CZ305632B6

CZ305632B6 - Chlazený fotovoltaický solární modul

Info

Publication number: CZ305632B6
Application number: CZ2014-520A
Authority: CZ
Inventors: Ilya Astrouski; Miroslav Raudenský; Michaela Schmidt; Marcus Reppich
Original assignee: Vysoké Učení Technické V Brně; Marcus Reppich
Priority date: 2014-08-01
Filing date: 2014-08-01
Publication date: 2016-01-13
Also published as: CZ2014520A3

Abstract

V chlazeném fotovoltaickém modulu, který má pod vrstvou obsahující solární články vrstvu, v níž jsou průchody pro chladicí médium, jsou průchodu pro chladicí médium tvořeny alespoň jednou řadou dutých organických vláken (4) na koncích zaústěných do vstupního resp. výstupního kolektoru (5, 6). Mezi vrstvou solárních článků (8) a dutými vlákny (4) je vrstva (7) z tepelně vodivého materiálu.

Description

(57) Anotace:

Chlazený fotovoltaický solární modul

Oblast techniky

Vynález se týká fotovoltaického modulu opatřeného odvodem tepla a jeho zapojení do chladicího systému.

Dosavadní stav techniky

Fotovoltaické solární moduly dokážou přeměnit na elektrickou energii nejvýše 20 % energie slunečního záření, které na ně dopadá. Zbývající energie zůstává nevyužita, navíc se podílí na ohřevu modulu a tím snižuje účinnost přeměny energie, která je nepřímo úměrná teplotě fotovoltaických článků. Ohřev fotovoltaických článků rovněž negativně ovlivňuje jejich životnost. Aby se snížila teplota fotovoltaických článků, opatřují se fotovoltaické moduly chladicími systémy. Ty umožňují odvést zbytkové teplo do okolí, případně je alespoň zčásti využít. Integrované výměníky tepla pak mohou dodávat teplo např. pro vytápění budov nebo k ohřevu vody pro sanitární účely.

Ve spisu DE 102011055311 se popisuje těleso výměníku tepla pro deskovité fotovoltaické solární moduly určené k instalaci např. na střeše budovy. Těleso výměníku integrované v modulu je tvořeno trubkovým meandrem z plastu nebo z kovu uspořádaným na ploché bázi, přičemž toto těleso je zhotoveno injekční nebo laserovou technologií.

V hybridním solárním modulu podle US 2014144485 je tepelný výměník rovněž integrován s vrstvou obsahující polovodičové články. Je tvořen dvěma slepenými nebo svařenými vrstvami z kovu nebo plastu s dobrou tepelnou vodivostí, přičemž ve styčné ploše jedné vrstvy jsou žlábky, které po spojení obou vrstev vytvoří kanály pro vedení chladicího média.

Snahou konstruktérů solárních panelů, zejména těch, které mají být umístěny na střeše budov, je, aby jejich tloušťka byla co nejmenší. Vynález si proto klade za úkol navrhnout chlazený fotovoltaický modul, který by tento cíl splňoval podstatně lépe než známé moduly.

Podstata vynálezu

Uvedený úkol řeší chlazený fotovoltaický modul, který má pod vrstvou obsahující solární články vrstvu obsahující průchody pro chladicí médium. Jeho podstata spočívá v tom, že průchody pro chladicí médium jsou tvořeny alespoň jednou řadou dutých organických vláken na koncích zaústěných do vstupního resp. výstupního kolektoru, přičemž mezi vrstvou solárních článků a dutými vlákny je vrstva z tepelně vodivého materiálu.

Součástí modulu v provedení rigidního panelu je dále pevný rám a k němu připojená podkladová deska.

Součástí modulu, který má svým zakřivením sledovat např. tvar střechy, je ohebná podkladová vrstva.

Modul může být součástí chladicího/topného systému, pak je s výhodou svým výstupním kolektorem napojen na teplou větev systému se zařazeným filtrem a svým vstupním kolektorem napojen na studenou větev se zařazeným cirkulačním čerpadlem.

Koncovým stupněm chladicího systému může být chladicí věž, suchý chladič nebo výměník tepla u spotřebitele.

- 1 CZ 305632 B6

Objasnění výkresu

Vynález bude dále objasněn pomocí výkresu, na němž je na obr. 1 částečný řez příkladným provedením fotovoltaického modulu podle vynálezu v axonometrickém promítání a na obr. 2 schéma zapojení modulů do chladicího/topného systému.

Příklady uskutečnění vynálezu

Fotovoltaický modul 1 podle obr. 1 je tvořen rámem 2 s podkladovou deskou 3, na níž je uložena řada na sraz položených rovnoběžných dutých organických vláken 4 na koncích ústících do vstupního kolektoru 5 resp. výstupního kolektoru 6. Kolektory 5, 6 se táhnou podél delších stran modulu 1 a jsou zakončeny připojovacími nátrubky. Na řadě dutých vláken 4 leží vrstva 7 z tepelně vodivého materiálu, která přenáší do dutých vláken protékaných chladicím médiem teplo z horní vrstvy obsahující solární články 8.

V jiném provedení mohou být rám 2 a podkladová deska 3 nahrazeny ohebnou podkladovou vrstvou, která, za předpokladu, že rovněž vrstva se solárními články je ohebná, umožní instalovat fotovoltaický modul na zakřivené plochy, např. na střechy budov.

V chladicím/topném systému podle obr. 2 jsou fotovoltaické moduly 1 zapojeny svými výstupními kolektory 6 prostřednictvím trojcestných ventilů 9 do teplé větve chladicího/topného systému se zařazeným filtrem 10 a svými vstupními kolektory 5 do chladné větve systému se zařazeným oběhovým čerpadlem 11. Koncovým stupněm chladicího/topného systému může být chladicí věž 12, suchý chladič 13, případně tepelný výměník 14 u spotřebitele tepla.

Užití dutých vláken k vedení chladicího média, např. vody, zajišťuje účinné chlazení solárních článků. Popsaný systém má velmi nízkou hmotnost, je kompaktní, nepodléhá korozi a má nepatrný vnitřní objem. Nízký objem je výhodný z hlediska řízení chladicího procesu. Chladicí systém podle vynálezu lze vyrábět v požadovaných rozměrech. Lze jej připojit k již existujícím fotovoltaickým panelům bez odvodu tepla, aniž by to vyžadovalo jejich rozsáhlejší rekonstrukci. Výhodné je užití systému při větším počtu modulů, které jsou pak napojeny na společný chladicí/topný systém s čerpadlem, filtry a regulačními prvky.

Byl testován prototyp výměníku tepla určený pro fotovoltaický modul podle vynálezu s následujícími parametry:

Rozměry výměníku: 1000 mm x 600 mm x 15 mm

Hmotnost výměníku prázdného / naplněného vodou: 0,3 / 0,8 kg

Prototyp výměníku byl vložen do panelu odpovídajících rozměrů. Panel byl vystaven záření o výkonu 800 W/m² o vlnové délce blízké slunečnímu světlu a byl chlazen vodou z vodovodu o vstupní teplotě 12 °C a o průtoku 300 1/h. Bylo zjištěno, že chladicí systém odváděl cca 700 W tepla a udržoval teplotu solárních článků pod hodnotou 45 °C. Při tomto chlazení vzrostl elektrický výkon panelu z 68 W na 85 W.

Claims

1. Chlazený fotovoltaický modul, který má pod vrstvou obsahující solární články vrstvu, v níž jsou průchody pro chladicí médium, vyznačující se tím, že průchody pro chladicí médium jsou tvořeny alespoň jednou řadou dutých organických vláken (4) na koncích zaústěných do vstupního resp. výstupního kolektoru (5, 6), přičemž mezi vrstvou solárních článků (8) a dutými vlákny (4) je vrstva (7) z tepelně vodivého materiálu.

2. Fotovoltaický modul podle nároku 1, vyznačující se tím, že pevný rám (2) a k němu připojenou podkladovou desku (3).

3. Fotovoltaický modul podle nároku 1, vyznačující se tím, že má ohebnou podkladovou vrstvu.

4. Fotovoltaický modul podle některého z nároků 1 až 3, vyznačující se tím, že je svým výstupním kolektorem (6) napojen na teplou větev chladicího/topného systému se zařazeným filtrem (10) a vstupním kolektorem (5) napojen na studenou větev se zařazeným oběhovým čerpadlem (11).

5. Fotovoltaický modul podle nároku 4, vyznačující se tím, že koncovým stupněm chladicího/topného systému je chladicí věž (12), suchý chladič (13) nebo výměník (14) tepla u spotřebitele.