Солнечный модуль с концентратором

Изобретение относится к гелиоэнергетике, в частности к солнечным энергетическим модулям с концентраторами для получения электрической энергии и теплоты. Солнечный модуль с концентратором содержит зеркальный отражатель в виде основной ветви параболоцилиндрического концентратора со вторым полуцилиндрическим зеркальным отражателем, приемник с двухсторонней рабочей поверхностью в фокальной плоскости указанного концентратора имеет бак–аккумулятор, причем солнечный модуль и бак-аккумулятор являются однообъемным корпусом солнечного модуля, а концентратор солнечного излучения является одновременно и передней стенкой однообъемной конструкции модуля, что позволяет увеличить диапазон рабочих углов концентратора. При этом модуль и бак–аккумулятор могут быть изготовлены из металла или полимерного материала. Изобретение должно обеспечить сокращение сроков сборки солнечного модуля с концентратором, уменьшить материалоемкость, снизить энергоемкость и затраты физической энергии при производстве солнечных модулей. 1 з.п. ф-лы, 2 ил.

 

Изобретение относится к гелиоэнергетике, в частности к солнечным энергетическим модулям с концентраторами для получения электрической энергии и теплоты.

Известен солнечный модуль с концентратором, в котором солнечное излучение собирается параболоцилиндрическим фоклином, выполненным из двух параболоцилиндров, и отражается на приемник излучения, установленный на нижнем основании фоклина (патент США № 3923381 от 2.12.75 г., кл. 350/293, 126/271, 350/294).

Недостатком известного модуля является низкая концентрация, связанная с его апертурным углом α соотношением:

К_геом=1/sinα, при α=25°, К_геом=2,36.

Другим недостатком солнечного модуля является низкая эффективность использования солнечной энергии вследствие неравномерного освещения приемника концентрированным излучением.

Известен солнечный фотоэлектрический модуль с концентратором солнечной энергии, содержащий скоммутированные и установленные между двумя листами стекла двухсторонние солнечные элементы в виде полос, перпендикулярных основанию модуля, с тыльной стороны которых симметрично относительно середины солнечных элементов установлено два полуцилиндрических концентратора, суммарная площадь аппаратуры которых в два раза больше площади солнечных элементов. При установке под углом к горизонту, равным широте местности, и полярной ориентации оси концентраторов юг - север фотоэлектрический модуль работает круглый год без слежения за солнцем с теоретическим коэффициентом концентрации К=2. Фактический коэффициент концентрации с учетом косинусных потерь и потерь на отражение составляет 1,56 (I.Edmond, Solar Energy Materials. 1990. #21, р.173-190).

Недостатками известного фотоэлектрического модуля являются: низкий коэффициент концентрации; высокая стоимость модуля, практически равная стоимости фотоэлектрического модуля без концентратора; невозможность использования модуля при другой, кроме полярной, системы ориентации на Солнце, например в фотоэлектрических фасадах зданий и при ориентации восток - запад; невозможность использования его в фасадах зданий для получения теплоты и освещения зданий естественным солнечным излучением.

Наиболее близким по техническим параметрам к предлагаемому изобретению является солнечный фотоэлектрический модуль с концентратором солнечной энергии для получения электрической энергии и теплоты, в котором для увеличения эффективности использования солнечной энергии отражатель состоит из двух разновеликих частей, разделенных плоскостью симметрии, проходящей через вершину и фокальную ось отражателя (Стребков Дмитрий Семенович, Тверьянович Эдуард Владимирович; патент РФ № 2172451; 16.11.2000). Для увеличения коэффициента концентрации основной зеркальный отражатель выполнен в виде одной ветви параболоцилиндрического отражателя и снабжен вторым полуцилиндрическим зеркальным отражателем, а ширина полосы приемника излучения равна радиусу второго зеркального отражателя. Солнечный модуль с концентратором установлен на балконе здания или под прозрачной крышей здания.

Недостатками известного солнечного модуля являются большие трудозатраты при изготовлении деталей и при сборке концентратора и систем циркуляции теплоносителя, а также проблемы, возникающие при использовании солнечного модуля в связи с необходимостью транспортировки и потребностями в небольших сезонных нагрузках.

Задачей изобретения является сокращение сроков сборки солнечного модуля с концентратором, уменьшение материалоемкости, снижение энергоемкости и затрат физической энергии при производстве солнечных модулей, обеспечение возможности использования модуля и систем горячего водоснабжения при небольших нагрузках потребителя без необходимости монтажа систем циркуляции и отвода горячей воды, а также ввиду компактных размеров данной установки, обеспечение возможности транспортировки установки и хранения в периоды времени, когда модуль не используется. Одной из задач является эффективное использование солнечной энергии и снижение стоимости получаемой электроэнергии и теплоты.

В результате использования предлагаемого изобретения сокращается срок сборки концентратора солнечного модуля, уменьшается материалоемкость изделия, снижается энергоемкость и затраты труда при производстве солнечного модуля, повышается технологичность процесса изготовления и эффективность использования солнечной энергии, снижается стоимость электроэнергии и теплоты. Решенной задачей при использовании предлагаемого изобретения является объединение основных составляющих конструкции солнечного модуля и систем циркуляции теплоносителя в общую, недорогую и мобильную конструкцию.

В результате применения конструкции концентратора решается задача разделения солнечных систем на основе модульных установок с концентраторами на стационарную и мобильную части. Это качество концентратора очень важно и для тех автономных потребителей энергии, у которых специфика работы связана с частыми переездами. Солнечный модуль с концентратором можно использовать для производства горячей воды и выработки электричества на дачных участках, местах сезонной работы сельскохозяйственного производства, зонах отдыха, курортных и рекреационных зонах и т.д.

Технический результат достигается тем, что в солнечном модуле зеркальный отражатель, содержащий основную ветвь параболоцилиндрического концентратора со вторым полуцилиндрическим зеркальным отражателем, приемник с двухсторонней рабочей поверхностью, установленный в фокальной плоскости и предназначенный для выработки электрической энергии и горячей воды, циркуляционный контур с водой и бак системы горячего водоснабжения вмонтированы непосредственно в конструкцию корпуса солнечного модуля.

Для повышения технологичности изготовления установки, экономии металла, снижения веса и габаритных размеров солнечного модуля зеркальный отражатель и бак-аккумулятор изготовлены из полимерного материала.

Для повышения технологичности изготовления установки, экономии материала, снижения веса и габаритных размеров солнечного модуля зеркальный отражатель, циркуляционный контур, бак-аккумулятор горячей воды являются несущим корпусом, т.к. изготовлены в виде однообъемной конструкции из металла или полимерного материала, а одна из сторон бака является приемным элементом, что позволяет увеличить диапазон рабочих углов концентратора.

Сущность изобретения поясняется фиг.1-2.

На фиг.1 солнечный модуль с концентратором содержит фокусирующий зеркальный отражатель 1, имеющий апертурный угол δ; защитное покрытие из стекла 2; приемник солнечного излучения 3; регулируемые кронштейны крепления приемника солнечного излучения 4; электрическая цепь фотоэлектрических преобразователей приемника солнечного излучения 5; циркуляционный контур 6; кран 7; бак-аккумулятор 8; заливная горловина с крышкой 9.

На фиг.2 солнечный модуль с концентратором содержит фотоэлектрический приемник солнечного излучения 3; комбинированный однообъемный модуль – бак-аккумулятор 8.

Солнечный модуль с концентратором работает следующим образом. В бак-аккумулятор 8 через заливную горловину 9 заливается холодная вода, которая нагревается в приемнике солнечного излучения 3, установленном в фокальной области концентратора, и которая посредством естественной конвекции циркулирует в контуре 6 и отбирается потребителем через кран 7. Солнечные элементы, установленные с двух сторон приемника солнечного излучения, вырабатывают электрическую энергию, которая подается на нагрузку по электрической цепи 5. Плоскость миделя и боковые плоскости солнечного модуля снабжены защитным стеклянным покрытием 2.

В случае изготовления однообъемной конструкции солнечного модуля с концентратором холодная вода заливается через горловину 9 и нагревается в передней нижней части объема модуля в фокальной области концентратора солнечного излучения 1, являющегося одновременно и передней стенкой однообъемной конструкции модуля. Горячая вода, которая посредством естественной конвекции циркулирует в объеме, отбирается потребителем через кран 7. В фокальной области концентратора установлен фотоэлектрический приемник солнечного излучения 3, предназначенный для выработки электрической энергии, которая подается на нагрузку по электрической цепи 5. Плоскость миделя и боковые плоскости солнечного модуля снабжены защитным стеклянным покрытием 2.

1. Солнечный модуль с концентратором, содержащий зеркальный отражатель в виде основной ветви параболоцилиндрического концентратора со вторым полуцилиндрическим зеркальным отражателем, приемник с двухсторонней рабочей поверхностью в фокальной плоскости указанного концентратора, отличающийся тем, что солнечный модуль с концентратором имеет бак–аккумулятор, причем солнечный модуль и бак-аккумулятор являются однообъемным корпусом солнечного модуля, а концентратор солнечного излучения является одновременно и передней стенкой однообъемной конструкции модуля, что позволяет увеличить диапазон рабочих углов концентратора.

2. Солнечный модуль по п.1, отличающийся тем, что модуль и бак-аккумулятор изготовлены из металла или полимерного материала.