RU2460863C2 (ru) * | 2010-06-24 | 2012-09-10 | Федеральное государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Государственный университет по землеустройству" | Мобильный солнечный дом |
| EP2592358A1 (fr) * | 2011-11-10 | 2013-05-15 | CYTHELIA Expertise et Conseil, société de conseils et d'études en énergie solaire | Installation de regulation de temperature et de production d'eau chaude et methode de mise en oeuvre d'une telle installation |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| Herez et al. | Review on photovoltaic/thermal hybrid solar collectors: Classifications, applications and new systems | |
| Sharaf et al. | Concentrated photovoltaic thermal (CPVT) solar collector systems: Part II–Implemented systems, performance assessment, and future directions | |
| Yang et al. | Design and experimental study of a cost-effective low concentrating photovoltaic/thermal system | |
| Tabaei et al. | Improving the effectiveness of a photovoltaic water pumping system by using booster reflector and cooling array surface by a film of water | |
| RU2694066C1 (ru) | Солнечный дом | |
| Hu et al. | A parametric study on the performance characteristics of an evacuated flat-plate photovoltaic/thermal (PV/T) collector | |
| CN104660153A (zh) | 一种风光互补的太阳能发电*** | |
| Palaskar et al. | Waste heat recovery study of spiral flow heat exchanger used in hybrid solar system with reflectors | |
| CN203590122U (zh) | 一种风光互补的太阳能发电*** | |
| KR20110068840A (ko) | 반사광 이용형 태양광 모듈 시스템 | |
| KR20180120322A (ko) | 집광형 및 평판형 하이브리드 태양전지를 이용한 태양광 및 태양열 복합발전시스템 및 발전방법 | |
| KR101079642B1 (ko) | 태양열과 태양광 발전을 이용한 난방시스템 | |
| Xu et al. | Design and performance research of a new non-tracking low concentrating with lens for photovoltaic systems | |
| RU2763781C1 (ru) | Гибридный солнечный модуль | |
| RU2755657C1 (ru) | Солнечная гибридная энергетическая установка для зданий | |
| CN103137760A (zh) | 微集成太阳能聚光发电组件 | |
| RU2731162C1 (ru) | Гибридный фотоэлектрический модуль | |
| CN111953290B (zh) | 一种热电联合多功能玻璃装置 | |
| WO2017168277A1 (ru) | Гибридная кровельная солнечная панель | |
| CN104917453B (zh) | 高聚光光伏发电热电联产***及其组元结构 | |
| RU188073U1 (ru) | Теплофотоэлектрическая планарная кровельная панель | |
| RU2775175C1 (ru) | Солнечная энергетическая установка с концентратором | |
| RU2755204C1 (ru) | Солнечный дом | |
| CN202996871U (zh) | 一种聚光反射式光伏模组的发电、供热联产装置 | |
| CN201474197U (zh) | 波形瓦聚光太阳能水电一体化建筑模块 |