SU851012A1

SU851012A1 - Комбинированный коллектор солнечногоизлучЕНи

Info

Publication number: SU851012A1
Application number: SU792839599A
Authority: SU
Inventors: Марк Михайлович Колтун; Виктор Петрович Матвеев; Ирина Петровна Гаврилова
Original assignee: Предприятие П/Я А-1813
Priority date: 1979-11-05
Filing date: 1979-11-05
Publication date: 1981-07-30

Description

Изобретение относится к преобразователям солнечной энергии в тепловую и электрическую , а именно к конструкциям коллекторов солнечного излучения. . 5

Известен комбинированный коллектор солнечного излучения, содержащий трубопровод с теплоносителем, контактирующий с теплопоглощающим _jft элементом, на котором установлены ¹⁰ фотоэлементы, и два последовательно расположенных светопрозрачных ограждения, образующих между собой и с теплопоглощающим элементом полости [ή.

Недостатком известного коллектора 15 является высокий уровень теплопотерь, связанных с теплопроводностью, конвекцией через воздух и излучением.

Цель изобретения - снижение теплопотерь и улучшение выходных харак- 20 теристик коллектора при размещении его в фокусе концентратора.

Поставленная цель достигается тем, что полость между ограждениями вакуумирована, а другая полость запол- 25 йена прозрачной теплоаккумулирующей, химически нейтральной жидкостью.

При размещении коллектора в фокусе концентратора теплопоглощающий эле- 30 мент и ограждения установлены концентрично трубопроводу.

На фиг. 1 изображен плоский комбинированный коллектор солнечного излучения; на фиг. 2 - комбинированный коллектор, расположенный в фокусе концен тратора.

Коллектор содержит трубопровод 1 с теплоносителем, контактирующий с теплопоглощающим элементом 2, на котором установлены.фотоэлементы 3, и два последовательно расположенных светопро.зрачных ограждения 4 и 5, образующих между собой и с теплопоглощающим элементом 2 соответственно полости 6 и 7. Полость 6 между ограждениями 4 и 5 вакуумирована, а другая полость 7 заполнена прозрачной теплоаккумулирующей, химически нейтральной жидкостью.

При выполнении коллектора плоским все его элементы устанавливаются в корпусе 8 (фиг. 1).

При размещении коллектора в фокусе концентратора 9 (фиг. 2) теплопоглощающий элемент 2 и ограждения 4 и 5 устанавливаются концентрично трубопроводу 1.

В коллекторе используются фотоэлементы с низкой излучательной способ851012 ^ностью (£<0,25). Промежутки между фотоэлементами имеют селективное по крытие с высокой поглощательной и низкой излучательной способностью. Ограждение 4 имеет селективное покрытие на внешней стороне,которое обладает высоким коэффициентом пропускания солнечного излучения(Т_с>0,8)и£<0,25. Такое покрытие может быть выполнено на основе смеси окислов индия и олова. Полость 7 может быть, заполнена полиметилсилоксановой жидкостью марки ПМС-10 или кремнийорганической жидкостью. Другим вариантом выполнения коллектора является ти 7 инертным газом рование.

Для эффективного кого преобразования заполнение полосили ее вакуумифотоэлектричесэнергии в условиях концентрированного солнечного потока необходимо использовать фотоэлементы с низким последовательным 20 сопротивлением (R<0,3 Ом. см?). По верхность полупроводниковых, например кремниевых фотоэлементов или фотоэлементов из арсенида галлия при глубине залегания р-η-перехода,большей или равной 1,5 мкм обладает необходимой для теплового преобразования энергии селективностью оптических свойств: для нее характерны высокая поглощательная способность (Лс^О ,9- __

0,94) в области солнечного спектра и низкая излучательная способность (6^0,19-0,24), при этом фотоэлементы с такой глубиной залегания р-п-перехода имеют низкое последовательное сопротивление. Селективное покрытие сД_с70,9 и £<0,1 должно быть нанесено на поверхность фотоэлементов в случае, когда глубина залегания p-η-перехода меньше 1,5 мкм,поскольку без покрытия у таких·элементов излуча- 40 тельная способность слишком высока и составляет 0,4 - 0,6. Селективное покрытие, составной частью которого является тонкий металлический слой, образует омический контакт с поверхностью полупроводника,что обеспечивает низкое последовательное сопротивление фотоэлемента при глубине залегания p-η-перехода, меньшей 1,5 мкм. Поскольку у таких покрытий коэффици- «_ ент пропускания солнечного излучения * составляет приблизительно 0,8,это при водит к некоторому снижению выходной мощности фотоэлементов. Однако излучение, поглощенное в самом покрытие •не теряется, а преобразуется в тепло- ** вую энергию.

Таким образом, при использовании фотоэлементов с селективными покрытиями некоторое ухудшение электрических характеристик комбинированного^ коллектора компенсируется повышением КПД теплового преобразования энергии.

В комбинированном коллекторе возможно использование гибких фотоэлементов на основе тонких пленок.

Основным назначением селективного покрытия на ограждении 4, выполненном например, из стекла, является снижение излучательных потерь. Небольшой нагрев этого покрытия, вызываемый поглощением излучения, приводит к снижению интенсивности теплопередачи между поверхностью фотоэлементов и поверхностью стекла, что обеспечивает дополнительное снижение тепловых потерь.

Коллектор работает следующим образом.

Солнечное излучение, проходящее Через ограждения 4 и 5, поглощается фотоэлементами 3. Часть энергии, поглощенной фотоэлементами, преобразуется в электричество, другая частьв тепло и передается теплоносителю. Излучение, поглощенное непосредственно теплопоглощающим элементом 2, полностью превращается в тепло и также отводится из коллектора с помощью теплоносителя._ф

Создание вакуумированной прослойки, селективных поверхностей и заполнение коллектора жидкостью (или инертным газом) позволяет снизить тепловые потери и увеличить аккумулирующую способность коллектора сохранять тепло в условиях переменной солнечной освещенности.

Claims

Изобретение относитс к преобразовател м солнечной энергии в тепловую и электрическую , а именно к конструкци м коллекторов солнечного излучени . Известен комбинированный коллектор солнечного излучени , содержащий трубопровод с теплоносителем, контактирующий с теплопоглощающим элементом, на котором установлены фотоэлементы, и два последовательно расположенных светопрозрачных ограж дени , образующих между собой и с теплопоглощающим элементом полости Недостатком известного коллектор вл етс высокий уровень теплопотерь св занных с теплопроводностью, конвекцией через воздух и излучением. Цепь изобретени - снижение теплопотерь и улучшение выходных харак теристик коллектора при размещении его в фокусе концентратора. Поставленна цель достигаетс те что полость между ограждени ми вакуумирована , а друга полость запол нена прозрачной теплоаккумулирующей химически нейтральной жидкостью. При размещении коллектора в фоку концентратора теплопоглощающий элемент и ограждени установлены концентрично трубопроводу. На фиг. 1 изображен плоский комбинированный коллектор солнечного излучени ,- на фиг. 2 - комбинированный коллектор, расположенный в фокусе концен тратора. Коллектор содержит трубопровод 1 с теплоносителем, контактирующий с теплопоглощаювщм элементом 2, на коTQpoM установлены.фотоэлементы 3, и два последовательно расположенных светопрозрачных ограждени 4 и 5, об-, разующих между собой и с тегшопоглощающим элементом 2 соответственно полости б и 7. Полость б между ограждени ми 4 и 5 вакуумирована, а друга полость 7 заполнена прозрачной теплоаккумулирующей, химически нейтральной жидкостью. При выполнении коллектора плоским fice его элементы устанавливаютс в корпусе 8 (фиг. 1). При размещении коллектора в Дюкусе концентратора 9 (фиг. 2) теплопоглощающий элемент 2 и ограждени 4 и 5 устанавливаютс концентрично трубопроводу 1. В коллекторе используютс фотоэлементы с низкой излучательной способ;ностью ,25). Промежутки между фотоэлементами имеют селективное покрытие с высокой поглощательной и низкой иэлучательной способностью. Ограждение 4 имеет селективное покры -тие на внешней стороне,которое облад ет высоким коэффициентом пропускани солнечного излучени 1Тс 0, ,25 Такое покрытие может быть выполнено на основе смеси окислов инди и олова . Полость 7 может быть, заполнена полиметилсилоксановой жидкостью марк ПМС-10 или кремнийорганической жидкостью . Другим вариантом выполнени коллектора вл етс заполнение полости 7 инертным газом или ее вакуумирование . Дл эффективного фотоэлектрического преобразовани энергии в услови х концентрированного солнечного потока необходимо использовать фотоэлементы с низким последовательным сопротивлением ,3 Ом. см) . Поверхность полупроводниковых, например кремниевых фотоэлементов или фотоэлементов из арсенида галли при .глубине залегани р-п-перехода,большей или равной 1,5 мкм обладает необ ходимой дл теплового преобразовани энергии селективностью оптических свойств: дл нее характерны высока погЛощательна способность (Д.,90 ,94) в области солнечного спектра и низка излучательна способность (,19-0,24), при этом фотоэлементы с такой глубиной залегани р-п-пе рехода имеют низкое последовательно сопротивление. Селективное покрытие colj.,9 должно быть нанесено на поверхность фотоэлементов в случае , когда глубина залегани р-п-перехода меньше 1,5 мкм,поскольку без покрыти у такиХ элементов излучательна способность слишком высока и составл ет 0,4 - 0,6. Селективное покрытие, составной частью которого вл етс тонкий металлический слой, образует омический контакт с поверхг ностью полупроводника,что обеспечива ет низкое последовательное сопротивление фотоэлемента при глубине зале гани р-п-перехода, меньшей 1,5 мкм. Поскольку у таких покрытий коэффици ент пропускани солнечного излучени составл ет приблизительно О,8,это пр водит к некоторому снижению выходной мощности фотоэлементов. Однако излучение , поглощенное в самом покрытии не тер етс , а преобразуетс в тепло вую энергию. Таким образом, при использовании фотоэлементов с селективными покрыти ми некоторое ухудшение электрических характеристик комбинированног коллектора компенсируетс повышением КПД теплового преобразовани энергии в комбинированном коллекторе возможно использование гибких фотоэлементов на основе тонких пленок. Основным назначением селективного покрыти на ограждении 4, выполненном, например, из стекла, вл етс снижение излучательных потерь. Небольшой нагрев этого покрыти , называемый поглощением излучени , приводит к снижению интенсивности теплопередачи между поверхностью фотоэлементов и поверхностью стекла, что обеспечивает дополнительное снижение тепловых потерь. Коллектор работает следующим образом . Солнечное излучение, проход щее Через ограждени 4 и 5, поглощаетс фотоэлементами 3. Часть энергии, поглощенной фотоэлементами, преобразуетс в электричество, друга частьв тепло и передаетс теплоносителю. Излучение, поглощенное непосредственно теплопоглощающим элементом 2, полностью превращаетс в тепло и также отводитс из коллектора с помощью теплоносител . Создание вакуумированной прослойки , селективных поверхностей и заполнение коллектора жидкостью (или инертным газом) позвол ет снизить тепловые потери и увеличить аккумулирующую способность коллектора сохран ть тепло в услови х переменной солнечной освещенности. Формула изобретени 1.Комбинированный коллектор солнечного излучени , содержащий трубопровод с теплоносителем, контактирующий с теплопоглощающим элементом. На котором установлены фотоэлементы, и два последовательно расположенных светопрозрачных ограждени , образующих между собой и с теплопоглощающим элементом полости, о т л ич а ю щ и и с тем, что, с целью снижени теплопотерь, полость между ограждени ми вакуумирована, а друга полость заполнена прозрачной теплоаккумулирующей , химически нейтральной жидкостью .
2.Коллектор по п. 1, отличающийс тем, что, с целью улучшени выходных характеристик коллектора при размещении его в фокусе концентратора, теплопоглощающий элемент и ограждени установлены концен тричнотрубопроводу. Источники информации, прин тые во внимание при экспертизе 1. Патент США 4137097, кл. Н 01 L 31/04, опублик. 3.0.01.79.