UA44600A - SOLAR FOCUSING THERMOPHOTOELECTRIC COLLECTOR - Google Patents

SOLAR FOCUSING THERMOPHOTOELECTRIC COLLECTOR Download PDF

Info

Publication number
UA44600A
UA44600A UA2001063922A UA200163922A UA44600A UA 44600 A UA44600 A UA 44600A UA 2001063922 A UA2001063922 A UA 2001063922A UA 200163922 A UA200163922 A UA 200163922A UA 44600 A UA44600 A UA 44600A
Authority
UA
Ukraine
Prior art keywords
plates
collector
reflector
heat
transparent coating
Prior art date
Application number
UA2001063922A
Other languages
Russian (ru)
Ukrainian (uk)
Inventor
Валерій Григорович Стародубов
Валерий Григорьевич Стародубов
Михайло Олександрович Фрідман
Михаил Александрович Фридман
Сергій Іванович Бершак
Сергей Иванович Бершак
Володимир Степанович Терещенко
Володимир Григорович Вербицький
Владимир Григорьевич Вербицкий
Володимир Миколайович Волков
Владимир Николаевич Волков
Микола Михайлович Вінніков
Володимир Григорович Литовченко
Владимир Григорьевич Литовченко
Original Assignee
Відкрите Акціонерне Товариство "Запорізький Виробничий Алюмінієвий Комбінат"
Открытое акционерное общество "Запорожский производственный алюминиевый комбинат"
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 Відкрите Акціонерне Товариство "Запорізький Виробничий Алюмінієвий Комбінат", Открытое акционерное общество "Запорожский производственный алюминиевый комбинат" filed Critical Відкрите Акціонерне Товариство "Запорізький Виробничий Алюмінієвий Комбінат"
Priority to UA2001063922A priority Critical patent/UA44600A/en
Publication of UA44600A publication Critical patent/UA44600A/en

Links

Landscapes

  • Photovoltaic Devices (AREA)

Abstract

The proposed focusing heat-photoelectric solar collector contains a casing with transparent coating, and emission receivers in the form of a plate with tubular elements that are positioned in the reflector cavity so that their symmetry planes coincide with the main optical plane of the reflector. The reflector radius is equal to the width of the heat receiver. The emission receiver plates have crimped construction with developed surface. The plate transparent coating is coupled with a photoelectric module that consists of two optical plates with hermetically sealed photoelements of arbitrary form, which are installed between the plates and electrically connected by conductors.

Description

Винахід відноситься до геліотехніки, а саме до нерухомих фокусуючих сонячних колекторів призначених для нагрівання теплоносія, і може бути використане в комбінованих теплофотоелектричних нерухомих енергосистемах.The invention relates to solar technology, namely to stationary focusing solar collectors intended for heating the heat carrier, and can be used in combined thermophotoelectric stationary energy systems.

Відомий фотоелектричний модуль по патенту США 34239555, кл. НОТІ. 31/04, що містить металеву раму, лицьове і тильне силікатні стекла і герметично розташовані між стеклами фотоелектричні елементи.The known photovoltaic module according to US patent 34239555, cl. NOTES 31/04, containing a metal frame, front and back silicate glasses and hermetically located photovoltaic elements between the glasses.

Недоліком цього модуля є те, що у фотоелементах частина енергії сонячного спектра перетворюється в електричну енергію, а інша частина переходить у даремно втрачаєме тепло.The disadvantage of this module is that in photocells, part of the energy of the solar spectrum is converted into electrical energy, and the other part turns into wasted heat.

Найбільш близьким по технічній сутності і результату, що досягається, до пропонованого пристрою й обраним як прототип, є тепловий "Сонячний фокусуючий колектор" по патенту України Мо 31866А, кл. 2492/, що містить корпус зі світлопрозорим покриттям, паралельно розташовані в ньому приймачі випромінювання у виді листотрубних пластин, що розміщені в порожнині відбивача таким чином, що їхньої площини симетрії збігаються з головною оптичною площиною відбивача, при цьому радіус відбивача дорівнює ширині теплоприймача.The thermal "Solar focusing collector" according to the patent of Ukraine Mo 31866А, cl., is the closest in terms of technical essence and the achieved result to the proposed device and chosen as a prototype. 2492/, which contains a case with a transparent coating, radiation receivers in the form of leaf-tube plates placed in the reflector cavity in such a way that their planes of symmetry coincide with the main optical plane of the reflector, and the radius of the reflector is equal to the width of the heat sink.

Недоліком даного прототипу при роботі колектора є те, що теплоприймачи промінювання виконані гладкими листотрубньіми пластинами, що приводить до значної втрати тепла в навколишнє середовище.The disadvantage of this prototype during the operation of the collector is that the radiation heat receivers are made of smooth leaf-tube plates, which leads to a significant loss of heat to the environment.

В основу данного винаходу поставлено задачу підвищення коефіцієнта корисної дії (ККД) колектора за рахунок зміни поверхні приймача випромінювання і за рахунок ефективного перетворення сонячної енергії одночасно в теплову й електричну.The basis of this invention is the task of increasing the efficiency of the collector due to changing the surface of the radiation receiver and due to the effective conversion of solar energy simultaneously into thermal and electrical energy.

Поставлена задача досягається тим, що у відомому фокусуючому колекторі, що містить корпус зі світлопрозорим покриттям, паралельно розміщені в ньому приймачі випромінювання у виді листотрубних пластин, розміщених у порожнині відбивача таким чином, що їхньої площини симетрії збігаються з головною оптичною площиною відбивача, радіус якого дорівнює ширині приймача. Згідно винаходу пластини приймача випромінювання виконані гофрованими з розвитою поверхнею, а світлопрозоре покриття, поєднане з фотоелектричним модулем, складається з пакета двох оптичних плит з герметично ув'язненими між ними з'єднаними струмовідводами фотоелементами довільної форми.The task is achieved by the fact that in a known focusing collector containing a body with a transparent coating, radiation receivers in the form of leaf-tube plates placed in the reflector cavity in such a way that their symmetry planes coincide with the main optical plane of the reflector, the radius of which is equal to width of the receiver. According to the invention, the plates of the radiation receiver are made corrugated with a developed surface, and the transparent coating, combined with the photovoltaic module, consists of a package of two optical plates with photocells of arbitrary shape hermetically imprisoned between them connected by current leads.

На фігурі 1 зображений теплофотоелектричний колектор - вид зверху.Figure 1 shows a thermophotoelectric collector - top view.

На фігурі 2 - перетин по А-А на фіг. 1.Figure 2 shows a section along A-A in fig. 1.

На фігурі З - перетин по Б-Б на фіг.2.Figure C is a cross section along B-B in Fig. 2.

На фігурі 4 - перетин гофрованої теплоприймальної пластини з розвитою поверхнею.Figure 4 shows a section of a corrugated heat-receiving plate with a developed surface.

На фігурі 5 - перетин теплоприймальної пластини з плоскою поверхнею.Figure 5 shows a section of a heat-receiving plate with a flat surface.

Сонячний фокусуючий теплофотоелектричний колектор містить: корпус 1 із двома світлопрозорими покриттями 2,3, між якими герметично укладені фотоелементи 4, паралельно розташовані в ньому листотрубні приймачі випромінювання 5 із зачерненою зовнішньою поверхнею й оптично зв'язані з ним відбивачі б з напівциліндричною поверхнею, труби 7 теплоприймача, які через колекторні труби 8 приєднані відповідно до підводящего і відводящего патрубкам 9, 10.The solar focusing thermophotoelectric collector contains: a body 1 with two transparent coatings 2,3, between which photocells 4 are hermetically placed, leaf-tube radiation receivers 5 with a blackened outer surface and reflectors b with a semi-cylindrical surface optically connected to it, pipes 7 of the heat receiver, which are connected to the inlet and outlet pipes 9, 10 through the collector pipes 8, respectively.

У ролі розвитої поверхні теплоприймача були виготовлені гофровані листотрубні пластини у виді О-образних каналів радіусом 0,5мм, розташованих паралельно один одному уздовж пластин (Фіг. 4).In the role of the developed surface of the heat receiver, corrugated leaf-tube plates were made in the form of O-shaped channels with a radius of 0.5 mm, located parallel to each other along the plates (Fig. 4).

Листотрубні пластини з гофрованою поверхнею були виготовлені з корозійностійкого алюмінієвого сплаву промисловим способом екструзивного лиття, чим і обумовлена товщина листотрубної пластини і радіус гофри.Sheet-and-tube plates with a corrugated surface were made of corrosion-resistant aluminum alloy by the industrial method of extrusion casting, which determines the thickness of the sheet-and-tube plate and the radius of the corrugation.

Порівняльні теплові іспити в натурних умовах сонячних фокусуючих колекторів, прототипу (КСФ-1) і що заявляється (КОСФф-2), проводилися на атестованій стендовій установці, відповідно до затвердженої програми і методиці іспитів у квітні місяці 2001 року в Криму.Comparative thermal tests in field conditions of solar focusing collectors, the prototype (KSF-1) and the proposed one (KOSFf-2), were conducted on a certified bench installation, in accordance with the approved program and test methodology, in April 2001 in Crimea.

Натурні іспити двох колекторів проводилися в однакових умовах: при рівності кута нахилу поверхні колекторів до обрію, однаковій інтенсивності сонячної радіації в площині колекторів, рівній величині витрати теплоносія в колекторах, однаковій температурі води на вході в колектори, рівній температурі навколишнього повітря і швидкості вітру, у те саме час.Field tests of two collectors were carried out under the same conditions: with the same angle of inclination of the surface of the collectors to the horizon, the same intensity of solar radiation in the plane of the collectors, the same flow rate of the coolant in the collectors, the same temperature of the water at the inlet to the collectors, the same temperature of the surrounding air and wind speed, in same time

Випробовувані колектори КСФ-1 і КСф-2 мали однакові між собою технічні характеристики, крім однієї: поверхня теплопоглинальних пластин колектора КСФ-2 була не плоскої, як у колекторі КСОФ-1, а виконана гофрованої у виді розташованих уздовж пластини паралельно один одному О-образних каналів (фіг.4).The tested KSF-1 and KSF-2 collectors had the same technical characteristics, except for one: the surface of the heat-absorbing plates of the KSF-2 collector was not flat, as in the KSF-1 collector, but corrugated in the form of plates located along the plate parallel to each other O- image channels (Fig. 4).

У результаті проведених іспитів були визначені наступні основні теплові характеристики колекторів занесених у таблицю: (Денний ККДколектора,х6 77777711 11116017As a result of the tests, the following main thermal characteristics of the collectors listed in the table were determined: (Daily efficiency of the collector, x6 77777711 11116017

Аналіз отриманих результатів порівняльних натурних теплових іспитів показав, що сонячний колектор КСФ-2 з розвитою гофрованою поверхнею теплоприймача в порівнянні із сонячним колектором КСФ-1 із плоскою поверхнею теплоприймача має на 1595 велику денну теплопродуктивність і на 1095 вище денний ККД.The analysis of the obtained results of the comparative natural thermal tests showed that the KSF-2 solar collector with a developed corrugated surface of the heat receiver compared to the KSF-1 solar collector with a flat surface of the heat receiver has a 1595 higher daily thermal productivity and a 1095 higher daily efficiency.

Це порозумівається тим, що гофрована поверхня у виді О-образних каналів, розташованих паралельно один одному уздовж теплопоглинальної пластини колектора КСФ-2, більш ефективно поглинає сонячне і теплове випромінювання в порівнянні з плоскою поверхнею пластин КСФ-1.This is explained by the fact that the corrugated surface in the form of O-shaped channels, located parallel to each other along the heat-absorbing plate of the KSF-2 collector, absorbs solar and thermal radiation more effectively compared to the flat surface of the KSF-1 plates.

Як фотоелементи використовували кремнієві диски діаметром 100мм і товщиною 400мк виготовлені за відомою технологією.Silicon disks with a diameter of 100 mm and a thickness of 400 μm were used as photocells, manufactured according to known technology.

Теоретичний коефіцієнт (Ктеог) заповнення фотоелементами поверхні світлопрозорої плити колектора визначається по формулі:The theoretical coefficient (Kteog) of filling the surface of the transparent plate of the collector with photocells is determined by the formula:

ЗWITH

К - фотовл. пе Зповерх. її ) де Офотовл. - Загальна площа поверхні фотоелементів;K - photo owner from above her ) where Ofotovl. - Total surface area of photocells;

Оповерх. - --.- ПЛОЩа поверхні оптичного покриття 2Upstairs - --.- Surface area of the optical coating 2

Вожот д (2)Vozhot d (2)

Зо. - ПИТАЙ (3) де т - кількість дисків у горизонтальному ряді покриття п - кількість дисків у вертикальному ряді покриття а - діаметр диска фотоелементаZo. - ASK (3) where t is the number of disks in the horizontal row of the coating, n is the number of disks in the vertical row of the coating, and is the diameter of the photocell disk

Відповідно до формул (1), (2), (3) одержуємо теоретичний коефіцієнт заповнення:According to formulas (1), (2), (3), we obtain the theoretical filling factor:

Ктєор. - 0,785Kteor - 0.785

Реальний коефіцієнт заповнення, що враховує 2-х мм зазори між дисками, дорівнює:The real filling factor, which takes into account the 2-mm gaps between the disks, is equal to:

Креал. ж 0,75, що відповідає 7595 заповнення поверхні оптичного покриття фотоелементами.Creal. and 0.75, which corresponds to 7595 filling of the surface of the optical coating with photocells.

Виготовлений сонячний фокусуючий теплофотоелектричний колектор працює таким чином:The manufactured solar focusing thermophotoelectric collector works as follows:

Фотоелементи перетворюють частину сонячної енергії в електричну. З електричних виводів фотомодуля вироблена електрична енергія надходить до споживача. Інфрачервона складова падаючого сонячного випромінювання безперешкодно проходить через кремнієві фотоелементи й оптичне покриття колектора, потрапляючи на теплоприймач.Photocells convert part of the solar energy into electrical energy. From the electrical terminals of the photomodule, the generated electrical energy is delivered to the consumer. The infrared component of the incident solar radiation passes unhindered through the silicon photocells and the optical coating of the collector, reaching the heat sink.

На листотрубний теплоприймач колектора протягом дня надходить пряме і відбите від дзеркальної алюмінієвої поверхні відбивача наступний спектр випромінювання, а саме: "- сумарне сонячне випромінювання з 2595 площі світлопрозорого покриття; " інфрачервона складова сонячного випромінювання з 7595 площі покриття зайнятого фотоелементами; "- власне теплове випромінювання з усієї площі внутрішньої нагрітої поверхні прозорого покриття З (фіг. 3).During the day, the following spectrum of radiation enters the sheet-tube heat receiver of the collector directly and reflected from the reflective aluminum surface of the reflector, namely: "- total solar radiation from 2,595 square meters of transparent coating; " infrared component of solar radiation from 7,595 square meters of coverage occupied by photocells; "- proper thermal radiation from the entire area of the inner heated surface of the transparent coating C (Fig. 3).

Лабораторні іспити показали, що гофрована розвита поверхня теплоприймача ефективно поглинає перерахований вище спектр випромінювання і нагріває теплоносія, що надходить по трубі приймача, що приділяється з колектора до споживача. При цьому приділяється надлишкове тепло від фотоелектричних елементів, що підвищує їх ККД.Laboratory tests have shown that the corrugated developed surface of the heat sink effectively absorbs the radiation spectrum listed above and heats the coolant coming through the receiver pipe, which is allocated from the collector to the consumer. At the same time, excess heat from photovoltaic elements is allocated, which increases their efficiency.

Сонячний фокусуючий теплофотоелектричний колектор, що виробляє одночасно теплову й електричну енергію, має більш високий ККД, рівний 70905, у порівнянні з ККД, рівним 5095, сонячного фокусуючого колектора і ККД, рівного 10905, фотоелектричного модуля, що працюють у роздільному режимі.The solar focusing thermal PV collector, which produces both heat and electricity at the same time, has a higher efficiency of 70905 compared to the efficiency of 5095 of the solar focusing collector and the efficiency of 10905 of the PV module operating in split mode.

Щільне упакування фотоелементів у виді дисків, що займають 75905 площі оптичного покриття тепло фотоелектричного колектора, відповідає оптимальному співвідношенню одержуваної електричної енергії до тепловий рівний, відповідно, 1:3.Dense packing of photocells in the form of disks occupying 75,905 areas of the optical coverage of the heat of the photovoltaic collector corresponds to the optimal ratio of received electrical energy to thermal energy, respectively, 1:3.

Заявлений пристрій володіє високим ККД, більш простою технологією виготовлення, має підвищену експлуатаційну надійність, більш низьку матеріалоємність у порівнянні з аналогами, що працюють у роздільному режимі. й КОЛЕКТОГ ; ЧОНИННИОЛНННУ ИН, ЧОЛО НО ООН ОО ООН НДО НН НН, гл, Кк Н 2 щ- м Аж й » 9 чсатттлрриннТтнчвниТТнннинииииииииининиьThe proposed device has a high efficiency, simpler manufacturing technology, increased operational reliability, lower material consumption compared to analogs operating in a separate mode. and COLLECTOR; CHONINNYOLNNNU IN, CHOLO NO UNO OO UNO NDO NN NN, hl, Kk H 2 sh- m Azh y » 9 chsatttlrrinnTtnchvnyTTnnniniiiiiiiiiininin

Фіг. 1Fig. 1

Фіг. 2 р-6 2Fig. 2 r-6 2

Тра /Tra /

ЄIS

Claims (1)

Сонячний фокусуючий теплофотоелектричний колектор, що містить корпус зі світлопрозорим покриттям, паралельно розташовані в ньому приймачі випромінювання у вигляді листо-трубних пластин, розміщених у порожнині відбивача таким чином, що їх площини симетрії збігаються з головної оптичною площиною відбивача, при цьому радіус відбивача дорівнює ширині теплоприймача, який відрізняється тим, що пластини приймача випромінювання виконані гофрованими з розвитою поверхнею, а світлопрозоре покриття поєднане з фотоелектричним модулем, складається з пакета двох оптичних плит з герметично розміщеними між ними з'єднаними струмовідводами фотоелементами довільної форми.A solar focusing thermophotoelectric collector containing a case with a transparent coating, radiation receivers in the form of sheet-tube plates placed in the reflector cavity in such a way that their symmetry planes coincide with the main optical plane of the reflector, and the radius of the reflector is equal to the width of the heat receiver are located in parallel in it , which is distinguished by the fact that the plates of the radiation receiver are made of corrugated with a developed surface, and the transparent coating is connected to the photovoltaic module, consists of a package of two optical plates with photocells of arbitrary shape hermetically placed between them connected by current leads.
UA2001063922A 2001-06-11 2001-06-11 SOLAR FOCUSING THERMOPHOTOELECTRIC COLLECTOR UA44600A (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
UA2001063922A UA44600A (en) 2001-06-11 2001-06-11 SOLAR FOCUSING THERMOPHOTOELECTRIC COLLECTOR

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
UA2001063922A UA44600A (en) 2001-06-11 2001-06-11 SOLAR FOCUSING THERMOPHOTOELECTRIC COLLECTOR

Publications (1)

Publication Number Publication Date
UA44600A true UA44600A (en) 2002-02-15

Family

ID=74198080

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
UA2001063922A UA44600A (en) 2001-06-11 2001-06-11 SOLAR FOCUSING THERMOPHOTOELECTRIC COLLECTOR

Country Status (1)

Country Link
UA (1) UA44600A (en)

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Jaaz et al. Design and development of compound parabolic concentrating for photovoltaic solar collector
JP5424889B2 (en) Solar thermoelectric conversion
CA2389277C (en) Solar energy concentrator and converter
US6653551B2 (en) Stationary photovoltaic array module design for solar electric power generation systems
CA2722714C (en) Photovoltaic generator with a spherical imaging lens for use with a paraboloidal solar reflector
AU2008351048B2 (en) Hybrid solar heat power generation device
CN102280511B (en) Dense array concentrating solar energy photovoltaic device
US20240339964A1 (en) Hybrid receiver for concentrated photovoltaic-thermal power systems, and associated methods
UA44600A (en) SOLAR FOCUSING THERMOPHOTOELECTRIC COLLECTOR
CN108011580A (en) A kind of tubulose Condensation photovoltaic battery component and array
CN206237360U (en) A kind of tubulose Condensation photovoltaic battery component and array
WO2010041249A1 (en) High concentration "reverse bulb" solar photovoltaic module
TWI232594B (en) Stationary photovoltaic array module design for solar electric power generation systems
US20080023062A1 (en) Holographic imaging passive tracking solar energy filter, concentrator and converter with PV cell cooling means
RU2194927C1 (en) Solar collector
Rizwan et al. Principles of Solar Energy Concentrators
JPS5837449A (en) Hybrid collector with solar battery and solar heat collecting device
KR200277016Y1 (en) Solar concentrator module
Zhu et al. Multi-Functional Solar Collector Tube with Significantly Enhanced Optical Performance for Improved CPV/T System Output
JPH08128737A (en) Frame type solar energy collector
WO2012125446A2 (en) Solar electrical and thermal generators with curved reflectors