CZ308676B6 - Zařízení pro nakládání s odpadním teplem solárních fotovoltaických panelů - Google Patents

Zařízení pro nakládání s odpadním teplem solárních fotovoltaických panelů Download PDF

Info

Publication number
CZ308676B6
CZ308676B6 CZ201940A CZ201940A CZ308676B6 CZ 308676 B6 CZ308676 B6 CZ 308676B6 CZ 201940 A CZ201940 A CZ 201940A CZ 201940 A CZ201940 A CZ 201940A CZ 308676 B6 CZ308676 B6 CZ 308676B6
Authority
CZ
Czechia
Prior art keywords
solar photovoltaic
heat
photovoltaic panel
waste heat
absorber
Prior art date
Application number
CZ201940A
Other languages
English (en)
Other versions
CZ201940A3 (cs
Inventor
Viktor Korbel
Original Assignee
HYDROSERVIS-UNION a.s.
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by HYDROSERVIS-UNION a.s. filed Critical HYDROSERVIS-UNION a.s.
Priority to CZ201940A priority Critical patent/CZ308676B6/cs
Priority to EP20747902.3A priority patent/EP3918642A4/en
Priority to PCT/CZ2020/050003 priority patent/WO2020156598A1/en
Publication of CZ201940A3 publication Critical patent/CZ201940A3/cs
Publication of CZ308676B6 publication Critical patent/CZ308676B6/cs
Priority to BG5348U priority patent/BG4256U1/bg

Links

Classifications

    • 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
    • H02S40/42—Cooling means
    • 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
    • F24D17/00—Domestic hot-water supply systems
    • F24D17/02—Domestic hot-water supply systems using heat pumps
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F24—HEATING; RANGES; VENTILATING
    • F24H—FLUID HEATERS, e.g. WATER OR AIR HEATERS, HAVING HEAT-GENERATING MEANS, e.g. HEAT PUMPS, IN GENERAL
    • F24H4/00—Fluid heaters characterised by the use of heat pumps
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25B—REFRIGERATION MACHINES, PLANTS OR SYSTEMS; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS
    • F25B30/00—Heat pumps
    • 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
    • H02S40/42—Cooling means
    • H02S40/425—Cooling means using a gaseous or a liquid coolant, e.g. air flow ventilation, water circulation
    • 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
    • H—ELECTRICITY
    • H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10F—INORGANIC SEMICONDUCTOR DEVICES SENSITIVE TO INFRARED RADIATION, LIGHT, ELECTROMAGNETIC RADIATION OF SHORTER WAVELENGTH OR CORPUSCULAR RADIATION
    • H10F77/00—Constructional details of devices covered by this subclass
    • H10F77/60—Arrangements for cooling, heating, ventilating or compensating for temperature fluctuations
    • H10F77/63—Arrangements for cooling directly associated or integrated with photovoltaic cells, e.g. heat sinks directly associated with the photovoltaic cells or integrated Peltier elements for active cooling
    • H—ELECTRICITY
    • H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10F—INORGANIC SEMICONDUCTOR DEVICES SENSITIVE TO INFRARED RADIATION, LIGHT, ELECTROMAGNETIC RADIATION OF SHORTER WAVELENGTH OR CORPUSCULAR RADIATION
    • H10F77/00—Constructional details of devices covered by this subclass
    • H10F77/60—Arrangements for cooling, heating, ventilating or compensating for temperature fluctuations
    • H10F77/63—Arrangements for cooling directly associated or integrated with photovoltaic cells, e.g. heat sinks directly associated with the photovoltaic cells or integrated Peltier elements for active cooling
    • H10F77/67—Arrangements for cooling directly associated or integrated with photovoltaic cells, e.g. heat sinks directly associated with the photovoltaic cells or integrated Peltier elements for active cooling including means to utilise heat energy directly associated with the photovoltaic cells, e.g. integrated Seebeck elements
    • H—ELECTRICITY
    • H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10N—ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10N10/00—Thermoelectric devices comprising a junction of dissimilar materials, i.e. devices exhibiting Seebeck or Peltier effects
    • 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
    • F24D18/00—Small-scale combined heat and power [CHP] generation systems specially adapted for domestic heating, space heating or domestic hot-water supply
    • 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
    • F24D2101/00—Electric generators of small-scale CHP systems
    • F24D2101/40—Photovoltaic [PV] modules
    • 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
    • F24D2101/00—Electric generators of small-scale CHP systems
    • F24D2101/60—Thermoelectric generators, e.g. Peltier or Seebeck elements
    • 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
    • F24D2103/00—Thermal aspects of small-scale CHP systems
    • F24D2103/10—Small-scale CHP systems characterised by their heat recovery units
    • F24D2103/13—Small-scale CHP systems characterised by their heat recovery units characterised by their heat exchangers
    • 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
    • F24D2200/00—Heat sources or energy sources
    • F24D2200/02—Photovoltaic energy
    • 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
    • F24D2200/00—Heat sources or energy sources
    • F24D2200/12—Heat pump
    • 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
    • F24D2200/00—Heat sources or energy sources
    • F24D2200/16—Waste heat
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F24—HEATING; RANGES; VENTILATING
    • F24H—FLUID HEATERS, e.g. WATER OR AIR HEATERS, HAVING HEAT-GENERATING MEANS, e.g. HEAT PUMPS, IN GENERAL
    • F24H2240/00—Fluid heaters having electrical generators
    • F24H2240/01—Batteries, electrical energy storage device
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F24—HEATING; RANGES; VENTILATING
    • F24H—FLUID HEATERS, e.g. WATER OR AIR HEATERS, HAVING HEAT-GENERATING MEANS, e.g. HEAT PUMPS, IN GENERAL
    • F24H2240/00—Fluid heaters having electrical generators
    • F24H2240/08—Fluid heaters having electrical generators with peltier elements
    • 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
    • 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]
    • Y02B30/52—Heat recovery pumps, i.e. heat pump based systems or units able to transfer the thermal energy from one area of the premises or part of the facilities to a different one, improving the overall efficiency
    • 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
    • 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)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Thermal Sciences (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Combustion & Propulsion (AREA)
  • Photovoltaic Devices (AREA)

Abstract

Zařízení (1), vytvořené podle vynálezu, slouží ke zvýšení účinnosti funkce solárních fotovoltaických panelů (2) přeměňovat sluneční záření na elektrickou energii. Zařízení (1) aktivně odebírá odpadní teplo ze solárních fotovoltaických panelů (2), díky čemuž je zvýšena účinnost přeměny slunečního záření na elektrickou energii ve fotovoltaických prvcích. Současně zařízení (1) umožňuje přeměnu odpadního tepla v Peltierově článku (8) na elektrickou energii, čímž je zvýšena účinnost funkce solárního fotovoltaického panelu (2) vyrábět elektrickou energii. Ze solárních fotovoltaických panelů (2) nespotřebované odpadní teplo je tepelným čerpadlem (6) transportováno k dalšímu využití.

Description

Zařízení pro nakládání s odpadním teplem solárních fotovoltaických panelů
Oblast techniky
Vynález se týká zařízení, které umožní efektivnější využití energie slunečního záření dopadajícího na solární fotovoltaické panely.
Dosavadní stav techniky
V současné době jsou známy solární fotovoltaické panely sloužící k přeměně energie dopadajícího slunečního záření na elektrickou energii. Solární panel je tvořen deskovým nosným substrátem uloženým v nosném rámu. Na deskovém substrátu je umístěna elektroda, na které jsou uspořádány fotovoltaické články, které jsou tvořeny polovodičovými prvky na bázi křemíku. Polovodičové prvky leží pod transparentní krycí vrstvou, např. ze skla s antireflexní úpravou.
Stávající známé technologie solárních fotovoltaických panelů mají účinnost přeměny energie dopadajícího slunečního záření na elektrickou energii zhruba 17 % při optimálních provozních podmínkách. Zbývající energie je přeměněna na odpadní teplo, které ohřívá solární fotovoltaický panel a které je bez užitku vyzářeno do okolí solárního fotovoltaického panelu. Mezi nej významnější provozní podmínky fotovoltaického solárního panelu se řadí prostorová orientace solárního panelu vůči směru dopadu slunečního záření a provozní teplota.
Zejména provozní teplota solárního fotovoltaického panelu je nej palčivějším problémem, neboť s rostoucí provozní teplotou se snižuje už tak omezená účinnost fotovoltaické technologie. Dále se snižuje životnost fotovoltaických prvků, neboť vznikají takzvané žhavé body, ve kterých způsobuje odpadní teplo nárůst teploty až k hodnotám okolo 100 °C, což má za následek degradaci (zkratování) polovodičových prvků. Výše uvedený popis skladby nej rozšířenějších typů solárních fotovoltaických panelů vykazuje nedostatek týkající se schopnosti odvádět nebo vyzařovat odpadní teplo, zejména při chlazení okolním vzduchem. Je proto nežádoucím paradoxem, že pro naši zeměpisnou šířku a délku je účinnost solárních fotovoltaických elektráren z hlediska ideálních světelných podmínek v teplých letních měsících nižší než v měsících ostatních, kdy je znatelně nižší teplota vzduchu.
Výše uvedené nedostatky spojené s poklesem účinnosti solárních fotovoltaických panelů vlivem působení odpadního tepla řeší např. technické řešení z užitného vzoru CZ 19199, které pro zvýšení účinnosti solárních fotovoltaických panelů nejenom panely aktivně chladí vodou, ale rovněž odstraňuje nedostatky neideálních světelných podmínek koncentrací slunečního záření pomocí odrazových ploch.
Dalším známým řešením je vynález z přihlášky vynálezu WO 2018148796 A, ve kterém je popsán systém chlazení fotovoltaických panelů s kapalinovým okruhem. Rovněž je ve vynálezu popsána možnost použití Peltierova článku k výrobě elektrické energie. Jiným známým řešením je technické řešení z užitného vzoru CN 203464537 U. V technickém řešení je prezentován systém tepelného čerpadla, který zahrnuje solární fotovoltaický systém pro aktivní odběr odpadního tepla ze solárních fotovoltaických panelů.
Nevýhody výše uvedených řešení spočívají v tom, že vytváří lokální zóny chlazení, kde je odpadní teplo aktivně odčerpáváno, ale současně ponechávají na ploše fotovoltaického panelu horká místa, zejména u hranic jednotlivých tepelných výměníků. Prvním negativním dopadem je, že dochází k utlumení, či až k poškození, fotovoltaických prvků, a dále rozdílné teploty v ploše fotovoltaického panelu způsobují pnutí v materiálu vlivem tepelné roztažnosti. Uvedené nevýhody vyplývají z toho, že tepelné výměníky jsou sestaveny z dílčích částí, aby vliv tepelné
- 1 CZ 308676 B6 roztažnosti, která je jiná pro různé materiály, byl co nejnižší, a nedocházelo k poškozování fotovoltaického panelu.
Nevýhody výše uvedeného řešení spočívají v tom, že odpadní teplo není smysluplně zužitkováno, a navíc v době, kdy roste vzácnost vody, není toto její použití vhodné.
Úkolem vynálezu je vytvoření zařízení pro nakládání s odpadním teplem solárních fotovoltaických panelů, které by odpadní teplo efektivně odvádělo ze solárního odpadního panelu pro zlepšení účinnosti přeměny slunečního záření na elektrickou energii, a současně poskytlo odpadní teplo k dalšímu zpracování. Druhým důležitým úkolem vynálezu je, aby všudypřítomné odpadní teplo nejenom neomezovalo produkci elektrické energie, ale aby také pokud možno přispívalo k produkci elektrické energie.
Podstata vynálezu
Vytčený úkol je vyřešen vytvořením zařízení pro nakládání s odpadním teplem solárních fotovoltaických panelů podle následujícího vynálezu.
Zařízení pro nakládání s odpadním teplem solárních fotovoltaických panelů zahrnuje alespoň jeden absorbátor, který je uspořádaný na zadní stranu alespoň jednoho solárního fotovoltaického panelu pro absorpci odpadního tepla. Absorbátor je uspořádán pod solární fotovoltaický panel, aby neomezoval dopad slunečního záření na fotovoltaické prvky. K absorbátoru je uspořádán alespoň jeden tepelný výměník zapojený do primárního okruhu tepelného čerpadla pro aktivní odběr odpadního tepla z absorbátoru. Odebrání odpadního tepla pozitivně ovlivňuje účinnost fotovoltaických prvků při výrobě elektrické energie. Tepelný výměník je připojen do primárního okruhu k tepelnému čerpadlu, které transportuje teplo od solárního panelu k dalšímu využití, takže odpadní teplo není bez užitku vyzářeno do okolí. Současně je k absorbátoru uspořádán alespoň jeden Peltierův článek pro výrobu elektrické energie na rozhraní odlišných teplot, přičemž je Peltierův článek plošný a vykazuje stranu ohřevu a stranu chlazení.
Podstata vynálezu spočívá v tom, že je absorbátor sestaven z homogenizační desky uložené na zadní straně solárního fotovoltaického panelu. Homogenizační deska přiložením k zadní straně panelu přijímá odpadní teplo z fotovoltaických prvků, čímž zabraňuje vzniku žhavých míst. Odpadní teplo se nekoncentruje v bodech na ploše solárního panelu, ale rozloží se po celé ploše homogenizační desky. Tato prevence vzniku žhavých míst chrání fotovoltaické prvky před poškozením limitním teplem, takže je předcházeno vzniku zkratů způsobených nadlimitním ohřevem, nebo přerušení vodivých drah nadlimitním působením tepla mezi fotovoltaickými prvky. Dále je mezi zadní stranou solárního fotovoltaického panelu a homogenizační deskou a dále mezi homogenizační deskou a tepelným výměníkem vrstva netvrdnoucí teplovodivé pasty. Vzhledem k tomu, že panel, homogenizační deska a tepelný výměník jsou vyrobeny z odlišných materiálů, dochází k odlišné změně rozměrů vlivem tepelných změn. Je tedy nutné, aby jednotlivé součásti absorbátoru nebyly pevně fixovány a předcházelo se namáhání způsobenému pnutím.
Současně homogenizační deska ponechává alespoň část zadní strany fotovoltaického panelu nezakrytou pro zachování odpadního tepla na místě, přičemž je k nezakryté části zadní strany fotovoltaického panelu uspořádán alespoň jeden sběrač tepla. Nezakrytá část panelu se ohřívá stejným způsobem, jako tomu bylo doposud u panelů bez absorbátoru. Avšak toto absorbátorem neodvedené odpadní teplo je vedeno do sběrače tepla, aby mohlo být dále využito. K využití odpadního tepla ze sběrače tepla slouží alespoň jeden Peltierův článek, který je stranou ohřevu uspořádán k homogenizační desce, přičemž je stranou chlazení připojen přes alespoň jeden teplovodivý přechod ke sběrači tepla. Tím je část odpadního tepla využita k vytvoření tepelného rozdílu na Peltierově článku, který tím okamžikem začne produkovat elektrickou energii.
-2 CZ 308676 B6
Vynález kombinuje tři základní výhody. První výhodou je, že aktivním chlazením solárního fotovoltaického panelu je zvýšena účinnost výroby elektrické energie ze slunečního záření. Druhou základní výhodou je, že odpadní teplo je odvedeno k dalšímu zpracování. Ideálním příkladem využití této výhody může být např. instalace zařízení k solárním fotovoltaickým panelům v areálu pily, kde může být energie v podobě tepla použita v sušárně dřeva, případně může být zachycené odpadní teplo použito k vyhřívání bazénů atp. Třetí, ale stejně důležitou základní výhodou, je přeměna části odpadního tepla na elektrickou energii pomocí vynalezeného zařízení. Přeměna odpadního tepla na elektrickou energii může kompenzovat nevhodné světelné podmínky, případně pokles účinnosti díky povětrnostním vlivům, ale každopádně vylepšuje energetickou bilanci solárních fotovoltaických panelů.
Ve výhodném provedení zařízení pro nakládání s odpadním teplem solárních fotovoltaických panelů podle tohoto vynálezu leží nezakrytá část zadní strany solárního fotovoltaického panelu u jeho spodního okraje z hlediska orientace instalace solárního fotovoltaického panelu. To je důležité zejména při instalaci solárních panelů do souvislých solárních polí na střechách objektů. Pokud bude ponechána horká oblast u dolní části solárního fotovoltaického panelu, teplo díky přirozené tendenci bude stoupat vzhůru, což způsobí tzv. komínový efekt proudění vzduchu v prostoru mezi střechou a panely.
V dalším výhodném provedení zařízení pro nakládání s odpadním teplem solárních fotovoltaických panelů podle tohoto vynálezu jsou homogenizační deska a sběrač tepla vyrobeny ze stejného materiálu, přičemž mají stejný objem s přípustnou odchylkou do ±20 % objemu. Přibližně stejná hodnota objemů obou součástí zařízení, včetně stejného typu materiálu, má za následek stejné reakce z pohledu termodynamického chování při změně podmínek prostředí, jako je např. náhlá změna teploty atp.
V dalším výhodném provedení zařízení pro nakládání s odpadním teplem solárních fotovoltaických panelů podle tohoto vynálezu je do primárního okruhu tepelného čerpadla zapojena alespoň jedna akumulační nádrž. Akumulační nádrž slouží jako vyrovnávací prostředek při náhlé změně teplot. Alternativně může sloužit jako zdroj tepla pro odmrazování v případě převráceného pracovního cyklu tepelného čerpadla.
V dalším výhodném provedení zařízení pro nakládání s odpadním teplem solárních fotovoltaických panelů podle tohoto vynálezu je do primárního okruhu tepelného čerpadla zapojena podtlaková expanzní nádoba sestávající se z pláště nádoby pro uzavření kapalného teplosměnného média a z měchu uspořádaného v nádobě pro plynné médium. Změnou konstrukce, znamenající prohození vzduchu a kapalného teplosměnného média v podtlakové expanzní nádobě, oproti běžným expanzním nádobám je docíleno, že veškeré rázy způsobené takovými změnami, které by se mohly šířit kapalným teplosměnným médiem jsou díky podtlakové expanzní nádobě eliminovány.
V dalším výhodném provedení zařízení pro nakládání s odpadním teplem solárních fotovoltaických panelů podle tohoto vynálezu zahrnuje alespoň jedno úložiště elektrické energie elektricky připojené k solárním fotovoltaickým panelům, přičemž je tepelné čerpadlo současně elektricky připojeno k solárnímu fotovoltaickému panelu a k úložišti elektrické energie. Zařazením úložiště elektrické energie do zařízení získá zařízení energetickou nezávislost a schopnost pracovat v tzv. ostrovním režimu, kdy je zcela nezávislé na externím umělém zdroji energie. Zařízení je schopno pomocí solárních panelů maximálně využívat obnovitelný zdroj energie zastoupený slunečním zářením, čímž je jeho provoz kompletně ekologický, nízkonákladový a bezpečný vůči okolí.
Výhodami vynálezu jsou vyšší účinnost při přeměně slunečního záření ne elektrickou energii, vyšší produkce elektrické energie díky zpracování části odpadního tepla na elektrickou energii, dále prodloužení životnosti solárních fotovoltaických panelů, dále jednoduchost umožňující instalaci na stávající solární fotovoltaické panely z pohledu složitosti pracovní operace a z
-3 CZ 308676 B6 pohledu zatížení stávajících nosných konstrukcí, dále energetická soběstačnost, a v neposlední řadě výroba tepla k přímému zužitkování.
Objasnění výkresů
Uvedený vynález bude blíže objasněn na následujících vyobrazeních, kde:
obr. 1 znázorňuje schéma zařízení podle vynálezu, obr. 2 zjednodušeně znázorňuje pohled shora na solární fotovoltaický panel s komponenty absorbátoru a s vybavením pro přeměnu odpadního tepla na elektrickou energii, obr. 3 znázorňuje proudění vzduchu pod solárními panely na šikmé střeše.
Příklady uskutečnění vynálezu
Rozumí se, že dále popsané a zobrazené konkrétní případy uskutečnění vynálezu jsou představovány pro ilustraci, nikoliv jako omezení vynálezu na uvedené příklady. Odborníci znalí stavu techniky najdou nebo budou schopni zajistit za použití rutinního experimentování větší či menší počet ekvivalentů ke specifickým uskutečněním vynálezu, která jsou zde popsána.
Na obr. 1 je vyobrazeno schéma zařízení ]_ pro nakládání s odpadním teplem solárního fotovoltaického panelu 2. Ke spodní straně solárního fotovoltaického panelu 2 je připojen absorbátor 3 složený z homogenizační desky 4 a z tepelného výměníku 5. Homogenizační deska 4 je tvořena silným hliníkovým plechem a je k panelu 2 přiložena přes teplovodivou pastu pro navázání co největší přenosné styčné plochy. Teplovodivá pasta musí být z nevytvrzujícího se materiálu, aby nedošlo ke vzniku pnutí mezi panelem 2 a přilepenou homogenizační deskou 4. Dále musí teplovodivá pasta splňovat podmínku, aby byla netečná vůči zadní povrchové úpravě fotovoltaického panelu 2, zejména se jedná o zachování elektrických izolačních schopností. Tepelný výměník 5 je tvořen dutým tělesem pro protékání kapalným teplosměnným médiem, např. médiem na bázi lihu. Kapalné teplosměnné médium nesmí být agresivní vůči kovům, musí být nemrznoucí a musí být ekologicky nezávadné. Výměník 5 je vyroben např. z oceli se smaltovou povrchovou úpravou. Mezi výměníkem 5 a deskou 4 je rovněž aplikována teplovodivá pasta.
Tepelný výměník 5 je zapojen do primárního okruhu tepelného čerpadla 6, které slouží jako pumpa pro odvod odpadního tepla k dalšímu využití. Odlišností použitého tepelného čerpadla 6 je to, že používá do primárního okruhu zapojenu podtlakovou expanzní nádobu 11. Nádoba 11 má oproti známému stavu techniky prohozenou fiinkci expanzního vaku tak, že do vaku je vháněno plynné médium a do meziprostoru mezi stěnami nádoby 11 a vakem je vháněno kapalné teplosměnné médium. V primárním okruhu je zapojena vodní akumulační nádrž 10. která slouží jako tepelný vyrovnávací prostředek při náhlé změně teploty vzduchu. Tepelné čerpadlo 6 může pracovat i v opačném režimu, kdy může panely 2 přes absorbátor 3 nahřívat, např. pro jejich odmražení.
Zařízení 1 dále zahrnuje úložiště 12 elektrické energie, např. Ui-Ion akumulátor, které je elektricky připojeno k solárním panelům 2 pro jeho nabíjení elektrickou energií a dále k tepelnému čerpadlu 6 pro jeho napájení. Kapacita úložiště 12 je navyšována podle počtu solárních panelů 2 a s tím související velikostí zařízení L
Na obr. 2 je znázorněn pohled zdola na solární fotovoltaický panel 2. Homogenizační deska 4 absorbátoru 3 nezakrývá celou spodní stranu panelu 2, ale nechává pro přístup volný pás u spodního okraje panelu 2. Na tento pás je uspořádán sběrač 7 tepla, který je tvořen hliníkovým
-4 CZ 308676 B6 tělesem. Sběrač 7 tepla má z hlediska objemu materiálu objem stejný, jako homogenizační deska 4. Současně je na homogenizační desce 4 teplou stranou uspořádán Peltierův článek 8. Na studenou stranu Peltierova článku 8 je přiložen výstup měděného teplovodivého přechodu 9. Vstup přechodu 9 je přiložen na sběrač 7 tepla.
Na obr. 3 je znázorněno proudění vzduchu pod solárními panely 2 upevněnými na šikmou střechu objektu. Orientováním horkých sběračů 7 tepla ke spodnímu okraji panelů 2 se iniciuje komínové proudění vzduchu v prostoru mezi solárními panely 2 a střechou.
Průmyslová využitelnost
Zařízení pro nakládání s odpadním teplem solárních fotovoltaických panelů podle vynálezu nalezne uplatnění na solárních panelech jak nově instalovaných, tak již umístěných, na domácích objektech nebo v průmyslových areálech, či v solárních elektrárnách.

Claims (6)

  1. PATENTOVÉ NÁROKY
    1. Zařízení (1) pro nakládání s odpadním teplem solárních fotovoltaických panelů (2) zahrnující alespoň jeden absorbátor (3) uspořádaný ke spodní straně alespoň jednoho solárního fotovoltaického panelu (2) pro absorpci odpadního tepla, přičemž je k absorbátoru (3) uspořádán alespoň jeden tepelný výměník (5) zapojený do primárního okruhu tepelného čerpadla (6) a současně je k absorbátoru (3) uspořádán alespoň jeden Peltierův článek (8) se stranou ohřevu a se stranou chlazení pro výrobu elektrické energie, vyznačující se tím, že absorbátor (3) sestává z homogenizační desky (4) uložené na zadní straně solárního fotovoltaického panelu (2), že k volné straně homogenizační desky (4) je uspořádán alespoň jeden tepelný výměník (5), a že současně homogenizační deska (4) nezakrývá alespoň část zadní strany fotovoltaického panelu (2), a dále že je mezi zadní stranou solárního fotovoltaického panelu (2) a homogenizační deskou (4) a mezi homogenizační deskou (4) a tepelným výměníkem (5) vrstva netvrdnoucí teplovodivé pasty, přičemž je k nezakryté části zadní strany fotovoltaického panelu (2) uspořádán alespoň jeden sběrač (7) tepla s alespoň jedním teplovodivým přechodem (9), přičemž Peltierův článek (8) je stranou ohřevu přiložen k homogenizační desce (4) a stranou chlazení přiložen k teplovodivému přechodu (9).
  2. 2. Zařízení podle nároku 1, vyznačující se tím, že nezakrytá část zadní strany solárního fotovoltaického panelu (2) leží u jeho spodního okraje z hlediska orientace instalace solárního fotovoltaického panelu (2).
  3. 3. Zařízení podle nároku 1 nebo 2, vyznačující se tím, že homogenizační deska (4) a sběrač (7) tepla jsou ze stejného materiálu, přičemž celkové objemy materiálů tvořících homogenizační desku (4) a sběrač (7) teplajsou stejné s přípustnou odchylkou do ±20 % objemu.
  4. 4. Zařízení podle některého z nároků 1 až 3, vyznačující se tím, že do primárního okruhu tepelného čerpadla (6) je zapojena alespoň jedna akumulační nádrž (10).
  5. 5. Zařízení podle některého z nároků 1 až 4, vyznačující se tím, že do primárního okruhu tepelného čerpadla (6) je zapojena podtlaková expanzní nádoba (11) sestávající se z pláště nádoby (11) pro uzavření kapalného teplosměnného média a z měchu uspořádaného v nádobě (11) pro oddělení plynného média od kapalného teplosměnného média.
  6. 6. Zařízení podle některého z nároků 1 až 5, vyznačující se tím, že zahrnuje alespoň jedno úložiště (12) elektrické energie elektricky připojené k solárním fotovoltaickým panelům (2), přičemž je tepelné čerpadlo (6) současně elektricky připojeno k solárnímu fotovoltaickému panelu (2) a k úložišti (12) elektrické energie.
    3 výkresy
    Seznam vztahových značek zařízení pro nakládání s odpadním teplem solárních fotovoltaických panelů solární fotovoltaický panel absorbér homogenizační deska tepelný výměník tepelné čerpadlo sběrač tepla
    Peltierův článek teplovodivý přechod
    -6CZ 308676 B6
    10 akumulační nádrž
    11 podtlaková expanzní nádoba
    12 úložiště elektrické energie
CZ201940A 2019-01-28 2019-01-28 Zařízení pro nakládání s odpadním teplem solárních fotovoltaických panelů CZ308676B6 (cs)

Priority Applications (4)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CZ201940A CZ308676B6 (cs) 2019-01-28 2019-01-28 Zařízení pro nakládání s odpadním teplem solárních fotovoltaických panelů
EP20747902.3A EP3918642A4 (en) 2019-01-28 2020-01-27 DEVICE FOR UTILIZING WASTE HEAT FROM PHOTOVOLTAIC SOLAR MODULES
PCT/CZ2020/050003 WO2020156598A1 (en) 2019-01-28 2020-01-27 Device for a utilization of waste heat from solar photovoltaic panels
BG5348U BG4256U1 (bg) 2019-01-28 2021-07-20 Устройство за управление на отпадната топлина на слънчеви фотоволтаични панели

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CZ201940A CZ308676B6 (cs) 2019-01-28 2019-01-28 Zařízení pro nakládání s odpadním teplem solárních fotovoltaických panelů

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CZ201940A3 CZ201940A3 (cs) 2020-02-05
CZ308676B6 true CZ308676B6 (cs) 2021-02-10

Family

ID=69191785

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CZ201940A CZ308676B6 (cs) 2019-01-28 2019-01-28 Zařízení pro nakládání s odpadním teplem solárních fotovoltaických panelů

Country Status (4)

Country Link
EP (1) EP3918642A4 (cs)
BG (1) BG4256U1 (cs)
CZ (1) CZ308676B6 (cs)
WO (1) WO2020156598A1 (cs)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP4057464A1 (en) 2021-03-12 2022-09-14 Výzkumné a vývojové centrum obnovitelných zdroju a elektromobility s.r.o. The connecting an array of extra low dc voltage sources

Families Citing this family (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US11777441B2 (en) * 2021-04-01 2023-10-03 Hamilton Sundstrand Corporation Thermoelectric power generation using radiant and conductive heat dissipation
GB2611127B (en) * 2022-03-04 2025-01-29 Yakub Darvesh Salman Air Source Heat Pump Combined With Solar Panel
CN115021674A (zh) * 2022-05-20 2022-09-06 上海发电设备成套设计研究院有限责任公司 一种基于既有光伏现场组装的光伏光热一体化组件
CN116358162A (zh) * 2023-03-27 2023-06-30 宁波晨捷节能科技有限公司 一种空气能热泵水机组

Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN203464537U (zh) * 2013-09-16 2014-03-05 广州西奥多冷热设备有限公司 热泵光伏系统
CN105187009A (zh) * 2015-07-27 2015-12-23 天津大学 太阳能光伏发电系统的热发电冷却/发电供热系统
CN205864368U (zh) * 2016-08-10 2017-01-04 浙江晶科能源有限公司 一种光伏发电系统及其降温冷却机构
CN107425809A (zh) * 2017-06-03 2017-12-01 北京工业大学 一种复合型光伏光热一体化系统的控制方法
CN207196961U (zh) * 2017-09-07 2018-04-06 苏州快可光伏电子股份有限公司 一种高效的光伏光热集成系统
CN207265978U (zh) * 2017-06-29 2018-04-20 安徽大恒能源科技有限公司 一种光伏组件降温系统
WO2018148796A1 (en) * 2017-02-15 2018-08-23 Qingdao Austech Solar Technology Co. Ltd. Apparatus and system for generating electricity with interfaced heat exchange

Family Cites Families (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CZ19199A3 (cs) 1998-04-16 2000-05-17 Bizcocho Hermanos S. L. Sestavitelné mřížování do oken, plotů a pod
DE102011051507A1 (de) * 2011-04-21 2012-10-25 Bpe E.K. Solarvorrichtung
CZ26672U1 (cs) * 2014-01-31 2014-03-24 Západočeská Univerzita V Plzni Zařízení integrace fotovoltaického panelu a tepelného čerpadla
CN204597893U (zh) * 2015-05-10 2015-08-26 长兴祯阳低碳热水系统有限公司 一种双循环pvt系统
JP2017058046A (ja) * 2015-09-15 2017-03-23 大和ハウス工業株式会社 エネルギー利用システム
CN106766357A (zh) * 2016-12-14 2017-05-31 大连理工大学 一种制冷剂泵驱动的太阳能pvt热电联供系统

Patent Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN203464537U (zh) * 2013-09-16 2014-03-05 广州西奥多冷热设备有限公司 热泵光伏系统
CN105187009A (zh) * 2015-07-27 2015-12-23 天津大学 太阳能光伏发电系统的热发电冷却/发电供热系统
CN205864368U (zh) * 2016-08-10 2017-01-04 浙江晶科能源有限公司 一种光伏发电系统及其降温冷却机构
WO2018148796A1 (en) * 2017-02-15 2018-08-23 Qingdao Austech Solar Technology Co. Ltd. Apparatus and system for generating electricity with interfaced heat exchange
CN107425809A (zh) * 2017-06-03 2017-12-01 北京工业大学 一种复合型光伏光热一体化系统的控制方法
CN207265978U (zh) * 2017-06-29 2018-04-20 安徽大恒能源科技有限公司 一种光伏组件降温系统
CN207196961U (zh) * 2017-09-07 2018-04-06 苏州快可光伏电子股份有限公司 一种高效的光伏光热集成系统

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP4057464A1 (en) 2021-03-12 2022-09-14 Výzkumné a vývojové centrum obnovitelných zdroju a elektromobility s.r.o. The connecting an array of extra low dc voltage sources

Also Published As

Publication number Publication date
EP3918642A4 (en) 2022-10-26
CZ201940A3 (cs) 2020-02-05
EP3918642A1 (en) 2021-12-08
WO2020156598A1 (en) 2020-08-06
BG4256U1 (bg) 2022-05-31

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CZ308676B6 (cs) Zařízení pro nakládání s odpadním teplem solárních fotovoltaických panelů
CN102422440B (zh) 混合式太阳能接收器和包括其的聚集式太阳能系统
KR100999955B1 (ko) 공기집열식 태양광발전장치
US8933324B2 (en) Thermally mounting electronics to a photovoltaic panel
CN111623540B (zh) 一种适用于建筑的多热源间接式pvt热泵系统及其运行方法
US11431289B2 (en) Combination photovoltaic and thermal energy system
CN102121298A (zh) 气温自适应节能装置及节能墙体
WO2011014120A2 (en) Multiple functional roof and wall system
Noro et al. Advancements in hybrid photovoltaic-thermal systems: performance evaluations and applications
CN109524496A (zh) 一种基于储能温差发电的全时太阳能电池
CN102709374A (zh) 光伏电池板高效自然循环背散热装置
CN108599720A (zh) 一种密排cpv组件散热装置
CN210805798U (zh) 一种具有散热功能的ibc太阳能电池板
CN201908373U (zh) 气温自适应节能装置及节能墙体
CN105514197A (zh) 一种热管式太阳能热光伏光热一体化装置
JPH09186353A (ja) 太陽電池モジュール
US20140083483A1 (en) Solar tile
Ramos et al. Hybrid photovoltaic-thermal collectors: A review
CN212692158U (zh) 适用于建筑的多热源间接式pvt热泵系统
CN102117855B (zh) 一种建筑用pvt组件
JP3053025U (ja) 太陽エネルギー電気変換装置
CN208539803U (zh) 空间半导体温差发电装置
CN109217811A (zh) 一种光电光热一体化组件以及热水系统
JPH1187757A (ja) 太陽電池モジュ−ル用伝熱部材スペ−サ−
JPH11289783A (ja) 太陽発電装置

Legal Events

Date Code Title Description
MM4A Patent lapsed due to non-payment of fee

Effective date: 20240128