WO2016122354A1 - Комбинированная концентраторная фотоэлектрическая установка - Google Patents

Комбинированная концентраторная фотоэлектрическая установка Download PDF

Info

Publication number
WO2016122354A1
WO2016122354A1 PCT/RU2016/000072 RU2016000072W WO2016122354A1 WO 2016122354 A1 WO2016122354 A1 WO 2016122354A1 RU 2016000072 W RU2016000072 W RU 2016000072W WO 2016122354 A1 WO2016122354 A1 WO 2016122354A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
fsm
liquid
solar
sided
concentrator
Prior art date
Legal status (The legal status 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 status listed.)
Ceased
Application number
PCT/RU2016/000072
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Александр Ильич ХУДЫШ
Евгений Валерьевич ОШКИН
Александр Викторович ИВАНОВ
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Obshchestvo S Ogranichennoj Otvetstvennostyu "soleks-R"
Original Assignee
Obshchestvo S Ogranichennoj Otvetstvennostyu "soleks-R"
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 Obshchestvo S Ogranichennoj Otvetstvennostyu "soleks-R" filed Critical Obshchestvo S Ogranichennoj Otvetstvennostyu "soleks-R"
Priority to KR1020177023822A priority Critical patent/KR102026003B1/ko
Priority to EP16743784.7A priority patent/EP3252944B1/en
Publication of WO2016122354A1 publication Critical patent/WO2016122354A1/ru
Priority to US15/661,388 priority patent/US10148224B2/en
Anticipated expiration legal-status Critical
Ceased legal-status Critical Current

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
    • H02S40/44—Means to utilise heat energy, e.g. hybrid systems producing warm water and electricity at the same time
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F24—HEATING; RANGES; VENTILATING
    • F24S—SOLAR HEAT COLLECTORS; SOLAR HEAT SYSTEMS
    • F24S10/00—Solar heat collectors using working fluids
    • F24S10/25—Solar heat collectors using working fluids having two or more passages for the same working fluid layered in direction of solar-rays, e.g. having upper circulation channels connected with lower circulation channels
    • 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
    • H02S10/30—Thermophotovoltaic 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
    • H02S20/00—Supporting structures for PV modules
    • H02S20/30—Supporting structures being movable or adjustable, e.g. for angle adjustment
    • H02S20/32—Supporting structures being movable or adjustable, e.g. for angle adjustment specially adapted for solar tracking
    • 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
    • H02S30/00—Structural details of PV modules other than those related to light conversion
    • H02S30/10—Frame structures
    • 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
    • H02S40/20—Optical components
    • H02S40/22—Light-reflecting or light-concentrating means
    • 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
    • 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
    • H10F19/00—Integrated devices, or assemblies of multiple devices, comprising at least one photovoltaic cell covered by group H10F10/00, e.g. photovoltaic modules
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F24—HEATING; RANGES; VENTILATING
    • F24S—SOLAR HEAT COLLECTORS; SOLAR HEAT SYSTEMS
    • F24S20/00—Solar heat collectors specially adapted for particular uses or environments
    • F24S20/20—Solar heat collectors for receiving concentrated solar energy, e.g. receivers for solar power plants
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F24—HEATING; RANGES; VENTILATING
    • F24S—SOLAR HEAT COLLECTORS; SOLAR HEAT SYSTEMS
    • F24S23/00—Arrangements for concentrating solar-rays for solar heat collectors
    • F24S23/70—Arrangements for concentrating solar-rays for solar heat collectors with reflectors
    • F24S23/74—Arrangements for concentrating solar-rays for solar heat collectors with reflectors with trough-shaped or cylindro-parabolic reflective surfaces
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F24—HEATING; RANGES; VENTILATING
    • F24S—SOLAR HEAT COLLECTORS; SOLAR HEAT SYSTEMS
    • F24S90/00—Solar heat systems not otherwise provided for
    • 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
    • Y02E10/40—Solar thermal energy, e.g. solar towers
    • 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
    • Y02E10/40—Solar thermal energy, e.g. solar towers
    • Y02E10/44—Heat exchange 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
    • 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
    • Y02E10/52—PV systems with concentrators
    • 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

Definitions

  • the invention relates to solar technology, in particular to combined concentrator solar power plants (SEU) with cooled two-sided photovoltaic solar modules (FSM) for converting solar energy into electrical and thermal.
  • SEU combined concentrator solar power plants
  • FSM cooled two-sided photovoltaic solar modules
  • the temperature of the FSM operating as part of an SEU with a solar energy concentration of less than 10,000 W / m, in conditions where there is no artificial cooling of the FSM, can be accurately described by the formula:
  • t is the ambient temperature
  • TN OCT is the normal operating temperature of the FSM
  • G is the concentration of the solar energy flux.
  • the disadvantages of the SEU are: - a lower power drop from the ambient temperature than the two previous SECs, but still insufficient to provide high parameters at temperatures above +40 ° C;
  • - mirror concentrators have a cylindrical shape and are directed convex downward, which leads to intense accumulation of dust and moisture in them.
  • the closest in technical essence solution is a combined solar power station (RF patent J ° 2382953).
  • SFEs with two-sided sensitivity are installed in a closed case with transparent windows filled with coolant. This housing is placed in the second, in which the coolant circulates along the heat transfer circuit. SFE radiation is received from both sides from the concentrator. The coolant from the surface of the SFE removes heat that enters the consumer in the circulation circuit.
  • the temperature of the SFE should be as low as possible and not exceed the boundary upper working temperature.
  • this temperature it is desirable to have this temperature as high as possible;
  • the technical problem is to increase the amount of electric energy received by reducing the heat loss of direct conversion of solar energy incident on two-sided cooled FSM SEUs from flat mirror concentrators, as well as the use of thermal energy taken from two-sided FSM and obtained as a result of additional heating of the cooling liquid in a parabolic concentrator .
  • the technical result coincides with the technical task.
  • a solar power plant containing at least one two-sided FSM with a liquid cooling system, a flat mirror concentrator, a parabolic mirror concentrator, heat exchanger with a fluid circulation system in the circuit, unidirectional valves, sun tracking system.
  • the cooling system is a single circulation circuit, divided functionally into two sections. One part of the circuit is a volume located inside the FSM above the surfaces of the panel with double-sided SFE, limited by transparent glass sheets. The second part of the circuit passes through the focus of the parabolic mirror concentrator. Thus, the functional purpose of the coolant in these areas will be different.
  • the liquid flowing through the FSM from bottom to top due to convection, will take heat from the SFE, providing a temperature within the operating limits - as a rule, no more than 85 ° C. Passing through a parabolic concentrator, the liquid is additionally heated and further enters the heat exchanger. After the heat exchanger, the cooled liquid is again supplied via a circulation system to the FSM volume. To prevent the mutual influence of the liquid from different FSMs, unidirectional valves are installed in the circulation circuit at the output of each FSM.
  • a part of the cooling circuit inside the FSM is the volume above the surfaces of the panel with double-sided SFE, limited by transparent glass sheets, and the glass sheets are interconnected by a number of spacers through openings on the sections of the panel free of SFE. Separation plates are installed between the glass sheets and the panel on both sides between the spacers for organizing effective cooling by the SFE fluid flows.
  • the place of introduction of coolant in the FSM is located at the lowest point, and the outlet is at the highest point of the FSM relative to ground level.
  • the transmission spectrum of the cooling liquid coincides with the photoactive part of the absorption spectrum of the FSM and lies in the range from 400 to 1200 nm.
  • a solar power installation including at least one two-sided photovoltaic solar module (FSM) with a liquid cooling system, a flat mirror concentrator, unidirectional valves, characterized in that it contains an aluminum frame for the circulation of coolant through the FSM, containing a cavity inside the frame profile, and the cavity will be connected to the output channel in the upper part of the FSM so that the coolant enters the frame from the panel surface SFE, the cavity is also connected through the input channel to the lower part of the FSM, with this distance between the inlet and outlet channels must be at least 0.5 m relative to ground level, and the frame is made with the possibility of maximum heat exchange with the environment in areas where coolant passes along the profile of the frame.
  • FSM two-sided photovoltaic solar module
  • Figure 1 shows the design of the SEU in isometry.
  • Figure 2 presents the design of the SEU side.
  • FIG. 3 shows a front view of the FSM SEU and a section of the FSM SEU.
  • FIG. 4 is a front view of an FSM SEU operating in an autonomous mode and a section of an FSM SEU operating in an autonomous mode.
  • a solar power installation containing at least one two-sided FSM with a liquid cooling system, a flat mirror concentrator, a parabolic mirror concentrator, a heat exchanger with a liquid circulation system in the circuit, unidirectional valves, and a sun tracking system.
  • the cooling system is a single circulation circuit, divided functionally into two sections. One part of the circuit is a volume located inside the FSM above the surfaces of the panel with double-sided SFE, limited by transparent glass sheets. The second part of the circuit passes through the focus of the parabolic mirror concentrator. Thus, the functional purpose of the coolant in these areas will be different.
  • the liquid flowing through the FSM from bottom to top, will take heat from the SFE, providing their temperature within the operating range of not more than 85 ° C. Passing through a parabolic concentrator, the liquid is additionally heated and then enters the heat exchanger. After the heat exchanger, the cooled liquid is again supplied via a circulation system to the FSM volume. To prevent the mutual influence of the liquid from different FSMs, unidirectional valves are installed in the circulation circuit at the output of each FSM.
  • This construction of the SEU allows us to solve two problems that increase the efficiency of obtaining solar electric and thermal energy:
  • bilateral FSMs can have significant dimensions and high specific peak power, more than 450 W / m 2 even at high ambient temperatures.
  • the second parabolic mirror concentrator monitors the sun using the same system that provides tracking of the sun FSM SEU and the organization of this tracking does not require additional costs.
  • the SEU monitors the position of the sun in the polar coordinate system.
  • An SEC consists of at least one two-sided liquid-cooled FSM 1, on both sides of which solar energy is supplied symmetrically from a concentrator from flat mirrors 2.
  • the heated cooling liquid emerging from the FSM enters pipeline 3, part of which is in the focus of the parabolic mirror concentrator 4, located above the FSM, in which the liquid is additionally heated by solar energy and enters the heat exchanger with a liquid circulation system 5, where the liquid is cooled, giving off heat, and returns tsya in the FSM.
  • unidirectional valves 6 are installed to prevent the mutual influence of the liquid from different FSM.
  • an installation is proposed in which in the center of the volume of the FSM filled with liquid there is a panel 7 of at least two thin transparent films 17 that protect the double-sided SFE from the influence of the coolant.
  • the volume of the FSM is limited to two thin glass sheets 8.
  • the glass sheets are interconnected by spacers 9 through openings in the sections of the panel free of SFE.
  • dividing plates 10 are installed between the glass sheets and the panel on both sides between the spacers to organize effective cooling of the SFE.
  • the place of introduction of coolant in the FSM is located at the lowest point, and the output is at the highest point of the FSM relative to ground level and is made in the form of fittings 11 and 12.
  • the transmission spectrum of the cooling liquid coincides with the photoactive part of the absorption spectrum of the FSM.
  • the transmission spectrum of the cooling liquid coincides with the photoactive part of the absorption spectrum of the FSM.
  • the transmission spectrum of the cooling liquid coincides with the photoactive part of the absorption spectrum of the FSM.
  • the work of the SEU can be organized in an autonomous mode of cooling the FSM without the selection and use of heat.
  • a parabolic concentrator and a heat exchanger with a liquid circulation system are excluded from the composition of the SEU.
  • FSMs for such an SEU are distinguished by the fact that a cavity 16 is made in the aluminum frame 13 of the FSM, forming a closed sealed circulation loop with the volume of the FSM between the glasses, for the movement of coolant in it under the action of gravitational forces.
  • the shape and area of the frame are chosen in such a way that liquid entering the cavity through channel 14 at the upper point of the FSM managed to cool in the channel of the aluminum frame and enter the volume of the FSM through a similar channel at the lower point of the FSM with a temperature that does not allow a flexible panel with double-sided SFE to heat above the maximum allowable working temperature.
  • the design of such a FSM (FIG. 3) is characterized in that there is no coolant inlet and outlet fitting in the frame, and instead of a coolant outlet fitting, an expansion tank 15 is installed, which is necessary to compensate for changes in the volume of liquid as a result of heating-cooling cycles.
  • a cavity 16 is made in the frame of the FSM 13, into which the fluid enters through the channel 14 at the upper and lower points of the FSM in the frame. The channel area is selected based on the velocity of the fluid in the FSM.

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Sustainable Development (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Sustainable Energy (AREA)
  • Thermal Sciences (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Combustion & Propulsion (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Photovoltaic Devices (AREA)

Abstract

Изобретение относится к гелиотехнике, в частности к комбинированным концентраторным солнечным энергетическим установкам с охлаждаемыми двухсторонними фотоэлектрическими солнечными модулями (ФСМ) для преобразования солнечной энергии в электрическую и тепловую. Сущностью изобретения является солнечная энергетическая установка, содержащая, по крайней мере, один двухсторонний ФСМ с системой жидкостного охлаждения, плоский зеркальный концентратор, параболический зеркальный концентратор, теплообменник с системой циркуляции жидкости в контуре, однонаправленные клапаны, систему слежения за солнцем, при этом система охлаждения содержит замкнутый циркуляционный контур, причем, часть контура расположена внутри ФСМ над поверхностями панели с двухсторонними солнечными элементами для их охлаждения, а часть контура проходит через фокус параболического зеркального концентратора для дополнительного нагрева жидкости, поступающей в теплообменник. Технический результат состоит в увеличении количества получаемой электрической энергии за счет уменьшении тепловых потерь прямого преобразования солнечной энергии, падающей на двухсторонние охлаждаемые ФСМ от плоского зеркального концентратора, а также использования тепловой энергии отбираемой от двухсторонних ФСМ и получаемой в результате дополнительного нагрева охлаждающей жидкости в параболическом концентраторе.

Description

КОМБИНИРОВАННАЯ КОНЦЕНТРАТОРНАЯ ФОТОЭЛЕКТРИЧЕСКАЯ
УСТАНОВКА
Изобретение относится к гелиотехнике, в частности к комбинированным концентраторным солнечным энергетическим установкам (СЭУ) с охлаждаемыми двухсторонними фотоэлектрическими солнечными модулями (ФСМ) для преобразования солнечной энергии в электрическую и тепловую.
Уровень техники
Температура ФСМ, работающего в составе СЭУ с концентрацией солнечной энергии менее 10 000 Вт/м , в условиях, когда отсутствует искусственное охлаждение ФСМ, достаточно точно можно описать формулой:
Tm = t + 1,25G (TNOCT - 20) (1),
где t - температура окружающей среды, TNOCT - нормальная рабочая температура ФСМ, G - концентрация солнечного потока энергии.
Известны концентраторные СЭУ на двухсторонних ФСМ с концентратором солнечной энергии из плоских отражающих пластин: патент РФ JN°2406043 и Super TRAXLE 5Х concentrator (http://www.solar-trackers.com/). В этих СЭУ двухсторонние ФСМ установлены в фокальной плоскости плоского концентратора, с которого он принимает равномерный световой поток со значением коэффициента геометрической концентрации G>3. Отвод тепла от ФСМ осуществляется за счет естественного охлаждения.
Недостатком этих СЭУ является значительное падение вырабатываемой мощности вследствие сильного нагрева ФСМ. Согласно формуле (1) расчетная температура Тт при температуре окружающей среды +30 °С составит уже
около 100 °С, что приведет к падению вырабатываемой мощности более чем на 30% и превышению максимальной гарантийной температуры работы стандартного ФСМ, которая обычно не превышает +85 °С.
Известна концентраторная СЭУ со значением коэффициента геометрической концентрации солнечной энергии G=7, SunPower С7 Tracker (http://us.sunpower.com/). Для отвода тепла на тыльную сторону солнечного фотоэлектрического элемента (СФЭ) в этой СЭУ припаяна медная фольга в форме токосъёмных дорожек, которая в свою очередь помещена на металлический радиатор.
Недостатками СЭУ являются: - более низкое падение мощности от температуры окружающей среды, чем у двух предьщущих СЭУ, но все же недостаточное чтобы обеспечивать высокие параметры при температурах выше +40 °С;
- двухсторонние ФСМ в СЭУ работают как односторонние, что снижает эффективность работы СЭУ;
- зеркальные концентраторы имеют цилиндрическую форму и направлены выпуклостью вниз, что приводит к интенсивному скоплению в них пыли и влаги.
Наиболее близким по технической сущности решением является комбинированная солнечно-энергетическая станция (патент РФ J °2382953). СФЭ с двухсторонней чувствительностью установлены в замкнутый корпус с прозрачными окнами, заполненный теплоносителем. Этот корпус помещается во второй, в котором теплоноситель циркулирует по контуру теплопередачи. Излучение СФЭ принимают с двух сторон с концентратора. Теплоноситель с поверхности СФЭ отбирает тепло, которое в циркуляционном контуре попадает потребителю.
Данная СЭУ имеет следующие недостатки:
- использование параболического концентратора приводит к необходимости иметь СФЭ маленького размера, с тем, чтобы они находились в фокусе параболического цилиндра, в противном случае резко снижается эффективность работы установки;
- в конструкции СЭУ заложено противоречие. С точки зрения повышения эффективности работы температура СФЭ должна быть как можно ниже и не превышать граничную верхнюю рабочую температуру. Для эффективной работы теплового контура эту температуру желательно иметь как можно выше;
- конструкция СЭУ очень сложная и дорогая.
Техническая задача
Техническая задача заключается в увеличении количества получаемой электрической энергии за счет уменьшении тепловых потерь прямого преобразования солнечной энергии, падающей на двухсторонние охлаждаемые ФСМ СЭУ от плоских зеркальных концентраторов, а также использования тепловой энергии отбираемой от двухсторонних ФСМ и получаемой в результате дополнительного нагрева охлаждающей жидкости в параболическом концентраторе. Технический результат совпадает с технической задачей.
Решение
Для решения данной задачи предлагается солнечная энергетическая установка, содержащая, по крайней мере, один двухсторонний ФСМ с системой жидкостного охлаждения, плоский зеркальный концентратор, параболический зеркальный концентратор, теплообменник с системой циркуляции жидкости в контуре, однонаправленные клапаны, систему слежения за солнцем. Система охлаждения представляет из себя единый циркуляционный контур, разделенный функционально на два участка. Одна часть контура представляет из себя объем расположеный внутри ФСМ над поверхностями панели с двухсторонними СФЭ, ограниченный прозрачными стеклянными листами. Вторая часть контура проходит через фокус параболического зеркального концентратора. Таким образом, функциональное назначение охлаждающей жидкости на этих участках будет различным. На первом участке в объеме ФСМ жидкость будет, протекая по ФСМ снизу вверх за_счет конвекции, отбирать тепло от СФЭ, обеспечивая температуру в рабочих пределах - как правило, не более 85 °С. Проходя через параболический концентратор, жидкость дополнительно нагревается и попадает далее в теплообменник. После теплообменника охлажденная жидкость вновь подается с помощью системы циркуляции в объем ФСМ. Для предотвращения взаимного влияния жидкости от разных ФСМ в циркуляционном контуре на выходе каждого ФСМ установлены однонаправленные клапаны.
В качестве возможной реализации решения предлагается установка, в которой часть контура охлаждения внутри ФСМ представляет из себя объем над поверхностями панели с двухсторонними СФЭ, ограниченный прозрачными стеклянными листами, причем стеклянные листы соединены между собой рядом проставок через отверстия на участках панели, свободных от СФЭ. Между стеклянными листами и панелью с обеих сторон между проставками установлены разделительные пластины для организации эффективного охлаждения потоками жидкости СФЭ. Место ввода охлаждающей жидкости в ФСМ расположено в самой низкой точке, а вывода - в самой высокой точке ФСМ относительно уровня земли.
В качестве возможной реализации решения предлагается установка, в которой спектр пропускания охлаждающей жидкости совпадает с фотоактивной частью спектра поглощения ФСМ и лежит в пределах от 400 до 1200нм.
В качестве возможной реализации решения предлагается солнечная энергетическая установка, включающая, по крайней мере, один двухсторонний фотоэлектрический солнечный модуль (ФСМ) с системой жидкостного охлаждения, плоский зеркальный концентратор, однонаправленные клапаны, отличающаяся тем, что содержит алюминиевую рамку для циркуляции охлаждающей жидкости по ФСМ, содержащую полость внутри профиля рамки, причём полость соединятся с выходным каналом в верхней части ФСМ, чтобы охлаждающая жидкость поступала в рамку с поверхности панели СФЭ, полость также соединяется через входной канал с нижней частью ФСМ, при этом расстояние между входным и выходным каналами должны быть не менее 0,5 м относительно уровня земли, причём рамка выполнена с возможностью максимального теплообмена с окружающей средой на участках, на которых по профилю рамки проходит охлаждающая жидкость.
Описание рисунков
На фиг.1 представлена конструкция СЭУ в изометрии.
На фиг.2 представлена конструкция СЭУ сбоку.
На фиг. 3 представлен вид спереди ФСМ СЭУ и сечение ФСМ СЭУ.
На фиг. 4 представлен вид спереди ФСМ СЭУ, работающей в автономном режиме и сечение ФСМ СЭУ, работающей в автономном режиме.
Детальное описание решения
Для решения описанной задачи предлагается солнечная энергетическая установка, содержащая, по крайней мере, один двухсторонний ФСМ с системой жидкостного охлаждения, плоский зеркальный концентратор, параболический зеркальный концентратор, теплообменник с системой циркуляции жидкости в контуре, однонаправленные клапаны, систему слежения за солнцем. Система охлаждения представляет из себя единый циркуляционный контур, разделенный функционально на два участка. Одна часть контура представляет из себя объем, расположенный внутри ФСМ над поверхностями панели с двухсторонними СФЭ, ограниченный прозрачными стеклянными листами. Вторая часть контура проходит через фокус параболического зеркального концентратора. Таким образом, функциональное назначение охлаждающей жидкости на этих участках будет различным. На первом участке в объеме ФСМ жидкость будет, протекая по ФСМ снизу вверх , отбирать тепло от СФЭ, обеспечивая их температуру в рабочих пределах - не более 85 °С. Проходя через параболический концентратор жидкость дополнительно нагревается и попадает далее в теплообменник. После теплообменника охлажденная жидкость вновь подается с помощью системы циркуляции в объем ФСМ. Для предотвращения взаимного влияния жидкости от разных ФСМ в циркуляционном контуре на выходе каждого ФСМ установлены однонаправленные клапаны.
Такое построение СЭУ позволяет решить две задачи, которые повышают эффективность получения солнечной электрической и тепловой энергии:
1. В данной СЭУ двухсторонние ФСМ могут иметь значительные размеры и высокую удельную пиковую мощность, более 450 Вт/м2 даже при высоких температурах окружающей среды. 2. Второй параболический зеркальный концентратор осуществляет слежение за солнцем с помощью той же системы, которая обеспечивает слежение за солнцем ФСМ СЭУ и на организацию этого слежения не требуется дополнительных затрат.
СЭУ осуществляет слежение за положением солнца в полярной системе координат. СЭУ состоит, по крайней мере, из одного двухстороннего ФСМ 1 с жидкостным охлаждением, на обе стороны которого подается симметрично солнечная энергия от концентратора из плоских зеркал 2. Выходящая из ФСМ нагретая охлаждающая жидкость поступает в трубопровод 3, часть которого находится в фокусе параболического зеркального концентратора 4, расположенного над ФСМ, в котором жидкость дополнительно нагревается солнечной энергией и поступает в теплообменник с системой циркуляции жидкости 5, где жидкость охлаждается, отдавая тепло, и возвращается в ФСМ. В трубопроводе на выходе каждого ФСМ установлены однонаправленные клапаны 6 для предотвращения взаимного влияния жидкости от разных ФСМ.
В качестве возможной реализации решения предлагается установка, в которой в центре объема ФСМ, заполненного жидкостью, находится панель 7 из, как минимум, двух тонких прозрачных пленок 17, защищающих двухсторонние СФЭ от воздействия охлаждающей жидкости. Объем ФСМ ограничен двумя тонкими стеклянными листами 8. Для компенсации давления жидкости и обеспечения геометрических размеров ФСМ стеклянные листы соединены между собой проставками 9 через отверстия на участках панели, свободных от СФЭ. Между стеклянными листами и панелью с обеих сторон между проставками установлены разделительные пластины 10 для организации эффективного охлаждения СФЭ. Место ввода охлаждающей жидкости в ФСМ расположено в самой низкой точке, а вывода - в самой высокой точке ФСМ относительно уровня земли и выполнено в виде штуцеров 11 и 12.
В качестве возможной реализации решения предлагается установка, в которой спектр пропускания охлаждающей жидкости совпадает с фотоактивной частью спектра поглощения ФСМ. Например, лежит в пределах от 400 до 1200 нм.
Работа СЭУ может быть организована в автономном режиме охлаждения ФСМ без отбора и использования тепла. В этом случае из состава СЭУ исключаются параболический концентратор и теплообменник с системой циркуляции жидкости. ФСМ для такой СЭУ отличаются тем, что в алюминиевом обрамлении 13 ФСМ выполнена полость 16, образующая с объемом ФСМ между стеклами замкнутый герметичный циркуляционный контур, для движения в нем охлаждающей жидкости под действием гравитационных сил. При этом форма и площадь обрамления выбираются таким образом, что жидкость, попадая в полость через канал 14 в верхней точке ФСМ успевала охладиться в канале алюминиевого обрамления и поступить в объем ФСМ через аналогичный канал в нижней точке ФСМ с температурой, которая не позволяет гибкой панели с двухсторонними СФЭ нагреваться выше максимально допустимой рабочей температуры. Конструкция такого ФСМ (фиг.З) отличается тем, что в обрамлении отсутствуют штуцера входа и выхода охлаждающей жидкости, а вместо штуцера выхода охлаждающей жидкости установлен расширительный бачок 15, который необходим для компенсации изменения объема жидкости в результате циклов нагрева-охлаждения. В обрамление ФСМ 13 выполнена полость 16, в которую жидкость попадает через канал 14 в верхней и нижней точке ФСМ в обрамлении. Площадь канала выбирается исходя из скорости движения жидкости в ФСМ.

Claims

ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ
Солнечная энергетическая установка, содержащая, по крайней мере, один двухсторонний фотоэлектрический солнечный модуль (ФСМ) с системой жидкостного охлаждения, плоский зеркальный концентратор, теплообменник с системой циркуляции жидкости, однонаправленные клапаны, систему слежения за солнцем, отличающаяся тем, что дополнительно содержит параболический зеркальный концентратор, а система охлаждения содержит замкнутый циркуляционный контур, причём, часть контура расположена внутри ФСМ над поверхностями панели с двухсторонними солнечными фотоэлектрическими элементами (СФЭ) для их охлаждения, а часть контура проходит через фокус параболического зеркального концентратора для дополнительного нагрева жидкости, поступающей в теплообменник.
Солнечная энергетическая установка по п. 1, отличающаяся тем, что часть контура охлаждения внутри ФСМ представляет из себя объем над поверхностями панели с двухсторонними СФЭ, ограниченный прозрачными стеклянными листами, причем стеклянные листы соединены между собой рядом проставок через отверстия на участках панели, свободных от СФЭ, при этом между стеклянными листами и панелью с обеих сторон между проставками установлены разделительные пластины для организации эффективного охлаждения потоками жидкости СФЭ, а место ввода охлаждающей жидкости в ФСМ расположено в самой низкой точке, а вывода - в самой высокой точке ФСМ относительно уровня земли.
Солнечная энергетическая установка по п.п. 1-2, отличающаяся тем, что спектр пропускания охлаждающей жидкости совпадает с фотоактивной частью спектра поглощения ФСМ и лежит в пределах от 400 до 1200нм.
Солнечная энергетическая установка, включающая, по крайней мере, один двухсторонний фотоэлектрический солнечный модуль (ФСМ) с системой жидкостного охлаждения, плоский зеркальный концентратор, однонаправленные клапаны, отличающаяся тем, что содержит алюминиевую рамку для циркуляции охлаждающей жидкости по ФСМ, содержащую полость внутри профиля рамки, причём полость соединятся с выходным каналом в верхней части ФСМ, чтобы охлаждающая жидкость поступала в рамку с поверхности панели солнечных фотоэлектрических элементов (СФЭ), полость также соединяется через входной канал с нижней частью ФСМ, при этом расстояние между входным и выходным каналами должны быть не менее 0,5 м относительно уровня земли, причём рамка выполнена с возможностью максимального теплообмена с окружающей средой на участках, на которых по профилю рамки проходит охлаждающая жидкость.
PCT/RU2016/000072 2015-01-29 2016-02-15 Комбинированная концентраторная фотоэлектрическая установка Ceased WO2016122354A1 (ru)

Priority Applications (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020177023822A KR102026003B1 (ko) 2015-01-29 2016-02-15 조합형 집광기 광전지 설비
EP16743784.7A EP3252944B1 (en) 2015-01-29 2016-02-15 Combined concentrator photovoltaic installation
US15/661,388 US10148224B2 (en) 2015-01-29 2017-07-27 Combined concentrator photovoltaic installation

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2015102918/06A RU2583317C1 (ru) 2015-01-29 2015-01-29 Комбинированная концентраторная фотоэлектрическая установка
RU2015102918 2015-01-29

Related Child Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
US15/661,388 Continuation US10148224B2 (en) 2015-01-29 2017-07-27 Combined concentrator photovoltaic installation

Publications (1)

Publication Number Publication Date
WO2016122354A1 true WO2016122354A1 (ru) 2016-08-04

Family

ID=55959891

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
PCT/RU2016/000072 Ceased WO2016122354A1 (ru) 2015-01-29 2016-02-15 Комбинированная концентраторная фотоэлектрическая установка

Country Status (5)

Country Link
US (1) US10148224B2 (ru)
EP (1) EP3252944B1 (ru)
KR (1) KR102026003B1 (ru)
RU (1) RU2583317C1 (ru)
WO (1) WO2016122354A1 (ru)

Families Citing this family (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN106403313B (zh) * 2016-11-21 2018-04-17 西北农林科技大学 一种抛物面槽式立轴跟踪太阳能集热器
CN107317552A (zh) * 2017-08-19 2017-11-03 张若玮 反射式太阳能光伏发电设施
EP3767824A4 (en) * 2018-03-22 2021-11-03 Bolymedia Holdings Co. Ltd. SIDE SURFACE LIGHT CONCENTRATION SOLAR DEVICE
JP2021519054A (ja) * 2018-04-16 2021-08-05 ボリーメディア ホールディングス カンパニー リミテッドＢｏｌｙｍｅｄｉａ Ｈｏｌｄｉｎｇｓ Ｃｏ． Ｌｔｄ． 集光型太陽エネルギー装置
MX2021008202A (es) 2019-01-20 2021-08-24 Peter Graner Micro estacion de energia electrica y micro red.
WO2020188587A1 (en) * 2019-03-19 2020-09-24 Suncept Tech Private Limited A capital efficient concentrated photo-voltaic flexible hybrid system
CN113515146B (zh) * 2021-07-02 2023-12-05 江苏林洋能源股份有限公司 一种双面组件智能跟踪系统
CN115218254B (zh) * 2022-09-06 2022-12-20 四川蜀旺新能源股份有限公司 热电联供太阳能供暖系统

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2252371C2 (ru) * 2003-07-09 2005-05-20 Государственное научное учреждение Всероссийский научно-исследовательский институт электрификации сельского хозяйства (ГНУ ВИЭСХ) Солнечный модуль с концентратором
RU2382953C1 (ru) * 2008-12-29 2010-02-27 Федеральное государственное унитарное предприятие "Всероссийский Электротехнический институт им. В.И. Ленина" (ФГУП ВЭИ) Комбинированная солнечно-энергетическая станция
US20130008487A1 (en) * 2011-07-07 2013-01-10 Chia-Chin Cheng Interchangeable and fully adjustable solar thermal-photovoltaic concentrator systems

Family Cites Families (11)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5538563A (en) * 1995-02-03 1996-07-23 Finkl; Anthony W. Solar energy concentrator apparatus for bifacial photovoltaic cells
US20080041362A1 (en) * 2006-07-17 2008-02-21 Claudio Filippone Electrical generator systems and related methods
SE531566C2 (sv) * 2007-10-01 2009-05-19 Global Sun Engineering Sweden Solkoncentrator
KR20110078024A (ko) * 2009-12-30 2011-07-07 (주)에스브이지 태양광모듈의 냉각시스템
US20110271999A1 (en) 2010-05-05 2011-11-10 Cogenra Solar, Inc. Receiver for concentrating photovoltaic-thermal system
KR101191476B1 (ko) * 2010-08-02 2012-10-15 (주)티엠테크 솔라에너지 집적장치
KR20120091956A (ko) * 2011-02-10 2012-08-20 오태연 태양집광집열기 및 그를 이용한 스팀발전겸용보일러
RU2488915C2 (ru) * 2011-06-07 2013-07-27 Российская академия сельскохозяйственных наук Государственное научное учреждение Всероссийский научно-исследовательский институт электрификации сельского хозяйства Российской академии сельскохозяйственных наук (ГНУ ВИЭСХ Россельхозакадемии) Солнечный концентраторный модуль (варианты)
JP2013096676A (ja) * 2011-11-04 2013-05-20 Toyota Industries Corp 太陽エネルギー変換装置
TWI487127B (zh) * 2011-12-21 2015-06-01 Ind Tech Res Inst 太陽能電池模組
US20150326176A1 (en) * 2014-05-08 2015-11-12 Sunplicity LLC System and method of rooftop solar energy production

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2252371C2 (ru) * 2003-07-09 2005-05-20 Государственное научное учреждение Всероссийский научно-исследовательский институт электрификации сельского хозяйства (ГНУ ВИЭСХ) Солнечный модуль с концентратором
RU2382953C1 (ru) * 2008-12-29 2010-02-27 Федеральное государственное унитарное предприятие "Всероссийский Электротехнический институт им. В.И. Ленина" (ФГУП ВЭИ) Комбинированная солнечно-энергетическая станция
US20130008487A1 (en) * 2011-07-07 2013-01-10 Chia-Chin Cheng Interchangeable and fully adjustable solar thermal-photovoltaic concentrator systems

Also Published As

Publication number Publication date
KR20180006366A (ko) 2018-01-17
KR102026003B1 (ko) 2019-09-26
US20170353154A1 (en) 2017-12-07
EP3252944B1 (en) 2020-11-11
RU2583317C1 (ru) 2016-05-10
EP3252944A4 (en) 2018-12-19
EP3252944A1 (en) 2017-12-06
US10148224B2 (en) 2018-12-04

Similar Documents

Publication Publication Date Title
RU2583317C1 (ru) Комбинированная концентраторная фотоэлектрическая установка
Kandilli Performance analysis of a novel concentrating photovoltaic combined system
CN101826823B (zh) 热电转换型太阳能热发电系统
US8188366B2 (en) Integrated solar energy conversion system, method, and apparatus
Zimmermann et al. A high-efficiency hybrid high-concentration photovoltaic system
RU2382953C1 (ru) Комбинированная солнечно-энергетическая станция
Sainthiya et al. Different types of cooling systems used in photovoltaic module solar system: A review
KR20220083351A (ko) 건축용 외장 패널 모듈
US9331258B2 (en) Solar thermoelectric generator
Bhatnagar et al. Innovative cooling for PV panels: energy and exergy assessments of water-induced V-shaped channels
Anderson et al. Heat pipe cooling of concentrating photovoltaic (CPV) systems
Zaini et al. Innovative water-cooling system for enhanced energy efficiency in photovoltaic-thermal system
RU193323U1 (ru) Складной теплофотоэлектрический концентраторный модуль с двусторонними фотоэлементами
Lai et al. All-day continuous power generation: Integrating radiative cooling with semi-transparent photovoltaic cells filtered concentrated photovoltaic-thermoelectric generator system
YEŞİLYURT et al. Techniques for enhancing and maintaining electrical efficiency of photovoltaic systems
Raj et al. An experimental study on the performance of concentrated photovoltaic system with cooling system for domestic applications
WO2012076847A1 (en) Solar energy apparatus with a combined photovoltaic and thermal power generation system
WO2017178906A1 (en) Photovoltaic system with non-uniformly cooled photovoltaic cells
CN202581920U (zh) 太阳能制冷、制热水装置
KR20120056648A (ko) 태양전지와 열전소자를 이용한 온수 가열 기능을 갖는 발전 시스템
POPESCU et al. Combined photovoltaic and thermal solar panels-enhanced energy conversion and heat transfer
Touafek et al. Improvement of Energy Efficiency of Solar Hybrid Water Collectors
CN203933530U (zh) 高倍多次聚光热电联产光伏组件
RU2013713C1 (ru) Преобразователь солнечной энергии в электрическую
Alsayegh et al. Comparative Study of Frontside and Backside Water Cooling Systems for Photovoltaic Panels

Legal Events

Date Code Title Description
121 Ep: the epo has been informed by wipo that ep was designated in this application

Ref document number: 16743784

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1

NENP Non-entry into the national phase

Ref country code: DE

ENP Entry into the national phase

Ref document number: 20177023822

Country of ref document: KR

Kind code of ref document: A

REEP Request for entry into the european phase

Ref document number: 2016743784

Country of ref document: EP