RU2762310C1 - Солнечный энергетический модуль, встроенный в фасад здания - Google Patents
Солнечный энергетический модуль, встроенный в фасад здания Download PDFInfo
- Publication number
- RU2762310C1 RU2762310C1 RU2021115211A RU2021115211A RU2762310C1 RU 2762310 C1 RU2762310 C1 RU 2762310C1 RU 2021115211 A RU2021115211 A RU 2021115211A RU 2021115211 A RU2021115211 A RU 2021115211A RU 2762310 C1 RU2762310 C1 RU 2762310C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- lamellas
- solar
- angle
- sun
- building
- Prior art date
Links
- 241000446313 Lamella Species 0.000 claims abstract description 34
- 239000011521 glass Substances 0.000 claims abstract description 12
- 230000005855 radiation Effects 0.000 claims abstract description 11
- 230000001681 protective effect Effects 0.000 claims abstract description 9
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 claims abstract description 7
- 238000005086 pumping Methods 0.000 claims abstract description 7
- 239000011248 coating agent Substances 0.000 claims abstract description 6
- 238000000576 coating method Methods 0.000 claims abstract description 6
- 239000002826 coolant Substances 0.000 claims abstract description 6
- 239000012780 transparent material Substances 0.000 claims abstract description 5
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 abstract description 3
- 230000000694 effects Effects 0.000 abstract description 3
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 abstract description 3
- 238000004870 electrical engineering Methods 0.000 abstract 2
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract 1
- 230000005611 electricity Effects 0.000 description 6
- 230000007423 decrease Effects 0.000 description 3
- 238000004378 air conditioning Methods 0.000 description 2
- 229920002313 fluoropolymer Polymers 0.000 description 2
- 239000004811 fluoropolymer Substances 0.000 description 2
- 230000010354 integration Effects 0.000 description 2
- 239000007788 liquid Substances 0.000 description 2
- 229920001296 polysiloxane Polymers 0.000 description 2
- 230000001360 synchronised effect Effects 0.000 description 2
- 244000309464 bull Species 0.000 description 1
- 238000005094 computer simulation Methods 0.000 description 1
- KPUWHANPEXNPJT-UHFFFAOYSA-N disiloxane Chemical class [SiH3]O[SiH3] KPUWHANPEXNPJT-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 1
- 238000009434 installation Methods 0.000 description 1
- 239000000463 material Substances 0.000 description 1
- 239000011253 protective coating Substances 0.000 description 1
- 238000004088 simulation Methods 0.000 description 1
- 238000001228 spectrum Methods 0.000 description 1
- 230000037072 sun protection Effects 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
- H01L31/042—PV modules or arrays of single 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
- H02S10/00—PV power plants; Combinations of PV energy systems with other systems for the generation of electric power
- H02S10/10—PV power plants; Combinations of PV energy systems with other systems for the generation of electric power including a supplementary source of electric power, e.g. hybrid diesel-PV energy systems
-
- 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
Abstract
Изобретение относится к областям электротехники и гелиотехники, в частности к встроенным в здания солнечным энергетическим модулям. Технический результат заключается в повышении коэффициента использования установленной мощности, увеличении эффективности преобразования солнечной энергии, снижении тепловых потерь и увеличении среднегодовой выработки тепловой энергии. Достигается тем, что в предлагаемом солнечном энергетическом модуле, встроенном в фасад здания, выполненном в виде ламелей, содержащих защитное стеклянное покрытие, скоммутированные солнечные элементы и устройство слежения за солнцем, на рабочей стороне каждой ламели по всей площади рабочей поверхности в тепловом контакте со стеклянной защитной оболочкой закреплена герметичная камера из прозрачного материала, соединенная с насосом через теплоизолированный трубопровод к системе теплоснабжения здания для прокачки прозрачного для солнечного излучения теплоносителя, при этом угол высоты солнца h, угол наклона ламелей α, ширина ламелей l, минимальное расстояние между ламелями d связаны соотношением: h=2α+arctg(sinα/(d/l-cosα)) – 180°, где l – ширина ламелей; d – минимальное расстояние между ламелями; h – угол высоты солнца; α – угол наклона ламелей относительно поверхности входа. 1 з.п. ф-лы, 3 ил.
Description
Изобретение относится к гелиотехнике, в частности к встроенным в здания солнечным энергетическим модулям.
Известен фотоэлектрический модуль для энергоснабжения, в котором солнечные элементы электроизолированы от теплообменника, пространство между солнечными элементами и теплообменником, а также между стеклянным покрытием и теплообменником заполнено слоем силоксанового геля, защитное стеклянное покрытие выполнено в виде вакуумированного стеклопакета из двух стекол, теплообменник выполнен в виде герметичной камеры с патрубками для циркуляции теплоносителя, общая площадь соединенных солнечных элементов соизмерима с площадью верхнего основания корпуса теплообменника (патент РФ № 2546332, МПК H02S 10/00, H01L 31/042, опубл. 10.04.2015, бюл. № 10).
Недостатком известного модуля является большая материалоемкость.
Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому изобретению является интегрированная в здание фотоэлектрическая тепловая концентрирующая система, содержащая концентратор энергии в виде голографической линзы, в фокальной области которой установлен теплофотоэлектрический приемник, который с концентрирующей системой интегрирован в систему солнцезащитных ламелей, имеющих следящее устройство за движением солнца (Julia Marín-Sáez, Daniel Chemisana, Álex Moreno, Alberto Riverola, Jesús Atencia and María-Victoria Collados. Energy Simulation of a Holographic PVT Concentrating System for Building Integration Applications. Energies 2016, 9, 577; 25 July 2016).
Недостатками известных солнечных модулей является низкая удельная мощность приемника солнечного излучения.
Задачей предлагаемого изобретения является повышение КПД солнечного энергетического модуля, встроенного в фасад здания, снижение стоимости получаемой электроэнергии и теплоты.
В результате использования предлагаемого изобретения увеличивается производство электроэнергии и теплоты и увеличивается время работы встроенного в фасад здания солнечного энергетического модуля, сокращается влияние солнечного излучения в летнее время и увеличивается его доступ зимой, что сокращает потребление электроэнергии на кондиционирование и отопление здания. Повышается коэффициент использования установленной мощности, увеличивается эффективность преобразования солнечной энергии, снижаются тепловые потери, увеличивается среднегодовая выработка тепловой энергии, снижается ее себестоимость за счет того, что на рабочей стороне встроенного в фасад здания солнечного энергетического модуля, на которую падает излучение по всей площади рабочей поверхности в тепловом контакте со стеклянной защитной оболочкой закреплена герметичная камера из прозрачного материала для прокачки прозрачного для солнечного излучения теплоносителя.
Вышеуказанный технический результат достигается тем, что в предлагаемом солнечном энергетическом модуле, встроенном в фасад здания, выполненном в виде ламелей, содержащих защитное стеклянное покрытие, скоммутированные солнечные элементы и устройство слежения за солнцем, согласно изобретению, на рабочей стороне каждой ламели по всей площади рабочей поверхности в тепловом контакте со стеклянной защитной оболочкой закреплена герметичная камера из прозрачного материала, соединенная с насосом через теплоизолированный трубопровод к системе теплоснабжения здания для прокачки прозрачного для солнечного излучения теплоносителя, при этом угол высоты солнца h, угол наклона ламелей α, ширина ламелей l, минимальное расстояние между ламелями d связаны соотношением:
h=2α+arctg(sinα/(d/l-cosα))-180°, (1)
где l – ширина ламелей;
d – минимальное расстояние между ламелями;
h – угол высоты солнца;
α – угол наклона ламелей относительно поверхности входа.
В варианте солнечного энергетического модуля, встроенного в фасад здания, камера для прокачки теплоносителя выполнена из оптически прозрачного фторсополимера.
Сущность предлагаемого изобретения поясняется чертежами, где на фиг. 1 представлен общий вид солнечного энергетического модуля, встроенного в фасад здания, на фиг. 2 представлено поперечное сечение ламели солнечного энергетического модуля, на фиг.3 показано присоединение солнечного энергетического модуля к системе теплоснабжения здания.
Солнечный энергетический модуль, встроенный фасад здания на фиг. 1 содержит ламели 1 шириной l, на которые падает солнечное излучение 2, ламели 1 устанавливаются по вертикали на расстоянии d под углом α относительно поверхности входа, встроены в фасад здания 3 и имеют систему слежения 4 за солнцем для синхронного перемещения всех ламелей 1 вокруг горизонтальной оси 5.
На фиг. 2 представлено поперечное сечение ламели 1 солнечного энергетического модуля, которая состоит из защитного стеклянного покрытия 6, последовательно скоммутированных солнечных элементов 7, электроизолированных с помощью слоя силиконового геля 8, фторсополимерной пленки 9 для покрытия тыльной части солнечных элементов 7, на рабочей стороне ламели 1 по всей площади рабочей поверхности в тепловом контакте с солнечными элементами 7 закреплена герметичная камера 10 из прозрачного материала для прокачки прозрачного для солнечного излучения 2 жидкого теплоносителя 11. Герметичная камера 10 соединена с насосом 12 через теплоизолированный трубопровод 13 к системе теплоснабжения 14 здания (фиг. 3).
Солнечный энергетический модуль, встроенный фасад здания работает следующим образом.
Солнечное излучение 2 под углом высоты солнца h поступает на синхронно работающие ламели 1, встроенные в фасад здания 3 и имеющие систему слежения 4 за солнцем для синхронного перемещения вокруг горизонтальной оси 5. Расстояние d по вертикали между ламелями 1, ширина l ламелей 1 и угол наклона α ламелей 1 относительно поверхности входа солнечного энергетического модуля выбираются в соответствии с выражением (1) в зависимости от значения угла высоты солнца h, характеризующего высоту солнца над горизонтом. Угол наклона α ламелей 1 относительно поверхности входа солнечного энергетического модуля корректируется в течение дня с помощью системы слежения 4 в зависимости от значений угла высоты солнца h.
Последовательно соединенные электроизолированные с помощью слоя силиконового геля 8 и покрытые с тыльной части фторсополимерной пленки 9 солнечные элементы 7 расположены таким образом, что, поглощая ту часть солнечного спектра, которая необходима им для фотоэлектрического преобразования и выработки электроэнергии, они, в свою очередь, отдают тепловую энергию для нагрева теплоносителя 11 в герметичной камере 10, закрепленной по всей площади рабочей поверхности в тепловом контакте со стеклянным защитным покрытием 6. Жидкий теплоноситель 11, циркулирует в системе теплоснабжения 14 по трубопроводу 13 с помощью насоса 12 через герметичную камеру 10, охлаждает солнечные элементы 7, за счет чего повышается эффективность их работы, увеличивается общий КПД солнечного энергетического модуля, увеличивается суммарная выработка электроэнергии, а нагретый теплоноситель используется. Выполнение модуля в виде синхронно работающих ламелей позволяет увеличить время работы и удельную мощность солнечного энергетического модуля.
Пример выполнения солнечного энергетического модуля, встроенного в фасад здания.
Солнечный энергетический модуль встроен в южный фасад здания. Размеры: высота 0,6 м, длина 10 м, расстояние между ламелями d составляет 0,2 м. Пиковая электрическая мощность солнечного энергетического модуля составляет 5 кВт, тепловая – 10 кВт.
В таблице 1 представлены результаты компьютерного моделирования годовых сумм инсоляции в целом за год в кВт·ч/ м2 при различной ориентации солнечных модулей для г. Перово (Крым).
Расчётные годовые значения инсоляции (кВт·ч/м2)
в окрестностях г. Перово (Республика Крым)
| Угол установки модуля к горизонту, град. | 90 | 85 | 80 | 75 |
| Плоский модуль | 1073,0 | 1172,0 | 1264,4 | 1348,4 |
| l =2 м | 1001,4 | 1106,1 | 1217,5 | 1416,4 |
| l =5 м | 1142,7 | 1262,3 | 1389,4 | 1616,3 |
| l =10 м | 1178,0 | 1301,3 | 1432,4 | 1667,3 |
| l =20 м | 1198,1 | 1323,4 | 1456,7 | 1694,6 |
Интеграция солнечного энергетического модуля в южный фасад здания позволяет сократить влияние солнечного излучения в летнее время и увеличить его доступ зимой, что в среднем на 40-50% сокращает потребление электроэнергии на кондиционирование и отопление.
Claims (7)
1. Солнечный энергетический модуль, встроенный в фасад здания, выполненный в виде ламелей, содержащих защитное стеклянное покрытие, скоммутированные солнечные элементы и устройство слежения за солнцем, отличающийся тем, что на рабочей стороне каждой ламели по всей площади рабочей поверхности в тепловом контакте со стеклянной защитной оболочкой закреплена герметичная камера из прозрачного материала, соединенная с насосом через теплоизолированный трубопровод к системе теплоснабжения здания для прокачки прозрачного для солнечного излучения теплоносителя, при этом угол высоты солнца h, угол наклона ламелей α, ширина ламелей l, минимальное расстояние между ламелями d связаны соотношением:
h=2α+arctg(sinα/(d/l-cosα)) – 180°,
где l – ширина ламелей,
d – минимальное расстояние между ламелями,
h – угол высоты солнца,
α – угол наклона ламелей относительно поверхности входа.
2. Солнечный энергетический модуль по п.1, отличающийся тем, что камера для прокачки теплоносителя выполнена из оптически прозрачного фторсополимера.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2021115211A RU2762310C1 (ru) | 2021-05-27 | 2021-05-27 | Солнечный энергетический модуль, встроенный в фасад здания |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2021115211A RU2762310C1 (ru) | 2021-05-27 | 2021-05-27 | Солнечный энергетический модуль, встроенный в фасад здания |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2762310C1 true RU2762310C1 (ru) | 2021-12-17 |
Family
ID=79175347
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2021115211A RU2762310C1 (ru) | 2021-05-27 | 2021-05-27 | Солнечный энергетический модуль, встроенный в фасад здания |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2762310C1 (ru) |
Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2199704C2 (ru) * | 2001-04-12 | 2003-02-27 | Соболев Валериан Маркович | Гелиоэнергетическая установка |
| RU2546332C1 (ru) * | 2013-12-11 | 2015-04-10 | Федеральное государственное бюджетное научное учреждение "Всероссийский научно-исследовательский институт электрификации сельского хозяйства" (ФГБНУ ВИЭСХ) | Гибридный фотоэлектрический модуль |
| RU2694066C1 (ru) * | 2018-10-04 | 2019-07-09 | Дмитрий Семенович Стребков | Солнечный дом |
| EP2518780B1 (en) * | 2009-12-25 | 2020-02-26 | Changzhou Hetong Purun Energy Technology, Co. Ltd. | Solar photovoltaic cell high efficiency radiating device and combination heat power system |
-
2021
- 2021-05-27 RU RU2021115211A patent/RU2762310C1/ru active
Patent Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2199704C2 (ru) * | 2001-04-12 | 2003-02-27 | Соболев Валериан Маркович | Гелиоэнергетическая установка |
| EP2518780B1 (en) * | 2009-12-25 | 2020-02-26 | Changzhou Hetong Purun Energy Technology, Co. Ltd. | Solar photovoltaic cell high efficiency radiating device and combination heat power system |
| RU2546332C1 (ru) * | 2013-12-11 | 2015-04-10 | Федеральное государственное бюджетное научное учреждение "Всероссийский научно-исследовательский институт электрификации сельского хозяйства" (ФГБНУ ВИЭСХ) | Гибридный фотоэлектрический модуль |
| RU2694066C1 (ru) * | 2018-10-04 | 2019-07-09 | Дмитрий Семенович Стребков | Солнечный дом |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| Herez et al. | Review on photovoltaic/thermal hybrid solar collectors: Classifications, applications and new systems | |
| Sharaf et al. | Concentrated photovoltaic thermal (CPVT) solar collector systems: Part II–Implemented systems, performance assessment, and future directions | |
| CA2783457C (en) | Concentrated photovoltaic and thermal system | |
| RU2694066C1 (ru) | Солнечный дом | |
| CN109631417A (zh) | 一种具有夜间辐射制冷功能的光伏光热一体化装置 | |
| US20100294266A1 (en) | Concentrated solar thermal energy collection device | |
| CN104660153A (zh) | 一种风光互补的太阳能发电系统 | |
| KR20110068840A (ko) | 반사광 이용형 태양광 모듈 시스템 | |
| KR102289893B1 (ko) | 태양열 및 태양광 복합 발전장치 | |
| CN203590122U (zh) | 一种风光互补的太阳能发电系统 | |
| RU2762310C1 (ru) | Солнечный энергетический модуль, встроенный в фасад здания | |
| RU2775175C1 (ru) | Солнечная энергетическая установка с концентратором | |
| US20130340431A1 (en) | Method and apparatus for collecting solar thermal energy | |
| JP2013194936A (ja) | 線形太陽光集光装置、および太陽光集光発電システム | |
| RU2755657C1 (ru) | Солнечная гибридная энергетическая установка для зданий | |
| US20100051088A1 (en) | Photovoltaic solar concentrating power system | |
| RU2172903C1 (ru) | Солнечный модуль с концентратом | |
| WO2017168277A1 (ru) | Гибридная кровельная солнечная панель | |
| RU2731162C1 (ru) | Гибридный фотоэлектрический модуль | |
| RU2225966C1 (ru) | Солнечный модуль с концентратором (варианты) | |
| RU188073U1 (ru) | Теплофотоэлектрическая планарная кровельная панель | |
| RU2763781C1 (ru) | Гибридный солнечный модуль | |
| CN102779888A (zh) | 一种波形瓦聚光电池组件 | |
| RU2338129C1 (ru) | Солнечный дом (варианты) | |
| RU2755204C1 (ru) | Солнечный дом |