Солнечный модуль и комбинированная солнечно-энергетическая установка на его основе



Солнечный модуль и комбинированная солнечно-энергетическая установка на его основе
Солнечный модуль и комбинированная солнечно-энергетическая установка на его основе
Солнечный модуль и комбинированная солнечно-энергетическая установка на его основе
Солнечный модуль и комбинированная солнечно-энергетическая установка на его основе

 

H01L31 - Полупроводниковые приборы, чувствительные к инфракрасному излучению, свету, электромагнитному, коротковолновому или корпускулярному излучению, предназначенные либо для преобразования энергии такого излучения в электрическую энергию, либо для управления электрической энергией с помощью такого излучения; способы или устройства, специально предназначенные для изготовления или обработки таких приборов или их частей; конструктивные элементы приборов (H01L 51/00 имеет преимущество; приборы, состоящие из нескольких компонентов на твердом теле, сформированных на общей подложке или внутри нее, кроме приборов, содержащих чувствительные к излучению компоненты, в комбинации с одним или несколькими электрическими источниками света H01L 27/00; кровельные покрытия с приспособлениями для размещения и использования устройств для накопления или концентрирования энергии E04D 13/18; получение тепловой энергии с

Владельцы патента RU 2455584:

Учреждение Российской академии наук Институт биохимической физики им. Н.М. Эмануэля РАН (RU)

Изобретение относится к гелиотехнике, может быть использовано для преобразования солнечной энергии в электрическую и тепловую энергию и касается солнечного модуля, включающего концентратор, в фокусе которого расположен фотовольтаический преобразователь солнечной энергии, с контактами подключения батарей накопителей электрической и тепловой энергии и системой жидкостно-проточного теплосъема, при этом фотовольтаический преобразователь выполнен в виде полой трубки из теплопроводящего материала, на внешней поверхности которой нанесена полупроводниковая структура и внутри которой циркулирует теплоноситель, а также комбинированной солнечно-энергетической установки, включающей указанные выше солнечные модули. Технический результат заключается в минимизации эксплуатационных затрат и снижении веса и габаритов конструкции. 2 н. и 2 з.п. ф-лы, 4 ил.

 

Изобретение относится к гелиотехнике, а именно к солнечному модулю и комбинированным солнечно-энергетическим установкам для преобразования солнечной энергии в электрическую и тепловую с системой жидкостно-проточного теплосъема.

В последние годы получают значительное развитие системы получения энергии путем преобразования солнечной энергии в электричество и тепловую энергию.

Известен солнечный коллектор для преобразования солнечной энергии в тепловую, содержащий монолитный корпус из теплоизоляционного материала с дном, на котором выполнены углубления, прозрачное ограждение, размещенное между боковыми выступами корпуса, и абсорбер, расположенный в корпусе и прикрепленный к его дну с образованием каналов для протекания жидкого теплоносителя (RU 2134846, F24J 2/04, 28.08.1999). Однако указанный коллектор позволяет преобразовывать солнечную энергию только в тепловую энергию.

Известен многофункциональный солнечный коллектор для преобразования электромагнитного излучения солнца в тепловую и электрическую энергию, содержащий монолитный корпус из теплоизоляционного материала, прозрачное ограждение и расположенный в корпусе абсорбер (RU 2388974, F24J 2/04, 10.05.2010). При этом абсорбер может быть выполнен с селективным покрытием, нанесенным на его переднюю сторону, обращенную к прозрачному ограждению, и может быть снабжен фотоэлектрическими элементами. Корпус выполнен П-образным. В корпусе с обеих торцевых сторон установлены торцевые П-образные профили. Прозрачное ограждение размещено на боковых выступах корпуса и торцевых П-образных профилях. Корпус и прозрачное ограждение с боковых сторон охвачены внешними П-образными профилями, а с торцевых сторон - торцевыми крышками, образующими с торцевыми П-образными профилями впускную и выпускную воздушные камеры, сообщенные с внутренним объемом корпуса и внешними воздуховодами. Недостатком указанного коллектора является достаточно громоздкая конструкция.

Известна солнечно-энергетическая станция, содержащая солнечные батареи с модульными зеркальными концентраторами солнечной энергии, размещенные на несущей конструкции, оснащенной системой слежения за солнцем, принимающими излучение фотовольтаическими преобразователями с блоком накопления электрической энергии, циркуляционные контуры теплопередачи для охлаждения фотовольтаических преобразователей и получения тепла (RU 2382953, F24J 2/42, 27.02.2010). Фотовольтаические преобразователи представляют собой двусторонние полупроводниковые структуры с вертикальными р-n-переходами, которые расположены в фокусе зеркальных концентраторов в заполненных теплоносителем корпусах с прозрачными окнами, при этом теплоноситель прозрачен для фотоактивного излучения и непрозрачен для нефотоактивного излучения, а зеркальные концентраторы дополнительно снабжены планарными солнечными батареями, установленными в центральной зоне входной апертуры зеркальных концентраторов.

В известном устройстве солнечная энергия поступает в фотовольтаический преобразователь через заполненный теплоносителем корпус, снабженный прозрачными окнами. Недостаток заключается в том, что рабочий элемент находится в теплоносителе, а обеспечить и поддерживать его прозрачность достаточно проблематично. Кроме того, известное устройство имеет большие габариты и вес.

Задачей, на которое направлено настоящее изобретение, является повышение потребительских свойств. Технический результат заключается в минимизации эксплуатационных затрат и снижении веса и габаритов конструкции.

В соответствии с изобретением описывается солнечный модуль, включающий концентратор, в фокусе которого расположен фотовольтаический преобразователь солнечной энергии, соединенный с контактами подключения батарей накопителей электрической энергии и системой жидкостно-проточного теплосъема, при этом фотовольтаический преобразователь выполнен в виде полой трубки из теплопроводящего материала, на внешней поверхности которой нанесена полупроводниковая структура и внутри которой циркулирует теплоноситель.

Солнечный модуль включает концентратор, в фокусе которого расположен фотовольтаический преобразователь солнечной энергии. К фотовольтаическому преобразователю подключены контакты батарей накопителей электрической энергии и система жидкостно-проточного теплосъема. Фотовольтаический преобразователь выполнен в виде трубки из теплопроводящего материала, на внешней поверхности которой нанесена полупроводниковая структура. Трубки с нанесенной полупроводниковой структурой и системой жидкостно-проточного теплосъема могут быть заключены в прозрачные оболочки, причем из пространства между внешней поверхностью трубки и оболочкой удален воздух, обеспечивая наименьшие теплопотери.

Трубки могут быть помещены в прозрачную двухслойную оболочку с вакуумной прослойкой.

Теплоноситель должен обладать достаточно высокой теплопроводностью, низкой плотностью и низкой вязкостью в рабочем интервале температур.

Описывается также комбинированная солнечно-энергетическая установка, включающая два или более размещенных на несущей конструкции указанных выше солнечных модуля, соединенных с контактами накопителей электрической энергии и системой жидкостно-проточного теплосъема, и объединенная единой системой управления.

Суть описываемого изобретения заключается в совмещении поверхностей фотовольтаического преобразования и поглощения тепла, при этом работает единый фотоэлектрический и теплособирательный рабочий элемент, освещаемый концентрированным солнечным излучением и представляющий собой полую трубку различного профиля из теплопроводящего материала, на внешней поверхности которой нанесена полупроводниковая структура и внутри которой циркулирует теплоноситель. Концентратор может представлять собой зеркальный концентратор солнечного излучения, например, параболоцилиндрического типа. Уровень концентрирования световой энергии определяется соотношением радиусов зеркала и рабочего элемента.

Изобретение позволяет генерировать электрическую и тепловую энергию, приводит к практически полному полезному использованию энергии солнечного излучения и концентрированию солнечной энергии в 5-10 «солнц». Тепло может непосредственно использоваться для обогрева или охлаждения помещения или аккумулироваться в накопительном баке или в системном накопителе тепла с фазовым переходом. Снимаемая с фотовольтаического преобразования электрическая энергия может непосредственно использоваться или аккумулироваться в различного типа накопителях электрической энергии.

Система позволяет генерировать электрическую и тепловую энергию с температурой энергоносителя 40-160°С, получать электроэнергию до 150 Вт/м2 плоской освещаемой поверхности. Температура теплоносителя определяется интенсивностью светового потока и скоростью прокачки теплоносителя.

Изобретение позволяет существенно уменьшить объем используемого полупроводникового материала и снизить стоимость преобразователя. КПД преобразования солнечного излучения в энергию составляет 10-15%.

Использование комбинированного фотоэлектрического и теплового преобразователя позволяет концентрировать в тепло оставшиеся 85-90% энергии солнечного излучения и использовать это тепло для различных практических нужд.

Описываемое изобретение иллюстрируется следующими чертежами. На фиг.1 изображен солнечный модуль, вид спереди; на фиг.2 - вид сбоку; на фиг.3 и 4 - сечение трубки фотовольтаического преобразователя с системой жидкостно-проточного теплосъема.

Солнечный модуль с фотовольтаическим преобразователем и системой жидкостно-проточного теплосъема (фиг.1, 2) содержит корпус 1 с теплоизоляцией 2. Внутри корпуса установлены отражатели 3 со светоотражающим покрытием, в фокусе которых находятся фотовольтаические преобразователи 4 с трубками 5 из теплопроводящего материала, например, меди. Количество трубок 5 с фотовольтаическим преобразователем 4 может быть от одной до нескольких штук в зависимости от необходимой мощности солнечного модуля. Трубки 5 могут быть соединены последовательно, параллельно, попарно и т.д. для обеспечения циркуляции жидкого теплоносителя 6 (на фиг.1 не указано). Корпус 1 закрыт прозрачным экраном 7. Подключение трубок 5 фотовольтаического преобразователя 4 к системе жидкостно-проточного теплосъема осуществляется через входной 8 и выходной 9 патрубки, расположенные на торце корпуса 1. Корпус 1 содержит разъем 10 для подключения фотовольтаического преобразователя 4 к блоку накопления электрической энергии. Фотовольтаический преобразователь представляет собой трубку 5 из хорошо теплопроводящего материала, на внешнюю поверхность которого нанесен слой полупроводниковой структуры 11. На фиг.3 трубка 5 окружена прозрачной газонепроницаемой оболочкой 12, из пространства между ними 13 удален воздух, т.е. оно вакуумировано. Оболочка 12 выполнена из прозрачного материала, например, стекла. Трубка 5 может быть заключена в двухслойную прозрачную оболочку 14 с вакуумом 13 между слоями (фиг.4).

В начале работы тепловой солнечный модуль заполняют жидким теплоносителем 6 и обеспечивают его циркуляцию через трубки 5 фотовольтаического преобразователя 4 и через систему жидкостно-проточного теплосъема с помощью входного и выходного патрубков 8 и 9 соответственно. Солнечные лучи, проходя через прозрачный экран 7 и сфокусированные отражателями 3, попадают на фотовольтаический преобразователь 4, представляющий собой трубу 5 со слоем полупроводниковой структуры 11. В результате часть энергии преобразуется в электричество и через разъем 10 поступает в блок накопления электрической энергии, а другая часть в виде тепловых потерь нагревает циркулирующий через фотовольтаический преобразователь 4 теплоноситель 6, который, в свою очередь поступая в систему жидкостно-проточного теплосъема через патрубок 8, нагревает окружающее пространство и через патрубок 9 снова поступает в трубки 5 фотовольтаического преобразователя 4 (фиг.1).

Солнечный модуль использует совместно фотовольтаический и тепловой преобразователь, что позволяет минимизировать эксплуатационные затраты.

В устройстве применена модульная конструкция, что ведет к снижению габаритов и веса конструкции.

1. Солнечный модуль, включающий концентратор, в фокусе которого расположен фотовольтаический преобразователь солнечной энергии, соединенный с контактами подключения батарей накопителей электрической энергии и системой жидкостно-проточного теплосъема, при этом фотовольтаический преобразователь выполнен в виде полой трубки из теплопроводящего материала, на внешней поверхности которой нанесена полупроводниковая структура, и внутри которой циркулирует теплоноситель.

2. Солнечный модуль по п.1, где указанная полая трубка заключена внутри прозрачной оболочки с зазором, причем из зазора между внешней поверхностью трубки и оболочкой удален воздух.

3. Солнечный модуль по п.1 или 2, где указанная полая трубка заключена внутри прозрачной двухслойной вакуумированной оболочки.

4. Комбинированная солнечно-энергетическая установка, включающая два или более размещенных на несущей конструкции солнечных модуля по п.1, соединенных с контактами накопителей электрической энергии и системой жидкостно-проточного теплосъема, и объединенная единой системой управления.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к фотоэлектрическому элементу (фотоэлементу), включающему в себя по меньшей мере первый переход между парой полупроводниковых областей, при этом по меньшей мере одна из этой пары полупроводниковых областей включает в себя по меньшей мере часть сверхрешетки, содержащей первый материал с распределенными в нем образованиями второго материала, причем образования имеют достаточно малые размеры, так что эффективная ширина запрещенной зоны сверхрешетки по меньшей мере частично определяется этими размерами, при этом между полупроводниковыми областями предусмотрен поглощающий слой, и при этом поглощающий слой содержит материал, предназначенный для поглощения излучения с возбуждением в результате этого носителей заряда, и имеет такую толщину, что уровни возбуждения определяются самим этим материалом.

Изобретение относится к области производства твердотельных фоточувствительных полупроводниковых приборов, а именно к области производства преобразователей мощности света в электрический ток, и может быть использовано при изготовлении указанных приборов.

Изобретение относится к функциональной микроэлектронике, микрофотоэлектронике, вычислительной технике. .

Изобретение относится к устройству плазменного осаждения из паровой фазы для получения кремниевых тонкопленочных модулей солнечного элемента, к способу получения тонкопленочных модулей и к кремниевым тонкопленочным фотогальваническим панелям.

Изобретение относится к области прямого преобразования энергии света в электроэнергию, к гелиоэнергетике, к возобновляемым источникам энергии. .

Изобретение относится к атомной и полупроводниковой технике, в частности к изготовлению маломощных источников электроэнергии с использованием радиоактивных изотопов и полупроводниковых преобразователей.

Изобретение относится к области материаловедения, преимущественно электронного, в частности к солнечной энергетике. .

Изобретение относится к солнечным батареям, служащим для преобразования солнечной энергии в электрическую. .

Изобретение относится к области фотогальванических элементов, в частности к способу получения светопоглощающего слоя тонкопленочных солнечных элементов из меди-индия-галлия-серы-селена.

Изобретение относится к способам, химическим составам и устройству для генерации электричества. .

Изобретение относится к области электроники, оптоэлектроники, полупроводниковой техники, а именно к полупроводниковым позиционно-чувствительным фотоприемникам с отрицательной дифференциальной проводимостью.

Изобретение относится к технологии изготовления оптоэлектронных приборов, в частности солнечных фотоэлектрических элементов (СФЭ). .

Изобретение относится к области альтернативной энергетики, использует возобновляемый источник энергии - солнце для образования восходящего потока воздуха. .

Изобретение относится к солнечным батареям, служащим для преобразования солнечной энергии в электрическую. .

Изобретение относится к области электроэнергетики, точнее к возобновляемым источникам энергии, и предназначено для преобразования солнечной энергии в электрическую.

Изобретение относится к области энергетики. .

Изобретение относится к области энергетики и может быть использовано для теплоснабжения и горячего водоснабжения децентрализованных объектов малой мощности с использованием возобновляемых источников энергии (ВИЭ).
Наверх