BG4256U1 - Устройство за управление на отпадната топлина на слънчеви фотоволтаични панели - Google Patents

Устройство за управление на отпадната топлина на слънчеви фотоволтаични панели Download PDF

Info

Publication number
BG4256U1
BG4256U1 BG5348U BG534821U BG4256U1 BG 4256 U1 BG4256 U1 BG 4256U1 BG 5348 U BG5348 U BG 5348U BG 534821 U BG534821 U BG 534821U BG 4256 U1 BG4256 U1 BG 4256U1
Authority
BG
Bulgaria
Prior art keywords
solar photovoltaic
heat
solar
waste heat
homogenizing plate
Prior art date
Application number
BG5348U
Other languages
English (en)
Inventor
Viktor Korbel
KORBEL Viktor
Original Assignee
Výzkumné A Vývojové Centrum Obnovitelných Zdrojů A Elektromobility S.R.O
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 Výzkumné A Vývojové Centrum Obnovitelných Zdrojů A Elektromobility S.R.O filed Critical Výzkumné A Vývojové Centrum Obnovitelných Zdrojů A Elektromobility S.R.O
Publication of BG4256U1 publication Critical patent/BG4256U1/bg

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
    • H02S40/42—Cooling means
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F24—HEATING; RANGES; VENTILATING
    • F24D—DOMESTIC- OR SPACE-HEATING SYSTEMS, e.g. CENTRAL HEATING SYSTEMS; DOMESTIC HOT-WATER SUPPLY SYSTEMS; ELEMENTS OR COMPONENTS THEREFOR
    • F24D17/00—Domestic hot-water supply systems
    • F24D17/02—Domestic hot-water supply systems using heat pumps
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F24—HEATING; RANGES; VENTILATING
    • F24H—FLUID HEATERS, e.g. WATER OR AIR HEATERS, HAVING HEAT-GENERATING MEANS, e.g. HEAT PUMPS, IN GENERAL
    • F24H4/00—Fluid heaters characterised by the use of heat pumps
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25B—REFRIGERATION MACHINES, PLANTS OR SYSTEMS; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS
    • F25B30/00—Heat pumps
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L31/00—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
    • H01L31/04—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof adapted as photovoltaic [PV] conversion devices
    • H01L31/052—Cooling means directly associated or integrated with the PV cell, e.g. integrated Peltier elements for active cooling or heat sinks directly associated with the PV cells
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L31/00—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
    • H01L31/04—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof adapted as photovoltaic [PV] conversion devices
    • H01L31/052—Cooling means directly associated or integrated with the PV cell, e.g. integrated Peltier elements for active cooling or heat sinks directly associated with the PV cells
    • H01L31/0525—Cooling means directly associated or integrated with the PV cell, e.g. integrated Peltier elements for active cooling or heat sinks directly associated with the PV cells including means to utilise heat energy directly associated with the PV cell, e.g. integrated Seebeck elements
    • 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
    • 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
    • H—ELECTRICITY
    • H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10N—ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10N10/00—Thermoelectric devices comprising a junction of dissimilar materials, i.e. devices exhibiting Seebeck or Peltier effects
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F24—HEATING; RANGES; VENTILATING
    • F24D—DOMESTIC- OR SPACE-HEATING SYSTEMS, e.g. CENTRAL HEATING SYSTEMS; DOMESTIC HOT-WATER SUPPLY SYSTEMS; ELEMENTS OR COMPONENTS THEREFOR
    • F24D18/00—Small-scale combined heat and power [CHP] generation systems specially adapted for domestic heating, space heating or domestic hot-water supply
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F24—HEATING; RANGES; VENTILATING
    • F24D—DOMESTIC- OR SPACE-HEATING SYSTEMS, e.g. CENTRAL HEATING SYSTEMS; DOMESTIC HOT-WATER SUPPLY SYSTEMS; ELEMENTS OR COMPONENTS THEREFOR
    • F24D2101/00—Electric generators of small-scale CHP systems
    • F24D2101/40—Photovoltaic [PV] modules
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F24—HEATING; RANGES; VENTILATING
    • F24D—DOMESTIC- OR SPACE-HEATING SYSTEMS, e.g. CENTRAL HEATING SYSTEMS; DOMESTIC HOT-WATER SUPPLY SYSTEMS; ELEMENTS OR COMPONENTS THEREFOR
    • F24D2101/00—Electric generators of small-scale CHP systems
    • F24D2101/60—Thermoelectric generators, e.g. Peltier or Seebeck elements
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F24—HEATING; RANGES; VENTILATING
    • F24D—DOMESTIC- OR SPACE-HEATING SYSTEMS, e.g. CENTRAL HEATING SYSTEMS; DOMESTIC HOT-WATER SUPPLY SYSTEMS; ELEMENTS OR COMPONENTS THEREFOR
    • F24D2103/00—Thermal aspects of small-scale CHP systems
    • F24D2103/10—Small-scale CHP systems characterised by their heat recovery units
    • F24D2103/13—Small-scale CHP systems characterised by their heat recovery units characterised by their heat exchangers
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F24—HEATING; RANGES; VENTILATING
    • F24D—DOMESTIC- OR SPACE-HEATING SYSTEMS, e.g. CENTRAL HEATING SYSTEMS; DOMESTIC HOT-WATER SUPPLY SYSTEMS; ELEMENTS OR COMPONENTS THEREFOR
    • F24D2200/00—Heat sources or energy sources
    • F24D2200/02—Photovoltaic energy
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F24—HEATING; RANGES; VENTILATING
    • F24D—DOMESTIC- OR SPACE-HEATING SYSTEMS, e.g. CENTRAL HEATING SYSTEMS; DOMESTIC HOT-WATER SUPPLY SYSTEMS; ELEMENTS OR COMPONENTS THEREFOR
    • F24D2200/00—Heat sources or energy sources
    • F24D2200/12—Heat pump
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F24—HEATING; RANGES; VENTILATING
    • F24D—DOMESTIC- OR SPACE-HEATING SYSTEMS, e.g. CENTRAL HEATING SYSTEMS; DOMESTIC HOT-WATER SUPPLY SYSTEMS; ELEMENTS OR COMPONENTS THEREFOR
    • F24D2200/00—Heat sources or energy sources
    • F24D2200/16—Waste heat
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F24—HEATING; RANGES; VENTILATING
    • F24H—FLUID HEATERS, e.g. WATER OR AIR HEATERS, HAVING HEAT-GENERATING MEANS, e.g. HEAT PUMPS, IN GENERAL
    • F24H2240/00—Fluid heaters having electrical generators
    • F24H2240/01—Batteries, electrical energy storage device
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F24—HEATING; RANGES; VENTILATING
    • F24H—FLUID HEATERS, e.g. WATER OR AIR HEATERS, HAVING HEAT-GENERATING MEANS, e.g. HEAT PUMPS, IN GENERAL
    • F24H2240/00—Fluid heaters having electrical generators
    • F24H2240/08—Fluid heaters having electrical generators with peltier elements
    • 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
    • Y02B—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO BUILDINGS, e.g. HOUSING, HOUSE APPLIANCES OR RELATED END-USER APPLICATIONS
    • Y02B10/00—Integration of renewable energy sources in buildings
    • Y02B10/70—Hybrid systems, e.g. uninterruptible or back-up power supplies integrating renewable energies
    • 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
    • Y02B—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO BUILDINGS, e.g. HOUSING, HOUSE APPLIANCES OR RELATED END-USER APPLICATIONS
    • Y02B30/00—Energy efficient heating, ventilation or air conditioning [HVAC]
    • Y02B30/52—Heat recovery pumps, i.e. heat pump based systems or units able to transfer the thermal energy from one area of the premises or part of the facilities to a different one, improving the overall efficiency
    • 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
    • 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

Abstract

Устройството (1), конструирано съгласно полезния модел, служи за увеличаване на ефективността на функцията на слънчевите фотоволтаични панели (2) да преобразуват слънчево излъчване в електричество. Устройството (1) активно отвежда отпадна топлина от слънчевите фотоволтаични панели (2), поради което се увеличава ефективността на преобразуване на слънчево излъчване в електричество във фотоволтаични елементи. В същото време устройство (1) позволява преобразуване на отпадната топлина в клетката на Пелтие (8) в електричество, като по този начин се повишава ефективността на функцията на слънчевия фотоволтаичен панел (2) да провежда електричество. Термопомпата (6) транспортира неизползваната отпадна топлина от слънчевия фотоволтаичен панел (2) за по-нататъшно оползотворяване.

Description

(54) УСТРОЙСТВО ЗА УПРАВЛЕНИЕ НА ОТПАДНАТА ТОПЛИНА НА СЛЪНЧЕВИ ФОТОВОЛТАИЧНИ ПАНЕЛИ
Област на техниката
Полезният модел се отнася до устройство, което позволява по-ефективно използване на енергията на слънчевите лъчи, падащи върху слънчеви фотоволтаични панели.
Предшестващо състояние на техниката
Понастоящем са известни слънчеви фотоволтаични панели, които преобразуват енергията на падащите слънчеви лъчи в електрическа енергия. Слънчевият панел е направен от носеща подложна плоча, вградена в рамка. Има електрод, поставен върху подложната плоча, върху която са формирани фотоволтаични клетки, направени от полупроводникови елементи на силициева основа.
Полупроводниковите елементи са разположени под прозрачен покриващ слой, например, изработен от стъкло с антирефлексно покритие.
Понастоящем, известните технологии за слънчеви фотоволтаични панели имат ефективност на преобразуване на енергията от падащите слънчеви лъчи, от около 17% при оптимални работни условия. Останалата енергия се преобразува в отпадна топлина, която загрява слънчевия фотоволтаичен панел и тази енергия, без никакво използване, се излъчва към околната среда на слънчевия фотоволтаичен панел. Най-важните работни условия за слънчев фотоволтаичен панел включват пространствена ориентация на слънчевия панел спрямо посоката на слънчевото излъчване и работната температура.
По-специално, работната температура на слънчевия фотоволтаичен панел е най-належащият за решаване проблем, тъй като с повишаване на работната температура и без това ограничената ефективност на фотоволтаичната технология намалява. Допълнително, животът на фотоволтаичните елементи се скъсява, тъй като се появяват така наречените горещи точки, където отпадната топлина причинява повишаване на температурата до около 100°С, водещо до деградация (късо съединение) на полупроводникови елементи.
Горното описание на структурата на най-използваните видове слънчеви фотоволтаични панели показва основен проблем в способността да се разсейва или излъчва отпадна топлина, по -специално, когато се охлажда от околния въздух. По този начин се получава нежеланият парадокс, че за нашата географска ширина и дължина ефективността на слънчевите фотоволтаични инсталации, по отношение на идеалните условия на осветяване през топлите летни месеци, е по -малка, отколкото през останалите месеци, когато температурата на въздуха е значително по-ниска. Горепосочените основни проблеми, свързани с намаляване на ефективността на слънчевите фотоволтаични панели поради ефекта на отпадна топлина, са решени например чрез техническото решение на полезен модел CZ 19199, при който не само активно се охлаждат панелите с вода, за да се увеличи ефективността на слънчевите фотоволтаични панели, но също така се елиминират проблемите на не-идеалните условия на осветяване, чрез концентрацията на слънчево излъчване посредством отразяващи повърхности.
Друго известно решение е изобретение WO 2018148796 А, в което е описана течна циркулационна система, охлаждаща фотоволтаичните панели. При това решение, устройството за управление на отпадната топлина на слънчеви фотоволтаични панели, включва поне един абсорбер, разположен на долната страна на поне един слънчев фотоволтаичен панел за абсорбиране на отпадна топлина, при което поне един термичен топлообменник е свързан в първия контур на термопомпата. В изобретението е описана също възможността за използване на клетка на Пелтие за генериране на електричество. Друго известно техническото решение е разкрито в полезен модел CN 203464537 U. В това техническо решение е представено устройство, което включва слънчева фотоволтаична система за активно отвеждане на отпадната топлина от слънчевите фотоволтаични панели чрез термопомпа.
Основен проблем на горепосочените решения са, че те създават локални охлаждащи зони, където отпадната топлина се изпомпва активно, но в същото време те оставят горещите точки на повърхността на слънчевия фотоволтаичен панел, по-специално на границите на отделните топлообменници. Първото отрицателно въздействие е, че фотоволтаичните елементи са овлажнени или дори повредени, а различните температури на повърхностите на фотоволтаичните панели създават напрежения в материала поради топлинно разширение. Тези проблеми са в резултат от факта, че топлообменниците са сглобени от частични сегменти, така че ефектът на топлинно разширение, който е различен за различните материали, е сведен до минимум и че фотоволтаичният панел не е повреден.
Основен проблем на горепосочените решения се дължат на факта, че отпадната топлина не се възстановява смислено, още повече, че във време, когато стойността на водата се повишава, нейното използване не е подходящо.
Целта на полезния модел е да създаде устройство за управление на отпадната топлина на слънчеви фотоволтаични панели, което ефективно да разсейва отпадната топлина от слънчевия панел, за да се подобри ефективността на преобразуването на слънчевото излъчване в електричество, като същевременно се осигури отпадна топлина за по-нататъшна обработка. Втората важна цел на полезния модел е, общата отпадна топлина да не ограничава производството на електричество, а също да допринася за производството на електричество.
Техническа същност на полезния модел
Дефинираната задача е решена чрез създаване на устройство за управление на отпадната топлина на слънчеви фотоволтаични панели, съгласно следващото описание.
Устройството за управление на отпадната топлина на слънчеви фотоволтаични панели включва поне един абсорбер, който е разположен върху задната страна на поне един фотоволтаичен панел, за да абсорбира отпадна топлина. Абсорберът е разположен под слънчевия фотоволтаичен панел, за да не ограничава слънчевото излъчване, падащо върху фотоволтаичните елементи. Към абсорбера е свързан поне един топлообменник. Този топлообменник е свързан към първия контур на термопомпа за активно потребление на отпадната топлина от абсорбера. Отстраняването на отпадната топлина влияе положително върху ефективността на фотоволтаичните елементи при производството на електричество. Топлообменникът е свързан в първия контур на термопомпа, която транспортира топлина от слънчевия панел за по-нататъшна обработка. Това означава, че отпадната топлина не се излъчва в околната среда без правилно използване. В същото време, поне една клетка на Пелтие е свързана към абсорбера. Тази клетка на Пелтие е плоска и има нагряваща и охлаждаща страна, при което поне едната клетка на Пелтие произвежда електрическа енергия благодарение на различните температури между нагряващата и охлаждащата страна.
Техническата същност на полезния модел е, че абсорберът включва хомогенизираща плоча, монтирана на задната страна на фотоволтаичен панел. Приложена към задната част на панела, хомогенизиращата плоча получава отпадна топлина от фотоволтаичните елементи, като по този начин предотвратява създаването на горещи точки. Отпадната топлина не се концентрира в точки на повърхността на слънчевия панел, а се разпределя по цялата повърхност на хомогенизиращата плоча. Това предотвратяване на образуването на горещи точки предпазва фотоволтаичните елементи от повреди чрез ограничаване на топлината, така че да се предотврати появата на къси съединения, причинени от прегряване или прекъсване на проводимите пътища от прегряване между фотоволтаичните елементи. Допълнително, между задната част на слънчевия фотоволтаичен панел и хомогенизиращата плоча и допълнително, между хомогенизиращата плоча и топлообменника има слой не-втвърдяваща се топлопроводима паста. Тъй като фотоволтаичният панел, хомогенизиращата плоча и топлообменникът са изработени от различни материали, поради топлинните промени се получава различна промяна на размерите. Следователно е необходимо, отделните компоненти на абсорбера да не са здраво закрепени и да се избегне напрежение, причинено от напрежение.
Същевременно, хомогенизиращата плоча оставя поне част от задната страна на фотоволтаичния панел непокрита, за запазване на отпадната топлина на място и поне един топлинен колектор е свързан с непокритата част на задната страна на фотоволтаичния панел. Непокритата част на панела се нагрява по същия начин, както досега при панели без абсорбера. Обаче, тази отпадна топлина, която не се абсорбира от абсорбера, се подава към топлинния колектор за допълнителна обработка. Поне едната клетка на Пелтие се използва за оползотворяване на отпадната топлина от топлинния колектор. Тази поне една клетка на Пелтие е разположена с нагряващата страна към хомогенизиращата плоча и е свързана към топлинния колектор, а с охлаждащата страна е свързана към поне един топлопроводим преход. По този начин, част от отпадната топлина се използва за създаване на топлинна разлика върху поне едната клетката на Пелтие, която в този момент започва да генерира електричество.
Полезният модел съчетава три основни предимства. Първото предимство е, че чрез активно охлаждане на слънчевия фотоволтаичен панел се повишава ефективността на производството на електричество от слънчева енергия. Второто основно предимство е, че отпадната топлина се разсейва за по-нататъшна обработка. Идеален пример за използване на това предимство е например, инсталирането на такова устройство към соларни фотоволтаични панели в района на дъскорезница, където енергията под формата на топлина може да се използва в сушилня за дърва, евентуално отпадната топлина може да се използва за затопляне на плувни басейни. Третото важно предимство е преобразуването на част от отпадната топлина в електричество с помощта на създаденото устройство. Преобразуването на отпадна топлина в електричество може да компенсира лоши условия на осветяване или намаляване на ефективността поради условия на вятър, но във всеки случай преобразуването увеличава енергийния баланс на слънчевите фотоволтаични панели.
В благоприятното изпълнение на устройството за управление на отпадната топлина на слънчевите фотоволтаични панели, съгласно полезния модел, непокритата част на задната страна на слънчевия фотоволтаичен панел се намира при долния му ръб от гледна точка на ориентацията на инсталирането на слънчевия фотоволтаичен панел. Това е особено важно при инсталиране на соларни панели в непрекъснати слънчеви масиви на покривите на сградите. Ако се остави гореща зона в долната част на слънчевия фотоволтаичен панел, топлината ще се повиши поради естествената тенденция, предизвиквайки така наречения коминен ефект на въздушния поток в пространството между покрива и панелите.
В друго благоприятно изпълнение на устройството за управление на отпадната топлина на фотоволтаичните слънчеви панели, съгласно полезния модел, хомогенизиращата плоча и топлинният колектор са направени от един и същ материал, имат един и същ обем материал с толеранс +/- 20% от обема. Приблизително еднаквите стойности на обема на двата компонента на устройството, включително един и същ вид материал, водят до еднакво поведение на термодинамичната реакция при промяна на условията на околната среда, като внезапни температурни промени и т. н.
В друго благоприятно изпълнение на устройството за управление на отпадната топлина на фотоволтаични слънчеви панели, съгласно полезния модел, поне един резервоар за съхранение е свързан към първия контур на термопомпата. Резервоарът за съхранение служи като буфер за внезапни температурни промени. Алтернативно, резервоарът за съхранение може да служи, като източник на топлина за размразяване в случай на обратен работен цикъл на термопомпата.
В друго благоприятно изпълнение на устройството за управление на отпадната топлина на слънчеви фотоволтаични панели, съгласно полезния модел, към първия контур на термопомпата е свързан вакуумен разширителен съд, състоящ се от корпус на съда за затваряне на течна топлопреносна среда и балон за газообразната среда вътре в корпуса. Чрез промяна на дизайна, в сравнение с други конвенционални вакуумни разширителни съдове, т. е. сменяйки местоположението на въздуха и течната топлопреносна среда във вакуумния разширителен съд, всеки шок, причинен от промени в налягането, който може да се разпространи чрез течната топлопреносна среда се елиминира благодарение на вакуумния разширителен съд.
В друго алтернативно изпълнение на устройството за управление на отпадната топлина на слънчеви фотоволтаични панели, което може да работи без външен енергиен източник, устройството включва, поне един абсорбер, разположен на долната страна на поне един слънчев фотоволтаичен панел за абсорбиране на отпадна топлина, при което поне един топлообменник е свързан към първия контур на термопомпата и същевременно, поне една клетка на Пелтие е свързана към абсорбера с нагряващата и охлаждащата страна за генериране на електричество. Абсорберът включва хомогенизираща плоча, разположена върху задната страна на слънчевия фотоволтаичен панел. Топлообменникът е свързан към свободната страна на хомогенизиращата плоча и тя покрива поне част от задната страна на фотоволтаичния панел. Допълнително между задната страна на слънчевия фотоволтаичен панел, хомогенизиращата плоча и топлообменника има слой невтвърдяваща се, топлопроводима паста. Към непокритата част на задната страна на слънчевия фотоволтаичен панел е разположен поне един топлинен колектор с поне един топлопроводим преход, а поне едната клетка на Пелтие е приложена с нагряващата страна към хомогенизиращата плоча и с охлаждащата страна към топлопроводимия преход. Това устройство включва и поне едно хранилище на електрическа енергия, свързано към слънчевите фотоволтаични панели, като термопомпата, същевременно е свързана към слънчевия фотоволтаичен панел и към хранилището на електрическа енергия. Чрез вграждане на средство за съхранение на енергия в устройството, то получава енергийна независимост и способността да работи в така наречения островен режим, при който устройството е напълно независимо от външен изкуствен енергиен източник. Използвайки слънчеви панели, устройството е в състояние да постигне максимално използване на възобновяем енергиен източник, представен от слънчево излъчване, което прави работата му напълно екологична, евтина и безопасна за околната среда.
В благоприятно изпълнение на алтернативното изпълнение на устройството за управление на отпадната топлина на слънчевите фотоволтаични панели, съгласно полезния модел, непокритата част на задната страна на слънчевия фотоволтаичен панел се намира при долния му ръб от гледна точка на ориентацията на инсталирането на слънчевия фотоволтаичен панел. Това е особено важно при инсталиране на соларни панели в непрекъснати слънчеви масиви на покривите на сградите. Ако се остави гореща зона в долната част на слънчевия фотоволтаичен панел, топлината ще се повиши поради естествената тенденция, предизвиквайки така наречения коминен ефект на въздушния поток в пространството между покрива и панелите.
В друго благоприятно изпълнение на алтернативното изпълнение на устройството за управление на отпадната топлина на фотоволтаичните слънчеви панели, или съгласно неговото предходно благоприятно изпълнение, съгласно полезния модел, хомогенизиращата плоча и топлинният колектор са направени от един и същ материал, имат един и същ обем материал с толеранс +/- 20% от обема. Приблизително еднаквите стойности на обема на двата компонента на устройството, включително един и същ вид материал, водят до еднакво поведение на термодинамичната реакция при промяна на условията на околната среда, като внезапни температурни промени и т. н.
В друго благоприятно изпълнение на алтернативното изпълнение на устройството за управление на отпадната топлина на фотоволтаичните слънчеви панели, или съгласно всяко едно предходно негово благоприятно изпълнение, съгласно полезния модел, поне един резервоар за съхранение е свързан към първия контур на термопомпата. Резервоарът за съхранение служи, като буфер за внезапни температурни промени. Алтернативно, резервоарът за съхранение може да служи като източник на топлина за размразяване в случай на обратен работен цикъл на термопомпата.
В друго благоприятно изпълнение на алтернативното изпълнение на устройството за управление на отпадната топлина на фотоволтаичните слънчеви панели, или съгласно всяко едно предходно негово благоприятно изпълнение, съгласно полезния модел, към първия контур на термопомпата е свързан вакуумен разширителен съд, състоящ се от корпус на съда за затваряне на течна топлопреносна среда и балон за газообразната среда вътре в корпуса. Чрез промяна на дизайна, в сравнение с други конвенционални вакуумни разширителни съдове, т. е. сменяйки местоположението на въздуха и течната топлопреносна среда във вакуумния разширителен съд, всеки шок, причинен от промени в налягането, който може да се разпространи чрез течната топлопреносна среда се елиминира благодарение на вакуумния разширителен съд.
Предимствата на полезния модел са по-висока ефективност при преобразуване на слънчевото излъчване в електричество, по-голямо производство на електроенергия чрез преработка на част от отпадната топлина в електричество, удължаване на живота на слънчевите фотоволтаични панели, лесно инсталиране върху вече съществуващи соларни фотоволтаични панели и вече съществуващи носещи конструкции, енергийна само-достатъчност и накрая, но не на последно място, производството на топлина за директно използване.
Пояснение на приложените фигури
Полезният модел ще бъде обяснен по-точно чрез следващия чертеж, където:
Фигура 1 показва схема на устройството, съгласно полезния модел;
Фигура 2 показва опростен изглед отдолу на слънчев фотоволтаичен панел с абсорбиращи компоненти и оборудване за преобразуване на отпадната топлина в електричество;
Фигура 3 показва въздушен поток под слънчевите панели върху наклонен покрив.
Примери за изпълнения на полезния модел
Разбираемо е, че описаните по-долу и илюстрирани специфични примери на изпълнението на полезния модел са представени с илюстративна цел, а не като ограничение за примерите на изпълнение на полезния модел до случаите, показани тук. Експертите, които са запознати със състоянието на технологията, ще намерят, или използвайки рутинни експерименти ще могат да определят по -голям или по-малък брой еквиваленти на конкретното изпълнение на полезния модел, които специално са описани тук.
Фигура 1 показва схема на устройство 1 за управление на отпадната топлина на слънчев фотоволтаичен панел 2. Абсорбер 3, състоящ се от хомогенизираща плоча 4 и топлообменник 5, е свързан към долната страна на слънчевия фотоволтаичен панел 2. Хомогенизиращата плоча 4 е направена от дебел алуминиев лист и е закрепена към слънчевия фотоволтаичен панел 2 чрез топлопроводима паста, за създаване на възможно най-голяма предавателна повърхност. Топлопроводимата паста трябва да бъде направена от инертен материал, за да се избегнат напрежения между слънчевия фотоволтаичен панел 2 и залепената хомогенизираща плоча 4. Допълнително, топлопроводимата паста трябва да отговаря на условието, да е инертна към обработката на задната повърхност на слънчевия фотоволтаичен панел 2.
Топлообменникът 5 е оформен, като кухо тяло за протичане на течна топлопреносна среда, например среда на алкохолна основа. Течната топлопреносна среда не трябва да бъде агресивна към металите, трябва да е антифриз и да е екологична. Топлообменникът 5 е направен, например, от стомана с емайлирано покритие. Между топлообменника 5 и хомогенизиращата плоча 4 е нанесена и топлопроводима паста. Топлообменникът 5 е свързан към първия контур на термопомпата 6, която служи като помпа за отвеждане на отпадна топлина за допълнително използване. Различието от термопомпата 6 е, че тя използва вакуумен разширителен съд 11, свързан към първия контур. Корпусът на вакуумния разширителен съд 11 има превключваща функция при разширяване на балона, за разлика от известното състояние на техниката.
Газовата среда се издухва вътре в балона и течната топлопреносна среда се подава в пространството между стените на вакуумния разширителен съд 11. В първия контур е свързан резервоар за съхранение 10 на вода, който служи като топлинен буфер за внезапни промени в температурата на въздуха. Термопомпата 6 може да работи и в обратен режим, при което слънчевите фотоволтаични панели 2 могат да се нагряват от абсорбера 3, например, за размразяване на панелите.
В случай, че устройството е предназначено да работи в така наречения островен режим, при който то е напълно независимо от външен изкуствен енергиен източник, устройството 1, освен всички горепосочени елементи, включва и хранилище на електрическа енергия 12, като Li-Ion акумулатор. Хранилището на електрическа енергия 9 е електрически свързано със слънчевите фотоволтаични панели 2 за зареждането им с електричество и също така е свързано с термопомпа 6 за захранването й с енергия. Капацитетът на хранилището на електрическа енергия 12 се увеличава в зависимост от броя на слънчевите фотоволтаични панели 2 и свързания с това размер на устройството 1.
Фигура 2 показва изглед отдолу на слънчевия фотоволтаичен панел 2. Хомогенизиращата плоча 4 на абсорбера 3 не покрива цялата долна страна на слънчевия фотоволтаичен панел 2, а оставя свободна лента в долния край на слънчевия фотоволтаичен панел 2 за достъп. На тази лента е разположен топлинен колектор 7, който се състои от алуминиев корпус. Топлинният колектор 7 има обем, равен на този на хомогенизиращата плоча 4, по отношение на обема на материала. Същевременно, върху хомогенизиращата плоча 4 е разположена клетка на Пелтие 8 с горещата страна. Студената страна на клетката на Пелтие 8 е снабдена с изход на меден топлопроводим преход 9. Топлинният колектор 7 е снабден с изход на топлопроводимия преход 9.
Фигура 3 показва въздушния поток под слънчевите фотоволтаични панел 2, закрепени върху наклонения покрив на обекта. Чрез ориентиране на горещите топлинни колектори 7 към долния ръб на слънчевите фотоволтаични панели 2 се инициира коминният въздушен поток в пространството между слънчевите фотоволтаични панели 2 и покрива.
Промишлена приложимост
Устройството за управление на отпадната топлина на слънчеви фотоволтаични панели, съгласно полезния модел, ще се прилага върху ново инсталирани или вече инсталирани слънчеви панели, жилищни сгради, в промишлени обекти или в слънчеви електроцентрали.
Списък на обозначаващите позиции, използвани в чертежите
1. Устройство за управление на отпадната топлина на слънчеви фотоволтаични панели
2. Слънчев фотоволтаичен панел
3. Абсорбер
4. Хомогенизираща плоча
5. Топлообменник
6. Термопомпа
7. Топлинен колектор
8. Клетка на Пелтие
9. Топлопроводим преход
10. Резервоар за съхранение
11. Вакуумен разширителен съд
12. Хранилище на електрическа енергия

Claims (2)

  1. Устройство за управление на отпадната топлина на слънчеви фотоволтаични панели, включващо поне един абсорбер, разположен на долната страна на поне един слънчев фотоволтаичен панел за абсорбиране на отпадна топлина, при което поне един топлообменник е свързан в първия контур на термопомпата и същевременно, поне една клетка на Пелтие е свързана към абсорбера с нагряващата и охлаждащата страна за генериране на електричество, характеризиращо се с това, че абсорберът включва хомогенизираща плоча (4), разположена върху задната страна на слънчевия фотоволтаичен панел (2), като поне единият топлообменник (5) е свързан към свободната страна на хомогенизиращата плоча (4) и хомогенизиращата плоча (4) частично покрива задната страна на слънчевите фотоволтаични панели (2), допълнително между задната страна на слънчевия фотоволтаичен панел (2), хомогенизиращата плоча и топлообменника (5) има слой не-втвърдяваща се, топлопроводима паста, при което към непокритата част на задната страна на слънчевия фотоволтаичен панел (2) е разположен поне един топлинен колектор (7) с поне един топлопроводим преход (9), а клетката на Пелтие (8) е приложена с нагряващата страна към хомогенизиращата плоча (4) и с охлаждащата страна към топлопроводимия преход (9)
  2. Устройство за управление на отпадната топлина на слънчеви фотоволтаични панели, включващо поне един абсорбер, разположен на долната страна на поне един слънчев фотоволтаичен панел за абсорбиране на отпадна топлина, при което поне един топлообменник е свързан в първия контур на термопомпата и същевременно, поне една клетка на Пелтие е свързана към абсорбера с нагряващата и охлаждащата страна за генериране на електричество, характеризиращо се с това, че абсорберът (3) включва хомогенизираща плоча (4), разположена върху задната страна на слънчевия фотоволтаичен панел (2), като поне единият топлообменник (5) е свързан към свободната страна на хомогенизиращата плоча (4) и хомогенизиращата плоча (4) частично покрива задната страна на слънчевите фотоволтаични панели (2), допълнително между задната страна на слънчевия фотоволтаичен панел (2), хомогенизиращата плоча (4) и топлообменника (5) има слой не-втвърдяваща се, топлопроводима паста, при което към непокритата част на задната страна на слънчевия фотоволтаичен панел (2) е разположен поне един топлинен колектор (7) с поне един топлопроводим преход (9), а клетката на Пелтие (8) е приложена с нагряващата страна към хомогенизиращата плоча (4) и с охлаждащата страна към топлопроводимия преход (9), при което устройството включва поне едно хранилище на електрическа енергия (12), свързано към слънчевите фотоволтаични панели (2), като термопомпата (6), същевременно е свързана към слънчевия фотоволтаичен панел (2) и към хранилището на електрическа енергия (12)
BG5348U 2019-01-28 2021-07-20 Устройство за управление на отпадната топлина на слънчеви фотоволтаични панели BG4256U1 (bg)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CZ201940A CZ308676B6 (cs) 2019-01-28 2019-01-28 Zařízení pro nakládání s odpadním teplem solárních fotovoltaických panelů
PCT/CZ2020/050003 WO2020156598A1 (en) 2019-01-28 2020-01-27 Device for a utilization of waste heat from solar photovoltaic panels

Publications (1)

Publication Number Publication Date
BG4256U1 true BG4256U1 (bg) 2022-05-31

Family

ID=69191785

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
BG5348U BG4256U1 (bg) 2019-01-28 2021-07-20 Устройство за управление на отпадната топлина на слънчеви фотоволтаични панели

Country Status (4)

Country Link
EP (1) EP3918642A4 (bg)
BG (1) BG4256U1 (bg)
CZ (1) CZ308676B6 (bg)
WO (1) WO2020156598A1 (bg)

Families Citing this family (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP4057464A1 (en) 2021-03-12 2022-09-14 Výzkumné a vývojové centrum obnovitelných zdroju a elektromobility s.r.o. The connecting an array of extra low dc voltage sources
US11777441B2 (en) * 2021-04-01 2023-10-03 Hamilton Sundstrand Corporation Thermoelectric power generation using radiant and conductive heat dissipation
GB2611127A (en) * 2022-03-04 2023-03-29 Yakub Darvesh Salman Air source heat pump combined with solar panel
CN115021674A (zh) * 2022-05-20 2022-09-06 上海发电设备成套设计研究院有限责任公司 一种基于既有光伏现场组装的光伏光热一体化组件

Family Cites Families (13)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CZ19199A3 (cs) 1998-04-16 2000-05-17 Bizcocho Hermanos S. L. Sestavitelné mřížování do oken, plotů a pod
DE102011051507A1 (de) * 2011-04-21 2012-10-25 Bpe E.K. Solarvorrichtung
CN203464537U (zh) * 2013-09-16 2014-03-05 广州西奥多冷热设备有限公司 热泵光伏系统
CZ26672U1 (cs) * 2014-01-31 2014-03-24 Západočeská Univerzita V Plzni Zařízení integrace fotovoltaického panelu a tepelného čerpadla
CN204597893U (zh) * 2015-05-10 2015-08-26 长兴祯阳低碳热水系统有限公司 一种双循环pvt系统
CN105187009A (zh) * 2015-07-27 2015-12-23 天津大学 太阳能光伏发电系统的热发电冷却/发电供热系统
JP2017058046A (ja) 2015-09-15 2017-03-23 大和ハウス工業株式会社 エネルギー利用システム
CN205864368U (zh) * 2016-08-10 2017-01-04 浙江晶科能源有限公司 一种光伏发电系统及其降温冷却机构
CN106766357A (zh) * 2016-12-14 2017-05-31 大连理工大学 一种制冷剂泵驱动的太阳能pvt热电联供系统
WO2018148796A1 (en) * 2017-02-15 2018-08-23 Qingdao Austech Solar Technology Co. Ltd. Apparatus and system for generating electricity with interfaced heat exchange
CN107425809B (zh) * 2017-06-03 2020-08-21 北京工业大学 一种复合型光伏光热一体化系统的控制方法
CN207265978U (zh) * 2017-06-29 2018-04-20 安徽大恒能源科技有限公司 一种光伏组件降温系统
CN207196961U (zh) * 2017-09-07 2018-04-06 苏州快可光伏电子股份有限公司 一种高效的光伏光热集成系统

Also Published As

Publication number Publication date
CZ201940A3 (cs) 2020-02-05
EP3918642A4 (en) 2022-10-26
WO2020156598A1 (en) 2020-08-06
CZ308676B6 (cs) 2021-02-10
EP3918642A1 (en) 2021-12-08

Similar Documents

Publication Publication Date Title
BG4256U1 (bg) Устройство за управление на отпадната топлина на слънчеви фотоволтаични панели
KR100999955B1 (ko) 공기집열식 태양광발전장치
CN102121298B (zh) 气温自适应节能装置及节能墙体
US11431289B2 (en) Combination photovoltaic and thermal energy system
WO2011014120A2 (en) Multiple functional roof and wall system
JP2010258031A (ja) 発電システム
KR20160136528A (ko) 태양열 및 태양광 복합 태양 에너지 온수기
JP2011190991A (ja) 集熱器一体型の太陽電池モジュール
JPWO2006019091A1 (ja) 太陽電池ハイブリッドモジュール
JP4148325B1 (ja) 太陽光コジェネレイション装置
KR20110068840A (ko) 반사광 이용형 태양광 모듈 시스템
KR101628668B1 (ko) 태양광패널의 온도관리장치
US20140083483A1 (en) Solar tile
CN203840255U (zh) 分体式阳台壁挂太阳能光伏光热集成系统
CN203839391U (zh) 太阳能光伏光热复合组件
CN109217811A (zh) 一种光电光热一体化组件以及热水系统
JP2012069720A (ja) 反射光利用冷却型太陽光モジュールシステム
CN202307973U (zh) 一种太阳能电池组件
JP3053025U (ja) 太陽エネルギー電気変換装置
KR101009688B1 (ko) 태양에너지 전도를 최적화한 하이브리드형 모듈
BG4255U1 (bg) Устройство за управление на отпадната топлина на слънчеви фотоволтаични панели
AU2020100650A4 (en) Phase Change Inhibited Materials for Solar Panel Cooling
KR102439608B1 (ko) 변형 방지 구조를 갖는 pvt 패널
JPH11281166A (ja) ハイブリッド式太陽エネルギ利用装置
ES2303456B1 (es) Panel solar hibrido fotovoltaico/termico con incremento de eficiencia en sistema fotovoltaico.