RU2615242C2 - Solar module havng asymmetric cylindrical parabolic solar radiation concentrator - Google Patents
Solar module havng asymmetric cylindrical parabolic solar radiation concentrator Download PDFInfo
- Publication number
- RU2615242C2 RU2615242C2 RU2015118930A RU2015118930A RU2615242C2 RU 2615242 C2 RU2615242 C2 RU 2615242C2 RU 2015118930 A RU2015118930 A RU 2015118930A RU 2015118930 A RU2015118930 A RU 2015118930A RU 2615242 C2 RU2615242 C2 RU 2615242C2
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- solar
- concentrator
- solar module
- photodetector
- cylindrical parabolic
- Prior art date
Links
- 230000005855 radiation Effects 0.000 title claims abstract description 27
- 238000005286 illumination Methods 0.000 claims abstract description 16
- 238000009827 uniform distribution Methods 0.000 claims abstract description 4
- 239000002826 coolant Substances 0.000 claims description 13
- 230000004907 flux Effects 0.000 claims description 6
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 abstract description 18
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 abstract description 4
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract 1
- 238000009826 distribution Methods 0.000 description 7
- 101000835082 Homo sapiens TCF3 fusion partner Proteins 0.000 description 5
- 102100026140 TCF3 fusion partner Human genes 0.000 description 5
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 4
- 239000011159 matrix material Substances 0.000 description 3
- 230000003287 optical effect Effects 0.000 description 3
- 239000012141 concentrate Substances 0.000 description 2
- 238000001816 cooling Methods 0.000 description 2
- 239000011521 glass Substances 0.000 description 2
- PCTMTFRHKVHKIS-BMFZQQSSSA-N (1s,3r,4e,6e,8e,10e,12e,14e,16e,18s,19r,20r,21s,25r,27r,30r,31r,33s,35r,37s,38r)-3-[(2r,3s,4s,5s,6r)-4-amino-3,5-dihydroxy-6-methyloxan-2-yl]oxy-19,25,27,30,31,33,35,37-octahydroxy-18,20,21-trimethyl-23-oxo-22,39-dioxabicyclo[33.3.1]nonatriaconta-4,6,8,10 Chemical compound C1C=C2C[C@@H](OS(O)(=O)=O)CC[C@]2(C)[C@@H]2[C@@H]1[C@@H]1CC[C@H]([C@H](C)CCCC(C)C)[C@@]1(C)CC2.O[C@H]1[C@@H](N)[C@H](O)[C@@H](C)O[C@H]1O[C@H]1/C=C/C=C/C=C/C=C/C=C/C=C/C=C/[C@H](C)[C@@H](O)[C@@H](C)[C@H](C)OC(=O)C[C@H](O)C[C@H](O)CC[C@@H](O)[C@H](O)C[C@H](O)C[C@](O)(C[C@H](O)[C@H]2C(O)=O)O[C@H]2C1 PCTMTFRHKVHKIS-BMFZQQSSSA-N 0.000 description 1
- 241000278713 Theora Species 0.000 description 1
- 238000010521 absorption reaction Methods 0.000 description 1
- XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N aluminium Chemical compound [Al] XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910052782 aluminium Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000003491 array Methods 0.000 description 1
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 1
- 238000010276 construction Methods 0.000 description 1
- 239000000498 cooling water Substances 0.000 description 1
- 239000012153 distilled water Substances 0.000 description 1
- 230000005611 electricity Effects 0.000 description 1
- 239000005357 flat glass Substances 0.000 description 1
- 239000000463 material Substances 0.000 description 1
- 239000000203 mixture Substances 0.000 description 1
- 238000010248 power generation Methods 0.000 description 1
- 239000003351 stiffener Substances 0.000 description 1
Images
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
- H02S10/00—PV power plants; Combinations of PV energy systems with other systems for the generation of electric power
- H02S10/30—Thermophotovoltaic systems
-
- 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
Landscapes
- Photovoltaic Devices (AREA)
- Optical Elements Other Than Lenses (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к гелиотехнике и конструкции солнечных модулей с фотоэлектрическими и тепловыми приемниками солнечного излучения и концентраторами для получения электрической энергии и теплоты.The invention relates to solar engineering and the construction of solar modules with photovoltaic and thermal receivers of solar radiation and concentrators for generating electrical energy and heat.
Известен солнечный модуль с концентратором, содержащий основной линейно-фокусирующий параболоцилиндрический зеркальный отражатель, выполненный из двух разновеликих частей в виде одной ветви параболоцилиндрического отражателя со вторым полуцилиндрическим зеркальным отражателем, и фотоэлектрический приемник, отличающийся тем, что приемник излучения выполнен из стеклянной цилиндрической трубы и встроенного внутрь плоского стеклопакета фотоэлектрического приемника с солнечными элементами.A solar module with a concentrator is known, comprising a main linearly focusing parabolic cylinder reflector made of two different parts in the form of one branch of a parabolic cylinder reflector with a second semi-cylindrical mirror reflector, and a photoelectric receiver, characterized in that the radiation receiver is made of a glass cylindrical tube and is built inside flat glass pv photovoltaic receiver with solar cells.
Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому изобретению относится солнечный модуль с концентратором, содержащий основной линейно-фокусирующий параболоцилиндрический зеркальный отражатель и приемник в виде полосы, установленный параллельно фокальной оси основного отражателя, основной зеркальный отражатель выполнен в виде одной ветви параболоцилиндрического отражателя, снабжен вторым полуцилиндрическим зеркальным отражателем, а также третьим зеркальным полуцилиндрическим отражателем, причем третий зеркальный отражатель снабжен устройством поворота вокруг своей оси (патент RU 2206837, БИ 2003 №17).The closest in technical essence to the present invention relates to a solar module with a concentrator, containing a main linearly focusing parabolic cylindrical mirror reflector and a receiver in the form of a strip mounted parallel to the focal axis of the main reflector, the main mirror reflector is made in the form of one branch of a parabolic cylindrical reflector, equipped with a second semi-cylindrical mirror reflector, as well as the third mirror semi-cylindrical reflector, and the third mirror reflection Tel provided with rotation around its axis device (Patent RU 2206837, 2003 BI №17).
Недостатками известных солнечных модулей являются:The disadvantages of the known solar modules are:
- снижение оптического кпд модуля вследствие многократного, не менее 3-х раз на каждом концентраторе, отражения солнечных лучей от концентраторов, а также вследствие поглощения отраженных лучей при прохождении через ограждающие ФЭП стеклянные элементы, следовательно, снижение и общего кпд преобразования солнечной энергии в тепловую и электрическую;- a decrease in the optical efficiency of the module due to multiple, at least 3 times on each concentrator, reflection of sunlight from the concentrators, as well as due to absorption of reflected rays passing through the glass elements enclosing the photovoltaic cells, therefore, a decrease in the overall efficiency of the conversion of solar energy into heat and electric;
- усложнение конструкции модуля;- complication of the design of the module;
- сложность юстировки 2-3 концентраторов и приемников концентрированного излучения;- the difficulty of adjusting 2-3 concentrators and receivers of concentrated radiation;
- затенение дополнительными концентраторами основного.- shading by additional concentrators of the main one.
Задачей предлагаемого изобретения является обеспечение работы теплофотоэлектрического приемника солнечного модуля при средних концентрациях и равномерном освещении его части - фотоэлектрического приемника, нагрева теплоносителя (воды) и снижения стоимости вырабатываемой энергии.The objective of the invention is to ensure the operation of the thermophotoelectric receiver of the solar module at medium concentrations and uniform illumination of its part - the photoelectric receiver, heating the coolant (water) and reducing the cost of generated energy.
В результате использования предлагаемого изобретения на трех гранях трапецеидального в сечении теплофотоэлектрического приемника с устройством проточной воды формируется равномерная освещенность концентрированным солнечным излучением, вырабатывая электрическую и тепловую энергию с более высоким КПД, нагревая проточную воду.As a result of the use of the invention, on three faces of a trapezoidal cross-section of a photovoltaic receiver with a running water device, uniform illumination is generated by concentrated solar radiation, generating electric and thermal energy with higher efficiency, heating the running water.
Вышеуказанный технический результат достигается тем, что солнечный модуль с асимметричным параболоцилиндрическим концентратором, состоящий из одной ветви параболоцилиндрического концентратора солнечного излучения и линейчатого фотоприемника, расположенного в фокальной области с равномерным распределением концентрированного излучения вдоль цилиндрической оси, содержит асимметричный из одной ветви концентратор параболоцилиндрического типа с зеркальной внутренней поверхностью отражения, форма отражающей поверхности концентратора соответствует условию равномерной, вдоль и перпендикулярно параболоцилиндрической оси, освещенности поверхностей фотоприемника, размещенного перед фокусом параболы и выполненного в виде трех линеек из соединенных последовательно-параллельно фотоэлектрических преобразователей, в составе фотоприемника трапецеидальной формы в поперечном сечении с устройством протока теплоносителя;The above technical result is achieved in that the solar module with an asymmetric parabolic cylinder concentrator, consisting of one branch of a parabolic cylinder concentrator of solar radiation and a line photodetector located in the focal region with a uniform distribution of concentrated radiation along the cylindrical axis, contains an asymmetric parabolic cylinder concentrator from one branch with a mirror internal reflective surface, reflective surface shape concentrate The ora corresponds to the condition of uniform, along and perpendicular to the parabolic cylindrical axis, illumination of the surfaces of the photodetector, placed in front of the focus of the parabola and made in the form of three rulers of photoelectric converters connected in series and parallel, in the composition of the trapezoidal photodetector in cross section with the device of the coolant duct;
Солнечный модуль установлен на опоре, снабженной системой ориентации на Солнце.The solar module is mounted on a support equipped with a solar orientation system.
Солнечный модуль снабжен системой крепления с устройством перемещения фотоприемника для изменения концентрации на его гранях отраженного солнечного потока. Сущность предлагаемого изобретения поясняется фиг. 1, 2, 3, 4, 5, 6.The solar module is equipped with a fastening system with a device for moving the photodetector to change the concentration of reflected solar flux on its faces. The essence of the invention is illustrated in FIG. 1, 2, 3, 4, 5, 6.
На фиг. 1 представлена схема конструкции солнечного модуля с асимметричным параболоцилиндрическим концентратором и теплофотоэлектрическим приемником трапецеидальной формы в поперечном сечении с устройством протока теплоносителя.In FIG. Figure 1 shows a design diagram of a solar module with an asymmetric parabolic-cylindrical concentrator and a trapezoidal photovoltaic receiver in cross section with a coolant flow device.
На фиг. 2 представлена схема хода лучей от асимметричного параболоцилиндрического концентратора ABCD до трех обращенных к концентратору граней теплофотоэлектрического приемника трапецеидальной формы (ТФПТ).In FIG. Figure 2 presents a diagram of the path of rays from an asymmetric parabolic-cylindrical concentrator ABCD to three faces of a trapezoidal thermoelectric receiver (TFFT) facing the concentrator.
На фиг. 3 представлен график распределение концентрации освещенности и углов падения солнечного излучения по ширине фокального пятна верхней поверхности ТФПТ.In FIG. Figure 3 shows a graph of the distribution of the concentration of illumination and the angles of incidence of solar radiation over the width of the focal spot of the upper surface of the TFT.
На фиг. 4 представлен график распределения концентрации освещенности и углов падения солнечного излучения по ширине фокального пятна средней поверхности ТФПТ.In FIG. Figure 4 shows a graph of the distribution of the concentration of illumination and the angles of incidence of solar radiation over the width of the focal spot of the middle surface of the TFT.
На фиг. 5 представлен график распределения концентрации освещенности и углов падения солнечного излучения по ширине фокального пятна нижней поверхности ТФПТ.In FIG. Figure 5 shows a graph of the distribution of the concentration of illumination and the angles of incidence of solar radiation over the width of the focal spot of the lower surface of the TFT.
На фиг. 6 представлена BAX трапецеидального фотоприемника модуля с тремя матричными высоковольтными параллельно соединенными фотопреобразователями размерами 4×1 см при солнечном излучении 888 Вт/м2. Коэффициент заполнения BAX m=0,660.In FIG. Figure 6 shows the BAX of a trapezoidal photodetector module with three high-voltage matrix arrays connected in parallel by 4 × 1 cm photoconverters with solar radiation of 888 W / m 2 . BAX duty cycle m = 0.660.
На фиг. 7 представлена BAX трапецеидального фотоприемника модуля с тремя высоковольтными параллельно соединенными фотопреобразователями размерами 4×1 см при солнечном излучении 888 Вт/м2. Средняя концентрация на фотоприемнике Кср=22,5 крат, коэффициент заполнения BAX m=0,728.In FIG. Figure 7 shows the BAX trapezoidal photodetector module with three high-voltage parallel-connected photoconverters with dimensions of 4 × 1 cm with a solar radiation of 888 W / m 2 . The average concentration at the photodetector Ksr = 22.5 times, the fill factor BAX m = 0.728.
На фиг. 8 представлены расчетные зависимости характеристик солнечного модуля: кпд ηt, расхода воды от температуры.In FIG. Figure 8 shows the calculated dependences of the characteristics of the solar module: efficiency η t , water flow from temperature.
Асимметричный параболоцилиндрический концентратор 1 солнечного модуля с расчетным рабочим профилем концентрирует солнечное излучение на трех гранях размещенного перед фокальной областью теплофотоэлектрического приемника: лучи от верхней части AB концентратора приходят на верхнюю грань, лучи от средней части BC концентратора приходят на среднюю грань, а лучи от нижней части CD концентратора приходят на нижнюю грань теплофотоэлектрического приемника.An asymmetric
На фиг. 1 показана схема конструкции солнечного модуля с асимметричным параболоцилиндрическим концентратором 1 с ребрами жесткости 5 и теплофотоэлектрическим приемником 2 в виде трубы трапецеидальной формы в поперечном сечении с ФЭП на трех ее гранях, с устройствами протока теплоносителя (воды) со штуцерами 6, крепления 3 теплофотоэлектрического приемника, опоры 4 солнечного модуля.In FIG. 1 shows a design diagram of a solar module with an asymmetric
Асимметричный параболоцилиндрический концентратор имеет форму полуветви параболы, а приемниками концентрированного излучения являются боковые и нижняя, обращенная к концентратору, грани трапецеидального в сечении канала, на которых крепятся ФЭП. Охлаждение - принудительное, протоком теплоносителя через канал, и естественное, теплообменом с окружающей средой.The asymmetric parabolic cylindrical concentrator has the shape of a half-branch of a parabola, and the concentrated radiation receivers are the lateral and lower, facing the concentrator, sides of the channel that are trapezoidal in the cross section and on which the photoconductors are mounted. Cooling - forced, by the flow of coolant through the channel, and natural, by heat exchange with the environment.
На фиг. 2 представлена схема хода лучей от асимметричного параболоцилиндрического концентратора до трех обращенных к концентратору граней теплофотоэлектрического приемника трапецеидальной формы (ТФПТ) шириной dн, dcp, dв, конкретно 40×40×40 мм. Три из четырех граней ТФПТ освещаются каждая своей частью концентратора. Все четыре грани обмениваются теплом с окружающей средой.In FIG. 2 is a diagram of the path of rays from an asymmetric parabolic-cylindrical concentrator to three faces of a trapezoidal thermoelectric receiver (TFFT) facing the concentrator with a width of d n , d cp , d in , specifically 40 × 40 × 40 mm. Three of the four faces of the TFPT are illuminated by each with its own part of the concentrator. All four faces exchange heat with the environment.
Расчетный рабочий профиль отражающей поверхности асимметричного параболоцилиндрического концентратора и координат теплофотоэлектрического приемника выполнен по приведенным ниже зависимостям.The calculated working profile of the reflective surface of the asymmetric parabolic-cylindrical concentrator and the coordinates of the photovoltaic receiver is made according to the dependencies below.
Верхняя грань освещается частью концентратора с граничными координатами {Хв, Ув; Х, У).The upper face part of the concentrator is illuminated with the boundary coordinates {X a, Y a; X, Y).
Значения координат Хвn, Увn определяются по формулам:The values of the coordinates X bn , V bn are determined by the formulas:
где δn=(ϕ+ξ)n/no, n=0,1…no, 
Распределение концентрации освещенности по ширине фокального пятна на верхней грани ТФПТ определяется как:The distribution of the illumination concentration over the width of the focal spot on the upper face of the TFPT is defined as:
гдеWhere
Распределение концентрации освещенности и углов падения концентрированного солнечного излучения по ширине фокального пятна на верхней грани ТФПТ с шириной граней dн, dcp, dв, конкретно 40×40×40 мм, показано на фиг. 3.The distribution of the illumination concentration and incidence angles of concentrated solar radiation over the width of the focal spot on the upper face of the TFPT with the face width d n , d cp , d in , specifically 40 × 40 × 40 mm, is shown in FIG. 3.
Средняя грань освещается частью концентратора с граничными координатами {Хн, Ун; Хв, Ув}. Значения координат концентратора в этой области Хср, Уср определяются по формуламThe middle face is illuminated by a part of the concentrator with boundary coordinates {X n , U n ; X in , in in }. The values of the coordinates of the concentrator in this area X cf , Cfr are determined by the formulas
Распределение концентрации освещенности и углов падения солнечного излучения по ширине фокального пятна на средней грани ТФПТ определяется по аналогии с формулами (3-6) и представлено на фиг. 4.The distribution of the concentration of illumination and the angles of incidence of solar radiation along the width of the focal spot on the middle face of the TFPT is determined by analogy with formulas (3-6) and is presented in FIG. four.
Нижняя грань освещается частью концентратора с граничными координатами {Хн, Ун; 0,0}. Значения координат концентратора в этой области Хнn, Унn определяются по формуламThe lower face is illuminated by a part of the concentrator with boundary coordinates {X n , U n ; 0,0}. The values of the coordinates of the concentrator in this region X нn , У нn are determined by the formulas
Распределение концентрации освещенности и углов падения солнечного излучения по ширине фокального пятна на нижней поверхности ТФПТ определяется в соответствии с формуламиThe distribution of the concentration of illumination and the angles of incidence of solar radiation along the width of the focal spot on the lower surface of the TFPT is determined in accordance with the formulas
и представлено на фиг. 5.and shown in FIG. 5.
Из приведенных характеристик на фиг. 3, 4, 5 видно, что изменение концентрации освещенности по ширине граней фотоэлектрического приемника не превышает 40%, что существенно не влияет на электрофизические и тепловые характеристики солнечного модуля.From the above characteristics in FIG. 3, 4, 5 it is seen that the change in the concentration of illumination along the width of the faces of the photoelectric detector does not exceed 40%, which does not significantly affect the electrophysical and thermal characteristics of the solar module.
Изменять концентрацию освещенности теплофотоэлектрического приемника 2 можно, перемещая приемник параллельно относительно расчетной позиции на фиг. 2.It is possible to change the light concentration of the
Расчетным способом получены следующие средние концентрации, крат, на поверхностях теплофотоэлектрического приемника, облучаемых дугами концентратора: AB - 17,5, BC - 19,5, CD - 35. Такие концентрации допустимы для высоковольтных планарных ФЭП. Экспериментально проведены испытания трех высоковольтных планарных фотоэлементов размером 40×10 мм каждый, смонтированных на трех гранях теплофотоэлектрического приемника. Полученные BAX без концентрации солнечного излучения представлены на фиг. 6, а с концентрацией - на фиг. 7. Из приведенных BAX (фиг. 6 и 7) следует, что матричные высоковольтные элементы при концентрированном облучении более эффективны, чем при низком освещении солнечным излучением, что показывают значения коэффициентов заполнения BAX m. В рабочей точке BAX фиг. 7 электрическая мощность в ~19 раз больше, чем на фиг. 6, которая равна P1=1,175 Вт. При пересчете количества матричных элементов с ηфэ=0,12, на всю линейку при освещенности 700 Вт/м2 и ηопт=0,729 выработанная электрическая мощность будет равна Рэл=208 Вт, что соответствует расчетной мощности солнечного модуля 219 Вт при температуре ФЭП 74°C.The following average concentrations were obtained by calculation, krat, on the surfaces of a photovoltaic receiver irradiated with concentrator arcs: AB - 17.5, BC - 19.5, CD - 35. Such concentrations are permissible for high-voltage planar photovoltaic cells. Three high-voltage planar photocells with a size of 40 × 10 mm each, mounted on three faces of a thermophotoelectric receiver, were experimentally tested. The obtained BAXs without solar concentration are shown in FIG. 6, and with concentration, in FIG. 7. From the above BAX (FIGS. 6 and 7) it follows that high-voltage matrix elements are more effective in concentrated irradiation than in low-light solar radiation, which is shown by BAX m fill factors. At the operating point BAX of FIG. 7, the electric power is ~ 19 times greater than in FIG. 6, which is equal to P 1 = 1.175 watts. When recalculating the number of matrix elements with η fe = 0.12, the entire line at illumination of 700 W / m 2 and η opt = 0.729, the generated electric power will be equal to P el = 208 W, which corresponds to the estimated power of the solar module 219 W at the solar cell temperature 74 ° C.
Расчет тепломассопереноса осуществлялся по формулам:Calculation of heat and mass transfer was carried out according to the formulas:
Qпп=ηоптR Fпп Кгеом, N=QФЭ ηФЭ⋅Qконв=α(tc-ta)F, α=5,7+3,8 V, Qрад=εσ(Tc 4-Ta 4)F, Q=Qпп-N-Qконв-Qрад⋅m=Q/cp(tвых-tвх), W=m/γFпс, Re=wdэкв/ν, αж=Nu λж/dэкв, Qв=αж(tc-tж)F. η=ηo[1-k(Tf-To)],Q pp = η opt RF pp To geome , N = Q FE η FE ⋅ Q conv = α (t c -t a ) F, α = 5.7 + 3.8 V, Q rad = εσ (T c 4 - T a 4 ) F, Q = Q pp -NQ conv -Q rad ⋅m = Q / c p (t out -t in ), W = m / γF ps , Re = wd equiv / ν, α w = Nu λ w / d equiv , Q in = α w (t c -t w ) F. η = η o [1-k (T f -T o )],
где Qпп - поглощенный поток отраженных лучей приемником, ηОПТ - оптический кпд, R - прямая солнечная радиация, Fпп - площадь приемной поверхности 3-х граней (АВ, BC и CD) с учетом углов падения отраженных лучей, Kгеом - геометрическая концентрация, N - мощность электрическая, ηФЭ - КПД ФЭ, QФЭ - поглощенный поток фотоэлементами, Qконв - конвективные теплопотери, α - коэффициент теплоотдачи, tc, F - площадь четырех граней трапецеидального приемника, tc, °C - средняя температура стенки приемника, ta, °C - температура среды, V - скорость ветра, Qрад - радиационные теплопотери,_ε - степень черноты стенки, σ - постоянная Стефана-Больцмана, Тс, K - средняя температура стенки приемника, Ta, K - _температура среды, Q - поток для охлаждения теплоносителем, m - массовый расход воды, cp - удельная теплоемкость, tвых, tвх - температура воды на выходе и входе приемника, W - скорость потока воды, γ - плотность воды, Fпс - площадь поперечного сечения приемника, dэкв - эквивалентный диаметр поперечного сечения приемника, ν - коэффициент кинематической вязкости воды, Re - число Рейнольдса, Nu - число Нуссельта, αж - коэффициент теплоотдачи от стенки к воде, tж - средняя температура воды, λж - коэффициент теплопроводности воды, Qв - тепловой поток, отводимый водой, ηt - зависимость КПД ФЭП от температуры, η0 - КПД ФЭП при стандартной температуре T0=298 K, 
На основании приведенных выше формул произведен расчет зависимости характеристик солнечного модуля: КПД ηt, расхода воды от температуры (фиг. 8). Как видно из фиг. 8, максимальная мощность получена при температуре 43°C и составила 254 Вт. Тепловые потери в окружающую среду составили; конвективные 92 Вт, радиационные 66 Вт. Температура охлаждающей воды на входе 15-18, на выходе 22-27°C. КПД модуля 0,1146-0,1053.Based on the above formulas, a calculation is made of the dependence of the characteristics of the solar module: efficiency η t , water consumption on temperature (Fig. 8). As can be seen from FIG. 8, the maximum power obtained at a temperature of 43 ° C and amounted to 254 watts. Heat losses to the environment amounted to; convective 92 watts, radiation 66 watts. The temperature of the cooling water at the inlet is 15-18, at the outlet 22-27 ° C. Module efficiency 0.1146-0.1053.
При температуре ФЭП 74°C те же мощности: 233 Вт, 246 и 219 Вт.At a solar cell temperature of 74 ° C, the same power: 233 W, 246 and 219 watts.
Работает солнечный теплофотоэлектрический модуль с концентратором следующим образом.A solar thermal photovoltaic module with a hub operates as follows.
Солнечное излучение, попадая на поверхность асимметричного параболоцилиндрического концентратора 1 солнечного модуля (фиг. 2), отражается под расчетными углами наклона таким образом, чтобы они обеспечивали равномерную концентрацию лучей на гранях теплофотоэлектрического приемника 2 солнечного модуля, выполненного в виде трубопровода с профилем трапецеидальной формой в поперечном сечении, в котором нагревается теплоноситель (вода) и на котором смонтированы скоммутированные параллельно-последовательно фотоэлектрические преобразователи. ФЭП вырабатывают электроэнергию постоянного тока, а теплоноситель регулирует температуру ФЭП и используется для теплоснабжения. Регулируя скорость протока и расход теплоносителя, можно оптимизировать нагрев ФЭП и теплоносителя, КПД солнечного модуля.Solar radiation falling on the surface of the asymmetric parabolic-
Солнечный модуль снабжен системой слежения за Солнцем, обеспечивая в прицельном положении генерирование максимальной мощности.The solar module is equipped with a tracking system for the Sun, providing maximum power generation in the aiming position.
Пример выполнения солнечного модуля с ассиметричным параболоцилиндрическим концентратором.An example of a solar module with an asymmetric parabolic cylinder concentrator.
Концентратор 1 (фиг. 1) с максимальным размером миделя Rмах=900 мм, высотой 500 мм выполнен из алюминиевого листа толщиной 0,3 мм с зеркально отражающей внутренней поверхностью, закрепленного на ребрах жесткости 5 размером 8×700 мм и толщиной 1 мм в прорезях опор 4, с расчетным рабочим профилем (фиг. 2), обеспечивающим равномерную концентрацию лучей на 3-х гранях трапецеидального теплофотоприемника солнечного модуля. Устройство протока теплоносителя выполнено в виде трубопровода с трапецеидальным профилем с шириной облучаемых граней 40 мм и длиной L=700 мм, со штуцерами 6 для входа и выхода теплоносителя и закреплено на стойках 3.The hub 1 (Fig. 1) with a maximum midsection size R max = 900 mm, 500 mm high is made of an aluminum sheet 0.3 mm thick with a mirror-reflecting inner surface, mounted on
Солнечный модуль устанавливается на опоре 4, имеющей привод с 2 степенями свободы и датчиком слежения за Солнцем (на фиг. 1 не показаны).The solar module is mounted on a
Таким образом, предложенный солнечный модуль с асимметричным параболоцилиндрическим концентратором 1 (фиг. 1) обеспечивает достаточно равномерное распределение освещенности каждой грани со средней концентрацией от дуг концентратора AB - 17,5, BC - 19,5, CD - 35 крат на рабочей поверхности теплофотоприемника 2 солнечного модуля, повышая КПД преобразования солнечной энергии в электрическую и тепловую.Thus, the proposed solar module with an asymmetric parabolic cylinder concentrator 1 (Fig. 1) provides a fairly uniform distribution of the illumination of each face with an average concentration from the arcs of the concentrator AB - 17.5, BC - 19.5, CD - 35 times on the working surface of the
На основании приведенных расчетов в зависимости от натурных условий - плотности потока солнечного излучения, скорости ветра, температуры среды; конструктивных параметров модуля - формы и размеров концентратора и теплофотоприемника, оптического кпд, применяемых материалов, расхода теплоносителя (воды), можно прогнозировать выходные параметры (тепловые и электрические) и эффективность работы модуля в целом.Based on the above calculations, depending on the natural conditions - the flux density of solar radiation, wind speed, ambient temperature; the design parameters of the module — the shape and dimensions of the concentrator and the heat receiver, the optical efficiency, the materials used, the flow rate of the coolant (water), one can predict the output parameters (thermal and electrical) and the overall performance of the module.
Claims (3)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2015118930A RU2615242C2 (en) | 2015-05-20 | 2015-05-20 | Solar module havng asymmetric cylindrical parabolic solar radiation concentrator |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2015118930A RU2615242C2 (en) | 2015-05-20 | 2015-05-20 | Solar module havng asymmetric cylindrical parabolic solar radiation concentrator |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2015118930A RU2015118930A (en) | 2016-12-20 |
| RU2615242C2 true RU2615242C2 (en) | 2017-04-04 |
Family
ID=57759040
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2015118930A RU2615242C2 (en) | 2015-05-20 | 2015-05-20 | Solar module havng asymmetric cylindrical parabolic solar radiation concentrator |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2615242C2 (en) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2773805C1 (en) * | 2021-10-25 | 2022-06-09 | Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Физико-технический институт им. А.Ф. Иоффе Российской академии наук | Concentrator solar panel |
Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US4154219A (en) * | 1977-03-11 | 1979-05-15 | E-Systems, Inc. | Prismatic solar reflector apparatus and method of solar tracking |
| RU2206837C2 (en) * | 2001-01-19 | 2003-06-20 | Стребков Дмитрий Семенович | Solar module with concentrator (alternatives) |
| RU2252371C2 (en) * | 2003-07-09 | 2005-05-20 | Государственное научное учреждение Всероссийский научно-исследовательский институт электрификации сельского хозяйства (ГНУ ВИЭСХ) | Solar module with concentrator |
| RU2431086C2 (en) * | 2009-09-11 | 2011-10-10 | Российская Академия сельскохозяйственных наук Государственное научное учреждение Всероссийский научно-исследовательский институт электрификации сельского хозяйства (ГНУ ВИЭСХ РОССЕЛЬХОЗАКАДЕМИИ) | Solar power plant (versions) |
-
2015
- 2015-05-20 RU RU2015118930A patent/RU2615242C2/en not_active IP Right Cessation
Patent Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US4154219A (en) * | 1977-03-11 | 1979-05-15 | E-Systems, Inc. | Prismatic solar reflector apparatus and method of solar tracking |
| RU2206837C2 (en) * | 2001-01-19 | 2003-06-20 | Стребков Дмитрий Семенович | Solar module with concentrator (alternatives) |
| RU2252371C2 (en) * | 2003-07-09 | 2005-05-20 | Государственное научное учреждение Всероссийский научно-исследовательский институт электрификации сельского хозяйства (ГНУ ВИЭСХ) | Solar module with concentrator |
| RU2431086C2 (en) * | 2009-09-11 | 2011-10-10 | Российская Академия сельскохозяйственных наук Государственное научное учреждение Всероссийский научно-исследовательский институт электрификации сельского хозяйства (ГНУ ВИЭСХ РОССЕЛЬХОЗАКАДЕМИИ) | Solar power plant (versions) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2773805C1 (en) * | 2021-10-25 | 2022-06-09 | Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Физико-технический институт им. А.Ф. Иоффе Российской академии наук | Concentrator solar panel |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| RU2015118930A (en) | 2016-12-20 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| Ju et al. | A review of concentrated photovoltaic-thermal (CPVT) hybrid solar systems with waste heat recovery (WHR) | |
| Jaaz et al. | Design and development of compound parabolic concentrating for photovoltaic solar collector | |
| US8952238B1 (en) | Concentrated photovoltaic and solar heating system | |
| CA2783457C (en) | Concentrated photovoltaic and thermal system | |
| Zhu et al. | Design and thermal performances of a scalable linear Fresnel reflector solar system | |
| Yang et al. | Design and experimental study of a cost-effective low concentrating photovoltaic/thermal system | |
| ES2745858T3 (en) | Receiver for PV / T solar energy systems | |
| Han et al. | Energy analysis of a hybrid solar concentrating photovoltaic/concentrating solar power (CPV/CSP) system | |
| JP2008523593A5 (en) | ||
| ES2734191T3 (en) | Double stage parabolic concentrator | |
| US20160010895A1 (en) | Optically transparent single-crystal ceramic receiver tubes for concentrated solar power | |
| Palaskar et al. | Design and performance analysis of reflectors attached to commercial PV module | |
| Manokar et al. | Performance analysis of parabolic trough concentrating photovoltaic thermal system | |
| AU2013270295A1 (en) | Solar photo-thermal receiving device | |
| Sen et al. | Linear Fresnel mirror solar concentrator with tracking | |
| KR100755505B1 (en) | Photovoltaic-Thermal Energy Cogeneration System | |
| WO2012076847A1 (en) | Solar energy apparatus with a combined photovoltaic and thermal power generation system | |
| RU2615242C2 (en) | Solar module havng asymmetric cylindrical parabolic solar radiation concentrator | |
| Rajashekaraiah et al. | Optimizing the efficiency of solar flat plate collector with trapezoidal reflector | |
| Satpute et al. | Thermal performance investigation of concentrated solar collector using novel aluminum absorber | |
| RU2431787C2 (en) | Solar power station | |
| US8853522B1 (en) | Concentrated photovoltaic and solar heating system | |
| Stalcup et al. | On-grid performance of REhnu’s 8-mirror CPV-T tracker | |
| KR101121638B1 (en) | Sun light condensing equipment | |
| RU2670180C1 (en) | Solar module with asymmetric parabolic cylindrical concentrator and photo receiver with triangular profile |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| HZ9A | Changing address for correspondence with an applicant | ||
| MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20170521 |