Двосторонній сонячний електротеплогенератор

1. Двосторонній сонячний електротеплогенератор (ДСЕТГ), що містить фотоприймач, перетворювач сонячної енергії та прозору чарунку, який відрізняється тим, що чарунка оснащена світлопрозорим рідинним колектором, розташованим по її периметру, з трубопроводами входу та виходу рідини, двосторонніми фотоприймачами, розташованими у міделевому перерізі чарунки, на лицьовому і тильному боках котрих знаходиться двошарове світлоперетворююче покриття. 2. ДСЕТГ за п. 1, який відрізняється тим, що колектор теплоносія має отвори на внутрішній поверхні периметра чарунки, які розташовані поміж фотоприймачами з протилежних боків у міделево U 1 3 Найбільш близьким за технічною сутністю та досягнутим результатом до корисної моделі, що заявляється, є світловий електротеплогенератор СЕТГ [2]. Цей генератор включає прозору чарунку, в котрій розташований теплоносій и фотоприймач, покритий перетворювачем світлової енергії. До недоліків СЕТГ слід віднести зменшення кількості генерованої теплової енергії та неможливість регулювання температури нагрівання теплоносія. Окрім того, до недоліків можна віднести й високу вартість світлоперетворюючого теплоносія та невисоку термо- і фотостабільність. У найближчому аналогу відсутній колектор, який забезпечує рівномірне тепловідведення з фотоприймачів як тильної, так і лицьової поверхні, а також по довжині лінійки ФЕПів. Також у найближчому аналогу застосовано схему ФЕПів лише з однією світлосприймаючою поверхнею. Загальними ознаками найближчого аналога і запропонованого двостороннього сонячного електротеплогенератора (ДСЕТГ) є: - прозора чарунка: - перетворювач світлової енергії; - ФЕПи. Відмінними ознаками запропонованої корисної моделі і найближчого аналога є те, що вона містить: - ФЕПи з двома світлосприймаючими поверхнями; - колектор для рівномірного охолодження фотоелектричної схеми; - тверді фототрансформуючі покриття ФЕПів; - систему регуляції температури теплоносія. Застосування в нашій конструкції ДСЕТГ ФЕПів з двома світлосприймаючими поверхнями, розташованих у міделевому перетині чарунки, забезпечує підсилення генерації електричної і теплової енергії пропорційно до кількості поглиненої енергії. У ДСЕТГ, що заявляється, підтримується оптимальний режим охолодження групи ФЕПів внаслідок того, що колектор забезпечує рівномірну циркуляцію теплоносія зверху й знизу, а також вздовж фотоелектричної схеми , що забезпечує ефективне її охолодження. В запропонованому ДСЕТГ у якості матриці фотоперетворюючого шару використані тверді епоксидні або силіконові плівки. їх застосування забезпечує збільшення прозорості, фотостійкості й розширює діапазон експлуатаційних температур порівняно з традиційними ламінуючими етиленвінілацетатними. Окрім того, знижується вартість перетворювача енергії за рахунок економії високовартісних фототрансформуючих добавок при застосуванні твердого й тонкого покриття замість об'ємного рідинного. Технічний результат досягається в конструкції внаслідок рівномірного охолодження через колектор селективним теплоносієм двосторонньої схеми ФЕПів, який разом з нанесеним на них твердим покриттям зі світлоперетворюючими якостями і прозорою оболонкою (4), утворює єдину оптичну систему. Наявність у конструкції ще однієї системи змійовика-рефлектора дозволяє керувати співвід 55707 4 ношенням тепла й електрики, що виробляється модулем ДСЕТГ. Задачею, на вирішення якої спрямована запропонована модель, є: 1. Підвищення виробництва фотоелектричної і теплової енергії за рахунок збільшення активної площі на тильному боці й забезпечення рівномірності охолодження по перетину і довжині лінійки ФЕПів. 2. Збільшення виробництва теплової енергії та підвищення температури теплоносія за рахунок догрівання рідини поворотним рефлектором. 3. Подовження строку служби модуля за рахунок фото і термостійких матеріалів і додаткового екранування жорсткої ультрафіолетової енергії. 4. Зниження вартості модуля за рахунок зменшення кількості фототрансформуючих компонентів покриття. 5. Підвищення безпечності та надійності роботи ДСЕТГ завдяки введенню поворотного затіняючого козирка. Ця задача вирішується за допомогою ДСЕТГ, що пропонується. Двосторонній сонячний електротеплогенератор (ДСЕТГ), що містить фотоприймач, перетворювач сонячної енергії та прозору чарунку, згідно корисної моделі, чарунка забезпечена світлопрозорим рідинним колектором, розташованим по її периметру, з трубопроводами входу та виходу рідини; двосторонніми фотоприймачами, розташованими у міделевому перетині чарунки, на лицьовому й тильному боках яких знаходиться двошарове світлоперетворююче покриття. Колектор теплоносія має отвори на внутрішній поверхні периметру чарунки, які розташовані поміж фотоприймачами з протилежних боків у міделевому перетині чарунки; змійовик, який сполучений з трубопроводом виходу теплоносія з чарунки та розташований у фокусі поворотного циліндричного рефлектора. Двосторонні фотоприймачі з фронтальної та тильної сторін послідовно забезпечені двошаровим світлоперетворюючим покриттям, яке складається з твердого епоксидного або силіконового (100-150 мкм) і рідкого (2-3 10-3 м) шарів. Тверде світлоперетворююче покриття містить фототрансформуючі компоненти, які поглинають випромінювання в діапазоні 350-550 нм і перевипромінюють його в діапазоні >550 нм; рідкий шар теплоносія, що складається з водних розчинів: багатоатомних спиртів, солей лужних металів, диметилсульфоксиду і розчинених у них компонентів, які поглинають ультрафіолетове випромінювання в діапазоні 300-350 нм та інфрачервоне випромінювання >750 нм і/або >1000 нм. На Фіг. зображена схема ДСЕТГ, що містить патрубок колектора входу холодного (11) та патрубок виходу гарячого теплоносія (12), на якому знаходяться змійовик (10) і поворотний рефлектор (9). Наявність змійовика з поворотним рефлектором у вихідній частині патрубку колектора дає змогу у випадку необхідності догрівати теплоносій, або знижувати його температуру при перегріванні. Догрів теплоносія здійснюється при нижньому положенні у фокусі рефлектора, а охолодження - при 5 55707 верхньому. У цьому положенні рефлектор виконує функцію затіняючого козирка, що є особливо важливим у аварійних ситуаціях і в тих випадках, коли теплова енергія не потрібна. Надходження холодного селективного теплоносія (3) в модульну конструкцію відбувається через розподільні отвори (5), потім він омиває поверхню нагрітих фотоприймачів (1) з усіх боків і рухається найкоротшим шляхом електричної схеми. Далі вже підігрітий теплоносій через розподільчі отвори й патрубок виходу надходить у змійовик, де він додатково нагрівається або охолоджується в залежності від положення рефлектора. 6 У табл. наведені усереднені дані параметрів потужності та вартості фотоелектричних і теплових модулів (пп. 1, 2), а також аналогічні характеристики прототипу (п. 3). Далі надані результати експериментальних випробовувань ДСЕТГ (п. 4). Збільшення виробництва теплової та електричної енергії (верхній рядок п. 4) пов'язане з поглинанням розсіяної світлової енергії, що падає на тильний бік фотоприймачів, а також зі зниженням величини й перепаду температур за перетином та довжиною електричної схеми ФЕПів. Додаткове збільшення кількості генерованого тепла та електрики (нижній рядок п. 4) досягалось застосуванням плаского відзеркалювача. Таблиця Порівняльні характеристики потужності й вартості різних типів сонячних модулів ТИП МОДУЛЯ 1. Електричний(PV) 2. Тепловий (Т) 3. СЕТГ (PVT) 4. ДСЕТГ (PVT) ПИТОМА ПОТУЖНІСТЬ вт/м2 Pмакс.ел. Pмакс.тепл. Pсер.ел. Pсер.тепл. 150 120 800 460 175 770 165 410 200 850 190 450 310× 1463× 295× 780× ВАРТІСТЬ $/BT Терміч. Електрич. 4,66* 6,25** 0,5* 0,6** 0,06* 0,12** 4,00* 4,24** 0,052* 0,10** 3,5* 3,56** 0,034*× 0,06**× 2,41 *× 2,54**× Де, максимальні значення потужності Рмакс.ел. і Рмакс.тепл. - паспортні величини, що визначаються за AM 1,5, а Рсер.ел. і Рсер.тепл. з урахуванням впливу температур та швидкостей руху повітряних мас; * і ** - вартості встановленої потужності модуля, розраховані за паспортними й реальними величинами з урахуванням кліматичних умов; - ДСЕТГ інстальований над пласким рефлектором з коефіцієнтом відбиття 0,9. Результати досліджень (Табл.) дозволяють зробити наступні висновки: 1. Продуктивність електричної і теплової енергії ДСЕТГ без використання відбивача на 15% перевищує продуктивність СЕТГ при одночасному зниженні середньої вартості встановленої потужності на 20%. 2. Приріст електричної й теплової потужності ДСЕТГ, інстальованому над пласким віддзеркалювачем досягає 80% при одночасному зниженні його вартості на 75% у порівнянні з прототипом. Джерела інформації 1. Исачкин А.Ф. Солнечный коллектор. Патент № 2183801 С1.20.04.2002. МПК F24J2/22. 2. Корнаракі О.В., Шляга Л.І. Світловий електротеплогенератор і перетворювач світлової енер гії. Патент № 51573 А. Україна, 15.11.2002. Бюл. № 11. 3. Персиц И.С., Персиц В.Г. Модуль фотоэлектрический. Патент RU №2287207 СІ, 10.11.2006. МПК Н01L31/048. 4. Alferov Zh.I., Andreev V.М., Zazimko V.L. et al. Photovoltaik module. Patent WO/ 2006/049524, Pub. Date: 11.05.2006. 5. Rosa Clot P., Rosa Clot M., Carrara S. Integrated solar panelfor the combined production of electric energy and hot water. EP20080425100, Pub. Date 03/04/2009. 6. Yang Yang, LI Gang; Photon-conversion materials (PCMS) in polymer solar cell-enchancement efficiency and prevention of degradation. US Patent WO/2007/098021. Pub. Date: 30.08.2007. 7 Комп’ютерна верстка Л. Ціхановська 55707 8 Підписне Тираж 26 прим. Міністерство освіти і науки України Державний департамент інтелектуальної власності, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601