Гибридный солнечный модуль

Авторы патента:

Филиппченкова Наталья Сергеевна (RU)

H02S10/10 - Производство, преобразование и распределение электрической энергии

F24D10/00 - Системы отопления для жилых и других зданий

Владельцы патента RU 2763781:

Федеральное государственное бюджетное научное учреждение «Федеральный научный агроинженерный центр ВИМ» (ФГБНУ ФНАЦ ВИМ) (RU)

Изобретение относится к гелиотехнике, в частности к солнечным энергетическим модулям для получения тепла. Технический результат заключается в увеличении КПД, увеличении среднегодовой выработки тепловой энергии, снижении массогабаритных показателей. Технический результат достигается тем, что в гибридном солнечном модуле, содержащем защитное стеклянное покрытие, скоммутированные солнечные элементы и теплообменник, соединенный с системой горячего водоснабжения и отопления здания, теплообменник выполнен в виде воздушного коллектора с каналами для теплоносителя воздуха в прозрачном для солнечного излучения корпусе и установлен по площади защитного стеклянного покрытия, причем защитное стеклянное покрытие и теплообменник в виде воздушного коллектора расположены с двух сторон скоммутированных двухсторонних солнечных элементов, при этом для отопления здания воздушный коллектор присоединен теплоизолированным воздуховодом с вентилятором к системе воздушного отопления здания, для горячего водоснабжения воздушный коллектор присоединен через теплоизолированный воздуховод с вентилятором и теплообменником воздух-вода к системе горячего водоснабжения и отопления здания, а скоммутированные солнечные элементы через инвертор соединены с электроводонагревателем системы горячего водоснабжения здания. 1 з.п. ф-лы, 2 ил., 1 табл.

Изобретение относится к гелиотехнике, в частности к солнечным энергетическим модулям для получения тепла.

Известен гибридный фотоэлектрический модуль, в котором солнечные элементы электроизолированы от теплообменника, пространство между солнечными элементами и теплообменником, а также между стеклянным покрытием и теплообменником заполнено слоем силоксанового геля, защитное стеклянное покрытие выполнено в виде вакуумированного стеклопакета из двух стекол, теплообменник выполнен в виде герметичной камеры с патрубками для циркуляции теплоносителя, общая площадь соединенных солнечных элементов соизмерима с площадью верхнего основания корпуса теплообменника (патент РФ № 2546332, МПК Н02S 10/00, H01L 31/042 опубл. 10.04.2015, Бюл. №10).

Недостатком известного модуля является большая материалоемкость.

Наиболее близким к предлагаемому устройству является фотоэлектрический тепловой модуль, в котором теплообменник из нержавеющей стали выполнен с каналами теплоносителя V-образной, прямоугольной и сотовой формы (Mohd. Yusof Hj. Othman, Faridah Hussain, Kamaruzzman Sopian, Baharuddin Yatim & Hafidz Ruslan. Performance Study of Air-based Photovoltaic-thermal (PV/T) Collector with Different Designs of Heat Exchanger. Sains Malaysiana 42(9)(2013): 1319–1325).

Недостатками известного фотоэлектрического теплового модуля являются низкий коэффициент полезного действия, большая материалоемкость.

Задачей предлагаемого изобретения является повышение КПД гибридного солнечного модуля, снижение удельных затрат на получение тепловой энергии.

В результате использования предлагаемого изобретения увеличивается КПД гибридного солнечного модуля, увеличивается среднегодовая выработка тепловой энергии, снижается ее себестоимость, уменьшается масса модуля за счет того, что теплообменник выполнен в виде воздушного коллектора в прозрачном для солнечного излучения корпусе и установлен по всей площади защитного стеклянного покрытия, причем защитное стеклянное покрытие и теплообменник в виде воздушного коллектора расположены с двух сторон скоммутированных двухсторонних солнечных элементов.

Вышеуказанный технический результат достигается тем, что в гибридном солнечном модуле, содержащем защитное стеклянное покрытие, скоммутированные солнечные элементы и теплообменник, соединенный с системой горячего водоснабжения и отопления здания, согласно изобретению, теплообменник выполнен в виде воздушного коллектора с каналами для теплоносителя воздуха в прозрачном для солнечного излучения корпусе и установлен по площади защитного стеклянного покрытия, причем защитное стеклянное покрытие и теплообменник в виде воздушного коллектора расположены с двух сторон скоммутированных двухсторонних солнечных элементов, при этом для отопления здания воздушный коллектор присоединен теплоизолированным воздуховодом с вентилятором к системе воздушного отопления здания, для горячего водоснабжения воздушный коллектор присоединен через теплоизолированный воздуховод с вентилятором и теплообменником воздух-вода к системе горячего водоснабжения и отопления здания, а скоммутированные солнечные элементы через инвертор соединены с электроводонагревателем системы горячего водоснабжения здания.

В варианте гибридного солнечного модуля воздушный коллектор выполнен из сотового поликарбоната.

Сущность предлагаемого изобретения поясняется чертежами, где на фиг.1 представлена общая схема гибридного солнечного модуля, на фиг.2 показано присоединение воздушного коллектора к системам воздушного отопления, горячего водоснабжения и отопления здания.

Гибридный солнечный модуль состоит из защитного стеклянного покрытия 1, последовательно скоммутированных двухсторонних солнечных элементов 2 и теплообменника 3, выполненного в виде воздушного коллектора 4 каналами 5 для теплоносителя 6. Теплообменник 3 установлен по всей площади защитного стеклянного покрытия 1 и выполнен в виде воздушного коллектора 4 в прозрачном для солнечного излучения корпусе 7. В качестве теплоносителя 6 используется воздух. Защитное стеклянное покрытие 1 и теплообменник 3 расположены с двух сторон скоммутированных двухсторонних солнечных элементов 2. Для отопления здания воздушный коллектор 4 присоединен теплоизолированным воздуховодом 8 с вентилятором 9 к системе воздушного отопления здания 10, для горячего водоснабжения воздушный коллектор 4 присоединен через теплоизолированный воздуховод 8 с вентилятором 9 и теплообменником воздух-вода 11, к системе горячего водоснабжения и отопления здания 10. Скоммутированные двусторонние солнечные элементы 2 через инвертор 12 соединены с электроводонагревателем 13 системы горячего водоснабжения здания 10.

Гибридный солнечный модуль работает следующим образом.

Последовательно скоммутированные солнечные элементы 2 расположены непосредственно на поверхности теплообменника 3, установленного по всей площади защитного стеклянного покрытия 1, таким образом, что, поглощая ту часть солнечного спектра, которая необходима им для фотоэлектрического преобразования и выработки электроэнергии, они в свою очередь, отдают тепловую энергию для нагрева теплоносителя 6 (воздух) в каналах 5 теплообменника 3. Теплоноситель 6, циркулируя по каналам 5 теплообменника 3, охлаждает солнечные элементы 2, за счет чего растет эффективность их работы, увеличивается общий КПД гибридного солнечного модуля, нагретый теплоноситель используется потребителем для горячего водоснабжения и отопления здания. Для осуществления отопления здания 10 воздушный коллектор 4 присоединяется теплоизолированным воздуховодом 8 с вентилятором 9 к системе воздушного отопления здания 10. Для горячего водоснабжения здания 10 воздушный коллектор 4 присоединяется через теплоизолированный воздуховод 8 с вентилятором 9 и теплообменником воздух-вода 11 к системе горячего водоснабжения и отопления. Для обеспечения электроэнергией системы горячего водоснабжения здания 10 скоммутированные двусторонние солнечные элементы 2 через инвертор 12 соединяются с электроводонагревателем 13.

Пример выполнения гибридного солнечного модуля.

Гибридные солнечные модули установлены в шесть рядов в вертикальной плоскости, ориентированной в меридиональном направлении «юг-север». Рабочие поверхности гибридных солнечных модулей ориентированы на запад и восток. Размеры гибридных солнечных модулей: высота 0,6 м, длина 3 м.

В таблице 1 представлены результаты компьютерного моделирования тепловой энергии, вырабатываемой гибридными солнечными модулями по месяцам и в целом за год в кВтч/кВт при различной ориентации солнечных модулей для г. Элиста (Калмыкия) при коэффициенте отражения крыши 0,3 (бетон) и 0,9 (зеркальный отражатель). Отношение эффективности преобразования солнечного излучения тыльной поверхностью к фронтальной поверхности гибридного солнечного модуля принято равным 0,92.

Расчётные месячные суммы суммарной солнечной радиации (кВт·ч/м²) в окрестностях Элисты (Республика Калмыкия)

Ориентация панели/Свойства	I	II	III	IV	V	VI	VII	VIII	IX	X	XI	XII	Год
Горизонтальная поверхность	42,3	61,7	100,2	134,1	178,8	176,1	185,0	162,9	120,5	79,9	41,2	32,2	1315,0
	Стационарные панели, ориентированные на юг
Наклон 35°	66,3	88,5	121,1	143,	175,5	165,5	177,5	170,0	142,3	109,4	61,4	51,2	1471,7
	Двухсторонние* вертикальные панели, фронтальная сторона на юг
Альбедо 15…37%	86,8	110,3	127,5	128,7	154,5	146,8	150,8	147,2	135,0	117,6	74,5	66,1	1445,7
Альбедо 90%	109,5	141,7	192,9	224,0	274,6	266,8	280,5	261,4	220,6	175,2	102,2	85,9	2335,2
	Двухсторонние* вертикальные панели, фронтальная сторона на восток/запад
Альбедо 15…37%	61,9	90,1	123,4	151,6	204,9	196,7	205,4	186,3	142,4	98,8	53,7	44,7	1559,7
Альбедо 90%	84,6	121,4	188,8	246,9	325,1	316,7	335,1	300,5	228,0	156,3	81,4	64,5	2449,2

Пиковая тепловая мощность гибридных солнечных модулей составляет 100 кВт.

Использование гибридных солнечных модулей пиковой мощностью 1 кВт с ориентацией рабочих поверхностей на восток-запад позволяет увеличить производство тепловой энергии до 4898,4 кВт·ч на 1 кВт пиковой мощности гибридных солнечных модулей, что является максимально возможной величиной производства тепловой энергии для солнечных гибридных энергетических установок без систем слежения.

1. Гибридный солнечный модуль, содержащий защитное стеклянное покрытие, скоммутированные солнечные элементы и теплообменник, соединенный с системой горячего водоснабжения и отопления здания, отличающийся тем, что теплообменник выполнен в виде воздушного коллектора с каналами для теплоносителя воздуха в прозрачном для солнечного излучения корпусе и установлен по площади защитного стеклянного покрытия, причем защитное стеклянное покрытие и теплообменник в виде воздушного коллектора расположены с двух сторон скоммутированных двухсторонних солнечных элементов, при этом для отопления здания воздушный коллектор присоединен теплоизолированным воздуховодом с вентилятором к системе воздушного отопления здания, для горячего водоснабжения воздушный коллектор присоединен через теплоизолированный воздуховод с вентилятором и теплообменником воздух-вода к системе горячего водоснабжения и отопления здания, а скоммутированные солнечные элементы через инвертор соединены с электроводонагревателем системы горячего водоснабжения здания.

2. Гибридный солнечный модуль по п.1, отличающийся тем, что воздушный коллектор выполнен из сотового поликарбоната.

Изобретение относится к гелиотехнике, в частности к солнечным модулям с концентраторами солнечного излучения для получения электричества и тепла. Технический результат: повышение удельной мощности приемника за счет отсутствия потерь энергии на блокировку и затенение в отклоняющей оптической системе, состоящей из плоских зеркальных отражателей.

Солнечный энергетический модуль, встроенный в фасад здания // 2762310

Изобретение относится к областям электротехники и гелиотехники, в частности к встроенным в здания солнечным энергетическим модулям. Технический результат заключается в повышении коэффициента использования установленной мощности, увеличении эффективности преобразования солнечной энергии, снижении тепловых потерь и увеличении среднегодовой выработки тепловой энергии.

Система автономного электроснабжения // 2762163

Изобретение относится к области электротехники, в частности к системам автономного электроснабжения (САЭ). Технический результат заключается в повышении надежности функционирования установки и обеспечении безопасной эксплуатации и достигается тем, что САЭ содержит первичный источник энергии в виде солнечных батарей и установленные внутри термошкафа с защитным кожухом блок контроля и управления, накопитель энергии, вторичный источник энергии в виде топливного генератора на топливных элементах с метанолом, систему охлаждения и вентиляции, включающую датчики температуры, вентиляторы и нагреватели.

Способ обработки несогласованностей в устройствах на основе солнечных элементов и устройства, полученные с его помощью // 2762129

Изобретение относится к гелиотехнике. Способ обработки устройства на основе солнечного элемента для последующего формирования проводящей проводки включает обнаружение по меньшей мере одной несогласованности в поверхности полупроводниковой подложки, имеющей активную область солнечного элемента, образованную в ней, определение топологического рисунка нанесения для формирования проводящей проводки так, чтобы проводящая линия проводящей проводки избегала обнаруженную по меньшей мере одну несогласованность путем прохождения указанной проводящей линии по поверхности полупроводниковой подложки таким образом, чтобы обеспечивался сбор электрического тока, вырабатываемого устройством на основе солнечного элемента, и выборочное нанесение материала проводящей проводки на подложку согласно топологическому рисунку нанесения.

Гибридный энергетический комплекс // 2759192

Изобретение относится к гибридным энергетическим комплексам и предназначено для бесперебойного электро-, тепло- и холодоснабжения локальных объектов. Гибридный энергетический комплекс (ГЭК) содержит фотоэлектрический преобразователь, приводной дизель, механически связанный с аксиальным многофазным бесконтактным синхронным генератором, аккумуляторную батарею, выполняющую роль аварийного источника питания и выполненную с возможностью соединения через выпрямитель с выходом аксиального многофазного бесконтактного синхронного генератора и имеющую возможность подключения к потребителям постоянного тока и через инвертор к потребителям переменного тока, тепловой преобразователь, трехвходовую аксиальную генераторную установку, механически связанную с приводным дизелем и имеющую механический, световой и тепловой входы.

Устройство для исследования систем слежения за солнцем // 2758783

Изобретение относится к области солнечной энергетики, в частности к системам слежения за солнцем. Изобретение можно использовать для увеличения захвата солнечных лучей, увеличения энергии, вырабатываемой этими системами, и повышения их эффективности.

Автономный солнечный фототеплотрубный водонагреватель // 2758738

Изобретение относится к области использования солнечной энергии, в частности к устройствам преобразования энергии светового излучения в тепло и электричество, и предназначено для получения горячей воды и электричества для бытовых нужд с помощью солнечного излучения. Автономный солнечный фототеплотрубный водонагреватель содержит бак с тепловым коллектором, выполненным в виде наклонных граней призмы, теплоизоляцию, покрывающую наружные поверхности бака, причем бак выполнен в виде расположенной вдоль конька крыши тепловой трубы, изготовленной в форме продольного бака, выполненного из металла с высокой теплопроводностью, полость которого является адиабатной зоной переноса теплоты, наружная поверхность теплового коллектора покрыта фотоэлементами, соединенными между собой и снабженными на торцах выходными коллекторами одноименных зарядов, соединенными с преобразователем и аккумулятором, днище бака - зона конденсации выполнено в виде щелевого канала для подогрева воды, выполненного с уклоном i, обеспечивающим протекание воды самотеком, снабженного патрубками входа и выхода подогреваемой воды, верхняя поверхность щелевого канала и внутренняя поверхность теплового коллектора - зона испарения покрыты решеткой, выполненной из пористого материала, боковые поверхности бака покрыты слоем пористого материала, а выходной патрубок соединен с накопительной емкостью, внутри которой помещен электронагреватель, соединенный с аккумулятором.

Солнечная гибридная энергетическая установка для зданий // 2755657

Изобретение относится к области электротехники, в частности к солнечным энергетическим установкам для зданий для получения электрической энергии и теплоты. Технический результат заключается в увеличении времени работы солнечных модулей в утренние и вечерние часы, повышается коэффициент использования установленной мощности гелиотехнических устройств и достигается тем, что в солнечной гибридной энергетической установке для зданий, содержащей установленные параллельно поверхности крыши здания отражатели солнечного излучения и перпендикулярно поверхности крыши солнечные модули из скоммутированных солнечных элементов с ориентацией рабочих поверхностей на восток и запад, односторонние солнечные модули установлены попарно с зазором d между ними, в зазоре между модулями установлен теплообменник с двусторонним абсорбером, пространство между двумя солнечными модулями и двусторонним абсорбером с каналами для прокачки теплоносителя заполнено слоем силиконового геля, толщина слоя силиконового геля и двухстороннего абсорбера соизмерима с толщиной d зазора между солнечными модулями.

Солнечный дом // 2755204

Изобретение относится к гелиоархитектуре и гелиоэнергетике, в частности к солнечным зданиям со встроенными солнечными энергетическими установками для получения электрической энергии и теплоты. В солнечном доме, содержащем ограждающие конструкции стен и крышу с установленными параллельно поверхности крыши отражателями солнечного излучения и установленными в меридиональном направлении двусторонними солнечными модулями в защитной оболочке из стекла с каждой стороны модуля с ориентацией рабочих поверхностей на восток и запад, на одной стороне модуля по всей площади рабочей поверхности в тепловом контакте со стеклянной защитной оболочкой закреплена герметичная камера из прозрачного материала для прокачки прозрачного для солнечного излучения теплоносителя, соединенная с контуром горячего водоснабжения и отопления солнечного дома.

Система терморегулирования для управления температурой отражающей поверхности, имеющей массив концентраторов солнечной энергии // 2754718

Изобретение относится к массивам концентраторов солнечной энергии и, в частности, к системам и способам терморегулирования массивов концентраторов солнечной энергии. Раскрыта система терморегулирования для управления температурой селективно отражающей панели.

Система центрального отопления и горячего водоснабжения, управления режимом работы и контроля расхода тепла // 2761689

На тепловом пункте подогревается холодная вода для горячего водоснабжения и через трубопроводы системы рециркуляции направляется в здания для потребления жителями. Избыток горячей воды возвращается на тепловой пункт, где подмешивается нагретая вода для компенсации расхода горячей воды и потерь тепла.