SK500512012U1 - Cooling method of photovoltaic panel and system for carrying out this method - Google Patents

Cooling method of photovoltaic panel and system for carrying out this method Download PDF

Info

Publication number
SK500512012U1
SK500512012U1 SK50051-2012U SK500512012U SK500512012U1 SK 500512012 U1 SK500512012 U1 SK 500512012U1 SK 500512012 U SK500512012 U SK 500512012U SK 500512012 U1 SK500512012 U1 SK 500512012U1
Authority
SK
Slovakia
Prior art keywords
chimney
photovoltaic panel
air
cooling system
ground
Prior art date
Application number
SK50051-2012U
Other languages
English (en)
Other versions
SK6432Y1 (sk
Inventor
Michal Masaryk
Original Assignee
Michal Masaryk
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Michal Masaryk filed Critical Michal Masaryk
Priority to SK50051-2012U priority Critical patent/SK6432Y1/sk
Publication of SK500512012U1 publication Critical patent/SK500512012U1/sk
Publication of SK6432Y1 publication Critical patent/SK6432Y1/sk
Priority to US14/413,477 priority patent/US9509249B2/en
Priority to PCT/IB2013/054617 priority patent/WO2013183002A2/en
Priority to EP13742273.9A priority patent/EP2856517A2/en

Links

Classifications

    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F24—HEATING; RANGES; VENTILATING
    • F24T—GEOTHERMAL COLLECTORS; GEOTHERMAL SYSTEMS
    • F24T10/00—Geothermal collectors
    • F24T10/40—Geothermal collectors operated without external energy sources, e.g. using thermosiphonic circulation or heat pipes
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16L—PIPES; JOINTS OR FITTINGS FOR PIPES; SUPPORTS FOR PIPES, CABLES OR PROTECTIVE TUBING; MEANS FOR THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16L1/00—Laying or reclaiming pipes; Repairing or joining pipes on or under water
    • F16L1/024—Laying or reclaiming pipes on land, e.g. above the ground
    • F16L1/028—Laying or reclaiming pipes on land, e.g. above the ground in the ground
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F24—HEATING; RANGES; VENTILATING
    • F24S—SOLAR HEAT COLLECTORS; SOLAR HEAT SYSTEMS
    • F24S10/00—Solar heat collectors using working fluids
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F24—HEATING; RANGES; VENTILATING
    • F24S—SOLAR HEAT COLLECTORS; SOLAR HEAT SYSTEMS
    • F24S90/00—Solar heat systems not otherwise provided for
    • F24S90/10—Solar heat systems not otherwise provided for using thermosiphonic circulation
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F24—HEATING; RANGES; VENTILATING
    • F24T—GEOTHERMAL COLLECTORS; GEOTHERMAL SYSTEMS
    • F24T10/00—Geothermal collectors
    • F24T10/10—Geothermal collectors with circulation of working fluids through underground channels, the working fluids not coming into direct contact with the ground
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F24—HEATING; RANGES; VENTILATING
    • F24T—GEOTHERMAL COLLECTORS; GEOTHERMAL SYSTEMS
    • F24T10/00—Geothermal collectors
    • F24T10/30—Geothermal collectors using underground reservoirs for accumulating working fluids or intermediate fluids
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F28—HEAT EXCHANGE IN GENERAL
    • F28D—HEAT-EXCHANGE APPARATUS, NOT PROVIDED FOR IN ANOTHER SUBCLASS, IN WHICH THE HEAT-EXCHANGE MEDIA DO NOT COME INTO DIRECT CONTACT
    • F28D20/00—Heat storage plants or apparatus in general; Regenerative heat-exchange apparatus not covered by groups F28D17/00 or F28D19/00
    • F28D20/0052—Heat storage plants or apparatus in general; Regenerative heat-exchange apparatus not covered by groups F28D17/00 or F28D19/00 using the ground body or aquifers as heat storage medium
    • 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
    • H01L31/0521—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 using a gaseous or a liquid coolant, e.g. air flow ventilation, water circulation
    • 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
    • H02S40/425—Cooling means using a gaseous or a liquid coolant, e.g. air flow ventilation, water circulation
    • 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
    • H02S40/44—Means to utilise heat energy, e.g. hybrid systems producing warm water and electricity at the same time
    • 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
    • Y02E10/10—Geothermal energy
    • 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
    • Y02E10/40—Solar thermal energy, e.g. solar towers
    • Y02E10/44—Heat exchange 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
    • Y02E10/40—Solar thermal energy, e.g. solar towers
    • Y02E10/46—Conversion of thermal power into mechanical power, e.g. Rankine, Stirling or solar thermal engines
    • 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
    • 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
    • Y02E10/60—Thermal-PV hybrids
    • 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
    • Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/14—Thermal energy storage
    • 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
    • Y02E70/00—Other energy conversion or management systems reducing GHG emissions
    • Y02E70/30—Systems combining energy storage with energy generation of non-fossil origin

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Sustainable Energy (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Combustion & Propulsion (AREA)
  • Sustainable Development (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Thermal Sciences (AREA)
  • Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
  • Electromagnetism (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Computer Hardware Design (AREA)
  • Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Photovoltaic Devices (AREA)

Description

Spôsob chladenia fotovoltického panela a systém na vykonávanie tohto spôsobu
Oblasť techniky
Technické riešenie sa týka spôsobu a systému chladenia fotovoltického panela, ktorý chladíme pre dosiahnutie vyššej účinnosti článkov. Systém chladenia je energeticky nezávislý od okolia a účinok chladenia je úmerný množstvu dopadajúceho slnečného žiarenia.
Doterajší stav techniky
Účinnosť fotovoltických článkov a panelov, najmä kremíkových, je závislá od teploty a to tak, že s rastúcou teplotou fotovoltického článku klesá jeho účinnosť. Pokles účinnosti predstavuje 0,2% až 0,48 % na 1°C. Pri celkovo nízkej účinnosti premeny slnečného žiarenia na elektrickú energiu (1518%) má vplyv teploty na dosahovanú účinnosť podstatný význam. Sú známe návrhy chladenia fotovoltických panelov ako napríklad podľa DE 102006060786, kde sa opisuje použitie výmenníka tepla v telese fotovoltického panela. Podobne tiež riešenie podľa DE 10207852 opisuje chladenie fotovoltického panela pomocou chladiaceho média a externých výmenníkov tepla. Tieto riešenia podobne ako sa uvádza v spisoch DE 19604356, DE 102009027258, DE 202006016108, WO 2009/111017, WO 2009/124575, CN 201074372, WO 2010/000240, EP 2093808 používajú prenosné teplovodné médium na odvod tepla z fotovoltického panela, pričom táto chladiaca sústava je na svoj pohon zásobovaná energiou zvonka. Riešenie podľa KR 20090071895 používa na chladenie povrchu fotovoltických panelov striekajúcu vodu, ktorá zároveň povrch článkov čistí. Toto riešenie nie je praktické s ohľadom na vysokú spotrebu vody.
Viaceré technické riešenia využívajú teplo odvádzané z fotovoltického panela ako účelový zdroj tepla. Toto usporiadanie však kladie protichodné požiadavky na teplotu článku. Pre účinné získavanie tepla je vhodné zvyšovať i
teplotu, pre účinnosť získavania elektrickej energie je vhodné teplotu článku a panelu znižovať.
Zverejnené riešenie podľa SK UV 5973 používa na chladenie sorpčný chladiaci stroj, ktorý je poháňaný teplom z tepelného solárneho panelu nezávislého od fotovoltického panelu. Takéto riešenie má požadované účinky, má však množstvo súčastí, ktoré si môžu vyžadovať kontrolu a údržbu, čo spolu s nákladmi na zložitejšie zapojenie znižuje ekonomický efekt.
Je žiadané jednoduché, dlhodobo prevádzkovateľné riešenie, ktoré zaistí odvod tepla z telesa fotovoltického článku a panelu a to bez akýchkoľvek nárokov na zvonka dodanú energiu. Nové riešenie by malo mať jednoduché zapojenie a malo by byť bezúdržbové.
Podstata technického riešenia
Uvedené nedostatky v podstatnej miere odstraňuje systém chladenia fotovoltického panela, pri ktorom sa odoberá teplo prostredníctvom vzduchu prúdiaceho popri telese a/alebo cez teleso a/alebo pozdĺž telesa fotovoltického panela podľa tohto technického riešenia, ktorého podstata spočíva v tom, že teleso fotovoltického panela má vzduchový chladič v uzavretom telese, teleso je prispôsobené na prúdenie vzduchu a má aspoň jeden vstup a aspoň jeden výstup. Vzduchový chladič môže mať podobu kovových rebier alebo kovovej plochy na zadnej strane fotovoltických článkov. Výstup vzduchu z telesa je pripojený ku komínu, ktorý vytvára ťah. K tomuto účelu je aspoň časť komína vystavená slnečnému žiareniu. Ústie komína je nad úrovňou výstupu vzduchu a výstup vzduchu z telesa je pripojený ku komínu odspodu, aby sa dosiahla čo najväčšia účinná výška komína.
Energia potrebná na vynútené prúdenie chladiaceho vzduchu bude v predloženom riešení získavaná z ťahu komína, teda využijeme fyzikálny jav, ktorý si nevyžaduje pohyblivé časti ani elektrické napájanie alebo riadenie.
Bude vhodné, ak komín je opatrený povrchom na čo najvyššie zohrievanie jeho vnútra od dopadajúceho slnečného žiarenia. Komín môže byť napríklad natrený čiernym tepelno-absorpčným náterom.
Komín môže mať tiež čiastočne priehľadný plášť a to v časti, na ktorý dopadá slnečné žiarenie. Neslnečná strana plášťa komína by bola vtákom prípade nepriehľadná a zvnútra opatrená čiernym povrchom. Slnečné žiarenie prechádza do vnútra komína, kde dopadá na tmavý povrch a prehrievaný vzduch stúpa nahor. Podobný efekt môžeme vytvoriť tak, že komín má aspoň v slnečnej časti dvojitý plášť, prvý zvonka je priehľadný a druhý je teploabsorpčný. V podstate komín týmto získava vlastnosti tepelného solárneho panelu, čím zvyšujeme prietok vzduchu v sústave.
Z hľadiska efektívnosti konštrukcie pri viacerých fotovoltických paneloch bude výhodné, ak telesá so vzduchovými chladičmi viacerých panelov budú prepojené zberným kolektorom, ktorý bude viesť do spoločného komína. Komín môže mať výškovo meniaci sa prierez na optimalizovanie prietokových pomerov, napríklad v tvare elektrárenskej chladiacej veže. Výškový profil komína môže zohľadňovať predpokladané svetelné pomery a výšku tienenia komína okolitými predmetmi, najmä samotnými fotovoltickými panelmi.
Pri zapojení viacerých panelov do jedného komína bude vhodné, ak je kolektor a sústava prípojok jednotlivých telies optimalizovaná na dosiahnutie rovnakého prietoku vzduchu v paneloch. Potom môžeme umiestniť jeden dostatočne dimenzovaný komín za fotovoltickými panelmi a odstupňovaným potrubím a zbernými kolektormi prepojiť komín rovnocenne so všetkým vzduchovými chladičmi. Vyváženie prietokovej rovnosti vo vetvách môžeme dosiahnuť vhodným dimenzovaním prierezov potrubia a zberného kolektora, alebo neskôr tiež nastaviteľnými škrtiacimi prvkami, ktorými môžeme na mieste a podľa merania prietokov vyregulovať celú sústavu. Prípojky a všetky vedenia vzduchu z telesa vo výhodnom usporiadaní majú stúpanie nahor, alebo sú aspoň bez klesania. V prípade, že by zberné kolektory vzduchu alebo iné potrubia mali pri stúpavom umiestnení tieniť samotným panelom, môžu byť príslušné časti rozvodov z priehľadného materiálu.
Komín bude pritom umiestnený za panelmi pri pohľade v smere dopadu slnečného žiarenia, aby netienil samotným panelom. Tým vznikne možnosť postaviť aj relatívne vysoký komín, ktorý má vysoký samovoľný ťah vzduchu.
Pri určitej výške komína, kedy prúdenie vetra nie je ovplyvnené terénnymi prekážkami (napr. aj samotnými panelmi) môže mať komín podporný veterný prostriedok premieňajúci energiu vetra na ťah v komíne, výhodne v podobe veternej turbínovej hlavice na ústi komína. Tento prostriedok z vodorovného, aj nepatrného prúdenia vzduchu vo výške ústia komína vytvorí dodatočný zvislý ťah vzduchu.
Predložené technické riešenie je konštrukčne jednoduché, nemá žiadne pohyblivé alebo opotrebujúce sa časti. V podstate sa na chladenie využíva dopadajúce slnečné žiarenie, ktoré spôsobuje aj zohrievanie fotovoltických panelov. Táto fyzikálna väzba spôsobuje rast prietoku chladiaceho vzduchu pri predpokladanom náraste teploty fotovoltických panelov, čím odpadá potreba osobitej regulácie chladenia.
Technické riešenie umožňuje chladiť fotovoltické panely ku teplote okolitého vzduchu. Pre zvýšenie chladiaceho účinku môže byť systém vo výhodnom usporiadaní doplnený ešte chladičom nasávaného vzduchu na ochladenie vzduchu pod teplotu okolia. Chladič vzduchu je pripojený ku vstupu vzduchu do telesa. Chladičom môže byť zemný vzdušný tepelný výmenník, ktorý bude pozostávať z potrubia položeného aspoň 1 m pod povrchom zemného terénu, výhodne aspoň 1,5 - 2,5 m pod povrchom zemného terénu. Pod potrubím je potrebné rozumieť akékoľvek vedenie, rúru, hadicu, ktorou bude prúdiť vzduch. Hĺbka konkrétneho uloženia môže byť navrhnutá podľa údajov z hydrometeorologických údajov pre danú lokalitu. Vo všeobecnosti pri hĺbkach nad 1,5 m je relatívne stabilná teplota zeme aj v horúcich letných mesiacoch.
Potrubie zemného výmenníka môže byť hadovito rozložené aj priamo v zemi pod držiakmi panelov s fotovoltickými panelmi. Tam môžeme očakávať aj menšie prehrievanie povrchu zeme, keďže povrch bude zatienený práve panelmi s fotovoltickými panelmi. Nasávacia hlavica potrubia je umiestnená nad úrovňou terénu, najlepšie na tienenom mieste a môže byť opatrená ľahko vymeniteľným filtrom nasávaného vzduchu.
S cieľom dosiahnuť menšie tlakové straty môžeme použiť zapojenie vzdušného zemného výmenníka s dvomi registrami. Registre sú vytvorené dvoma v podstate rovnobežnými rúrami, ktoré sú prepojené sústavou priečnych rúr, zvyčajne s menším priemerom, pričom vstup registra a výstup z registra sú na protiľahlých stranách. V takomto usporiadaní sa prietok v registri rozdelí na sústavu priečnych rúr, kde je pomalé prúdenie s malými stratami. Tým, že je zapojenie vstupu a výstupu zemného výmenníka protiľahlé, dosiahneme rovnakú dĺžku a tlakové straty prúdenia vo všetkých možných dráhach pre jednotlivé priečne rúry.
Keďže vo vzdušnom zemnom výmenníku môže dochádzať ku kondenzácii vody z nasávaného vzduchu, môže byť potrubie v zemi vyspádované k miestu, kde je potrubie vybavené otvorom spojeným s malým vsakovacím trativodom. Na rozdiel od použitia zemných výmenníkov pri predohreve vzduchu nasávaného do obytných miestností, nemusí byť potrubie v zemi v tomto technickom riešení obmedzované požiadavkou na vylúčenie prípadných zápachov.
Môže byť tiež výhodné, ak spojenie medzi zemným výmenníkom a vstupmi do telies fotovoltických panelov je opatrené by-passovým ventilom, ktorý odpojí zo zapojenia tepelný vzdušný výmenník a vtedy komín nasáva chladiaci vzduch z okolia. By-passový ventil môže byť termostaticky ovládaný ventil. Ten v prípade, že teplota zeme najmä v zime a v prechodných ročných obdobiach je vyššia ako teplota okolia, umožní nasávanie okolitého vzduchu bez toho, aby sa tento zohrieval v zemnom tepelnom výmenníku. By-passové zapojenie môžeme dosiahnuť aj ručne nastaviteľnou klapkou, ktorú obsluha v určenom intervale kontrol presunie do vhodnej polohy (leto, zima). Pri zimnej prevádzke obsluha týmto ventilom odstaví funkciu zemného výmenníka.
By-passový ventil môže byť tiež ovládaný tlakom, napr. v podobe tlakovej klapky, kedy pri nízkom ťahu komína bude zo zapojenia vyradený vzdušný tepelný výmenník, aby sa prúdenie vzduchu cez tepelné výmenníky v paneloch nezastavilo.
Dĺžka a priemer potrubia sú pritom dimenzované tak, aby ťah komína pokryl všetky tlakové straty v celom zemnom vzdušnom výmenníku a tiež v ostatnom vedení až ku komínu.
V inom vyhotovení, môže chladič byť vytvorený potrubím uloženým v tečúcej vode v blízkosti panelov.
Jednoduchá konštrukcia komína môže byť doplnená o jeho kĺbové uloženie. KÍb je orientovaný tak, aby pri skladaní komína nadol nezasiahol zónu s fotovoltickými panelmi. Kĺby sú zaistené poistkami, napríklad v podobe strižných kolíkov. Komín môže mať napríklad tri kĺby, ktoré umožňujú jeho sklopenie do troch kvadrantov s výnimkou kvadrantu, v ktorom sú umiestnené fotovoltické panely. Pri nadmernom vetre dôjde ku kontrolovanému pádu komína mimo fotovoltických panelov podľa smeru vetra do niektorého z troch polôh.
Nový je aj samotný spôsob chladenia fotovoltického panela, kedy slnečným žiarením zohrievame vzduch v komíne, vzduch stúpa nahor k ústiu komína a takto vzniknutým ťahom komína vytvárame prúdenie vzduchu v telese fotovoltického panela. Chladiaci vzduch nasávaný do telesa fotovoltického panela môžeme chladiť pod teplotu okolia, výhodne tak, že ho vedieme cez teplovýmenné potrubie uložené v zemi alebo vo vodnom zdroji.
Podľa tohto technického riešenia je možné znižovať teplotu fotovoltických článkov aj pod úroveň teploty okolia, pričom sa využívajú len dostupné tepelné potenciály prírody bez náročného spracovania a bez zložitej regulácie. Servis zariadenia podľa tohto technického riešenia sa zužuje len na udržiavanie tesnosti rozvodov a ich vnútornej čistoty. Po prípadnom zanesení prachu do vnútra rozvodov sa rozvody môžu prečistiť stlačeným vzduchom alebo tlakovou vodou.
Prehľad obrázkov na výkresoch
Technické riešenie je bližšie vysvetlené pomocou obrázkov 1 až 6. Použité pomery veľkostí a rozmerov, počty a množstvá sú zvolené s cieľom zvýšiť prehľadnosť obrázkov, zvolená mierka, množstvá a znázornené pomerné rozmery nie je možné vysvetľovať ako zužujúce rozsah požadovanej ochrany. Šípky znázorňujú dopadajúce slnečné žiarenie a smer prúdenia vzduchu.
Na obrázku 1 je zobrazená schéma zapojenia komína a rez vzdušného chladiča s nasávaním vzduchu z okolia vstupu fotovoltického panela.
Obrázok 2 znázorňuje pohľad zhora na zapojenie komína k trom radám fotovoltických panelov so zbernými kolektormi a vedením ohriateho vzduchu.
Na obrázku 3 je vyobrazený systém s jedným komínom a jedným zemným výmenníkom vzduch - zem, ktorý je hadovito uložený v teréne pod panelmi. Dĺžka vzdušného výmenníka je naznačená len ilustratívne.
Obrázok 4 znázorňuje horný pohľad na zapojenie vzduchových chladičov ku komínu a k zemnému výmenníku s hadovito položeným potrubím v zemi. Zem je znázornená v hĺbke uloženia zemného výmenníka.
Na obrázku 5 je detailný pohľad na zemný výmenník s krížovo zapojeným registrom. Zem je znázornená v hĺbke uloženia zemného výmenníka.
Obrázok 6 zobrazuje príklad vyhotovenia komína s čiastočne priehľadným povrchom orientovaným na slnečnú stranu.
Príklady uskutočnenia technického riešenia
Príklad 1
V príklade podľa obrázku 1, 2 a 6 je systém a spôsob chladenia použitý na malej fotovoltickej elektrárni, ktorá má tri rady panelov 1 s ôsmimi panelmi 1. v každom rade. Každý panel 1 má teleso, v ktorom sú vzduchové chladiče 2. Chladiče 2 majú podobu hliníkových rebier zo zadnej strany fotovoltických článkov. V spodnej časti má teleso vstup 3 chladiaceho vzduchu, na hornej strane zozadu má výstup 4 vzduchu. Vstup 3 chladiaceho vzduchu je opatrený sieťkou proti vnikaniu hmyzu do telesa.
Výstup 4 z telesa je prepojený do spoločného zberného kolektora 6 pre jeden rad panelov 1_. Každý z troch kolektorov 6 je potom prepojený samostatným vedením 7 ohriateho vzduchu s odlišným priemerom do komína
5. Potrubie tvoriace vedenie 7 ohriateho vzduchu prvého a druhého radu je priesvitné a je vedené východnou stranou.
Komín 5 je v severo-východnom rohu elektrárne. Je vyrobený zakružovaním z oceľového pozinkovaného plechu, má nahor sa zužujúci prierez a má načierno natretý povrch z východnej, južnej a západnej strany. Na vrchole komínu 5 je veterná otáčavá ružica.
Príklad 2
V príklade podľa obrázku 3 a 4 je systém podľa predchádzajúceho príkladu doplnený o tepelný zemný výmenník 9 typu vzduch - zem 10. Zemný výmenník 9 je zložený z viacerých 6 m dlhých plastových rúr o priemere 400 mm. Rúry sú pomocou kolien pospájané a vytvárajú cca 60 m dlhú trasu, na ktorej sa nasávaný vzduch ochladzuje. Vedenie 8 chladiaceho vzduchu spája vstupy 3 so zemným výmenníkom 9.
Zemný výmenník 9 je uložený v zemi 10 pod fotovoltickými panelmi L Bol zakopaný do zeme 10 ešte pred osadením fotovoltických panelov L Vstup vzduchu do zemného výmenníka 9 je vyvedený nad úroveň terénu na severnej strane a je opatrený vymeniteľným filtrom.
Príklad 3
V príklade podľa obrázku 5 má zemný výmenník 9 podobu registra, v ktorom dosiahneme rozdelenie prietokov vzduchu a tým aj zníženie rýchlosti a tlakových strát. V princípe je možná aj kombinácia rôznych zapojení zemného výmenníka 9.
Priemyselná využiteľnosť
Podľa tohto technického riešenia je možné priemyselne a opakovane zostavovať chladiacu zostavu, ktorá chladí teleso fotovoltického panela, pričom chladenie je poháňané prirodzeným ťahom komína a môže byť navyše posilnené chladiacim účinkom zeme vo vrstve pod úrovňou terénu.

Claims (18)

  1. NÁROKY NA OCHRANU
    1. Spôsob chladenia fotovoltického panela (1), pri ktorom sa odoberá teplo prostredníctvom vzduchu prúdiaceho popri paneli (1) a/alebo cez panel (1) a/alebo pozdĺž panelu (1) vyznačujúci sa tým, že slnečným žiarením sa zohrieva vzduch v komíne (5), vzduch stúpa nahor k ústiu komína (5) a takto vzniknutým ťahom komína (5) sa vytvára prúdenie vzduchu v telese fotovoltického panela (1).
  2. 2. Spôsob chladenia fotovoltického panela (1) podľa nároku 1 vyznačujúci sa tým, že chladiaci vzduch nasávaný do telesa fotovoltického panela (1) sa chladí pod teplotu okolia, výhodne tak, že chladiaci vzduch sa vedie cez teplovýmenné potrubie uložené v zemi (10) alebo vo vodnom zdroji.
  3. 3. Systém chladenia fotovoltického panela (1), pri ktorom sa odoberá teplo prostredníctvom vzduchu prúdiaceho popri paneli (1) a/alebo cez panel (1) a/alebo pozdĺž panelu (l)vyznačujúci sa tým, že fotovoltický panel (1) má vzduchový chladič (2) v uzavretom telese prispôsobenom na prúdenie vzduchu, teleso má vstup (3) a výstup (4) vzduchu, výstup (4) vzduchu je pripojený zospodu ku komínu (5) na vytvorenie ťahu, pričom aspoň časť komína (5) je vystavená slnečnému žiareniu a ústie komína (5) je nad úrovňou výstupu (4) vzduchu.
  4. 4. Systém chladenia fotovoltického panela (1) podľa nároku 3 vyznačujúci sa tým, že aspoň časť komína (5) je opatrená tepelno-absorpčným povrchom.
  5. 5. Systém chladenia fotovoltického panela (1) podľa nároku 3 alebo 4 vyznačujúci sa tým, že komín (5) má aspoň časť plášťa na slnečnej strane priehľadnú a zvyšná časť plášťa je zvnútra opatrená tepelno-absorpčným povrchom.
    Ρ'Ί INtMľHl
  6. 6. Systém chladenia fotovoltického panela (1) podľa ktoréhokoľvek z nárokov 3až5vyznačujúci sa tým, že komín (5) má aspoň v slnečnej časti dvojitý plášť, prvý zvonka je priehľadný a druhý je opatrený tepelnoabsorpčným povrchom.
  7. 7. Systém chladenia fotovoltického panela (1) podľa ktoréhokoľvek z nárokov 3 až 6 vyznačujúci sa tým, že do jedného komína (5) sú zaústené výstupy (4) viacerých telies fotovoltických panelov (1), výhodne cez zberné kolektory (6) a cez vedenia (7) ohriateho vzduchu, ktorých potrubia sú svojou veľkosťou odstupňované na dosiahnutie rovnakého prietoku vzduchu v telesách fotovoltických panelov (1).
  8. 8. Systém chladenia fotovoltického panela (1) podľa ktoréhokoľvek z nárokov 3až7vyznačujúci sa tým, že komín (5) má podporný veterný prostriedok premieňajúci energiu vetra na ťah v komíne (5), výhodne v podobe veternej turbínovej hlavice na ústí komína (5).
  9. 9. Systém chladenia fotovoltického panela (1) podľa ktoréhokoľvek z nárokov 3až8vyznačujúci sa t ý m , že zahrňuje chladič vzduchu, ktorý je pripojený ku vstupu (3) vzduchu do telesa.
  10. 10. Systém chladenia fotovoltického panela (1) podľa nároku 9 vyznačujúci sa tým, že vstup (3) vzduchu do telesa je k chladiču pripojený cez vedenie (8) chladiaceho vzduchu a cez dvojcestný ventil a/alebo cez by-pass na nasávanie vzduchu z okolia panela (1).
  11. 11. Systém chladenia fotovoltického panela (1) podľa nároku 9 alebo 10 vyznačujúci sa tým, že chladič vzduchu je tvorený tepelným zemným výmenníkom (9) typu vzduch - zem (10), kde potrubie zemného výmenníka (9) je uložené v zemi (10), výhodne v hĺbke aspoň 1 m, najvýhodnejšie v hĺbke aspoň 1,5 m.
    Λ/
  12. 12. Systém chladenia fotovoltického panela (1) podľa nároku 11 vyznačujúci sa tým, že potrubie zemného výmenníka (9) je hadovito uložené.
  13. 13. Systém chladenia fotovoltického panela (1) podľa nároku 11 vyznačujúci sa tým, že potrubie zemného výmenníka (9) zahrňuje krížovo zapojený register.
  14. 14. Systém chladenia fotovoltického panela (1) podľa ktoréhokoľvek z nárokov 11 až 13 vyznačujúci sa tým, že potrubie zemného výmenníka (9) je vyspádované k miestu odtoku kondenzátu.
  15. 15. Systém chladenia fotovoltického panela (1) podľa nároku 14 vyznačujúci sa tým, že v mieste odtoku kondenzátu je trativod.
  16. 16. Systém chladenia fotovoltického panela (1) podľa ktoréhokoľvek z nárokov 3 až 15 vyznačujúci sa tým, že vstup (3) vzduchu do telesa a/alebo sanie zemného výmenníka (9) je opatrené vymeniteľným filtrom.
  17. 17. Systém chladenia fotovoltického panela (1) podľa ktoréhokoľvek z nárokov 3až16vyznačujúci sa tým, že zemný výmenník (9) je opatrený tlakovou klapkou na odpojenie zemného výmenníka (9) pri nízkom tlaku nasávania.
  18. 18. Systém chladenia fotovoltického panela (1) podľa ktoréhokoľvek z nárokov 3až17vyznačujúci sa tým, že komín (5) má v spodnej časti aspoň jeden kĺb na sklápanie komína (5), komín (5) je zaistený poistkou proti sklopeniu, poistka je nadimenzovaná na prerušenie v prípade nadmerného zaťaženia, najmä v podobe nadmerného vetra, pričom kĺb je voči osi komína (5) umiestnený a orientovaný na dosiahnutie sklopenia a/alebo kontrolovaného pádu komína (5) mimo zónu s fotovoltickými panelmi (1).
SK50051-2012U 2012-06-05 2012-06-05 Cooling method of photovoltaic panel and system for carrying out this method SK6432Y1 (sk)

Priority Applications (4)

Application Number Priority Date Filing Date Title
SK50051-2012U SK6432Y1 (sk) 2012-06-05 2012-06-05 Cooling method of photovoltaic panel and system for carrying out this method
US14/413,477 US9509249B2 (en) 2012-06-05 2013-06-05 System and method of cooling of photovoltaic panel and method of installation of system
PCT/IB2013/054617 WO2013183002A2 (en) 2012-06-05 2013-06-05 System and method of cooling of photovoltaic panel and method of installation of system
EP13742273.9A EP2856517A2 (en) 2012-06-05 2013-06-05 System and method of cooling of photovoltaic panel and method of installation of system

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
SK50051-2012U SK6432Y1 (sk) 2012-06-05 2012-06-05 Cooling method of photovoltaic panel and system for carrying out this method

Publications (2)

Publication Number Publication Date
SK500512012U1 true SK500512012U1 (sk) 2012-12-03
SK6432Y1 SK6432Y1 (sk) 2013-05-03

Family

ID=47260499

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
SK50051-2012U SK6432Y1 (sk) 2012-06-05 2012-06-05 Cooling method of photovoltaic panel and system for carrying out this method

Country Status (3)

Country Link
US (1) US9509249B2 (sk)
EP (1) EP2856517A2 (sk)
SK (1) SK6432Y1 (sk)

Families Citing this family (11)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN105071766A (zh) * 2015-07-24 2015-11-18 重庆理工大学 一种聚光光伏电池空冷散热系统
KR101764703B1 (ko) 2016-03-22 2017-08-14 (주)에이비엠그린텍 중간흡배기모듈이 구비되는 건물 일체형 태양광 발전지붕
WO2019022273A1 (ko) * 2017-07-28 2019-01-31 (주)에이비엠 건물 일체형 태양광 발전지붕
WO2019140002A1 (en) * 2018-01-11 2019-07-18 Desora, Inc. Insert for cooking apparatus
US20190219331A1 (en) * 2018-01-15 2019-07-18 Energetically, PBC. Solar Chimney-Based Liquid Desiccation System
US11150017B2 (en) * 2018-01-15 2021-10-19 Sanza T. Kazadi Solar chimney-based liquid desiccation system with a thermally-regenerating desiccator
EP3837764A4 (en) * 2018-08-17 2022-05-04 Vivek Gupta SOLAR ENERGY COLLECTOR WITH TREE STRUCTURE
WO2020161548A2 (en) * 2019-02-06 2020-08-13 Zeev Shavit Solar harvesting utility system and/or module
IT201900006817A1 (it) * 2019-05-14 2020-11-14 Turboden Spa Circuito di scambio termico per impianto geotermico
CN114165993A (zh) * 2021-11-09 2022-03-11 四川双绿科技有限公司 一种太阳能智能烘干闭式系统及其烘干方法
CN114472274B (zh) * 2021-12-29 2022-12-16 汉摩尼(江苏)光电科技有限公司 一种可自动清洁的光伏设备

Family Cites Families (19)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
FR2727790A1 (fr) 1994-12-02 1996-06-07 Cythelia Sarl Module solaire hybride photovoltaique et thermique fonctionnant en cogeneration de chaleur et d'energie electrique
DE19604356C2 (de) 1996-02-07 1999-09-02 Lorenz Verfahren und Vorrichtung zur Gewinnung von thermischer Energie aus solarer Energie
AT412170B (de) 2001-02-23 2004-10-25 Vaillant Gmbh Solar-kollektor
DE202006016108U1 (de) 2006-10-21 2007-02-08 Sunzenit Gmbh Photovoltaikmodul mit Kühleinrichtung
GB2452754A (en) 2007-09-14 2009-03-18 Ice Energy Heat Pumps Ltd Method and apparatus for cooling a photovoltaic cell by means of a heat pump
US20090152370A1 (en) 2007-12-18 2009-06-18 Michael Gregory Pesochinsky Chimney device and methods of using it to fight global warming, produce water precipitation and produce electricity
KR100982263B1 (ko) 2007-12-28 2010-09-14 이찬재 태양광 발전기 세척 및 냉각 시스템
ITMI20080264A1 (it) 2008-02-20 2009-08-21 Donato Alfonso Di Meccanismi multipli di raffreddamento per pannelli fotovoltaici
US20090223511A1 (en) 2008-03-04 2009-09-10 Cox Edwin B Unglazed photovoltaic and thermal apparatus and method
DE202008004965U1 (de) 2008-04-09 2008-07-24 Eurich, Torsten Kühl- bzw. Thermoelement insbesondere für Solarmodule
DE102009027258A1 (de) 2008-06-27 2009-12-31 Peter Dr.-Ing. Draheim System und Verfahren zum Kühlen von Photovoltaikmodulen oder von Solarelementen
DE202008008747U1 (de) 2008-07-02 2008-11-27 Giritsch, Johann Photovoltaikanlage
EP2457319B1 (en) 2009-07-20 2016-04-20 Slobodan Tepic Generating electrical power utilizing surface-level hot air as the heat source, high atmosphere as the heat sink and a microwave beam to initiate and control air updraft
WO2011009993A1 (es) 2009-07-24 2011-01-27 Pedro Jimenez Del Amo Dispositivo refrigerador de panel fotovoltaico
US7956487B2 (en) 2009-11-16 2011-06-07 Henry Hovakimian Compost updraft tower
DE102010033560A1 (de) 2010-07-29 2012-02-02 Peter Borst Photovoltaikanlage
NL2005335C2 (nl) 2010-09-09 2012-03-12 Johannes Wilhelmus Maria Voetdijk Inrichting voorzien van zonnecellen.
FR2967817B1 (fr) 2010-11-22 2013-08-16 Solaire 2G Panneau solaire hybride.
SK5973Y1 (sk) 2011-03-20 2011-12-05 Michal Masaryk Method for cooling of photovoltaic cell, device for cooling

Also Published As

Publication number Publication date
US9509249B2 (en) 2016-11-29
EP2856517A2 (en) 2015-04-08
US20150155826A1 (en) 2015-06-04
SK6432Y1 (sk) 2013-05-03

Similar Documents

Publication Publication Date Title
SK500512012U1 (sk) Cooling method of photovoltaic panel and system for carrying out this method
AU2013325337B2 (en) Solar air heating / cooling system
CA2932792C (en) Multilevel closed ecosystem greenhouse
JP6373663B2 (ja) 空調システム
Marmoush et al. A novel merging tubular daylight device with solar water heater–experimental study
KR20140037079A (ko) 태양광 공기 히팅 장치
CN102297486B (zh) 无源提取浅层地能调节机房温度的方法及装置
GB2507266A (en) Ventilation system
WO2015087035A1 (en) Passive cooling system for wind tower
FI125078B (fi) Menetelmä ja järjestely matalaenergialähteen käyttämiseksi käyttötilan ilman lämpötilan säätelemiseen
US20050103327A1 (en) Passive energy saving system for a building
Rocamora et al. Aspects of PV/T solar system application for ventilation needs in greenhouses
CN113432311A (zh) 一种温室太阳能集热系统及方法
US20150308717A1 (en) Improved Element for Processing Solar Radiation, and a Sun Tracker and a Solar Farm Equipped with Such an Element
WO2013183002A2 (en) System and method of cooling of photovoltaic panel and method of installation of system
KR20130043303A (ko) 태양열과 연돌 효과를 이용한 풍력발전
Dannemand et al. Performance of a solar heating system with photovoltaic thermal hybrid collectors and heat pump
CN102709375A (zh) 一种太阳能电池板无源降温系统
CN109827340A (zh) 一种太阳能热风热水两用系统以及智能控制办法
SK6928Y1 (sk) Systém a spôsob chladenia fotovoltického panela
RU2810849C1 (ru) Конвекционная воздушно-солнечная энергетическая установка
Tonui et al. Ventilation benefit accrued from PV module installed in building
US20100051020A1 (en) Solar absorber fence system
FI127176B (fi) Lämmönsiirtojärjestelmä
CN202101350U (zh) 无源提取浅层地能调节机房温度的装置