PL225618B1

PL225618B1 - Photovoltaic solar collector

Info

Publication number: PL225618B1
Application number: PL410239A
Authority: PL
Inventors: Robert Szulc; Michał Gedymin; Jakub Lenarczyk
Original assignee: Inst Technologiczno Przyrodniczy
Priority date: 2014-11-24
Filing date: 2014-11-24
Publication date: 2017-04-28
Also published as: PL410239A1

Description

Przedmiotem wynalazku jest fotowoltaiczny kolektor słoneczny.The subject of the invention is a photovoltaic solar collector.

Znane są kolektory fotowoltaiczne, w których energia promieniowania słonecznego zamieniana jest dzięki ogniwom krzemowym bezpośrednio na energię elektryczną. Uzyskana energia elektryczna jest najczęściej magazynowana w akumulatorach i po przetworzeniu na prąd o ustalonych param etrach wykorzystywana. W krzemowych ogniwach fotowoltaicznych wskutek promieniowania słonec znego padającego na ogniwo oraz przepływu prądu przez ogniwo następuje nieuchronnie wzrost temperatury nawet o kilkadziesiąt stopni, w zależności od stopnia natężenia promieniowania, co powoduje spadek sprawności konwersji spowodowanej zmianą wartości parametrów elektrycznych ogniwa. Ogniwa i moduły ogniw pracują w zmieniającej się temperaturze, ze względu na zmieniające się warunki atmosferyczne, nasłonecznienie, kąt padania promieni słonecznych.There are photovoltaic collectors in which the energy of solar radiation is converted directly into electricity thanks to silicon cells. Obtained electricity is most often stored in batteries and used after conversion into electricity with fixed parameters. In silicon photovoltaic cells, as a result of solar radiation falling on the cell and the flow of current through the cell, the temperature inevitably increases by up to several dozen degrees, depending on the degree of radiation intensity, which causes a decrease in the conversion efficiency caused by a change in the cell's electrical parameters. Cells and cell modules operate at a changing temperature, due to the changing weather conditions, insolation, and the angle of incidence of sunlight.

Znane jest z polskiego opisu patentowego nr PL 218 032 urządzenie do chłodzenia zestawów modułów fotowoltaicznych, z których każdy moduł fotowoltaiczny osadzony jest na ramie z ażur owymi ściankami. Ścianki ramy zamknięte są od spodu szczelną membraną tworząc komorę went ylacyjną. Natomiast w ściankach ramy sąsiadujących ze ściankami kolejnych łączonych modułów fotowoltaicznych usytuowane są otwory przelotowe, a pojedyncze moduły fotowoltaiczne łączone są za pośrednictwem łączników wzajemnie ze sobą. Na jednej z zewnętrznych ścianek umieszczony jest kolektor ssący.A device for cooling sets of photovoltaic modules, from which each photovoltaic module is mounted on a frame with openwork walls, is known from the Polish patent description No. PL 218 032. The frame walls are closed at the bottom with a tight membrane, creating a ventilation chamber. On the other hand, in the walls of the frame adjacent to the walls of successive connected photovoltaic modules, there are through holes, and individual photovoltaic modules are connected with each other by means of connectors. A suction manifold is placed on one of the outer walls.

Znane są kolektory słoneczne powietrzne, które posiadają określoną przestrzeń szczelnie zamkniętą. Jedna ściana kolektora jest ze szkła umożliwiającego przedostawanie się promieni słonecznych. Wewnątrz takiej komory znajdują się w różnoraki sposób usytuowane mniejsze komory, przez które przepływające powietrze nagrzewa się. Uzyskane ciepłe powietrze może być wykorzystane na wiele sposobów.There are known solar air collectors which have a specific sealed space. One wall of the collector is made of glass that allows sunlight to penetrate. Inside such a chamber there are various smaller chambers, through which the flowing air heats up. The warm air obtained can be used in many ways.

Fotowoltaiczny kolektor słoneczny według wynalazku w postaci szczelnej komory z ogniwami fotowoltaicznymi charakteryzuje się tym, że czołową ścianę kolektora stanowi przeźroczyste przykrycie przepuszczające promienie słoneczne. Natomiast tylna ściana kolektora zawiera prostopadle do niej usytuowane przegrody o niewielkiej wysokości, na których osadzone są moduły ogniw fotowoltaicznych tworzące łącznie z przegrodami wewnętrzne komory. Nad ogniwami fotowoltaicznymi oraz pod nimi są wolne przestrzenie.The photovoltaic solar collector according to the invention in the form of a sealed chamber with photovoltaic cells is characterized in that the front wall of the collector is a transparent cover transmitting the sun's rays. The rear wall of the collector, on the other hand, contains small-height partitions situated perpendicularly to it, on which photovoltaic cells modules are mounted, forming, together with the partitions, internal chambers. There are spaces above and below the photovoltaic cells.

Korzystnym jest, gdy na powierzchni ogniw fotowoltaicznych zamocowanych jest co najmniej kilka czujników temperatury. Kolektor słoneczny według wynalazku stanowi połączenie kolektora powietrznego z kolektorem fotowoltaicznym w jedną całość. Zasada działania kolektora polega na tym, że moduły fotowoltaiczne umieszczone centralnie w środku kolektora powietrznego zamieniają w znany sposób energię promieniowania słonecznego bezpośrednio na energię elektryczną. Dookoła całej instalacji fotowoltaicznej przepływa w sposób wymuszony strumień powietrza, który chłodzi ze wszys tkich stron moduły fotowoltaiczne. Na powierzchni modułów fotowoltaicznych dokonuje się ciągłego pomiaru temperatury i w zależności od stopnia przekroczenia optymalnej temperatury pracy modułów fotowoltaicznych reguluje się prędkość przepływu chłodzącego powietrza. Uzyskane ciepłe powietrze może być wykorzystane do ogrzewania pomieszczeń, suszenia płodów rolnych lub być we współpracy z pompą ciepła.Preferably, at least several temperature sensors are attached to the surface of the photovoltaic cells. The solar collector according to the invention combines the air collector with the photovoltaic collector into one unit. The principle of the collector is that the photovoltaic modules placed centrally in the center of the air collector convert the solar energy directly into electricity in a known manner. A forced air stream flows around the entire photovoltaic installation, which cools the photovoltaic modules on all sides. On the surface of photovoltaic modules, the temperature is continuously measured and the speed of the cooling air flow is regulated depending on the degree of exceeding the optimal operating temperature of the photovoltaic modules. The warm air obtained can be used for heating rooms, drying crops or in cooperation with a heat pump.

Intensywne chłodzenie modułów ogniw fotowoltaicznych spowodowane przepływem powietrza zarówno pod nimi jak i nad ogniwami powoduje znaczne obniżenie temperatury pracy ogniw, co przejawia się wzrostem konwersji energii w ogniwach. Skojarzenie ogniw fotowoltaicznych z kolektorem powietrznym powoduje uzyskanie znacznej ilości energii cieplnej zawartej w przepływającym powietrzu, którą można wykorzystać w różny sposób. Czołowa przeźroczysta ściana stanowi ochronę ogniw fotowoltaicznych przed niekorzystnymi warunkami atmosferycznymi, na przykład przed gradem.Intensive cooling of the photovoltaic cell modules caused by the air flow both below and above the cells causes a significant reduction in the operating temperature of the cells, which is manifested by an increase in energy conversion in the cells. The combination of photovoltaic cells with an air collector results in obtaining a significant amount of thermal energy contained in the flowing air, which can be used in various ways. The front transparent wall protects the photovoltaic cells against unfavorable weather conditions, for example against hail.

Przedmiot wynalazku uwidoczniony jest w przykładzie wykonania na rysunku, na którym fig. 1 przedstawia schematycznie kolektor w przekroju, fig. 2 przedstawia kolektor w widoku perspektywicznym.The subject of the invention is illustrated in the embodiment on the drawing, in which Fig. 1 shows schematically the collector in cross-section, Fig. 2 shows the collector in perspective view.

Kolektor ma postać zamkniętej komory stanowiącej kolektor powietrzny. Czołowa ściana 1 wykonana jest ze szkła przepuszczającego promienie słoneczne. Tylna ściana 2 połączona jest z prostopadle do niej usytuowanymi przegrodami 3 o niewielkiej wysokości, stanowiąc z nimi monol ityczną całość. Również boczne ściany kolektora tworzą monolityczną całość z tylną ścianą. Na przegrodach 3 umieszczone są ogniwa fotowoltaiczne 4 tworzące moduły fotowoltaiczne. Ogniwa łącznie z przegrodami kształtują wewnętrzne komory 5.The collector is in the form of a closed chamber constituting an air collector. The front wall 1 is made of glass that transmits the sun's rays. The rear wall 2 is connected to small-height partitions 3 situated perpendicularly to it, forming a monolithic whole with them. The side walls of the collector also form a monolithic whole with the rear wall. On the partitions 3 there are photovoltaic cells 4 that form photovoltaic modules. The cells together with the partitions shape the internal chambers 5.

PL 225 618 B1PL 225 618 B1

Chłodzące powietrze przetłaczane do kolektora wlotem 6 przepływa przez wewnętrzne k omory 5 i przechodzi przez otwór 7 do górnej części kolektora nad ogniwa fotowoltaiczne. Ogrzane powietrze opuszcza kolektor wylotem 8. Układ czujników temperatury umieszczonych na powierzchni ogniw fotowoltaicznych dokonuje ciągłego pomiaru temperatury. W zależności od stopnia przekroczenia optymalnej temperatury pracy modułów fotowoltaicznych reguluje się za pośrednictwem komputera prędkość przepływu powietrza przez kolektor.Cooling air forced into the collector through the inlet 6 flows through the internal chambers 5 and passes through the opening 7 to the upper part of the collector over the photovoltaic cells. The heated air leaves the collector through the outlet 8. A system of temperature sensors placed on the surface of photovoltaic cells continuously measures the temperature. Depending on the degree of exceeding the optimal operating temperature of the photovoltaic modules, the speed of air flow through the collector is controlled via the computer.

Claims

1. Photovoltaic solar collector in the form of a sealed chamber with an inlet and outlet opening and with photovoltaic cells, characterized in that the front wall (1 of the collector is a transparent cover transmitting the sun's rays, and the rear wall (2) is connected with barriers situated perpendicular to it ( 3), on which photovoltaic cells are mounted (4) so that there are free spaces above and below the photovoltaic cells.

2. A photovoltaic solar collector as in claim The method of claim 1, characterized in that at least several temperature sensors are mounted on the surface of the photovoltaic cells.