RU2775175C1 - Solar power plant with concentrator - Google Patents
Solar power plant with concentrator Download PDFInfo
- Publication number
- RU2775175C1 RU2775175C1 RU2021121953A RU2021121953A RU2775175C1 RU 2775175 C1 RU2775175 C1 RU 2775175C1 RU 2021121953 A RU2021121953 A RU 2021121953A RU 2021121953 A RU2021121953 A RU 2021121953A RU 2775175 C1 RU2775175 C1 RU 2775175C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- concentrator
- angle
- lamellae
- solar
- sun
- Prior art date
Links
- 241000446313 Lamella Species 0.000 claims abstract description 27
- 238000005086 pumping Methods 0.000 claims abstract description 7
- 239000000463 material Substances 0.000 claims abstract description 6
- 239000002826 coolant Substances 0.000 claims description 10
- 229920000515 polycarbonate Polymers 0.000 claims description 2
- 239000004417 polycarbonate Substances 0.000 claims description 2
- 230000005611 electricity Effects 0.000 abstract description 7
- 239000000969 carrier Substances 0.000 abstract 1
- 238000004870 electrical engineering Methods 0.000 abstract 1
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract 1
- 210000004027 cells Anatomy 0.000 description 8
- 239000011521 glass Substances 0.000 description 4
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 description 4
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 2
- 239000011248 coating agent Substances 0.000 description 2
- 238000000576 coating method Methods 0.000 description 2
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 2
- 229920001296 polysiloxane Polymers 0.000 description 2
- 230000001360 synchronised Effects 0.000 description 2
- 210000004544 DC2 Anatomy 0.000 description 1
- 241001506308 Potato virus T Species 0.000 description 1
- 238000004378 air conditioning Methods 0.000 description 1
- 238000005094 computer simulation Methods 0.000 description 1
- 238000009434 installation Methods 0.000 description 1
- 230000002530 ischemic preconditioning Effects 0.000 description 1
- 229920002102 polyvinyl toluene Polymers 0.000 description 1
- 230000001681 protective Effects 0.000 description 1
- 239000011253 protective coating Substances 0.000 description 1
- 125000005373 siloxane group Chemical group [SiH2](O*)* 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
Abstract
Description
Изобретение относится к гелиотехнике, в частности к солнечным энергетическим установкам с концентраторами солнечного излучения для получения электроэнергии и тепла.The invention relates to solar engineering, in particular to solar power plants with solar radiation concentrators for generating electricity and heat.
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).A photovoltaic module for power supply is known, in which the solar cells are electrically isolated from the heat exchanger, the space between the solar cells and the heat exchanger, as well as between the glass coating and the heat exchanger, is filled with a layer of siloxane gel, the protective glass coating is made in the form of an evacuated double-glazed window of two glasses, the heat exchanger is made in the form of a sealed chambers with nozzles for circulation of the coolant, the total area of the connected solar cells is commensurate with the area of the upper base of the heat exchanger housing (RF patent No. 2546332, IPC
Недостатком известного модуля является большая материалоемкость.The disadvantage of the known module is the high material consumption.
Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому изобретению является интегрированная в здание солнечная концентраторная энергетическая установка, 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 , Daniel Chemisana, Moreno, Alberto Riverola, Atencia and Collados. Energy Simulation of a Holographic PVT Concentrating System for Building Integration Applications. Energies 2016, 9, 577; 25 July 2016).The closest in technical essence to the proposed invention is a solar concentrator power plant integrated into a building, containing an energy concentrator in the form of a holographic lens, in the focal region of which a thermal photoelectric receiver is installed, which, with a concentrating system, is integrated into a system of sun-protection lamellas having a tracking device for the movement of the sun ( Julia , Daniel Chemisana, Moreno, Alberto Riverola, Atencia and collados. Energy Simulation of a Holographic PVT Concentrating System for Building Integration Applications. Energies 2016, 9, 577; July 25, 2016).
Недостатками известных солнечных энергетических установок является низкая удельная мощность приемника солнечного излучения.The disadvantages of the known solar power plants is the low specific power of the receiver of solar radiation.
Задачей предлагаемого изобретения является повышение КПД солнечной энергетической установки с концентратором, снижение стоимости получаемой электроэнергии и теплоты.The objective of the invention is to increase the efficiency of a solar power plant with a concentrator, reduce the cost of electricity and heat received.
В результате использования предлагаемого изобретения увеличивается производство электроэнергии и теплоты и увеличивается время работы солнечной энергетической установки с концентратором. 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 солнечной энергетической установки с концентратором по всей площади рабочей поверхности закреплен концентратор, выполненный в виде линейной линзы Френеля из прозрачного материала, соединенной с насосом через теплоизолированный трубопровод к системе теплоснабжения здания для прокачки прозрачного для солнечного излучения теплоносителя.As a result of using the proposed invention, the production of electricity and heat increases and the operating time of a solar power plant with a concentrator increases. The utilization factor of installed capacity increases, the efficiency of solar energy conversion increases, heat losses decrease, the average annual production of thermal energy increases, its cost decreases due to the fact that on the working side of the solar power plant with a concentrator, a concentrator is fixed over the entire area of the working surface, made in the form of a linear Fresnel lens made of transparent material, connected to the pump through a heat-insulated pipeline to the heat supply system of the building for pumping a coolant transparent to solar radiation.
Вышеуказанный технический результат достигается тем, что в предлагаемой солнечной энергетической установке с концентратором, выполненной в виде ламелей, содержащих концентратор, приемник излучения и устройство слежения за солнцем, согласно изобретению, на рабочей стороне каждой ламели по всей площади рабочей поверхности закреплен концентратор, выполненный в виде линейной линзы Френеля из прозрачного материала, по всей площади поверхности приемника излучения в тепловом контакте закреплена герметичная камера, соединенная с концентратором и 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:The above technical result is achieved by the fact that in the proposed solar power plant with a concentrator, made in the form of lamellas containing a concentrator, a radiation receiver and a sun tracking device, according to the invention, on the working side of each lamella, a concentrator is fixed over the entire area of the working surface, made in the form linear Fresnel lens made of a transparent material, a sealed chamber is fixed in thermal contact over the entire surface area of the radiation receiver, connected to the concentrator and the pump through a heat-insulated pipeline to the heat supply system of the building for pumping a coolant transparent to solar radiation, while the angle of the sun's height h, the angle of inclination of the lamellae α, lamella width l, minimum distance between lamellas d are related by:
h=2α+arctg(sinα/(d/l-cosα))-180°,h=2α+arctg(sinα/(d/l-cosα))-180°,
где l - ширина ламелей; where l is the width of the lamellas;
d - минимальное расстояние между ламелями; d - minimum distance between lamellas;
h - угол высоты солнца;h is the angle of the sun's height;
α - угол наклона ламелей относительно поверхности входа.α - the angle of inclination of the lamellas relative to the entrance surface.
В варианте солнечной энергетической установки с концентратором, линейная линза Френеля для прокачки теплоносителя выполнена из оптически прозрачного поликарбоната.In the variant of the solar power plant with a concentrator, the linear Fresnel lens for pumping the coolant is made of optically transparent polycarbonate.
Сущность предлагаемого изобретения поясняется чертежами, где на фиг. 1 представлен общий вид солнечной энергетической установки с концентратором, на фиг. 2 представлено поперечное сечение солнечной энергетической установки с концентратором, на фиг.3 показана солнечная энергетическая установка с концентратором с системой теплоснабжения здания.The essence of the invention is illustrated by drawings, where in Fig. 1 shows a general view of a solar power plant with a concentrator, Fig. 2 shows a cross section of a solar power plant with a concentrator, Fig. 3 shows a solar power plant with a concentrator with a building heating system.
Солнечная энергетическая установка с концентратором 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.The solar power plant with the concentrator in Fig. 1 contains
На фиг. 2 представлено поперечное сечение ламели 1 солнечной энергетической установки с концентратором, которая состоит из концентратора 6, выполненного в виде линзы из прозрачного материала, последовательно скоммутированных солнечных элементов 7, электроизолированных с помощью слоя силиконового геля 8, фторсополимерной пленки 9 для покрытия тыльной части солнечных элементов 7, по всей площади поверхности солнечных элементов 7 в тепловом контакте закреплена герметичная камера 10 для прокачки прозрачного для солнечного излучения 2 теплоносителя 11. Герметичная камера 10 объединена в одном корпусе с линзой концентратора 6. Для теплоснабжения концентратор 6 соединен с насосом 12 через теплоизолированный трубопровод 13 к системе теплоснабжения 14 (фиг. 3).In FIG. 2 shows a cross-section of the
Солнечная энергетическая установка с концентратором встроена в фасад здания и работает следующим образом.A solar power plant with a concentrator is built into the facade of the building and works as follows.
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 солнечной энергетической установка с концентратором 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. 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 энергетической установки с концентратором.An example of a solar power plant with a concentrator.
Солнечная энергетическая установка с концентратором встроена в южный фасад здания. Размеры: высота 6 м, длина 10 м, расстояние между ламелями d составляет 0,2 м. Пиковая электрическая мощность солнечной энергетической установки с концентратором составляет 15 кВт, тепловая - 30 кВт.A solar power plant with a concentrator is built into the southern facade of the building. Dimensions: height 6 m, length 10 m, the distance between the lamellas d is 0.2 m. The peak electric power of the solar power plant with a concentrator is 15 kW, the thermal power is 30 kW.
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).Table 1 presents the results of computer simulation of annual insolation amounts for the whole year in kWh/m 2 with different orientation of solar modules for the city of Perovo (Crimea).
Расчётные годовые значения инсоляции (кВт⋅ч/м2)Estimated annual insolation values (kW⋅h/m 2 )
в окрестностях г. Перово (Республика Крым)in the vicinity of Perovo (Republic of Crimea)
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 30-40% сокращает потребление электроэнергии на кондиционирование и отопление.The integration of a solar energy module into the southern facade of the building allows to reduce the influence of solar radiation in summer and increase its access in winter, which on average reduces electricity consumption for air conditioning and heating by 30-40%.
Claims (7)
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2775175C1 true RU2775175C1 (en) | 2022-06-28 |
Family
ID=
Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2199704C2 (en) * | 2001-04-12 | 2003-02-27 | Соболев Валериан Маркович | Heliopower plant |
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 |
RU2694066C1 (en) * | 2018-10-04 | 2019-07-09 | Дмитрий Семенович Стребков | Solar house |
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 |
Patent Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2199704C2 (en) * | 2001-04-12 | 2003-02-27 | Соболев Валериан Маркович | Heliopower plant |
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 (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 |
RU2694066C1 (en) * | 2018-10-04 | 2019-07-09 | Дмитрий Семенович Стребков | Solar house |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
Li et al. | Building integrated solar concentrating systems: A review | |
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 | |
US8952238B1 (en) | Concentrated photovoltaic and solar heating system | |
CA2783457C (en) | Concentrated photovoltaic and thermal system | |
RU2694066C1 (en) | Solar house | |
KR20110068840A (en) | Utilizing reflected light type solar module system | |
Tripanagnostopoulos | New designs of building integrated solar energy systems | |
JP2013194936A (en) | Linear solar collecting device and solar collecting power generation system | |
RU2775175C1 (en) | Solar power plant with concentrator | |
RU2762310C1 (en) | Solar energy module built into the building facade | |
US20130340431A1 (en) | Method and apparatus for collecting solar thermal energy | |
RU2755657C1 (en) | Solar hybrid power installation for buildings | |
RU2172903C1 (en) | Solar module with concentrator | |
WO2017099615A1 (en) | The photovoltaic module with a cooling system | |
WO2017168277A1 (en) | Hybrid solar roof panel | |
RU2225966C1 (en) | Solar unit with concentrator | |
RU2763781C1 (en) | Hybrid solar module | |
RU2731162C1 (en) | Hybrid photoelectric module | |
Yousef et al. | Development of solar thermal energy systems | |
RU188073U1 (en) | Thermophotoelectric planar roofing panel | |
RU2576072C2 (en) | Solar module with concentrator and method of making same | |
US11118814B2 (en) | Solar collector with reflecting surfaces | |
RU2338129C1 (en) | Solar house (versions) | |
RU2755204C1 (en) | Solar house |