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 основной зеркальный отражатель, выполненный в виде одной ветви параболоцилиндрического отражателя и второго полуцилиндрического отражателя, разделенных фокальной плоскостью, имеет приемник излучения, установленный в фокальной области основного зеркального отражателя, выполненный из стеклянной цилиндрической трубы с антиотражающим покрытием и внутренним диаметром, равным поперечной ширине встроенного внутрь плоского металлического приемника, содержащего прямой проточный канал внутри для циркуляции при помощи насоса жидкого теплоносителя и имеющего на рабочих поверхностях скоммутированные фотоэлектрические преобразователи с односторонними рабочими поверхностями, а сквозь внутреннюю полость стеклянной трубы для отвода теплоты циркулирует воздух при помощи вентилятора, причем циркуляционный насос и воздушный вентилятор установлены с одной из торцевых сторон цилиндрической трубы и связаны с скоммутированными фотоэлектрическими преобразователями электрической цепью. Изобретение должно обеспечить увеличение коэффициента концентрации, повышение эффективности использования солнечной энергии. 1 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/sin α, при α=25⁰,

K_гeoм.=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).

Недостатком известного фотоэлектрического модуля является низкий коэффициент концентрации; высокая стоимость модуля, практически равная стоимости фотоэлектрического модуля без концентратора; невозможность использования модуля при другой, кроме полярной, системе 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 Д.С., Тверьянович Э.В., Кивалов С.Н., Иродионов А.Е.; патент РФ № 2172451; 20.08.2001). 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 стеклопакета приемника концентратора;

- фотоэлектрический приемник состоит из плоских стеклянных полос разной ширины, склеенных в стеклопакет; при резком увеличении температуры в фокальном пятне зеркального отражателя вследствие неодновременного нагрева участков стеклопакета, а также имеющейся незначительной неоднородности материала в местах соединения стеклопакет деформируется и дает течь или вследствие тех же причин образовавшиеся воздушные пузыри приводят к разлому стеклопакета.

- невозможность корректировки положения фотоэлектрического приемника для увеличения попадания на его рабочие поверхности концентрированного излучения;

- невозможность отвода избыточной теплоты непосредственно от фотоэлектрического приемника для одновременного получения электричества, теплоты и горячей воды.

Задачей изобретения является увеличение коэффициента концентрации, повышение эффективности использования солнечной энергии и снижение стоимости получаемой электроэнергии и теплоты, а также создание эффективных, технологичных и прочных гелиотехнических устройств, встроенных в фасады и крыши зданий для обеспечения их электроэнергией, горячей водой и теплом.

В результате использования предлагаемой конструкции приемника:

- упрощается технология изготовления приемников солнечного излучения;

- увеличивается надежность и эффективность солнечного модуля за счет появления возможности использования отводимого избыточного тепла от фотоэлектрических преобразователей;

- появляется возможностью установки необходимого потребителю положения приемника солнечного излучения относительно фокальной плоскости зеркального отражателя;

- появляются новые конструкции приемников для одновременного получения электрической энергии, горячей воды и теплоты.

Для получения электрической энергии, горячей воды и теплоты солнечный модуль имеет приемник излучения, установленный в фокальной области основного зеркального отражателя и изготовленный из стеклянной трубы с антиотражающим покрытием. В циркулирующем воздухе для отвода избыточной теплоты при помощи вентилятора, расположен плоский приемник, изготовленный из металла, имеющий прямой проточный канал для циркуляции жидкого теплоносителя при помощи насоса. Воздушный вентилятор и циркуляционный насос соединены в электрическую цепь с скоммутированными фотоэлектрическими преобразователями.

Технический результат достигается тем, что солнечный модуль с концентратором, содержащий основной зеркальный отражатель, выполненный в виде одной ветви параболоцилиндрического отражателя и второго полуцилиндрического отражателя, разделенных фокальной плоскостью, имеет приемник излучения, установленный в фокальной области основного зеркального отражателя, выполненный из стеклянной цилиндрической трубы с антиотражающим покрытием и внутренним диаметром, равным поперечной ширине встроенного внутрь плоского металлического приемника, содержащего прямой проточный канал внутри для циркуляции при помощи насоса жидкого теплоносителя и имеющего на рабочих поверхностях скоммутированные фотоэлектрические преобразователи с односторонними рабочими поверхностями, а сквозь внутреннюю полость стеклянной трубы для отвода теплоты циркулирует воздух при помощи вентилятора, причем циркуляционный насос и воздушный вентилятор установлены с одной из торцевых сторон цилиндрической трубы и связаны с скоммутированными фотоэлектрическими преобразователями электрической цепью.

Сущность изобретения поясняется чертежом.

На фиг.1 солнечный модуль содержит основной зеркальный отражатель 1, приемник излучения 2, изготовленный из стеклянной трубы с антиотражающим покрытием, внутри которого установлен плоский металлический приемник 9, содержащий прямой проточный канал 10 внутри для циркуляции, при помощи насоса 11, жидкого теплоносителя и имеющий с двух широких сторон поверхности скоммутированные фотоэлектрические преобразователи 12 с односторонними рабочими поверхностями, а сквозь внутреннюю полость стеклянной трубы для отвода теплоты циркулирует воздух при помощи вентилятора 8, причем циркуляционный насос и воздушный вентилятор установлены с одной из торцевых сторон цилиндрической трубы и связаны с скоммутированными фотоэлектрическими преобразователями электрической цепью 4. Ширина солнечного модуля в горизонтальной плоскости равна D, состоит из проекции d₁ ширины фотоэлектрического приемника на плоскость миделя 7 и ширины плоскости миделя D - d₁ между фокальной осью 5 и ветвью параболоцилиндрического концентратора. Фокальная плоскость 6 наклонена к горизонтальной плоскости под углом 113,5° - ϕ, где ϕ - широта местности установки солнечного модуля.

Солнечный модуль с концентратором работает следующим образом. От сфокусированного основным зеркальным отражателем 1 солнечного излучения нагревается приемник, изготовленный из стеклянной трубы 2 с антиотражающим покрытием, далее под концентрированное солнечное излучение попадает встроенный внутрь приемника из стеклянной трубы плоский металлический приемник 9, содержащий проточные каналы 10 внутри для циркуляции, при помощи насоса 11, жидкого теплоносителя и имеющий с двух широких сторон поверхности скоммутированные фотоэлектрические преобразователи 12 с односторонними рабочими поверхностями, а сквозь внутреннюю полость стеклянной трубы для отвода теплоты циркулирует воздух при помощи вентилятора 8, причем циркуляционный насос и воздушный вентилятор установлены с одной из торцевых сторон цилиндрической трубы и связаны с скоммутированными фотоэлектрическими преобразователями электрической цепью 4.

Солнечный модуль с концентратором, содержащий основной зеркальный отражатель, выполненный в виде одной ветви параболоцилиндрического отражателя и второго полуцилиндрического отражателя, разделенных фокальной плоскостью, отличающийся тем, что приемник излучения, установленный в фокальной области основного зеркального отражателя, выполнен из стеклянной цилиндрической трубы с антиотражающим покрытием и внутренним диаметром, равным поперечной ширине встроенного внутрь плоского металлического приемника, содержащего прямой проточный канал внутри для циркуляции при помощи насоса жидкого теплоносителя и имеющего на рабочих поверхностях скоммутированные фотоэлектрические преобразователи с односторонними рабочими поверхностями, а сквозь внутреннюю полость стеклянной трубы для отвода теплоты циркулирует воздух при помощи вентилятора, причем циркуляционный насос и воздушный вентилятор установлены с одной из торцевых сторон цилиндрической трубы и связаны с скоммутированными фотоэлектрическими преобразователями электрической цепью.