[go: up one dir, main page]

RU2733921C1 - Способ и устройство стабилизации температурного режима фотоэлектрического модуля - Google Patents

Способ и устройство стабилизации температурного режима фотоэлектрического модуля Download PDF

Info

Publication number
RU2733921C1
RU2733921C1 RU2019142598A RU2019142598A RU2733921C1 RU 2733921 C1 RU2733921 C1 RU 2733921C1 RU 2019142598 A RU2019142598 A RU 2019142598A RU 2019142598 A RU2019142598 A RU 2019142598A RU 2733921 C1 RU2733921 C1 RU 2733921C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
heat
temperature
photoelectric
converters
photovoltaic
Prior art date
Application number
RU2019142598A
Other languages
English (en)
Inventor
Игорь Аркадьевич Антышев
Евгений Михалович Болотин
Юрий Константинович Иванов
Татьяна Николаевна Новикова
Алексей Николаевич Федоров
Original Assignee
федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Национальный исследовательский университет "МЭИ" (ФГБОУ ВО "НИУ "МЭИ")
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 федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Национальный исследовательский университет "МЭИ" (ФГБОУ ВО "НИУ "МЭИ") filed Critical федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Национальный исследовательский университет "МЭИ" (ФГБОУ ВО "НИУ "МЭИ")
Priority to RU2019142598A priority Critical patent/RU2733921C1/ru
Application granted granted Critical
Publication of RU2733921C1 publication Critical patent/RU2733921C1/ru

Links

Images

Classifications

    • HELECTRICITY
    • H10SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10FINORGANIC SEMICONDUCTOR DEVICES SENSITIVE TO INFRARED RADIATION, LIGHT, ELECTROMAGNETIC RADIATION OF SHORTER WAVELENGTH OR CORPUSCULAR RADIATION
    • H10F77/00Constructional details of devices covered by this subclass
    • H10F77/60Arrangements for cooling, heating, ventilating or compensating for temperature fluctuations
    • H10F77/63Arrangements for cooling directly associated or integrated with photovoltaic cells, e.g. heat sinks directly associated with the photovoltaic cells or integrated Peltier elements for active cooling
    • H10F77/68Arrangements for cooling directly associated or integrated with photovoltaic cells, e.g. heat sinks directly associated with the photovoltaic cells or integrated Peltier elements for active cooling using gaseous or liquid coolants, e.g. air flow ventilation or water circulation
    • YGENERAL 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
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02EREDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E10/00Energy generation through renewable energy sources
    • Y02E10/50Photovoltaic [PV] energy

Landscapes

  • Photovoltaic Devices (AREA)

Abstract

Изобретение относится к области концентраторных солнечных фотоэлектрических преобразователей, применяемых на гелиоэнергетических установках. Предлагается способ стабилизации температурного режима фотоэлектрического модуля, воспринимающего солнечное излучение фотоэлектрическими преобразователями, подачей теплоносителя на теплообменник и отводом теплоты от фотоэлектрических преобразователей, согласно изобретению расходом теплоносителя управляют по температуре фотоэлектрических преобразователей, при этом температурный сигнал управления расходом теплоносителя снимают непосредственно с теплоотдающей поверхности фотоэлектрических преобразователей и передают на исполнительный механизм регулирования расхода теплоносителя. Также предложено устройство стабилизации температурного режима фотоэлектрического модуля. Технической задачей предлагаемого изобретения является обеспечение стабилизации температурного режима работы фотоэлектрических преобразователей солнечного излучения, повышение их надежности и срока службы. 2 н. и 1 з.п. ф-лы, 3 ил.

Description

Изобретение относится к области концентраторных солнечных фотоэлектрических преобразователей, применяемых на гелиоэнергетических установках.
Фотоэлектрическое преобразование концентрированного солнечного излучения с использованием оптических концентраторов в многокаскадных солнечных элементах является одним из вариантов получения электроэнергии. Оптические концентраторы обеспечивают высокую степень концентрации солнечного излучения, приводят к увеличению КПД преобразователя и уменьшают площадь солнечных элементов. Выбор фотоэлементов и обеспечение их температурного режима позволяет обеспечить высокий КПД фотоэлектрических преобразователей солнечного излучения. Отсутствие стабильного рабочего температурного режима приводит к отклонениям режимных параметров в гелиоэнергетических установках и, соответственно, к падению КПД установок.
Так, максимальную мощность фотоэлемента определяют при солнечной радиации близкой к максимуму 1000 Вт/м при температуре поверхности фотоэлемента +25°С, но при превышении температуры на 1 градус выше стандартной (+25°С) мощность снижается ~ на 0,48% (это ~ 0,002 в/град одного элемента). Если учесть гарантированный изготовителем рабочий температурный диапазон фотоэлемента -50°С ÷ +90°С, то потери мощности составляют ~ 30%.
Несмотря на то, что при температуре ниже +25°С выработка энергии может быть и номинально больше максимальной на те же 0,48%, но при
снижении температуры окружающей среды ниже -0°С к -40°С проявляются другие условия работы, приводящие опять к потере мощности установки.
Известен фотоэлектрический модуль (пат РФ №2395136; МКИ H01L 31/04; 15.06.2009; опубл. 20.07.2010 Бюл. №20), включающий боковые стенки, фронтальную панель с линзами Френеля на внутренней стороне, светопрозрачную тыльную панель с солнечными элементами, снабженными теплоотводящими основаниями.
Недостатком является отсутствие термостабилизации фотоэлектрического модуля, при этом значительная часть солнечной энергии не преобразованная в электрическую, превращается в тепло, которое от фотоэлементов передается теплоотводящим основаниям и рассеивается в окружающей среде.
Известна фотовольтаическая система, (пат.Японии 2006 183933А, 13.07.2006 JP) с плоскими фотовольтаическими элементами с нижней стороны, которые содержат охлаждающую батарею, вырабатывающую нагретую воду подаваемую потребителю тепла.
Недостатком является неуправляемый съем тепла от термоэлектрических преобразователей, что не обеспечивает стабильность работы фотовольтаической системы при выработке электромагнитной энергии.
Наиболее близким техническим решением - аналогом является фотовольтаическое устройство (пат. РФ №2462789, МКИ H01L 31/058, 01.07.2009 Бюл.№27), включающее фотовольтаические элементы, при этом под каждым фотоэлектрическим элементом расположена охлаждающая батарея, посредством которой снимаемый тепловой поток передается потребителю тепла.
Недостатком устройства - прототипа является относительно высокая температура, поддерживаемая первым тепловым насосом +60°С (+70°С), что близко к верхнему пределу рабочего температурного режима термоэлемента
и сложность системы использования тепла на теплоснабжение и (или) выработку электроэнергии.
Кроме того, в известном изобретении система охлаждения фотоэлементов не обеспечивает стабильность режимных параметров. Это приводит к тому, что при температурах ниже 0°С окружающей среды, температурный режим не поддерживается, а при температурах выше +25°С теплоотвод от фотоэлементов не регулируется. При температуре выше +90°С окружающей среды фотоэлектрический модуль прекращает работу, отключается.
Технической задачей предлагаемого технического решения, является разработка системы стабилизации температурного режима работы фотоэлектрических преобразователей солнечного излучения, повышение их надежности и срока службы.
Поставленная задача в части способа решается тем, что в известном способе стабилизации температурного режима фотоэлектрического модуля, воспринимающего солнечное излучение фотоэлектрическими преобразователями, подачей теплоносителя на теплообменник и отвода теплоты от фотоэлектрических преобразователей, согласно изобретению, расходом теплоносителя управляют по температуре фотоэлектрических преобразователей, при этом температурный сигнал управления расходом теплоносителя снимают непосредственно с теплоотдающей поверхности фотоэлектрических преобразователей и передают на исполнительный механизм регулирования расхода теплоносителя.
Поставленная задача в части устройства решается тем, что в известном устройстве стабилизации температурного режима фотоэлектрического модуля, содержащем фотоэлектрический модуль, фотоэлектрические преобразователи которого установлены на теплоотводящей поверхности теплообменника, согласно изобретению, термочувствительный элемент стабилизации температурного режима расположен на внутренней, оребренной поверхности теплообменника, на охлаждаемой стороне
фотоэлектрических преобразователей фотоэлектрического модуля и соединен рычажным механизмом с клапаном регулятора расхода теплоносителя, который установлен на входе в теплообменник.
Кроме того, фотоэлектрические преобразователи с различными спектральными характеристиками расположены на охлаждаемой стороне фотоэлектичсских преобразователей на раздельных теплообменниках с теплоотводящими основаниями, расположенными в одной плоскости, при этом клапан регулятора расхода теплоносителя связан с термочувствительным элементом на данном фотоэлектрическом преобразователе независимо от другого фотоэлектрического преобразователя.
Заявляемые способ и устройство стабилизации температурного режима фотоэлектрического модуля поясняются рисунками: на фиг. 1 представлено поперечное сечение фотоэлектрического модуля с установленным на нем устройством термостабилизации фотоэлектрических преобразователей;
на фиг. 2 показано поперечное сечение устройства охлаждения с термочувствительным элементом, установленным в теплообменнике и регулирующим устройством, расположенным вне канала;
на фиг. 3 изображено поперечное сечение параллельно работающих устройств охлаждения фотоэлектрических преобразователей с различными спектральными характеристиками, расположенными на отдельных теплоотводящих основаниях.
На фиг. 1 показана система регулирования температуры фотоэлектрических преобразователей 1, установленных на теплоотводящей поверхности теплообменника 4, на внутренней стороне которого установлен термочувствительный элемент 2. Термочувствительный элемент 2 связан рычажным приводом и опорой 3 с клапаном регулятора расхода теплоносителя, которые установлены на внутренней поверхности теплообменника 4. Теплообменник 4 закреплен на корпусе
фотоэлектрического модуля 5. Трубопроводы 6 и 7 служат для ввода и вывода теплоносителя из теплообменника 4. На внутренней поверхности теплообменника 4 установлены ребра 8, направляющие потоки теплоносителя. На подающем трубопроводе 6 установлен клапан 9, регулирующий расход теплоносителя.
На фиг. 2 показана система регулирования температуры фотоэлектрических преобразователей 1 с гидравлическим приводом от термочувствительного элемента 10, установленного на внутренней поверхности теплообменника 4 с оребрением 8 на стороне фотоэлектрических преобразователей 1. Термочувствительный элемент 10 связан с регулирующим клапаном 11 импульсной трубкой 12. Регулирующий клапан 11 установлен на подающем трубопроводе 6 теплообменника 4.
На фиг. 3 показана раздельная система регулирования температуры фотоэлектрических преобразователей 1 с различными спектральными характеристиками, клапанами 9. При этом фотоэлектрические преобразователи 1 расположены на теплообменниках 4, в которых расположены термочуствительные элементы 2, связанные приводами 13 с регулирующими клапанами 9. Теплообменники 4 с установленными на них трубопроводами подачи 6 и отвода 7 теплоносителя разделены перегородками 14.
Регулирование температуры фотоэлектрических преобразователей 1 (фиг. 1) производит блок регулирования, содержащий термочувствительный элемент 2 и рычажный привод 3 с клапаном 9. Термочувствительный элемент 2, рычажный привод с опорой 3 и клапан 9 установлены внутри корпуса теплообменника 4 выполняющего роль теплоотводящей опоры фотоэлектрических преобразователей 1. Теплообменник 4 закреплен на корпусе фотоэлектрического модуля 5 на тыльной стороне фотоэлектрических преобразователей 1.
Изменение температуры фотоэлектрических преобразователей 1 (фиг. 1) воздействует на термочувствительный элемент 2, который приводит
к действию рычажный привод 3, связанный с клапаном 9, влияющим на расход охлаждающей жидкости, пропускаемой через теплообменник 4. Таким образом, регулируя расход охлаждающей жидкости, устройство обеспечивает поддержание оптимального рабочего температурного уровня фотоэлектрических преобразователей 1.
При технологической необходимости клапан 9 может быть установлен на выводе 7 теплоносителя. Для повышения эффективности системы регулирования температуры фотоэлектрических преобразователей 1 и условий теплосъема теплоотводящая поверхность 8 теплообменника 4, закрепленного на корпусе фотоэлектрического модуля 5, выполнена в виде оребренных по направлению движения теплоносителя каналов.
На фиг. 2 показана система регулирования температуры фотоэлектрических преобразователей 1 с регулирующим клапаном 11 с гидравлическим приводом от термочувствительного элемента 10, установленного на теплоотводящей оребренной или иной формы поверхности 8 теплоотводящего основания фотоэлектрических преобразователей 1 в теплообменнике 4. Импульсная трубка 12 от термочувствительного элемента 10 выведена из корпуса теплообменника 4 наружу к месту установки регулирующего клапана 11. Регулирующий клапан 11 с гидравлическим приводом установлен на внешнем участке трубы 6 подводящей теплоноситель к теплообменнику 4, на поверхности которого закреплены фотоэлектрические преобразователи 1.
На фиг. 3 показаны разделенные системы регулирования рабочей температуры участков фотоэлектрических преобразователей 1 с различными спектральными характеристиками.
Фотоэлектрические преобразователи 1 расположены на теплоотводящих основаниях теплообменников 4, установленных на корпусе фотоэлектрического модуля 5. От термочувствительных элементов 2 приводами 13 усилие передается на клапана 9, исполнительного механизма регулятора температуры 2 теплообменников 4. Теплообменники 4
обеспечивают оптимальный температурный режим каждого фотоэлектрического преобразователя 1 независимо от другого. Отдельное регулирование рабочей температуры каждого фотоэлектрического преобразователя 1, соответствующего участка солнечного спектра позволяет за счет стабилизации их рабочей температуры обеспечить оптимальную работу всего фотоэлектрического модуля.
Распределение охлаждающей среды и выравнивание температурного поля по поверхности фотоэлектрического преобразователя 1 осуществляется выбором формы и площади поверхности теплосъема в теплообменнике 4. Форма внутренней охлаждающей поверхности 8 теплообменника 4 может быть выбрана таким образом, чтобы распределением потока теплоносителя выровнять условия работы каждого участка фотоэлектрического преобразователя 1 и равномерно распределить теплосъем по всему модулю 5.
При установке общего регулятора расхода охладителя термочувствительный элемент 2 устанавливают в точке с более высокой температурой и на элементе с наибольшей температурной зависимостью. При раздельном охлаждении фотоэлектрических преобразователей 1 точка установки термочувствительного элемента 2 и точки подачи и отвода теплоносителя определяется для каждого типа фотоэлектрических преобразователей 1 отдельно.
Место установки термочувствительного элемента 2 на поверхности фотоэлектрических преобразователей 1 выбирается исходя из условий теплосъема в данной установке. Для улучшения условий теплосъема выбирают теплоотводящие поверхности 8, обеспечивающие распределение потока теплоносителя в наиболее труднодоступные участки теплообменника.
Предлагаемый способ и устройство термостабилизации фотоэлектрических преобразователей с различными спектральными характеристиками, воспринимающими различные участки солнечного спектра, приводит к сглаживанию неравномерности температурного режима
работы фотоэлектрических преобразователей и повышает их надежность и срок службы и позволит более эффективно использовать установленные фотоэлектрические преобразователи. В предлагаемом устройстве тепловая энергия, полученная в системе стабилизации температурного режима фотоэлектрического модуля может быть дополнительно использована. Система дополнительного и, в том числе, раздельного охлаждения фотоэлектрических преобразователей позволит увеличить КПД и их срок службы. При этом упрощается технология изготовления, обеспечивается стабильность работы фотоэлектрического модуля и повышается эффективность работы при снижении стоимости изготовления и эксплуатации.

Claims (3)

1. Способ стабилизации температурного режима фотоэлектрического модуля, воспринимающего солнечное излучение фотоэлектрическими преобразователями, подачей теплоносителя на теплообменник и отводом теплоты от фотоэлектрических преобразователей, отличающийся тем, что расходом теплоносителя управляют по температуре фотоэлектрических преобразователей, при этом температурный сигнал управления расходом теплоносителя снимают непосредственно с теплоотдающей поверхности фотоэлектрических преобразователей и передают на исполнительный механизм регулирования расхода теплоносителя.
2. Устройство стабилизации температурного режима фотоэлектрического модуля содержит фотоэлектрический модуль, фотоэлектрические преобразователи которого установлены на теплоотводящей поверхности теплообменника, отличающееся тем, что термочувствительный элемент стабилизации температурного режима расположен на внутренней, оребренной поверхности теплообменника, на охлаждаемой стороне фотоэлектрических преобразователей фотоэлектрического модуля и соединен рычажным механизмом с клапаном регулятора расхода теплоносителя, который установлен на входе в теплообменник.
3. Устройство по п. 2, отличающееся тем, что фотоэлектрические преобразователи с различными спектральными характеристиками расположены на раздельных теплообменниках с теплоотводящими основаниями, расположенными в одной плоскости, при этом клапан регулятора расхода теплоносителя связан с термочувствительным элементом на данном фотоэлектрическом преобразователе независимо от другого фотоэлектрического преобразователя.
RU2019142598A 2019-12-19 2019-12-19 Способ и устройство стабилизации температурного режима фотоэлектрического модуля RU2733921C1 (ru)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2019142598A RU2733921C1 (ru) 2019-12-19 2019-12-19 Способ и устройство стабилизации температурного режима фотоэлектрического модуля

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2019142598A RU2733921C1 (ru) 2019-12-19 2019-12-19 Способ и устройство стабилизации температурного режима фотоэлектрического модуля

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2733921C1 true RU2733921C1 (ru) 2020-10-08

Family

ID=72926814

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2019142598A RU2733921C1 (ru) 2019-12-19 2019-12-19 Способ и устройство стабилизации температурного режима фотоэлектрического модуля

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2733921C1 (ru)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2791856C1 (ru) * 2022-07-11 2023-03-14 федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Национальный исследовательский университет "МЭИ" (ФГБОУ ВО "НИУ "МЭИ") Способ и устройство стабилизации температурного режима фотоэлектрических преобразователей

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20090080322A (ko) * 2008-01-21 2009-07-24 미래에너지기술(주) 태양전지 방열 냉각시트
RU2462789C1 (ru) * 2008-07-02 2012-09-27 МИТТЛЕР Дориан Фотовольтаическое устройство
RU163841U1 (ru) * 2015-08-12 2016-08-10 Государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования Московской области "Университет "Дубна" (Государственный университет "Дубна") Охлаждаемый фотоэнергетический модуль с концентратором солнечного излучения
CN107749431A (zh) * 2017-10-20 2018-03-02 上海交通大学 复合相变材料辅助的光伏电池组件

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20090080322A (ko) * 2008-01-21 2009-07-24 미래에너지기술(주) 태양전지 방열 냉각시트
RU2462789C1 (ru) * 2008-07-02 2012-09-27 МИТТЛЕР Дориан Фотовольтаическое устройство
RU163841U1 (ru) * 2015-08-12 2016-08-10 Государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования Московской области "Университет "Дубна" (Государственный университет "Дубна") Охлаждаемый фотоэнергетический модуль с концентратором солнечного излучения
CN107749431A (zh) * 2017-10-20 2018-03-02 上海交通大学 复合相变材料辅助的光伏电池组件

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2791856C1 (ru) * 2022-07-11 2023-03-14 федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Национальный исследовательский университет "МЭИ" (ФГБОУ ВО "НИУ "МЭИ") Способ и устройство стабилизации температурного режима фотоэлектрических преобразователей

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Grubišić-Čabo et al. Photovoltaic panels: A review of the cooling techniques
TWI489070B (zh) 半導體應用裝置藉自然蓄溫體均溫系統
Hong et al. Development of two-phase flow microchannel heat sink applied to solar-tracking high-concentration photovoltaic thermal hybrid system
US20170241671A1 (en) System and method for harvesting solar thermal energy
TWI615085B (zh) 半導體熱損藉自然蓄溫體均溫儲熱系統
CN102647122B (zh) 太阳能光伏-温差自动控温联合发电装置
US6630622B2 (en) Combined solar electric power and liquid heat transfer collector panel
MA30974B1 (fr) Dispositif d'alimentation de milieu chauffant, dispositif de generation d'electricite et de chaleur solaire et procede de commande des dispositifs
CN112688592B (zh) 一种用于高昼夜温差环境下的不间断光伏发电系统
JP2015156802A (ja) 無動力冷却型太陽電池板
CN112737079B (zh) 光伏与半导体温差联合发电系统
EP2488006B1 (en) Temperature equalization apparatus jetting fluid for thermal conduction used in electrical equipment
KR101784989B1 (ko) 태양열 집열기를 이용한 열전발전 시스템
CN102445010A (zh) 集热系统的温度控制方法及装置
RU2733921C1 (ru) Способ и устройство стабилизации температурного режима фотоэлектрического модуля
DK2795199T3 (en) Heat Supply System and heat supply process
US20090316361A1 (en) Method and apparatus for controlling the output of solar arrays
JP5626323B2 (ja) 太陽光熱ハイブリッドパネル及びソーラーシステム
KR101651651B1 (ko) 태양전지 패널 냉각 시스템
KR101512840B1 (ko) 다기능 고효율 태양광 발전 시스템
KR101078138B1 (ko) 태양전지에서의 복합 에너지 변환 시스템 및 이를 이용한 에너지 변환방법
RU2805383C9 (ru) Способ и устройство стабилизации температурного режима фото-термоэлектрического модуля
RU2805383C1 (ru) Способ и устройство стабилизации температурного режима фото-термоэлектрического модуля
RU2791856C1 (ru) Способ и устройство стабилизации температурного режима фотоэлектрических преобразователей
NL2033272B1 (en) An industrial scale power plant, a system including an industrial scale power plant and one or more appliances, a convection oven, and a hot and cold thermal oil supply method