RU2817542C1 - Система преобразования солнечной энергии в электрическую энергию - Google Patents
Система преобразования солнечной энергии в электрическую энергию Download PDFInfo
- Publication number
- RU2817542C1 RU2817542C1 RU2024101549A RU2024101549A RU2817542C1 RU 2817542 C1 RU2817542 C1 RU 2817542C1 RU 2024101549 A RU2024101549 A RU 2024101549A RU 2024101549 A RU2024101549 A RU 2024101549A RU 2817542 C1 RU2817542 C1 RU 2817542C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- thermoelectric generator
- heat exchange
- energy
- supply
- circulation pump
- Prior art date
Links
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 22
- 239000012528 membrane Substances 0.000 claims abstract description 10
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract description 2
- 230000000694 effects Effects 0.000 abstract 1
- 238000009527 percussion Methods 0.000 abstract 1
- 230000035939 shock Effects 0.000 description 4
- 238000001704 evaporation Methods 0.000 description 2
- 239000000446 fuel Substances 0.000 description 2
- 230000005855 radiation Effects 0.000 description 2
- 230000033228 biological regulation Effects 0.000 description 1
- 238000004140 cleaning Methods 0.000 description 1
- 239000000356 contaminant Substances 0.000 description 1
- 238000001816 cooling Methods 0.000 description 1
- 238000007710 freezing Methods 0.000 description 1
- 230000008014 freezing Effects 0.000 description 1
- 239000007788 liquid Substances 0.000 description 1
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 1
- 239000000463 material Substances 0.000 description 1
- 230000010355 oscillation Effects 0.000 description 1
- 230000003534 oscillatory effect Effects 0.000 description 1
- 230000006641 stabilisation Effects 0.000 description 1
- 238000011105 stabilization Methods 0.000 description 1
- 230000007704 transition Effects 0.000 description 1
Abstract
Изобретение относится к области возобновляемой энергетики, может быть использовано для преобразования солнечной и тепловой энергии в электрическую. Технический результат: повышение эффективности работы системы сбора энергии с использованием фотоэлектрического преобразователя и термоэлектрического генератора за счет повышения эффективности отвода тепла от теплообменного устройства термоэлектрического генератора. Сущность: система преобразования солнечной энергии в электрическую энергию содержит фотоэлектрический преобразователь, обращенный рабочей стороной к солнечному концентратору, а теплообменной стороной соединенный с горячим спаем термоэлектрического генератора на основе p-n перехода. Холодный спай термоэлектрического генератора находится в контакте с теплообменным устройством, погруженным в водяную ванну с подающим и обратным трубопроводами. Система снабжена эластичной мембраной, ударным узлом, циркуляционным насосом, теплообменником нагрузки, аккумулятором и контроллером. Теплообменное устройство соединено с водяной ванной эластичной мембраной с возможностью его хода в вертикальном и горизонтальном направлениях. Подающий и обратный трубопроводы подключены к теплообменнику нагрузки. Циркуляционный насос установлен на подающем трубопроводе. Ударный узел установлен на обратном трубопроводе. Термоэлектрический генератор подключен к циркуляционному насосу через контроллер, соединенный с аккумулятором. 1 ил.
Description
Область техники, к которой относится изобретение
Изобретение относится к области возобновляемой энергетики и может быть использовано для преобразования солнечной и тепловой энергии в электрическую.
Уровень техники
Известен термоэлектрический генератор (патент RU на ПМ № 166483, публ. 27.11.2016, МПК H02S10/30, H01L31/042, H01J45/00), включающий последовательно соединенные первый блок термоэлементов (ТЭ), блок управления, который выполняет функции переключения направления, стабилизации и регулировки тока ТЭ для зарядки аккумулятора, инвертор, первую емкость, наполненную первым теплоаккумулирующим материалом (ТАМ), радиатор с пористым капиллярным веществом, способным поглощать и испарять влагу, к которому через первый блок ТЭ прикреплена первая емкость с первым ТАМ, способным поглощать и накапливать тепло за счет изменений температуры окружающей среды и генерировать тепло за счет экзотермического фазового перехода (ЭФП) под воздействием изменений температуры окружающей среды, солнечные батареи, солнечный коллектор (СК), наполненный незамерзающей, теплопроводящей жидкостью и имеющий внутреннюю свето- и теплопоглощающую поверхность, вторая и третья дополнительные емкости, наполненные соответственно вторым и третьим ТАМ, а также второй, третий и четвертый блоки ТЭ, причем солнечные батареи прикреплены к верхней стороне СК, к нижней стороне СК прикреплен второй блок ТЭ, к нижней стороне которого прикреплена вторая емкость, к нижней поверхности которой прикреплен третий блок ТЭ, к нижней стороне которого прикреплена третья емкость, к нижней поверхности которой прикреплен четвертый блок ТЭ, нижней поверхностью контактирующий с первой емкостью.
Среди недостатков данной конструкции следует отметить относительную сложность конструкции для организации сбора энергии с использованием фотоэлектрического преобразователя и термоэлектрического устройства.
Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому изобретению является система сбора энергии с использованием фотоэлектрического преобразователя и термоэлектрического устройства (Lashin A., Turkestani M., Sabry M. Concentrated Photovoltaic/Thermal Hybrid System Coupled with a Thermoelectric Generator // Energies. 2019. Vol. 12. P. 2623., Figure 2, URL: https://doi.org/10.3390/en12132623), включающая фотоэлектрический преобразователь, обращенный одной стороной к солнечному концентратору, а второй стороной соединенный с горячим слоем термоэлектрического генератора на основе p-n перехода, холодный спай которого находится в контакте с теплообменным устройством, погруженным в водяную ванну с подающим и обратным трубопроводами.
Недостатками настоящего технического решения являются относительно низкая эффективность отвода тепла от теплообменного устройства в водяной ванне и, как следствие, пониженная эффективность работы фотоэлектрического преобразователя в условиях его работы при повышенном температурном режиме относительно номинального значения.
Раскрытие сущности изобретения
Технической задачей предлагаемого изобретения является повышение эффективности отвода тепла от теплообменного устройства термоэлектрического генератора.
Технический результат заключается в повышении эффективности работы системы сбора энергии с использованием фотоэлектрического преобразователя и термоэлектрического генератора при повышенном температурном режиме относительно номинального значения.
Это достигается тем, что известная система преобразования солнечной энергии в электрическую энергию, содержащая фотоэлектрический преобразователь, обращенный рабочей стороной к солнечному концентратору, а теплообменной стороной соединенный с горячим спаем термоэлектрического генератора на основе p-n перехода, холодный спай которого находится в контакте с теплообменным устройством, погруженным в водяную ванну с подающим и обратным трубопроводами, снабжена эластичной мембраной, ударным узлом, циркуляционным насосом, теплообменником нагрузки, аккумулятором и контроллером, причем теплообменное устройство соединено с водяной ванной эластичной мембраной с возможностью его хода в вертикальном и горизонтальном направлениях, подающий и обратный трубопроводы подключены к теплообменнику нагрузки, циркуляционный насос установлен на подающем трубопроводе, а ударный узел установлен на обратном трубопроводе, термоэлектрический генератор подключен циркуляционному насосу контроллером, соединенным с аккумулятором.
Краткое описание чертежей
Сущность изобретения поясняется чертежом, на котором изображена система преобразования солнечной энергии в электрическую энергию.
Осуществление изобретения
Система преобразования солнечной энергии в электрическую энергию содержит фотоэлектрический преобразователь 1, обращенный рабочей стороной 2 к солнечному концентратору 3, а теплообменной стороной 4 соединенный с горячим спаем 5 термоэлектрического генератора 6 на основе p-n перехода, холодный спай 7 которого находится в контакте с теплообменным устройством 8, погруженным в водяную ванну 9 с подающим 10 и обратным 11 трубопроводами. Система также содержит эластичную мембрану 12, ударный узел 13, циркуляционный насос 14, теплообменник нагрузки 15, аккумулятор 16 и контроллер 17. Причем теплообменное устройство 8 соединено с водяной ванной 9 эластичной мембраной 12 с возможностью его хода в вертикальном и горизонтальном направлениях.
Подающий 10 и обратный 11 трубопроводы подключены к теплообменнику нагрузки 15. Циркуляционный насос 14 установлен на подающем трубопроводе 10, а ударный узел 13 установлен на обратном трубопроводе 11. Термоэлектрический генератор 6 подключен к циркуляционному насосу 14 контроллером 17, соединенным с аккумулятором 16.
Система преобразования солнечной энергии в электрическую энергию работает следующим образом.
Сначала гидравлический контур, образованный водяной ванной 9, подающим трубопроводом 10, циркуляционным насосом 14, теплообменником нагрузки 15, ударным узлом 13 и обратным трубопроводом 11, заполняют водой до полного удаления воздуха. Фотоэлектрический преобразователь 1 соединяют с приемником электрической энергии (на чертеже не указан). Затем проводят настройку солнечного концентратора 3 для фокусировки солнечного излучения на рабочую сторону 2 фотоэлектрического преобразователя 1. В результате поступления солнечной энергии на фотоэлектрический преобразователь 1, он начинает генерировать электрическую энергию, отпускаемую потребителю в сеть, и нагревается в процессе работы. Теплота фотоэлектрического преобразователя 1 от его теплообменной стороны 4 передается горячему спаю 5 термоэлектрического генератора 6. Поскольку холодный спай 7 термоэлектрического генератора 6 соединен с теплообменным устройством 8, охлаждаемым в водяной ванне 9, то образующаяся разница температур на между горячим 5 и холодным 7 спаями термоэлектрического генератора 6 позволяет генерировать эклектический ток, который при управлении контроллером 17 питает циркуляционный насос 14 и обеспечивает запас электрической энергии в аккумуляторе 16. При включении циркуляционного насоса 14 происходит циркуляция воды в водяной ванне 9 от подающего трубопровода 10 к обратному трубопроводу 11 на вход ударного узла 13, а затем через теплообменник нагрузки 15 обратно на вход циркуляционного насоса 14.
В результате циркуляции воды, создаваемой циркуляционным насосом 14 обеспечивается вынужденный конвективный теплообмен от теплообменного устройства 8, расположенного в водяной ванне 9, что дополнительно увеличивает перепад температур между горячим 5 и холодным 7 спаями, увеличивая тем самым эффективность термоэлектрического генератора 6. При достижении заданной скорости циркуляции воды в работу включается ударный узел 13, который периодически перекрывает проходное сечение обратного трубопровода 11 в автоматическом самоподдерживающемся или внешне управляемом режиме (в зависимости от типа применяемой конструкции ударного узла). В автоматическом самоподдерживающемся режиме периодичность перекрытия определяется естественной сменой фаз волн при гидравлическом ударе, которая определяется гидравлическими характеристиками системы. Для внешне управляемого режима частота задается управляющим устройством (на чертеже не указано). При закрытии ударного узла 13 возникает гидравлический удар, положительная волна распространения которого обеспечивает колебательное движение теплообменного устройства 8 в вертикальном и горизонтальном направлениях за счет податливости эластичной мембраны 12. В момент, когда положительная волна гидроудара сменяется на отрицательную, наступает понижение давления, в результате которого проходное сечение ударного узла 13 открывается и циркуляция воды вновь возобновляется. В этот же момент теплообменное устройство 8 возвращается в свое исходное состояние за счет податливости эластичной мембраны 12, что обеспечивает интенсифицированный отвод тепла за счет движения теплообменного устройства 8 в водяной ванне 9. Часть тепла, воспринятого водой от теплообменного устройства 8 передается потребителю (на чертеже не указан) при помощи теплообменника нагрузки 15.
При таком интенсифицированном отводе тепла от теплообменного устройства 8 обеспечивается повышенная выработка электрической энергии от фотоэлектрического преобразователя 1 и термоэлектрического генератора 6 до тех пор, пока присутствует циркуляция воды и наличие солнечного излучения.
В результате использования данной конструкции системы сбора энергии с использованием фотоэлектрического преобразователя и термоэлектрического устройства обеспечивается повышение эффективности преобразования солнечной и тепловой энергии в электрическую, что достигается интенсификацией отвода теплоты от холодной стороны термоэлектрического генератора, а также принудительным импульсным охлаждением фотоэлектрического элемента за счет организации колебаний его поверхности, чем также обеспечивается ее постоянная очистка от коллоидных загрязнений.
Claims (1)
- Система преобразования солнечной энергии в электрическую энергию, содержащая фотоэлектрический преобразователь, обращенный рабочей стороной к солнечному концентратору, а теплообменной стороной соединенный с горячим спаем термоэлектрического генератора на основе p-n перехода, холодный спай которого находится в контакте с теплообменным устройством, погруженным в водяную ванну с подающим и обратным трубопроводами, отличающаяся тем, что она снабжена эластичной мембраной, ударным узлом, циркуляционным насосом, теплообменником нагрузки, аккумулятором и контроллером, причем теплообменное устройство соединено с водяной ванной эластичной мембраной с возможностью его хода в вертикальном и горизонтальном направлениях, подающий и обратный трубопроводы подключены к теплообменнику нагрузки, циркуляционный насос установлен на подающем трубопроводе, а ударный узел установлен на обратном трубопроводе, термоэлектрический генератор подключен к циркуляционному насосу через контроллер, соединенный с аккумулятором.
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2817542C1 true RU2817542C1 (ru) | 2024-04-16 |
Family
ID=
Citations (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
EP2167881A2 (en) * | 2007-05-21 | 2010-03-31 | GMZ Energy, Inc. | Solar thermoelectric and thermal cogeneration |
RU135450U1 (ru) * | 2013-07-16 | 2013-12-10 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Казанский государственный энергетический университет" (ФГБОУ ВПО "КГЭУ") | Термоэлектрический генератор |
RU2513649C2 (ru) * | 2008-11-04 | 2014-04-20 | Итон Корпорейшн | Комбинированное производство тепла и электроэнергии для жилых и промышленных зданий с использованием солнечной энергии |
US20150000723A1 (en) * | 2013-06-28 | 2015-01-01 | Tsmc Solar Ltd. | High efficiency photovoltaic system |
CN105515500A (zh) * | 2016-01-11 | 2016-04-20 | 俞亮芽 | 太阳能发电装置 |
RU166483U1 (ru) * | 2016-02-09 | 2016-11-27 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Казанский государственный энергетический университет" (ФГБОУ ВПО "КГЭУ") | Термоэлектрический генератор |
Patent Citations (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
EP2167881A2 (en) * | 2007-05-21 | 2010-03-31 | GMZ Energy, Inc. | Solar thermoelectric and thermal cogeneration |
RU2513649C2 (ru) * | 2008-11-04 | 2014-04-20 | Итон Корпорейшн | Комбинированное производство тепла и электроэнергии для жилых и промышленных зданий с использованием солнечной энергии |
US20150000723A1 (en) * | 2013-06-28 | 2015-01-01 | Tsmc Solar Ltd. | High efficiency photovoltaic system |
RU135450U1 (ru) * | 2013-07-16 | 2013-12-10 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Казанский государственный энергетический университет" (ФГБОУ ВПО "КГЭУ") | Термоэлектрический генератор |
CN105515500A (zh) * | 2016-01-11 | 2016-04-20 | 俞亮芽 | 太阳能发电装置 |
RU166483U1 (ru) * | 2016-02-09 | 2016-11-27 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Казанский государственный энергетический университет" (ФГБОУ ВПО "КГЭУ") | Термоэлектрический генератор |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
CA2998032C (en) | Integrated solar energy utilization apparatus and system | |
CN101826823B (zh) | 热电转换型太阳能热发电系统 | |
US9705449B2 (en) | Effective and scalable solar energy collection and storage | |
RU2569403C1 (ru) | Комплекс автономного электротеплоснабжения здания | |
CN106679232A (zh) | 一种低倍聚光的太阳能热/电/冷一体化集成系统 | |
WO2016122354A1 (ru) | Комбинированная концентраторная фотоэлектрическая установка | |
TW201337195A (zh) | 太陽能集熱油箱式溫差發電系統及其中所用之一體平面式微超熱管導熱裝置、過渡金屬合金超導熱裝置以及它們的應用 | |
CN102751917A (zh) | 一种基于液态金属热开关的太阳能温差发电系统 | |
RU2817542C1 (ru) | Система преобразования солнечной энергии в электрическую энергию | |
CN114719452A (zh) | 基于纳米流体分频的家用太阳能热电氢储能利用系统 | |
CN106685315A (zh) | 光伏光热互补发电系统以及发电方法 | |
RU2724206C1 (ru) | Автономная космическая энергетическая установка | |
WO2009101586A2 (en) | Solar energy collector and system | |
Al-Chaaban et al. | Comparative study on photovoltaic and thermal solar energy concentrators | |
CN201869133U (zh) | 热电转换型太阳能热发电系统 | |
CN106837719A (zh) | 一种储热式稳压斯特林发电系统 | |
JP6138495B2 (ja) | 発電システム | |
FR2908164A1 (fr) | Systeme de production continue d'electricite a partir de l'energie solaire, a technologie stirling avec hydroaccumulation | |
KR101278718B1 (ko) | 복합형 태양 에너지 이용 시스템 | |
CN206498374U (zh) | 一种聚光光伏储热及梯级用热系统 | |
JP2012098003A (ja) | 熱発電コジェネシステム | |
FR2970069A1 (fr) | Stockage d'energie pour centrale solaire a concentration de petite puissance | |
Aizpurua et al. | Advanced solar energy systems with thermoelectric generators | |
RU2746434C1 (ru) | Система автономного энергоснабжения жилого дома | |
RU74452U1 (ru) | Автономный источник тепловой энергии |