RU2775175C1 - Солнечная энергетическая установка с концентратором - Google Patents
Солнечная энергетическая установка с концентратором Download PDFInfo
- Publication number
- RU2775175C1 RU2775175C1 RU2021121953A RU2021121953A RU2775175C1 RU 2775175 C1 RU2775175 C1 RU 2775175C1 RU 2021121953 A RU2021121953 A RU 2021121953A RU 2021121953 A RU2021121953 A RU 2021121953A RU 2775175 C1 RU2775175 C1 RU 2775175C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- concentrator
- angle
- lamellae
- solar
- sun
- Prior art date
Links
- 241000446313 Lamella Species 0.000 claims abstract description 27
- 238000005086 pumping Methods 0.000 claims abstract description 7
- 239000000463 material Substances 0.000 claims abstract description 6
- 239000002826 coolant Substances 0.000 claims description 10
- 229920000515 polycarbonate Polymers 0.000 claims description 2
- 239000004417 polycarbonate Substances 0.000 claims description 2
- 230000005611 electricity Effects 0.000 abstract description 7
- 239000000969 carrier Substances 0.000 abstract 1
- 238000004870 electrical engineering Methods 0.000 abstract 1
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract 1
- 210000004027 cells Anatomy 0.000 description 8
- 239000011521 glass Substances 0.000 description 4
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 description 4
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 2
- 239000011248 coating agent Substances 0.000 description 2
- 238000000576 coating method Methods 0.000 description 2
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 2
- 229920001296 polysiloxane Polymers 0.000 description 2
- 230000001360 synchronised Effects 0.000 description 2
- 210000004544 DC2 Anatomy 0.000 description 1
- 241001506308 Potato virus T Species 0.000 description 1
- 238000004378 air conditioning Methods 0.000 description 1
- 238000005094 computer simulation Methods 0.000 description 1
- 238000009434 installation Methods 0.000 description 1
- 230000002530 ischemic preconditioning Effects 0.000 description 1
- 229920002102 polyvinyl toluene Polymers 0.000 description 1
- 230000001681 protective Effects 0.000 description 1
- 239000011253 protective coating Substances 0.000 description 1
- 125000005373 siloxane group Chemical group [SiH2](O*)* 0.000 description 1
- 238000004088 simulation Methods 0.000 description 1
- 238000001228 spectrum Methods 0.000 description 1
- 230000037072 sun protection Effects 0.000 description 1
Images
Abstract
Изобретение относится к областям электротехники и гелиотехники, в частности к солнечным энергетическим установкам с концентраторами солнечного излучения для получения электроэнергии и тепла. Технический результат заключается в повышении КПД и достигается тем, что в солнечной энергетической установке с концентратором, выполненной в виде ламелей, содержащих концентратор, приемник излучения и устройство слежения за солнцем, на рабочей стороне каждой ламели по всей площади рабочей поверхности закреплен концентратор, выполненный в виде линейной линзы Френеля из прозрачного материала, по всей площади поверхности приемника излучения в тепловом контакте закреплена герметичная камера, соединенная с концентратором и насосом через теплоизолированный трубопровод к системе теплоснабжения здания для прокачки прозрачного для солнечного излучения теплоносителя, при этом угол высоты солнца h, угол наклона ламелей α, ширина ламелей l, минимальное расстояние между ламелями d связаны соотношением:
h=2α+arctg(sinα/(d/l-cosα))-180°,
где l – ширина ламелей;
d – минимальное расстояние между ламелями;
h – угол высоты солнца;
α – угол наклона ламелей относительно поверхности входа. 1 з.п. ф-лы, 3 ил., 1 табл.
Description
Изобретение относится к гелиотехнике, в частности к солнечным энергетическим установкам с концентраторами солнечного излучения для получения электроэнергии и тепла.
Известен фотоэлектрический модуль для энергоснабжения, 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 H02S 10/00, H01L 31/042, опубл. 10.04.2015, бюл. № 10).
Недостатком известного модуля является большая материалоемкость.
Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому изобретению является интегрированная в здание солнечная концентраторная энергетическая установка, содержащая концентратор энергии в виде голографической линзы, в фокальной области которой установлен теплофотоэлектрический приемник, который с концентрирующей системой интегрирован в систему солнцезащитных ламелей, имеющих следящее устройство за движением солнца (Julia , Daniel Chemisana, Moreno, Alberto Riverola, Atencia and Collados. Energy Simulation of a Holographic PVT Concentrating System for Building Integration Applications. Energies 2016, 9, 577; 25 July 2016).
Недостатками известных солнечных энергетических установок является низкая удельная мощность приемника солнечного излучения.
Задачей предлагаемого изобретения является повышение КПД солнечной энергетической установки с концентратором, снижение стоимости получаемой электроэнергии и теплоты.
В результате использования предлагаемого изобретения увеличивается производство электроэнергии и теплоты и увеличивается время работы солнечной энергетической установки с концентратором. Повышается коэффициент использования установленной мощности, увеличивается эффективность преобразования солнечной энергии, снижаются тепловые потери, увеличивается среднегодовая выработка тепловой энергии, снижается ее себестоимость за счет того, что на рабочей стороне солнечной энергетической установки с концентратором по всей площади рабочей поверхности закреплен концентратор, выполненный в виде линейной линзы Френеля из прозрачного материала, соединенной с насосом через теплоизолированный трубопровод к системе теплоснабжения здания для прокачки прозрачного для солнечного излучения теплоносителя.
Вышеуказанный технический результат достигается тем, что в предлагаемой солнечной энергетической установке с концентратором, выполненной в виде ламелей, содержащих концентратор, приемник излучения и устройство слежения за солнцем, согласно изобретению, на рабочей стороне каждой ламели по всей площади рабочей поверхности закреплен концентратор, выполненный в виде линейной линзы Френеля из прозрачного материала, по всей площади поверхности приемника излучения в тепловом контакте закреплена герметичная камера, соединенная с концентратором и насосом через теплоизолированный трубопровод к системе теплоснабжения здания для прокачки прозрачного для солнечного излучения теплоносителя, при этом угол высоты солнца h, угол наклона ламелей α, ширина ламелей l, минимальное расстояние между ламелями d связаны соотношением:
h=2α+arctg(sinα/(d/l-cosα))-180°,
где l - ширина ламелей;
d - минимальное расстояние между ламелями;
h - угол высоты солнца;
α - угол наклона ламелей относительно поверхности входа.
В варианте солнечной энергетической установки с концентратором, линейная линза Френеля для прокачки теплоносителя выполнена из оптически прозрачного поликарбоната.
Сущность предлагаемого изобретения поясняется чертежами, где на фиг. 1 представлен общий вид солнечной энергетической установки с концентратором, на фиг. 2 представлено поперечное сечение солнечной энергетической установки с концентратором, на фиг.3 показана солнечная энергетическая установка с концентратором с системой теплоснабжения здания.
Солнечная энергетическая установка с концентратором на фиг. 1 содержит ламели 1 шириной l, на которые падает солнечное излучение 2, ламели 1 устанавливаются по вертикали на расстоянии d под углом α относительно поверхности входа, встроены в фасад здания 3 и имеют систему слежения 4 за солнцем для синхронного перемещения всех ламелей 1 вокруг горизонтальной оси 5.
На фиг. 2 представлено поперечное сечение ламели 1 солнечной энергетической установки с концентратором, которая состоит из концентратора 6, выполненного в виде линзы из прозрачного материала, последовательно скоммутированных солнечных элементов 7, электроизолированных с помощью слоя силиконового геля 8, фторсополимерной пленки 9 для покрытия тыльной части солнечных элементов 7, по всей площади поверхности солнечных элементов 7 в тепловом контакте закреплена герметичная камера 10 для прокачки прозрачного для солнечного излучения 2 теплоносителя 11. Герметичная камера 10 объединена в одном корпусе с линзой концентратора 6. Для теплоснабжения концентратор 6 соединен с насосом 12 через теплоизолированный трубопровод 13 к системе теплоснабжения 14 (фиг. 3).
Солнечная энергетическая установка с концентратором встроена в фасад здания и работает следующим образом.
Солнечное излучение 2 под углом высоты солнца h поступает на синхронно работающие ламели 1, встроенные в фасад здания 3 и имеющие систему слежения 4 за солнцем для синхронного перемещения вокруг горизонтальной оси 5. Расстояние d по вертикали между ламелями 1, ширина l ламелей 1 и угол наклона α ламелей 1 относительно поверхности входа солнечного энергетического модуля выбираются в соответствии с выражением (1) в зависимости от значения угла высоты солнца h, характеризующего высоту солнца над горизонтом. Угол наклона α ламелей 1 относительно поверхности входа солнечной энергетической установка с концентратором корректируется в течение дня с помощью системы слежения 4 в зависимости от значений угла высоты солнца h.
Последовательно соединенные электроизолированные с помощью слоя силиконового геля 8 и покрытые с тыльной части фторсополимерной пленки 9 солнечные элементы 7 расположены 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 11 в герметичной камере 10, закрепленной по всей площади рабочей поверхности в тепловом контакте со стеклянным защитным покрытием 6. Теплоноситель 11, циркулирует в системе теплоснабжения 14 по трубопроводу 13 с помощью насоса 12 через герметичную камеру 10, охлаждает солнечные элементы 7, за счет чего повышается эффективность их работы, увеличивается общий КПД солнечного энергетического модуля, увеличивается суммарная выработка электроэнергии, а нагретый теплоноситель используется. Выполнение модуля в виде синхронно работающих ламелей позволяет увеличить время работы и удельную мощность солнечного энергетического модуля.
Пример выполнения солнечного энергетической установки с концентратором.
Солнечная энергетическая установка с концентратором встроена в южный фасад здания. Размеры: высота 6 м, длина 10 м, расстояние между ламелями d составляет 0,2 м. Пиковая электрическая мощность солнечной энергетической установки с концентратором составляет 15 кВт, тепловая - 30 кВт.
В таблице 1 представлены результаты компьютерного моделирования годовых сумм инсоляции в целом за год в кВт⋅ч/м2 при различной ориентации солнечных модулей для г. Перово (Крым).
Расчётные годовые значения инсоляции (кВт⋅ч/м2)
в окрестностях г. Перово (Республика Крым)
Угол установки модуля к горизонту, град. | 90 | 85 | 80 | 75 |
Плоский модуль | 1073,0 | 1172,0 | 1264,4 | 1348,4 |
l = 2 м | 1822,5 | 2278,6 | 2617,7 | 3299,3 |
l = 5 м | 2079,8 | 2600,3 | 2987,2 | 3200,3 |
l = 20 м | 2180,6 | 2726,3 | 3132,0 | 3355,4 |
Интеграция солнечного энергетического модуля в южный фасад здания позволяет сократить влияние солнечного излучения в летнее время и увеличить его доступ зимой, что в среднем на 30-40% сокращает потребление электроэнергии на кондиционирование и отопление.
Claims (7)
1. Солнечная энергетическая установка с концентратором, выполненная в виде ламелей, содержащих концентратор, приемник излучения и устройство слежения за солнцем, отличающаяся тем, что на рабочей стороне каждой ламели по всей площади рабочей поверхности закреплен концентратор, выполненный в виде линейной линзы Френеля из прозрачного материала, по всей площади поверхности приемника излучения в тепловом контакте закреплена герметичная камера, соединенная с концентратором и насосом через теплоизолированный трубопровод к системе теплоснабжения здания для прокачки прозрачного для солнечного излучения теплоносителя, при этом угол высоты солнца h, угол наклона ламелей α, ширина ламелей l, минимальное расстояние между ламелями d связаны соотношением:
h=2α+arctg(sinα/(d/l-cosα))-180°,
где l – ширина ламелей;
d – минимальное расстояние между ламелями;
h – угол высоты солнца;
α – угол наклона ламелей относительно поверхности входа.
2. Солнечная энергетическая установка с концентратором по п.1, отличающаяся тем, что линейная линза Френеля для прокачки теплоносителя выполнена из оптически прозрачного поликарбоната.
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2775175C1 true RU2775175C1 (ru) | 2022-06-28 |
Family
ID=
Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2199704C2 (ru) * | 2001-04-12 | 2003-02-27 | Соболев Валериан Маркович | Гелиоэнергетическая установка |
RU2546332C1 (ru) * | 2013-12-11 | 2015-04-10 | Федеральное государственное бюджетное научное учреждение "Всероссийский научно-исследовательский институт электрификации сельского хозяйства" (ФГБНУ ВИЭСХ) | Гибридный фотоэлектрический модуль |
RU2694066C1 (ru) * | 2018-10-04 | 2019-07-09 | Дмитрий Семенович Стребков | Солнечный дом |
EP2518780B1 (en) * | 2009-12-25 | 2020-02-26 | Changzhou Hetong Purun Energy Technology, Co. Ltd. | Solar photovoltaic cell high efficiency radiating device and combination heat power system |
Patent Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2199704C2 (ru) * | 2001-04-12 | 2003-02-27 | Соболев Валериан Маркович | Гелиоэнергетическая установка |
EP2518780B1 (en) * | 2009-12-25 | 2020-02-26 | Changzhou Hetong Purun Energy Technology, Co. Ltd. | Solar photovoltaic cell high efficiency radiating device and combination heat power system |
RU2546332C1 (ru) * | 2013-12-11 | 2015-04-10 | Федеральное государственное бюджетное научное учреждение "Всероссийский научно-исследовательский институт электрификации сельского хозяйства" (ФГБНУ ВИЭСХ) | Гибридный фотоэлектрический модуль |
RU2694066C1 (ru) * | 2018-10-04 | 2019-07-09 | Дмитрий Семенович Стребков | Солнечный дом |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
Li et al. | Building integrated solar concentrating systems: A review | |
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 | |
US8952238B1 (en) | Concentrated photovoltaic and solar heating system | |
CA2783457C (en) | Concentrated photovoltaic and thermal system | |
RU2694066C1 (ru) | Солнечный дом | |
KR20110068840A (ko) | 반사광 이용형 태양광 모듈 시스템 | |
Tripanagnostopoulos | New designs of building integrated solar energy systems | |
RU2775175C1 (ru) | Солнечная энергетическая установка с концентратором | |
RU2762310C1 (ru) | Солнечный энергетический модуль, встроенный в фасад здания | |
JP2013194936A (ja) | 線形太陽光集光装置、および太陽光集光発電システム | |
US20130340431A1 (en) | Method and apparatus for collecting solar thermal energy | |
RU2755657C1 (ru) | Солнечная гибридная энергетическая установка для зданий | |
RU2172903C1 (ru) | Солнечный модуль с концентратом | |
WO2017099615A1 (en) | The photovoltaic module with a cooling system | |
WO2017168277A1 (ru) | Гибридная кровельная солнечная панель | |
RU2225966C1 (ru) | Солнечный модуль с концентратором (варианты) | |
RU2763781C1 (ru) | Гибридный солнечный модуль | |
RU2731162C1 (ru) | Гибридный фотоэлектрический модуль | |
RU188073U1 (ru) | Теплофотоэлектрическая планарная кровельная панель | |
RU2576072C2 (ru) | Солнечный модуль с концентратором и способ его изготовления | |
US11118814B2 (en) | Solar collector with reflecting surfaces | |
RU2338129C1 (ru) | Солнечный дом (варианты) | |
RU2755204C1 (ru) | Солнечный дом | |
Yousef et al. | Development of solar thermal energy systems |