JP2018506690A - 自己持続可能な結露、水回収およびクリーニングサブアセンブリを含むソーラーシステム - Google Patents
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Abstract
Description
「PVアセンブリ特性」は、シリコン単結晶または多結晶ソーラーモジュールを想定して、中空PV設計、ガラス厚み、ガラス熱伝導率、EVA厚、EVA熱伝導率、シリコン厚、シリコン熱伝導率、テドラー厚、テドラー熱伝導率、アルミニウムフレーム厚およびアルミニウムフレーム熱伝導率を含む。「環境因子」は、周囲温度、大気圧、相対湿度、年間日照日、1日当たり昼間時間、および風速を含む。「洗浄システムの詳細」は、揚水のための高さ、配管の寸法、ノズルヘッド圧力、クリーニングのための適切な水量、水貯留タンク容量、クリーニングの期間およびクリーニング頻度を含む。
冷却したPV表面の温度。冷却したPV表面(外部で空気と接触している)の好適な温度を決定するためには、湿気が冷却した表面上に凝縮して水分が形成されるために、相対湿度(RH)は100%に達することが必要であると考える。この温度は、「露点」と呼ばれている。空気中の水分飽和に対するアントワンの方程式は、以下の通りである(A=8.074、B=1730.63、C=233.4):
表面冷却のための冷却風の好適な温度( 膨張後の内部)の算出のために、表面上の外気からの熱伝達率およびPVモジュールの内部アセンブリの温度は、以下のように算出できる:
適切な冷却給気率を決定するために、定常状態で、内部アセンブリから冷却した空気への熱除去率は、冷却風の全体風量(mair、単位g/s)、冷却空気の熱容量および温度差に比例する:
冷却した表面上の水の結露率は、水液化(結露)エンタルピー(H2O(g)H2O(l)+ΔH、発熱)を使用して算出することができ、それは25℃[2]で540cal/gに等しい。このように、結露率は、以下の通りである:
可逆的な断熱膨張を受ける空気の理想的な気体反応を仮定して、それはPVγが膨張の間、一定であることを意味し、ここで、Pは圧力であり、Vは容積であり、そして、γは空気の熱容積比(CP、/CV)である。以上から、以下の結論を得ることができる:
クリーニングのための適切な全圧は、に加えて水ノズル(または噴霧器またはスプリンクラ)で印加される圧力にクリーニング水をシャワーヘッドまで上げるための静水圧要件を加えた合計である。本発明開示において、開発された数学的モデルは、商業的な圧力要件の間にある10psigに対して検査された。
PVシステム設置パラメータ:
1. PVシステム表面:1m2
2. PVシステム電力出力:180W[3]
3. ガラス厚:3mm
4. EVA厚:0.3mm
5. シリコン厚:0.2mm
6. テドラー厚:2mm
7. 設置最大高さ:1.8m
環境詳細:
1. 大気圧:1気圧
2. 1年当たりの日照日:310
3. 1日当たりの平均的昼間時間:10時間
クリーニングシステムの詳細:
1. 冷却および洗浄システムのための別々のコンプレッサ
2. クリーニングのための適切な水:120ml
3. シャワーヘッドパイプ直径:12.7mm
4. 配管のエネルギー損:2%
5. ノズル死圧:10psig
6. クリーニング期間:30秒
7. クリーニング頻度:週当たり2回
図5は、ソーラーPVシステムのための犠牲エネルギー比に対する周囲温度の効果を例示する。周囲温度は15℃から40℃の範囲であり、その一方で、相対湿度はいずれの場合においても固定である。さらにまた、冷却した面積のパーセンテージ(A)、大気圧(P)、風速および水量は、それぞれ1気圧、100%、7km/hおよび120mlである。
図14aは、固定された冷却したPV表層温度1℃の下での、ソーラーPVシステムのための犠牲エネルギー比に対する外気相対湿度の効果を例示する。
相対湿度は20%から80%の範囲であり、その一方で、冷却したPV表面のパーセンテージ(A)および周囲温度(T)はいずれの場合においても固定である。さらにまた、周囲圧力(P)、風速および水量は、それぞれ1気圧、7km/hおよび120mlである。図14bは、固定された冷却したPV表層温度2℃の下での、ソーラーPVシステムのための犠牲エネルギー比に対する外気相対湿度の効果を例示する。相対湿度は20%から80%の範囲であり、その一方で、冷却したPV表面のパーセンテージ(A)および周囲温度(T)はいずれの場合においても固定である。さらにまた、周囲圧力(P)、風速および水量は、それぞれ1気圧、7km/hおよび120mlである。
表層温度は1〜5℃の範囲であり、その一方で、40、60および80%の相対湿度のケースが示される。周囲温度(Tamb)、周囲圧力、(Pamb)、風速および水量は、それぞれ25℃、1気圧、7km/hおよび120mlである。それぞれの場合における露点にも言及する。図15に例示するとおり、クリーニングシステムエネルギーの消費についての、固定されたPV表面温度の効果は、あまり顕著ではない。
Claims (25)
- 受光面、結露サブアセンブリ、水回収サブアセンブリおよびクリーニングサブアセンブリを含むソーラーシステムであって、
前記受光面は外気にさらされ、
前記結露サブアセンブリは膨張チャンバに連結された圧縮空気膨張弁を含み、
前記結露サブアセンブリの前記膨張チャンバは、前記圧縮空気膨張弁により制御されるような前記膨張チャンバ内の圧縮空気の膨張が、前記受光面の前記温度を低下させることによって、前記受光面上の湿気の結露を促進するように、前記受光面に熱的に連結して、前記環境から熱的に絶縁され、
前記水回収サブアセンブリは、水回収容器と前記受光面上の結露水を前記水回収容器に向かわせるために配置した水誘導ハードウェアとを含み、
前記クリーニングサブアセンブリは、クリーニング液ダクトを介して流体的に前記水回収容器に連結する水分配ユニットを含み、
前記水分配ユニットは、前記ソーラーシステムの前記受光面上の前記水回収容器から水を分配するように配置される、
ソーラーシステム。 - 前記受光面は、ソーラーリフレクタモジュールの反射面を含み、また前記結露サブアセンブリの前記膨張チャンバは、前記ソーラーリフレクタモジュールの後方に熱的に連結している、請求項1に記載のソーラーシステム。
- 前記受光面は、光起電性モジュールの入力面を含み、また前記結露サブアセンブリの前記膨張チャンバは、前記光起電性モジュールの後方に熱的に連結している、請求項1に記載のソーラーシステム。
- 前記ソーラーシステムは、前記結露サブアセンブリの前記圧縮空気膨張弁に連結する圧縮空気供給装置をさらに含み、
前記光起電性モジュールは、その光起電性出力の一部を前記圧縮空気供給装置に専用にするように構成される、
請求項3に記載のソーラーシステム。 - 前記ソーラーシステムは、前記光起電性モジュールの前記光起電性出力が最小操作閾値未満となるときに、補助的な電源の下でのシステムオペレーションが可能となるように構成される補助的な電源コンセントをさらに含む、請求項4に記載のソーラーシステム。
- 前記受光面は透明な疎水性コーティングを含む、請求項1に記載のソーラーシステム。
- 前記受光面は実質的に平面である、請求項1に記載のソーラーシステム。
- 前記受光面はソーラエネルギー集中の焦点または焦線を定める、請求項1に記載のソーラーシステム。
- 前記ソーラーシステムは、前記結露サブアセンブリの前記圧縮空気膨張弁に連結する圧縮空気供給装置をさらに含む、請求項1に記載のソーラーシステム。
- 前記ソーラーシステムは、ソーラーユニットの配列を画定するように配置されて、それぞれが結露サブアセンブリ、水回収サブアセンブリおよびクリーニングサブアセンブリに結合した複数の受光面を含み、
前記圧縮空気供給装置は、中央圧縮空気供給装置または前記ソーラーユニットの配列の個々のソーラーユニットと連通する複数の専用圧縮空気供給装置を含む、
請求項9に記載のソーラーシステム。 - 前記圧縮空気供給装置は、前記圧縮空気供給装置からの圧縮空気を除湿するために配置される水トラップを含み、
前記水トラップは、補助的な水回収バルブを介して、前記水回収サブアセンブリの前記水回収容器との流体連通に置かれる、
請求項9に記載のソーラーシステム。 - 前記受光面は、光起電性またはソーラーリフレクタモジュールの入力面を含み、
前記結露サブアセンブリの前記膨張チャンバの一方側は、高熱伝導性材料を介して前記モジュールの後方に熱的に連結される、
請求項1に記載のソーラーシステム。 - 前記結露サブアセンブリの前記膨張チャンバの反対側が、熱的に絶縁材料の層を担持する、請求項12に記載のソーラーシステム。
- 前記水回収サブアセンブリの前記水誘導ハードウェアは、前記受光面の周辺の少なくとも一部に沿って配置される周辺水ダムを含む、請求項1に記載のソーラーシステム。
- 前記水回収サブアセンブリは、結露水から、それが前記水回収容器に向けられる前に粒子を取り除くために配置される水回収フィルタを含む、請求項1に記載のソーラーシステム。
- 前記クリーニングサブアセンブリの前記水分配ユニットは、前記光回収面に向けられる1つまたは複数の水噴霧ノズルを終端として接続し、1つまたは複数のクリーニングアクセサリを含む、請求項1に記載のソーラーシステム。
- 前記クリーニングサブアセンブリは、選択的に、前記水回収容器から廃水を切り換えるか、または前記水回収容器にろ過した廃水を向けるために配置される水切り換え弁を含む、請求項16に記載のソーラーシステム。
- 前記ソーラーシステムは、前記受光面上の湿気の結露および水回収のための前記水回収アセンブリのアクティブ化の前に前記受光面をクリーニングするために、前記クリーニングサブアセンブリの前記水分配ユニットのアクティブ化を確実にするようにプログラムされるプロセス制御装置をさらに含む、請求項1に記載のソーラーシステム。
- 前記ソーラーシステムは、周囲温度センサ、周囲湿度センサまたはそれらの組み合わせ、および、周囲温度、湿度またはそれらの組み合わせの関数として、前記水回収サブアセンブリのアクティブ化を制御するようにプログラムされるプロセス制御装置を含む、請求項1に記載のソーラーシステム。
- 前記受光面は光起電性モジュールの入力面を含み、
前記ソーラーシステムは光起電性モジュール電力モニタとプロセス制御装置とを含み、
前記プロセス制御装置は、前記電力モニタによって検出されるような、前記光起電性モジュールによって生成される電力の関数として、前記クリーニングサブアセンブリのアクティブ化を制御するようにプログラムされる、
請求項1に記載のソーラーシステム。 - 前記ソーラーシステムは圧縮空気供給装置とプロセス制御装置とを含み、
前記圧縮空気供給装置は前記結露サブアセンブリの前記圧縮空気膨張弁に連結し、
前記プロセス制御装置は、前記圧縮空気供給装置の空気圧の関数として、前記クリーニングサブアセンブリのアクティブ化を制御するようにプログラムされる、
請求項1に記載のソーラーシステム。 - 前記ソーラーシステムは、1つまたは複数の周囲センサと、圧縮空気供給装置と、プロセス制御装置とを含み、
前記圧縮空気供給装置は前記結露サブアセンブリの前記圧縮空気膨張弁に連結し、
前記プロセス制御装置は、前記圧縮空気膨張弁を介して前記圧縮空気供給装置からの圧縮空気の放出を制御することによって、周囲センサ出力の関数として前記水回収サブアセンブリのアクティブ化条件を制御するようにプログラムされ、
前記アクティブ化条件は、放出期間、圧力低下またはそれらの組み合わせを含む、
請求項1に記載のソーラーシステム。 - 前記周囲センサは、周囲温度センサ、周囲湿度センサ、周囲風速センサまたはそれらの組み合わせを含む、請求項22に記載のソーラーシステム。
- 前記ソーラーシステムは、ソーラーユニットの配列を画定するように配置されて、それぞれが結露サブアセンブリ、水回収サブアセンブリおよびクリーニングサブアセンブリに結合した複数の受光面を含む、請求項1に記載のソーラーシステム。
- 受光面、結露サブアセンブリ、水回収サブアセンブリ、クリーニングサブアセンブリ、1つまたは複数の周囲センサ、圧縮空気供給装置およびプロセス制御装置を含むソーラーシステムを操作する方法であって、
前記受光面は外気にさらされ、
前記結露サブアセンブリは膨張チャンバに連結された圧縮空気膨張弁を含み、
前記結露サブアセンブリの前記膨張チャンバは、前記圧縮空気膨張弁により制御されるような前記膨張チャンバ内の圧縮空気の膨張が、前記受光面の前記温度を低下させることによって、前記受光面上の湿気の結露を促進するように、前記受光面に熱的に連結して、前記環境から熱的に絶縁され、
前記水回収サブアセンブリは、水回収容器と前記受光面上の結露水を前記水回収容器に向かわせるために配置した水誘導ハードウェアとを含み、
前記クリーニングサブアセンブリは、クリーニング液ダクトを介して流体的に前記水回収容器に連結する水分配ユニットを含み、
前記水分配ユニットは、前記ソーラーシステムの前記受光面上の前記水回収容器から水を分配するように配置され、
前記圧縮空気供給装置は前記結露サブアセンブリの前記圧縮空気膨張弁に連結し、
前記ソーラーシステムは、前記圧縮空気膨張弁を介して前記圧縮空気供給装置からの圧縮空気の放出を制御することによって、周囲センサ出力の関数として前記水回収サブアセンブリのアクティブ化条件を制御することにより操作される、
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