Модуль сонячної батареї

Реферат: Модуль сонячної батареї містить плоску панель сонячних елементів, а також засіб для захисту сонячних елементів від перегрівання, заповнюваний прозорим в робочому діапазоні оптичного спектра рідким теплоносієм. Засіб для захисту від перегрівання сонячних елементів виконано у вигляді оптично прозорої ємності й розташовано перед панеллю сонячних елементів, а рідкий теплоносій має температуру замерзання, нижчу за робочу температуру експлуатації сонячної батареї. UA 109869 U (12) UA 109869 U UA 109869 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 Корисна модель належить до енергетики, зокрема до сонячних батарей з прямим перетворенням сонячної енергії на електричну за допомогою сонячних елементів, а саме до засобів для запобігання перегріву сонячних елементів та підвищення їхньої ефективності. Однією з нагальних проблем сонячної енергетики є низький (зазвичай не більше 18 %) енергетичний коефіцієнт корисної дії (к.к.д.) сучасних фотоелектричних перетворювачів, що складають основу сонячних елементів батареї, а також істотне зниження зазначеного к.к.д. зі збільшенням температури сонячних елементів. Одним зі шляхів запобігання зниження к.к.д. сонячних елементів та батареї в цілому є захист сонячних елементів від. перегрівання, Відомий модуль сонячної батареї, що містить плоску панель сонячних елементів, а також засіб для захисту сонячних елементів від перегрівання, виконаний у вигляді сукупності теплових труб, розташованих перед панеллю сонячних елементів у проміжках між ними [патент США № 5522944, МПК6 H01L31/058, опубл. 04.06.1996]. Недоліком цього модуля є невисока ефективність зниження температури сонячних елементів внаслідок нерівномірності їх охолодження. Крім цього, теплові труби зменшують питому площу сонячних елементів в модулі, а отже й ефективність сонячної батареї. Найближчим до пропонованого технічного рішення є модуль сонячної батареї, що містить плоску панель сонячних елементів, а також засіб для захисту сонячних елементів від перегрівання, заповнюваний прозорим в робочому діапазоні оптичного спектра рідким теплоносієм, при цьому зазначений засіб виконано у вигляді циліндричної трубки, а плоску панель сонячних елементів розташовано всередині неї [патент України № 78483 U, МПК (2006.01) H01L31/058, опубл. 25.03.2013]. На відміну від аналога, що розглянуто, в цьому модулі засіб для захисту сонячних елементів від перегрівання більш ефективний, проте зазначена конструкція модуля має значну матеріалоємність, оскільки плоска панель сонячних елементів розташована всередині циліндричної трубки та з усіх боків контактує з рідким теплоносієм. Крім цього, цей модуль може експлуатуватися лише за наявності та незмінності всіх його конструктивних елементів. В основу корисної моделі поставлено задачу вдосконалити модуль сонячної батареї, у якому нове виконання засобу для захисту сонячних елементів від перегрівання забезпечує зменшення матеріалоємності модуля, а також розширює його експлуатаційні характеристики через можливість демонтажу засобу для захисту сонячних елементів від перегрівання, наприклад, в осінньо-зимовий період експлуатації модуля. Поставлена задача вирішується тим, що в модулі сонячної батареї, що містить плоску панель сонячних елементів, а також засіб для захисту сонячних елементів від перегрівання, заповнюваний прозорим в робочому діапазоні оптичного спектра рідким теплоносієм, згідно з корисною моделлю, новим є те, що засіб для захисту від перегрівання сонячних елементів виконано у вигляді оптично прозорої ємності й розташовано перед панеллю сонячних елементів, а рідкий теплоносій має температуру замерзання нижчу за робочу температуру експлуатації сонячної батареї. У найприйнятніших прикладах виконання модуля задню стінку оптично прозорої ємності утворено панеллю сонячних елементів, а також оптично прозору ємність виконано знімною. Виконання засобу для захисту від перегрівання сонячних елементів у вигляді оптично прозорої ємності з рідиною, розташованої перед панеллю сонячних елементів, забезпечує часткове поглинання теплоносієм теплового потоку від сонця. При цьому сонячні елементи не перегріваються, а отже й забезпечуються їхні більш стабільні експлуатаційні характеристики. Перевагою пропонованої конструкції є факт підвищення к.к.д. унаслідок зниження робочої температури сонячних елементів, незважаючи на додаткові втрати сонячної енергії при відбиванні від поверхонь ємності і втрат в рідині. Це пояснюється спектром поглинання рідини (передусім води), яка поглинає інфрачервоне випромінювання сонячного спектру, саме яке переважно й відповідальне за нагрівання. Застосування рідкого теплоносія з температурою замерзання нижчою за робочу температуру експлуатації сонячної батареї забезпечує можливість застосування модуля за температури навколишнього середовища нижче 0 °C. Найефективнішим для пропонованого модуля є утворення задньої стінки оптично прозорої ємності панеллю сонячних елементів. Це істотно зменшує матеріалоємність модуля і зводить до мінімуму втрати сонячної енергії на відбивання від поверхонь. Проте в цьому разі потрібно забезпечити надійне ущільнення в місці контакту оптично прозорої ємності з панеллю сонячних елементів. Крім цього, ускладнюється процес знімання засобу теплозахисту в несонячний сезон, коли сонячна батарея не перегрівається. Виконання оптично прозорої ємності знімною усуває цей недолік, а крім того забезпечує можливість прибирання оптично прозорої ємності взагалі в разі недостатньо інтенсивного світлового потоку (наприклад в осінньо-зимовий період експлуатації модуля). 1 UA 109869 U 5 10 15 20 25 Суть корисної моделі пояснюється кресленнями, на яких зображено: на Фіг. 1 - модуль сонячної батареї, загальний вигляд; на Фіг. 2 - переріз за А-А на Фіг. 1, приклад виконання задньої стінки оптично прозорої ємності у вигляді панелі сонячних елементів; на Фіг. 3 - переріз за А-А на Фіг. 1, приклад виконання оптично прозорої ємності знімною; на Фіг. 4 - переріз за А-А на Фіг. 1, приклад виконання оптично прозорої ємності у вигляді збиральної лінзи (концентратора сонячної енергії). Модуль сонячної батареї, що містить плоску панель 1 сонячних елементів 2, а також засіб для захисту сонячних елементів 2 від перегрівання, заповнюваний прозорим в робочому діапазоні оптичного спектра рідким теплоносієм. Засіб для захисту від перегрівання сонячних елементів виконано у вигляді оптично прозорої ємності 3 і розташовано перед панеллю 1 сонячних елементів 2, а рідкий теплоносій має температуру замерзання, нижчу за робочу температуру експлуатації сонячної батареї (Фіг. 1). Задню стінку оптично прозорої ємності 3 при цьому може бути утворено панеллю 1 сонячних елементів 2 (Фіг. 2) або оптично прозору ємність може бути виконано знімною (Фіг. 3). Також оптично прозору ємність 3 може бути виконано у вигляді збиральної лінзи (концентратора сонячної енергії; Фіг. 4). Модуль працює в такий спосіб. Авторами було проведено дослідження на модулі сонячної батареї моделі 010Р/12 виробництва Китаю. Основні параметри батареї такі: максимальна потужність - 10 Вт, максимальна фотоелектрорушійна сила (фото-ЕРС) - 22 В, рекомендована робоча температура 2 - 25 °C, площа робочої поверхні 290×350 мм . Під час роботи модуля сонячне випромінювання проходить крізь заповнену теплоносієм оптично прозору ємність 3 з рідиною, де частково віддає свою енергію зазначеному теплоносію, який може бути як нерухомим, так і проточним. Далі сонячне випромінювання потрапляє на сонячні елементи 2, що генерують електричний струм. При цьому отримана теплоносієм теплота може бути використана в корисних цілях. Авторами проведено вимірювання фотоЕРС для трьох режимів роботи модуля за умови стабілізації теплового режиму (через 40 хв після початку роботи). Результати для різних модулів приведені в таблиці. 30 Рідина в теплозахисній ємності Без теплозахисту Вода, або суміш Плоскопаралельна оптично прозора ємність води з етиловим розміром 50×42×8 см спиртом Ємність в формі збиральної плоско-опуклої Вода, або суміш циліндричної лінзи розміром 50×42 см, максимальна води з етиловим спиртом товщина 8 см, радіус кривизни 2,2 м Засіб теплозахисту модуля сонячної панелі Фотоелектрорушійна сила, В 17,6 19,6 19,8 35 Як видно з таблиці, виміряна фотоЕРС сонячної батареї без теплозахисту в роботі значно зменшується (17,6 В проти 22 В). Результати проведеного експерименту доводять, що використання теплоносія збільшує фотоЕРС. Це є наслідком зниження робочої температури засобом теплозахисту. Таким чином, отримані результати підтверджують доцільність використання пропонованого способу теплозахисту сонячної батареї. Пропонований модуль має не лише незначну матеріалоємність, але й істотно розширює його експлуатаційні можливості (залежно від умов освітлення). 40 ФОРМУЛА КОРИСНОЇ МОДЕЛІ 45 50 1. Модуль сонячної батареї, що містить плоску панель сонячних елементів, а також засіб для захисту сонячних елементів від перегрівання, заповнюваний прозорим в робочому діапазоні оптичного спектра рідким теплоносієм, який відрізняється тим, що засіб для захисту від перегрівання сонячних елементів виконано у вигляді оптично прозорої ємності й розташовано перед панеллю сонячних елементів, а рідкий теплоносій має температуру замерзання, нижчу за робочу температуру експлуатації сонячної батареї. 2. Модуль за п. 1, який відрізняється тим, що задню стінку оптично прозорої ємності утворено панеллю сонячних елементів. 3. Модуль за п. 1, який відрізняється тим, що оптично прозору ємність виконано знімною. 2 UA 109869 U Комп’ютерна верстка М. Мацело Державна служба інтелектуальної власності України, вул. Василя Липківського, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут інтелектуальної власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601 3