RU2747080C1 - Method for maintaining an optimal temperature regime for a solar module and a device for its implementation - Google Patents
Method for maintaining an optimal temperature regime for a solar module and a device for its implementation Download PDFInfo
- Publication number
- RU2747080C1 RU2747080C1 RU2020129586A RU2020129586A RU2747080C1 RU 2747080 C1 RU2747080 C1 RU 2747080C1 RU 2020129586 A RU2020129586 A RU 2020129586A RU 2020129586 A RU2020129586 A RU 2020129586A RU 2747080 C1 RU2747080 C1 RU 2747080C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- coolant
- photovoltaic cells
- solar module
- temperature
- cooling
- Prior art date
Links
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims abstract description 17
- 239000002826 coolant Substances 0.000 claims abstract description 30
- 239000002689 soil Substances 0.000 claims abstract description 25
- 238000001816 cooling Methods 0.000 claims abstract description 20
- 239000000758 substrate Substances 0.000 claims abstract description 15
- 238000009835 boiling Methods 0.000 claims abstract description 6
- 238000009833 condensation Methods 0.000 claims abstract description 5
- 238000009834 vaporization Methods 0.000 claims abstract description 5
- 230000008016 vaporization Effects 0.000 claims abstract description 5
- 239000007788 liquid Substances 0.000 claims abstract description 4
- 230000005494 condensation Effects 0.000 claims abstract description 3
- 238000001704 evaporation Methods 0.000 claims abstract description 3
- 230000008020 evaporation Effects 0.000 claims abstract description 3
- 238000011049 filling Methods 0.000 claims abstract description 3
- 230000008929 regeneration Effects 0.000 claims abstract description 3
- 238000011069 regeneration method Methods 0.000 claims abstract description 3
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 abstract description 2
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract 1
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Chemical class O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 9
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 description 4
- RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N Copper Chemical compound [Cu] RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 229910052802 copper Inorganic materials 0.000 description 3
- 239000010949 copper Substances 0.000 description 3
- 230000005855 radiation Effects 0.000 description 3
- DQXBYHZEEUGOBF-UHFFFAOYSA-N but-3-enoic acid;ethene Chemical compound C=C.OC(=O)CC=C DQXBYHZEEUGOBF-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 239000011248 coating agent Substances 0.000 description 2
- 238000000576 coating method Methods 0.000 description 2
- 230000005611 electricity Effects 0.000 description 2
- 239000005038 ethylene vinyl acetate Substances 0.000 description 2
- 239000011888 foil Substances 0.000 description 2
- 239000007791 liquid phase Substances 0.000 description 2
- 239000000463 material Substances 0.000 description 2
- 230000003287 optical effect Effects 0.000 description 2
- 229920001200 poly(ethylene-vinyl acetate) Polymers 0.000 description 2
- MARUHZGHZWCEQU-UHFFFAOYSA-N 5-phenyl-2h-tetrazole Chemical compound C1=CC=CC=C1C1=NNN=N1 MARUHZGHZWCEQU-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N Silicon Chemical compound [Si] XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000010276 construction Methods 0.000 description 1
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 1
- 238000005265 energy consumption Methods 0.000 description 1
- 230000005484 gravity Effects 0.000 description 1
- 230000017525 heat dissipation Effects 0.000 description 1
- 239000011261 inert gas Substances 0.000 description 1
- 238000009413 insulation Methods 0.000 description 1
- 230000007774 longterm Effects 0.000 description 1
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 1
- 230000003647 oxidation Effects 0.000 description 1
- 238000007254 oxidation reaction Methods 0.000 description 1
- 229920002620 polyvinyl fluoride Polymers 0.000 description 1
- 239000003870 refractory metal Substances 0.000 description 1
- 229920006395 saturated elastomer Polymers 0.000 description 1
- 229910052710 silicon Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000010703 silicon Substances 0.000 description 1
- WFKWXMTUELFFGS-UHFFFAOYSA-N tungsten Chemical compound [W] WFKWXMTUELFFGS-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910052721 tungsten Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000010937 tungsten Substances 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- 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
- 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
-
- 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
- Physics & Mathematics (AREA)
- Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
- Electromagnetism (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Computer Hardware Design (AREA)
- Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
- Power Engineering (AREA)
- Photovoltaic Devices (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к гелиотехнике, к способам поддержания оптимального температурного режима работы фотоэлектрических элементов солнечного модуля в условиях экстремальных температур и может быть использовано для электрификации инфраструктуры сельского хозяйства.The invention relates to solar technology, to methods for maintaining the optimal temperature mode of operation of photovoltaic cells of a solar module in extreme temperatures and can be used for electrification of agricultural infrastructure.
Известно, что только 6 – 20 % падающего на фотоэлемент солнечного излучения используется для получения электричества. Остальная энергия, в большей степени, идет на нагрев фотоэлемента, происходит значительное увеличение температуры его поверхности, что, в свою очередь, негативно сказывается на его работе (Асанов М.М., Бекиров Э.А., Воскресенская С.Н. Снижение влияния нагрева поверхности фотоэлемента на эффективность его работы // Строительство и техногенная безопасность. 2014. №51. С.92-96). It is known that only 6 - 20% of the solar radiation incident on a photocell is used to generate electricity. The rest of the energy, to a greater extent, goes to heating the photocell, a significant increase in the temperature of its surface occurs, which, in turn, negatively affects its operation (Asanov M.M., Bekirov E.A., Voskresenskaya S.N. heating the surface of the photocell on the efficiency of its work // Construction and technogenic safety. 2014. No. 51. P.92-96).
Стандартные условия испытания (СУИ) (STC — Standard Test Conditions) для солнечных модулей производительностью 1 кВт/м2 проводятся для температуры их эксплуатации 25 °C (Лист спецификации данных Delta Battery. URL: https://eco50.ru/solnechnye-sistemy/solnechnyebatarei/solnechnaya-batareya-delta-sm-100-12m-100-vatt-12v-mono). Standard Test Conditions (STC) for solar modules with a capacity of 1 kW / m 2 are carried out at an operating temperature of 25 ° C (Delta Battery Data Sheet. URL: https://eco50.co.uk/solnechnye-sistemy / solnechnyebatarei / solnechnaya-batareya-delta-sm-100-12m-100-vatt-12v-mono).
В яркий солнечный день элементы нагреваются до 60-70оС теряя 0,07-0,09В каждый. Это и является основной причиной снижения КПД солнечных элементов, приводя к падению напряжения, генерируемого модулем (http://solarmir.ru/stati/avtonomnaya-sistema/fotoelektricheskie-moduli-fem). Так, у кремниевых солнечных элементов номинальная мощность падает с каждым градусом превышения номинальной температуры на 0,43-0,47%, солнечные элементы из теллурида кадмия теряют всего 0,25% (Норкин А. Типы и особенности солнечных батарей для индивидуальной энергетической установки //FacePla.net [Электронный ресурс] – Режим доступа: http://www.facepla.net/the-news/energy-news-mnu/2158-home-solar.html). On a bright sunny day, the elements are heated to 60-70 ° C losing 0,07-0,09V each. This is the main reason for the decrease in the efficiency of solar cells, leading to a voltage drop generated by the module (http://solarmir.ru/stati/avtonomnaya-sistema/fotoelektricheskie-moduli-fem). So, for silicon solar cells, the nominal power drops with each degree of excess of the nominal temperature by 0.43-0.47%, solar cells made of cadmium telluride lose only 0.25% (Norkin A. Types and features of solar cells for an individual power plant / /FacePla.net [Electronic resource] - Access mode: http://www.facepla.net/the-news/energy-news-mnu/2158-home-solar.html).
Известен солнечный фотоэлектрический модуль, с устройством охлаждения выполненный в виде цилиндра из скоммутированных высоковольтных ФЭП (патент РФ №2505755, МПК F24 J2/10, G02 B5/10, опубл. 27.01.2014). Known solar photovoltaic module, with a cooling device made in the form of a cylinder of commutated high-voltage FEP (RF patent No. 2505755, IPC F24 J2 / 10, G02 B5 / 10, publ. 27.01.2014).
Недостатком данного солнечного модуля является сильный нагрев фотоэлементов при прохождении через них концентрированного солнечного излучения.The disadvantage of this solar module is the strong heating of the solar cells when concentrated solar radiation passes through them.
Известна конструкция маломощного теплофотоэлектрического приемника (ТФЭП), основные компоненты которой имеют протяженную цилиндрическую форму и представляют собой концентрически расположенные эмиттер, набор фотоэлементов и радиатор с жидкостной либо воздушной системой охлаждения фотоэлементов (патент США №6489553, МПК, опубл. 03.12.2002). Эмиттер такого ТФЭП может быть выполнен из тугоплавкого металла типа вольфрама и иметь антиотражающее покрытие. Промежуток между эмиттером и фотоэлементами может быть заполнен инертным газом для повышения теплового сопротивления и обеспечения долговременной высокотемпературной (без окисления) работы материала эмиттера и антиотражающего покрытия.The known design of a low-power thermo-photoelectric receiver (TFEP), the main components of which have an extended cylindrical shape and are concentrically located emitter, a set of photocells and a radiator with a liquid or air cooling system of photocells (US patent No. 6489553, IPC, publ. 03.12.2002). The emitter of such a TFEP can be made of a refractory metal such as tungsten and have an antireflection coating. The gap between the emitter and the photocells can be filled with an inert gas to increase the thermal resistance and ensure long-term high-temperature (no oxidation) operation of the emitter material and antireflection coating.
Недостатком такого ТФЭП является низкая эффективность охлаждения фотоэлементов (при диаметре окружности, на которой располагаются фотоэлементы, сравнимой с диаметром эмиттера).The disadvantage of such a TFEP is the low efficiency of cooling the photocells (when the diameter of the circle on which the photocells are located is comparable to the diameter of the emitter).
Известен фотоэлектрический модуль включающий множество оптических концентраторов, фокусирующих солнечное излучение на фотоприемные площадки солнечных фотоэлементов и устанавливаемый на площадке, имеющей оребрение для рассеяния тепла (патент US 6717045, МПК H01L 31/052, опубликован 06.04.2004).Known photovoltaic module includes a plurality of optical concentrators focusing solar radiation on the photo-receiving area of solar photocells and installed on the site having ribbing for heat dissipation (patent US 6717045, IPC H01L 31/052, published on 06.04.2004).
Недостатками известного фотоэлектрического модуля являются технические сложности изготовления, монтажа и юстировки большого количества оптических деталей и, соответственно, также высокая стоимость конструкции.The disadvantages of the known photovoltaic module are the technical difficulties in manufacturing, mounting and aligning a large number of optical parts and, accordingly, also the high cost of the structure.
Известен способ направления подогретого теплоносителя вниз, то есть в сторону противоположную к направлению естественной конвекции по обратному термосифону, работа которого основана на использовании повышенного давления насыщенного водяного пара в теплой ветви циркуляционного контура по сравнению с давлением насыщенного пара в холодной ветви, это давление может преодолеть силы естественной конвекции и вытеснить теплый теплоноситель по теплой ветви вниз к охладителю, через охладитель и далее уже холодный теплоноситель по холодной ветви к верхней части циркуляционного контура (патент UA 15361 А, МПК F28 D 25/00,опубл. 30.06.1997).There is a known method of directing the heated coolant down, that is, in the direction opposite to the direction of natural convection along the reverse thermosyphon, the operation of which is based on the use of an increased pressure of saturated water vapor in the warm branch of the circulation circuit compared to the pressure of saturated steam in the cold branch, this pressure can overcome the forces natural convection and displace the warm heat carrier along the warm branch down to the cooler, through the cooler and then the already cold heat carrier along the cold branch to the upper part of the circulation circuit (patent UA 15361 A, IPC F28 D 25/00, publ. 30.06.1997).
Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому изобретению является гибридный солнечный коллектор, где фотоэлектрические элементы охлаждаются активной системой отвода теплоты через медные трубки, встроенные в тыльную часть солнечной панели и используют отведенную теплоту для нагрева воды в системе горячего водоснабжения в здании (Sevela P. Energy Management in DTU Solar Decathlon house. Technical University of Denmark. 2012. http://zvt.abok.ru/articles/106/Gibridnii_solnechnii_kollektor). Фотоэлектрические преобразователи уложены в этиленвинилацетатную пленку, гидравлическая часть – в комбинацию из поливинилфторидной и этиленвинилацетатной пленок. Тыльная сторона панели обклеена теплоизоляцией AFarmaflex. Тепловая энергия утилизируется в баке горячего водоснабжения, за счет чего охлаждаются фотоэлектрические преобразователи и повышается КПД фотоэлектрического модуля. При невозможности дальнейшей утилизации тепловой энергии баком горячего водоснабжения охлаждение осуществлялось с помощью воды от вертикального грунтового теплообменника глубиной 120 м. В контур системы гибридного солнечного коллектора встроен дренажный бак на 100 л, заполненный на ¾ воздухом. Все трубопроводы выше дренажного бака выполняют под уклоном к нему как минимум 2 %. В идеальных условиях вода из гибридного солнечного коллектора самотеком поступает в дренажный бак, откуда попадает в бак горячего водоснабжения. Насос используется только для подъема воды в гибридный солнечный коллектор.The closest in technical essence to the proposed invention is a hybrid solar collector, where photovoltaic cells are cooled by an active heat removal system through copper tubes built into the back of the solar panel and use the recovered heat to heat water in the hot water supply system in a building (Sevela P. Energy Management in DTU Solar Decathlon house Technical University of Denmark 2012.http: //zvt.abok.ru/articles/106/Gibridnii_solnechnii_kollektor). Photovoltaic converters are packed in ethylene vinyl acetate foil, the hydraulic part - in a combination of polyvinyl fluoride and ethylene vinyl acetate foils. The back side of the panel is glued with AFarmaflex thermal insulation. Thermal energy is utilized in the hot water supply tank, due to which the photovoltaic converters are cooled and the efficiency of the photovoltaic module is increased. If it was impossible to further utilize thermal energy by a hot water supply tank, cooling was carried out using water from a vertical ground heat exchanger with a depth of 120 m. A drainage tank of 100 liters, filled with ¾ air, was built into the circuit of the hybrid solar collector system. All pipelines above the drain tank are made with a slope to it of at least 2%. Under ideal conditions, the water from the hybrid solar collector flows by gravity into the drain tank, from where it enters the hot water tank. The pump is only used to lift water into the hybrid solar collector.
Недостатками известного технического решения являются сложность и материалоемкость конструкции, необходимость энергозатрат для работы насоса.The disadvantages of the known technical solution are the complexity and material consumption of the structure, the need for energy consumption for the operation of the pump.
Задачей предлагаемого изобретения является обеспечение оптимального температурного режима работы фотоэлектрических элементов в солнечном модуле с применением температуры нижних горизонтов грунта, повышения КПД солнечного модуля и снижения стоимости вырабатываемой электроэнергии в регионах с жарким климатом.The objective of the present invention is to provide an optimal temperature regime for the operation of photovoltaic cells in a solar module using the temperature of the lower horizons of the soil, increasing the efficiency of the solar module and reducing the cost of generated electricity in regions with hot climates.
В результате использования предлагаемого изобретения появляется возможность поддерживать оптимальную температуру работы фотоэлектрических элементов и избежать искажения электрических характеристик под воздействием экстремальных температур охлаждением фотоэлектрического приемника солнечного модуля путем теплообмена между рамой (подложкой) фотоэлектрических элементов и нижним горизонтом грунта за счет разницы температур по антигравитационному теплообменному устройству с капиллярным телом с испарительно-конденсационным циклом.As a result of using the proposed invention, it becomes possible to maintain the optimal operating temperature of photovoltaic cells and avoid distortion of electrical characteristics under the influence of extreme temperatures by cooling the photoelectric receiver of the solar module by heat exchange between the frame (substrate) of the photovoltaic cells and the lower soil horizon due to the temperature difference across the antigravity heat exchange device with a capillary body with an evaporative-condensation cycle.
Вышеуказанный технический результат достигается тем, что в предлагаемом способе поддержания оптимального температурного режима работы солнечного модуля, включающем охлаждение фотоэлектрических элементов солнечного модуля отведением теплоты с помощью системы труб с теплоносителем, согласно изобретению, охлаждение фотоэлектрических элементов до оптимальной температуры осуществляют антигравитационным теплообменным устройством с капиллярным телом, конденсаторную часть которого погружают в нижний горизонт грунта на глубину, обеспечивающую охлаждение теплоносителя до оптимальной температуры фотоэлектрических элементов в пределах 20-30°С, а верхнюю часть теплообменного устройства с испарителем подсоединяют к подложке солнечного модуля и охлаждают фотоэлектрические элементы за счет переноса тепла паром из зоны испарения вниз в зону конденсации устройства, где теплоноситель конденсируют за счет отдачи скрытой теплоты парообразования нижнему горизонту грунта, откуда в жидком виде по капиллярному телу теплоноситель поднимается наверх в испаритель, процесс регенерации теплоносителя повторяется циклически, при этом параметры теплоносителя подбирают таким образом, чтобы температура кипения совпадала с нижней границей диапазона оптимальных для работы фотоэлектрических элементов температур, причем глубину закладки конденсаторной части теплообменного устройства выбирают таким образом, чтобы температура грунта обеспечивала охлаждение теплоносителя до оптимальной температуры фотоэлектрических элементов.The above technical result is achieved by the fact that in the proposed method for maintaining the optimal temperature mode of operation of the solar module, including cooling the photovoltaic cells of the solar module by removing heat using a pipe system with a coolant, according to the invention, the cooling of the photovoltaic cells to the optimum temperature is carried out by an anti-gravity heat exchanger with a capillary body, the condenser part of which is immersed in the lower horizon of the soil to a depth that provides cooling of the coolant to the optimal temperature of the photovoltaic cells in the range of 20-30 ° C, and the upper part of the heat exchanger with an evaporator is connected to the solar module substrate and the photovoltaic cells are cooled due to heat transfer by steam from the zone evaporation down into the condensation zone of the device, where the coolant is condensed due to the return of the latent heat of vaporization to the lower horizon of the soil, from where in liquid form by capillary body, the coolant rises upward into the evaporator, the process of regeneration of the coolant is repeated cyclically, while the parameters of the coolant are selected in such a way that the boiling point coincides with the lower limit of the range of temperatures optimal for the operation of photovoltaic cells, and the depth of the condenser part of the heat exchanger is chosen so that the temperature of the soil provided cooling of the coolant to the optimum temperature of the photovoltaic cells.
Также технический результат достигается тем, что предлагаемое устройство для реализации способа поддержания оптимального температурного режима работы солнечного модуля, содержащее солнечный модуль, включающий в себя фотоэлектрические элементы, согласно изобретению, снабжено антигравитационным теплообменным устройством в виде труб с капиллярным телом, при этом верхнюю часть теплообменного устройства с испарителем подсоединяют к подложке солнечного модуля, а конденсаторную часть теплообменного устройства погружают в нижний горизонт грунта на глубину с температурой грунта, обеспечивающую охлаждение теплоносителя до оптимальной температуры фотоэлектрического элемента. Also, the technical result is achieved in that the proposed device for implementing the method of maintaining the optimal temperature regime of the solar module, containing the solar module, including photovoltaic cells, according to the invention, is equipped with an anti-gravity heat exchanger in the form of tubes with a capillary body, while the upper part of the heat exchanger with an evaporator is connected to the substrate of the solar module, and the condenser part of the heat exchange device is immersed in the lower horizon of the soil to a depth with the temperature of the soil, which provides cooling of the coolant to the optimum temperature of the photovoltaic cell.
Сущность предлагаемого изобретения поясняется чертежом, на котором представлена общая схема устройства для реализации способа поддержания оптимального температурного режима работы солнечного модуля.The essence of the invention is illustrated by a drawing, which shows a general diagram of a device for implementing a method for maintaining an optimal temperature regime for a solar module.
Устройство для реализации способа поддержания оптимального температурного режима работы солнечного модуля содержит солнечный модуль 1, состоящий из прозрачной пластины 2, подложки (теплопроводного листа) 3, фотоэлектрических элементов 4, установленных между пластиной 2 и подложкой 3, заключенными в раму 5; антигравитационное теплообменное устройство в виде труб 6 с капиллярным телом 10, верхняя часть которого является испарителем 7 и соединена с подложкой 3, а нижняя часть является конденсатором 8 и погружается в нижний горизонт грунта 9. Теплоноситель в конденсированном виде поднимается вверх в испаритель 7 по капиллярному телу 10 Теплоноситель вскипает до температуры кипения, испаряясь движется в конденсаторную часть, где конденсируется и по капиллярному телу 10 поднимается наверх в испаритель 7. A device for implementing a method for maintaining an optimal temperature regime for a solar module contains a
Для поддержания оптимальных температурных режимов работы солнечных модулей использующих разницу температур грунта возможно использовать теплоноситель с температурой кипения совпадающей с системами передачи тепловой энергии от солнечных элементов в нижние горизонты грунта на глубине, равную от 30 до 50 % от глубины годового прогревания грунта. To maintain optimal temperature modes of operation of solar modules using the difference in soil temperatures, it is possible to use a coolant with a boiling point that coincides with the systems for transferring thermal energy from solar cells to the lower horizons of the soil at a depth equal to 30 to 50% of the depth of the annual heating of the soil.
Работает устройство для реализации способа поддержания оптимального температурного режима работы солнечного модуля следующим образом.The device for implementing the method of maintaining the optimal temperature regime of the solar module is working as follows.
В почву на глубину, для обеспечения оптимального температурного режима работы фотоэлемента солнечного модуля, зарывают антигравитационное теплообменное устройство с движением теплоносителя в направлении обратном по отношению к естественной конвекции. Конденсатор теплообменного устройства 8 погружают в нижний горизонт грунта 9 на глубину, обеспечивающую оптимальную температуру фотоэлемента солнечного модуля. Солнечные лучи нагревают фотоэлектрические элементы 4 и подложку 3 солнечного модуля 1, что вызывает кипение теплоносителя в испарителе 7 теплообменного контура 6, присоединенного к подложке 3 солнечного модуля 1. Под воздействием возникающей при этом разности давлений пар направляется от испарителя 7 вниз к конденсатору 8, где он охлаждается, отдавая скрытую теплоту парообразования нижнему горизонту грунта 9 с температурой, лежащей в диапазоне оптимальных температур для работы фотоэлектрического преобразователя 4. Теплоноситель в жидкой фазе по капиллярному телу 10 из конденсаторной части 8 возвращается в зону испарительной части 7. Цикл повторяется. При этом параметры теплоносителя подбираются таким образом, чтобы температура кипения совпадала с нижней границей диапазона оптимальных для работы фотоэлектрического элемента температур. Причем глубину закладки конденсаторной части 8 антигравитационного теплообменного устройства 6 выбирают таким образом, чтобы температура грунта обеспечивала охлаждение теплоносителя до температуры оптимальной для работы фотоэлектрических элементов 4. В процессе реализации способа фотоэлектрический модуль 1 охлаждается до оптимальной температуры 20-25ºС. Это приводит к повышению КПД солнечного модуля.An anti-gravity heat exchanger is buried in the soil to a depth, in order to ensure the optimal temperature regime for the operation of the solar module photocell, with the movement of the coolant in the direction opposite to natural convection. The condenser of the
Пример.Example.
В местности с жарким климатом для обеспечения оптимального температурного режима работы фотоэлектрических элементов солнечного модуля в почву на глубину 4 м зарывают антигравитационное теплообменное устройство с обратной конвекцией. Конденсатор теплообменного устройства погружают в нижний горизонт грунта на глубину, обеспечивающую оптимальную температуру фотоэлектрического элемента солнечного модуля. Солнечные лучи нагревают фотоэлектрические элементы и медную подложку солнечного модуля, что вызывает кипение фреона в испарителе теплообменного контура, присоединенного к медной подложке солнечного модуля. Под воздействием возникающей при этом разности давлений пар направляется от испарителя вниз к конденсатору, где он охлаждается, отдавая скрытую теплоту парообразования нижнему горизонту грунта с температурой, лежащей в диапазоне оптимальных температур для работы фотоэлектрических элементов 25 оС. Фреон в жидкой фазе по капиллярному телу из зоны конденсатора возвращается в зону испарителя. Цикл повторяется. В качестве теплоносителя используют фреон R601a. In an area with a hot climate, an anti-gravity heat exchanger with reverse convection is buried in the soil to a depth of 4 m to ensure the optimal temperature regime for the operation of the solar module photovoltaic cells. The condenser of the heat exchanger is immersed in the lower horizon of the soil to a depth that ensures the optimal temperature of the photovoltaic cell of the solar module. The sun's rays heat the photovoltaic cells and the copper substrate of the solar module, which causes the freon to boil in the evaporator of the heat exchange loop attached to the copper substrate of the solar module. Under the influence of this occurs when the pressure difference is sent from the evaporator steam downward to the condenser where it is cooled, giving the latent heat of vaporization lower soil horizon at a temperature lying in the optimum temperature range for the photovoltaic cells 25 C. Freon in the liquid phase on the capillary body of the condenser zone returns to the evaporator zone. The cycle repeats itself. Freon R601a is used as a heat carrier.
В процессе реализации предлагаемого способа фотоэлектрические элементы охлаждают до оптимальной температуры 25ºС, что приводит к повышению КПД солнечного модуля на 30 % .In the process of implementing the proposed method, the photovoltaic cells are cooled to an optimum temperature of 25 ° C, which leads to an increase in the efficiency of the solar module by 30%.
Claims (3)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2020129586A RU2747080C1 (en) | 2020-09-08 | 2020-09-08 | Method for maintaining an optimal temperature regime for a solar module and a device for its implementation |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2020129586A RU2747080C1 (en) | 2020-09-08 | 2020-09-08 | Method for maintaining an optimal temperature regime for a solar module and a device for its implementation |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2747080C1 true RU2747080C1 (en) | 2021-04-26 |
Family
ID=75584817
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2020129586A RU2747080C1 (en) | 2020-09-08 | 2020-09-08 | Method for maintaining an optimal temperature regime for a solar module and a device for its implementation |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2747080C1 (en) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU209018U1 (en) * | 2021-10-04 | 2022-01-28 | Федеральное государственное бюджетное научное учреждение «Всероссийский научно-исследовательский институт защиты растений» | Solar battery with optical concentrator |
| RU2791856C1 (en) * | 2022-07-11 | 2023-03-14 | федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Национальный исследовательский университет "МЭИ" (ФГБОУ ВО "НИУ "МЭИ") | Method and device for stabilizing the temperature regime of photoelectric transducers |
Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2277680C1 (en) * | 2005-01-14 | 2006-06-10 | Государственное научное учреждение Всероссийский научно-исследовательский институт электрификации сельского хозяйства (ГНУ ВИЭСХ) | Solar photoelectric module with concentrator |
| RU2546332C1 (en) * | 2013-12-11 | 2015-04-10 | Федеральное государственное бюджетное научное учреждение "Всероссийский научно-исследовательский институт электрификации сельского хозяйства" (ФГБНУ ВИЭСХ) | Hybrid photo electric module |
| RU2675640C1 (en) * | 2017-10-25 | 2018-12-21 | Публичное акционерное общество энергетики и электрификации Кубани | Combined solar collector installation |
-
2020
- 2020-09-08 RU RU2020129586A patent/RU2747080C1/en active
Patent Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2277680C1 (en) * | 2005-01-14 | 2006-06-10 | Государственное научное учреждение Всероссийский научно-исследовательский институт электрификации сельского хозяйства (ГНУ ВИЭСХ) | Solar photoelectric module with concentrator |
| RU2546332C1 (en) * | 2013-12-11 | 2015-04-10 | Федеральное государственное бюджетное научное учреждение "Всероссийский научно-исследовательский институт электрификации сельского хозяйства" (ФГБНУ ВИЭСХ) | Hybrid photo electric module |
| RU2675640C1 (en) * | 2017-10-25 | 2018-12-21 | Публичное акционерное общество энергетики и электрификации Кубани | Combined solar collector installation |
Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| Sevela P. Energy Management in DTU Solar Decathlon house. Technical University of Denmark. 2012. http://zvt.abok.ru/articles/106/Gibridnii_solnechnii_kollektor;. * |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU209018U1 (en) * | 2021-10-04 | 2022-01-28 | Федеральное государственное бюджетное научное учреждение «Всероссийский научно-исследовательский институт защиты растений» | Solar battery with optical concentrator |
| RU2791856C1 (en) * | 2022-07-11 | 2023-03-14 | федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Национальный исследовательский университет "МЭИ" (ФГБОУ ВО "НИУ "МЭИ") | Method and device for stabilizing the temperature regime of photoelectric transducers |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| Sharaf et al. | Review of cooling techniques used to enhance the efficiency of photovoltaic power systems | |
| US20100294266A1 (en) | Concentrated solar thermal energy collection device | |
| Khairnasov et al. | Heat pipes application to solar energy systems | |
| TW200834939A (en) | Photovoltaic cells, modules and methods of making same | |
| CN102104346A (en) | Light-concentrating photovoltaic-temperature difference power-generating integrated device | |
| US10431705B2 (en) | Cooling system for high performance solar concentrators | |
| CN104896769A (en) | Tower type solar chimney salt, water and electricity cogeneration system and operation method thereof | |
| KR101612832B1 (en) | Appatus of solar power plant | |
| CN105450173B (en) | A kind of heat pipe-type condensation photovoltaic cools down heat collector | |
| RU2747080C1 (en) | Method for maintaining an optimal temperature regime for a solar module and a device for its implementation | |
| KR101997761B1 (en) | Combined solar thermal and photovoltaics system using hybird solar cell based on concentrated type and planar type | |
| KR100622949B1 (en) | Hybrid solar energy apparatus using heat pipe and solar cell module | |
| Jesko | Classification of solar collectors | |
| CN106685315A (en) | Photovoltaic photo-thermal complementary power generation system and power generation method thereof | |
| KR101237306B1 (en) | Concentrated photovoltaic cell module cooler for solar energy conversion apparatus | |
| CN205249143U (en) | Heat pipe formula spotlight photovoltaic cooling heating device | |
| CN100424893C (en) | Electrothermal combined using device for solar cell | |
| KR101221958B1 (en) | Hybrid energy conversion apparatus utilizing solar energy | |
| CN101929744A (en) | Tower type solar concentrating system | |
| US20230043642A1 (en) | Passive cooling method for high concentrating photovoltaic | |
| US20150179910A1 (en) | System For Converting Thermal Energy Into Electrical Energy | |
| CN106288451B (en) | A kind of solar thermal collector | |
| CN101582657B (en) | Solar battery parasitic photo-thermal recycling device | |
| US20130098428A1 (en) | Sunlight complex modules and apparatuses for using solar energy | |
| CN112202405A (en) | Solar cell panel cooling device and method |