SE0900198A1 - Receiver för PV/T solenergisystem - Google Patents

Description

50 55 60 65 70 75 80 85 90 95 100 105 SAMMANFATTNING AV UPPFINNINGEN Ändamålet med föreliggande uppfinning är att öka värmeutbytet från en PV/T receiver och samtidigt sänka tillverkningskostnaderna.

Uppfinningen innebär en PV/T (photovoltaic/thermal) receiver i solenergisystem som är enklare att tillverka och har högre termisk verkningsgrad. Detta sker genom att i ett koncentrerande solenergisystem arbeta med en kombination av solceller och optiskt selektiva ytor.

Med selektiv yta menas i denna ansökan en yta med den optiska egenskapen att ytan absorberar synligt ljus och för ögat förefaller mörk, men som reflekterar ljus i den infraröda delen av ljusets spektrum. En selektiv yta har hög optisk absorbans/emittans i det synliga spektrumet och en lägre optisk absorbans/emittans i det infraröda spektrumet.

Denna egenskap innebär att den energi som tillförs genom solinstrålningen i liten omfattning förloras genom strålning utan förloras i första hand genom strömning eller ledning. Om även dessa mekanismer undertrycks och ytan belyses med direkt solljus antar ytan termisk balans mellan instrålad energi och förluster vid en temperatur avsevärt högre än omgivningstemperaturen, typiskt 50 - 200 grader Celsius över omgivningstemperaturen.

Eftersom den selektiva ytan i tråget antar en temperatur ungefär lika hög eller högre än den värmebärare som skall transportera bort värmeutbytet utgår behovet att isolera de delar av receivern som träffas av solljus.

I en konstruktion där hela receivern träffas av solljus kan sålunda all isolering utgå! Ett exempel på sådan design är en trekantig receiver (fig 3) placerad i ett paraboliskt tråg där sidorna träffas av koncentrerat ljus och ovansidan av direkt solljus. (Ovansidan av receivern i denna patentansökan är den sida av receivern som är vänd mot solen.) Med direkt solljus menas solljus direkt från solen, utan koncentration, d.v.s. normal ca 1000 W/m2. I reflektortråget i fig 2 som är belagt med en reflekterande film (3) koncentreras ljuset som illustreras av solstrålarna (a-c) till receiverns sidor (6) medan locket (4) på ovansidan av receivern endast utsätts för direkt solstràlning från solstrålen (d) och botten (5) träffas av spritt ströljus från reflektorn.

En sådan receiver (fig 3) vars sidor solcellerna yta (12). i ett stycke kan tillverkas av en triangulär profil på (10-ll) monteras och där ovansidan förses med selektiv Uppfinningen ger två viktiga fördelar: * Värmeutbytet från receivern ökar, vilket ökar värdet på produkten * Ingen isolering behövs i receivern Att slippa isoleringen är en teknisk fördel. Ofta använder man glasull som om den blir våt förlorar sin isolerande förmåga. Isolering är också jämförelsevis svår att hantera i en produktionsprocess, och receivern blir onödigt stor.

I en variant av uppfinningen tillverkas receivern i flera delar. Delarna innefattar minst en solcellsmodul och minst en komponent med selektiv yta.

Solcellsmodulen innefattar solcellerna och kan även innefatta en kanal för värmemedium. Komponenten med selektiv yta, här benämnd lock, kan bestå av en tunn plåt med selektiv yta. 110 H5 120 125 130 135 140 145 150 155 160 165 Receivern fogas samman av minst en solcellsmodul och minst ett lock samt eventuellt andra komponenter.

Detta ger ytterligare flera positiva effekter för solenergisystemet: * De bàda komplicerade tillverkningsmomenten delas upp på två separata komponenter, på den ena appliceras solcellerna och på den andra den selektiva ytan. Detta kan minska produktionskostnaderna, t.ex. genom att massproducerad plàt med selektiv yta används.

* Komponenten med selektiv yta kan enkelt bytas ut om nödvändigt, t.ex. om den selektiva ytan med tiden förlorar sin funktion I fallet med en làngsträckt, triangulär receiver, kan man använda två solcellsmoduler i varje receiver, en för varje sida. Detta underlättar produktionen, eftersom solceller endast monteras på solcellsmodulens ena sidan.

Med två solcellsmoduler kan dessutom kanalerna för värmebäraren kopplas samman i bortre ändan. Värmebäraren går då ut i den ena solcellsmodulen och tillbaka i den andra. Detta innebär att receiverns anslutningar för matning av värmebärare till respektive från receivern kan ske i samma ända, vilket minskar rördragning kring solenergisystemet.

Här finns ytterligare en positiv effekt av uppfinningen: * I fallet med en receiver med två solcellsmoduler (Fig 5), en för varje sida, där komponenten med selektiv yta anbringas som ett lock (17) ovanpå solcellsmodulerna, kan locket minska termiska konvektionsförluster, eftersom locket blockerar konvektion i springan (21) mellan solcellsmodulerna.

Uppfinningen är avsedd för paraboliska tråg men kan även tillämpas på andra typer av optik för koncentrerande solenergisystem som kombinerar elproduktion med solceller och solvärme. De koncentrerande solenergisystemen kan vara fasta eller försedda med mekanism för att följa solen, antingen dagligen eller för omställning vid olika årstider.

KORTFATTAD BESKRIVNING AV RITNINGARNA Fig l. visar en perspektivvy av ett solenergisystem i form av paraboliskt tråg Fig 2. visar ett tvärsnitt av tråg med receiver Fig 3. visar ett tvärsnitt av en receiver tillverkad i ett stycke Fig 4. visar en perspektivvy av solcellsmodul Fig 5. visar ett tvärsnitt av komponenter till receiver Fig 6. visar ett tvärsnitt av en monterad receiver DETALJERAD BESKRIVNING AV ETT UTFÖRANDE AV UPPFINNINGEN Föreliggande uppfinning kommer nu att beskrivas med hänvisning till de bilagda figurerna, vilka är avsedda endast för illustrerande ändamål.

Ett solenergisystem av typen paraboliskt tråg med längsgående receiver är avbildat i fig l. Tràget kan vara omkring en meter brett och omkring sex meter långt.

Med ett paraboliskt tråg avses ett tråg väsentligen format som en avhuggen tvådimensionell parabolid utdragen till ett halv cylindrisk rör. 170 175 180 185 190 195 200 205 210 215 220 225 230 På baksidan av tråget finns två linjära ställdon (som ej syns på bilden) vilka används för att svänga tråget mot solen så att receivern (1) ligger i fokus.

Solföljningsmekanismen är automatisk och datorstyrd efter klockslag och datum, men kan också använda sensorer som känner var på himlen solen befinner sig.

Trågets framsida är i vissa utföranden täckt av en transparent täckskiva(2) av t.ex. glas eller transparent plast som innesluter reflektorn för att skydda reflektorplåten eller öka trågets styvhet. Täckskivan kan begränsa konvektionen från receivern och förhindrar att vind skapar forcerad konvektion - båda effekterna bidrar till att minska värmeförlusterna från receivern.

Fig 2 visar ett tvärsnitt genom tràget med receivern monterad. Reflektorplàten kan vara en 0,7 mm stålplåt med beläggning av exempelvis en silverfilm.

Reflektorplåten (3) fokuserar ljuset på en receiver (även kallad absorbator) med lock (4) och botten (5), pà vars sidor (6) finns solceller.

Pâ reflektorns yta är anordnat ett fäste (7), som håller receivern i läge. från vilket en hållare (8) utgår Den i fig. 2 visade receivern har ett triangulärt tvärsnitt, vilket ger god upptagning av de ljusstrålar som reflekteras av reflektorns yta in mot receiverns solceller. Receivern kan också ha andra tvärsnitt vilka möjliggör upptagning av reflekterade ljusstrålar från reflektorns yta.

Receivern som beskrivs är alltså avsedd för kombinerad el- och värmeproduktion där solceller för koncentrerat ljus monterats på receivern. I kanaler inne i receivern flödar en värmebärare som kyler solcellerna och utvinner värme från systemet. Värmen kan användas t.ex. för att värma tappvarmvatten i en byggnad.

För att tillverka en receiver enligt fig 2 med både solceller och selektiv yta kan man utgå från en làngsträckt triangulärt profil (8) i ett material som är lämpligt att belägga med selektiv yta, t.ex. i strängsprutad aluminium eller i koppar. I profilen kan även en kanal (9) för värmebäraren ingå. Kanalen kan vara försedd med fenor för att öka värmeöverföringen till värmebäraren. På denna profil laminerar man solceller (10 & 11) på de två sidor som det koncentrerande ljuset från reflektorn träffar. Ytan på ovansidan (12) behandlas för att ge en selektiv yta.

En selektiv yta kan skapas på en mängd olika sätt. En vanlig metod i solfångarbranschen är att utgå från en aluminiumplåt som syrabehandlas, anodiseras och infärgas med bl.a. nickelpartiklar. Man kan även sputtra på ett tunt metallskikt på en koppar- eller aluminiumplåt. Det finns även färger, t.ex.

Solkote som kan sprutmålas på blanka metallytor.

Av tillverkningstekniska skäl kan receivern även bestå av flera komponenter.

Receivern kan utgöras av två solcellsmoduler (fig 4) där solcellerna (16) monterats på triangulära element (13) som har längsgående spår (14) för infästning av hållare (8) samt genomgående hål eller kanaler (15) för värmebärare.

De triangulära elementen kan tillverkas genom strängsprutning, vilket ger en effektiv tillverkning. Ett lämpligt material är strängsprutad aluminium, vilket ger god styrka och låg vikt. Ett alternativ till aluminium är plast.

Fig 5 illustrerar en receiver tillverkad av flera komponenter. Ett lock (17) med selektiv yta monteras så att de övre delarna av receivern som inte är täckta med solceller (18) omsluts.

Om kanterna (19) viks ned på sidorna av receivern överdel så kan de ha funktionen att hålla locket på plats. Solcellerna (18)sträcker sig inte ända ut till kanten på sidorna, så de nedvikta kanterna skymmer inte den del av ytan som producerar elektricitet, utan bidrar bara till att höja värmeutbytet. 235 240 245 250 255 260 Locket kan tillverkas av en plåt t.ex. av aluminium eller koppar, där ytan behandlats så att den blir optiskt selektiv. Plåten bearbetas, t.ex. genom bockning eller rullformning, så att den kan formas kring receivern.

Undersidan av receivern kan täckas av en botten (20), vilken kan tillverkas på samma sätt som locket.

Locket och/eller botten bidrar även till ökad värmeproduktion genom att blockera den spalt (21) mellan de båda solcellsmodulerna som annars medför konvektionsförluster.

Om locket och/eller bottens termiska jämviktstemperatur bedöms vara högre än värmebärarens temperatur är det en fördel för värmeproduktionen om de anbringas i god termisk kontakt med solcellsmodulen och därmed värmebäraren.

Fig 6 visar en komplett receiver sammansatt av komponenterna solcellsmoduler, lock och botten vilka kan fästas på en släde och monteras i ett solfångartråg.

Locket kan monteras på solcellsmodulerna genom att lockets flänsar håller det på plats, men lock och botten kan även monteras med t.ex. lim, tejp eller fästas i spår eller i öron.

Merparten av receivern blir alltså täckt av tvâ typer av ytor med optiskt skilda egenskaper, där den ena typen består av solceller och den andra typen av yta har optiskt selektiv beläggning för att absorbera solljus och minimera värmeutstrålningen.

Claims (1)

1. 265 270 275 280 285 290 295 PATENTKRAV En receiver för el och värmeproduktion i solenergisystem som innefattar fokuserande optiska komponenter k ä n n e t e c k n a d av att receivern har minst en yta täckt med solceller (10) för elproduktion och minst en optiskt selektiv yta (l2), vilket möjliggör högre värmeutbyte och att receivern inte behöver isoleras. Receiver enligt patentkrav 1 där merparten av receiverns yta som exponeras för koncentrerat solljus är belagd med solceller, medan merparten av receiverns yta som träffas av direkt solljus är belagd med optiskt selektiv yta. Receiver enligt något av patentkraven l-2 där receivern är sammansatt av minst en komponent försedd med solceller samt minst en komponent försedd med selektiv yta, vilket möjliggör billigare tillverkning av den selektiva ytan och att den selektiva ytan kan bytas ut. Receiver enligt patentkrav 3 där minst en komponent som är försedd med selektiv yta är tillverkad av en tunn plåt. Receiver med enligt något av patentkraven l-4 där receivern innefattar två solcellsmoduler (13) och där komponenten med selektiv yta är så utformad att det blockerar konvektion i springan (21) mellan solcellsmodulerna, vilket möjliggör ökat värmeutbyte. Receiver enligt något av patentkraven 1-5 där solenergisystemet innefattar ett långsträckt paraboliskt reflektortråg (Fig l) med linjärt fokus, där receivern löper i trågets längdriktning. Receiver enligt något av kraven l-6 där solenergisystemet innefattar en mekanism för solföljning. Solenergisystem innefattande en receiver enligt något av kraven l-7. Användning av en receiver enligt något av kraven l-7 för att generera solvärme och elektricitet.