Изобретение относится к фотоэлектрическим энергетическим установкам, комбинации фотоэлектрических энергетических систем с другими системами для генерирования электроэнергии и компонентам или аксессуарам в комбинации с фотоэлектрическими модулями.
Предлагаемое изобретение относится к альтернативным источникам энергии в виде применения технологий гелиоэнергетики в области генерации электрической энергии.
Эксплуатация солнечных электростанций в том числе с двухсторонними фотоэлектрическими панелями является одним из возможных вариантов электроснабжения удаленных и стационарных потребителей, располагающиеся на территории автономных электроэнергетических систем Севера. Применение двухсторонних фотоэлектрических панелей имеет некоторые преимущества при сравнении с односторонними солнечными панелями. Однако широкодоступных способов повышения электроэнергетической эффективности двухсторонних фотоэлектрических панелей фактически отсутствуют. Таким образом, разработка способа повышения электроэнергетической эффективности двухсторонних фотоэлектрических панелей для объектов мини- и микрогрид является востребованным.
Известен способ повышения выработки электроэнергии и мощности односторонних фотоэлектрических панелей [Green Building Advisor. Электронный ресурс: режим доступа: https://stroytvoydom.ru/umnyj-dom/solnechnye-otrazhateli-dlya-solnechnyh-batarej/], содержащее в себе односторонние фотоэлектрические панели, наземные несущие конструкции, зеркала и стеклянные отражатели. В результате отражения светового излучения на переднюю сторону солнечной панели выработка электроэнергии и мощности повышается на 18…30%.
Известны способы концентрирования энергии солнечного излучения в целях повышения выработки электроэнергии и мощности фотоэлектрических панелей [Солнечные батареи и зеркало: есть ли смысл? Электронный ресурс: режим доступа: https://mywatt.ru/poleznaya-informaciya/smoget-li-zerkalo-povisit-efektivnost-solnechnoy-batarei], где рекомендуется применение дополнительных покрытий в виде фацеточных зеркальных конструкций и линз Френеля, которые устанавливаются в виде стандартных ячеек на передней части односторонних фотоэлектрических панелей. В результате усиленной концентрации энергии солнечного излучения достигается повышение выработки мощности и электроэнергии от односторонних фотоэлектрических панелей.
Недостатками данных способов являются наличие вероятности резкого повышения поверхностной температуры односторонней фотоэлектрической панели, приводящее к снижению ее генерирующей мощности и возможности плавления фотоэлементов панели, значительные габариты фацеточных зеркальных конструкций и линз Френеля, приводящие к увеличению занимаемой площади солнечной электростанции и усложняющие процедуры строительства объекта.
Известен способ повышения КПД фотоэлектрической панели [Линзовые солнечные панели. Плоские и сферические. [Электронный ресурс]: режим доступа: https://sparnins.livejournal.com/583007.html], содержащее в себе фотоэлектрические панели, трекерная установка (возможно), наземные несущие конструкции, линзы Френеля и др. В результате размещения линзы Френеля на профили панели и концентрации энергии солнечного излучения на поверхность фотоэлектрической панели ее выработка и КПД повышается на 28,5…40% с учетом выполнения полевых испытаний.
Недостатками данного способа являются наличие вероятности резкого повышения поверхностной температуры фотоэлектрической панели, приводящее к снижению ее генерирующей мощности и возможному расплавлению фотоэлемента, возможность применения только для односторонних фотоэлектрических панелей.
Известно тестирование односторонней фотоэлектрической панели с применением линзы Френеля [Тестирование самодельной солнечной батареи с линзой Френеля: [Электронный ресурс]: режим доступа: https://peling.ru/2014/06/15/testirovanie-samodelnoy-solnechnoy-batarei-s-linzoy-frenelya/], где в результате размещения данной линзы над поверхностью исследуемой панели в пределах фокусного расстояния линзы достигнуто повышение вольт-амперных характеристик односторонней фотоэлектрической панели на летний период эксплуатации в короткий промежуток времени.
Недостатками данного тестирования являются вероятность скачкообразного повышения поверхностной температуры фотоэлектрической панели, приводящее к снижению ее вольт-амперных характеристик и электроэнергетической эффективности, а также расплавлению передней части панели.
Известен метод достижения максимальной энергетической эффективности в солнечной панели [Андреев, Р.А. Метод достижения максимальной энергетической эффективности в солнечной панели / Р.А. Андреев, И.Е. Бонин // Актуальные научные исследования в современном мире. - 2021. - № 4-2(72). - С. 59-64. - EDN EPWCZN.], где предлагается применение антибликовых покрытий в целях повышения коэффициента полезного действия фотоэлемента за счет увеличения выходной мощности. В результате применения антибликовых покрытий на основе химических средств (алюминий, тантал, цинк, кремний и др.) достигается увеличение выходной мощности и коэффициента полезного действия фотоэлемента на 14%.
Недостатками данного метода являются сложный технологический цикл реализации метода (применение методов воздушного, водяного и пассивного охлаждения), малая доступность вышеуказанных антибликовых покрытий на основе химических средств, высокая стоимость предлагаемых покрытий.
Известно изобретение в виде солнечной башенной электростанции [патент RU № (19) RU (11) 2 709 007 (13) C1 «Солнечная башенная электростанция», Цгоев Р.С., приоритете 2018-12-25, опубл. 2019-12-13] для преобразования энергии солнечного излучения в электрическую энергию, содержащее в себе фотоэлектрические панели, блоки термодинамического цикла, нагреватели, системы управления приводом, зеркала-гелиостата, приводы зенитного слежения и др. В результате применения предлагаемой солнечной башенной электростанции и зеркала-гелиостат достигается повышение КПД солнечных башенных электростанций, содержащей блок термодинамического цикла, например, Ренкина или Стирлинга, с нагревателем цикла и зеркалами-гелиостатами, выполненными с возможностью азимутального и зенитного слежения за Солнцем с помощью приводов и отражения солнечных лучей на нагреватель.
Недостатками данного метода являются сложный технологический цикл функционирования предлагаемого электростанции, высокая стоимость предлагаемого перечня оборудования, значительные геометрические и весовые параметры.
Известно устройство в виде двухстороннего солнечного коллектора с преобразованием энергии солнечного излучения в тепловую энергию «Коллектор солнечный двухсторонний», патент RU № (19) RU (11) 2 569 780 (13) C1, Алиуллов Р.Н., Цынаева Е.А., Линчук К.А., Золотов А.Н., Давыдов Д.Н., Батраков А.А., Ульяновский государственный технический университет, содержащее в себе солнечные коллекторы, состоящий из монолитного корпуса, прозрачного ограждения, абсорбера, торцевых крышек, трубки (змеевики), патрубки и т.д. В результате двухстороннего соединения солнечных коллекторов с учетом характера влияния отраженного солнечного излучения достигается повышение коэффициента полезного действия (КПД) по выработке тепловой энергии.
Недостатками данного устройства являются сложности при процедурах монтажа и демонтажа двухстороннего солнечного коллектора, значительные весовые и габаритные параметры, невозможность генерации электрической энергии. Также недостатком данного устройства является значительная зависимость от температуры воздушной среды с учетом невозможности эксплуатации в условиях крайне низких температур.
Известно «Солнечное устройство с боковой концентрацией», патент RU № (19) RU (11) 2 747 266 (13) C1, ХУ Сяопин,(CN), приоритет от 22.03.2018, опубл. 04.05.2021, содержащее в себе фотоэлектрическую панель, светоотражающие панели, несущие конструкции, поддерживающая конструкция. В результате концентрации энергии солнечного излучения посредством определенного размещения двух светоотражающих панелей достигается повышение доли солнечной инсоляции на поверхность фотоэлектрической панели. Тем самым, фиксируется повышение выработки и мощности фотоэлектрической панели вследствие применения светоотражающих панелей.
Недостатками данного устройства являются сложности при процедурах производства, монтажа и демонтажа солнечного устройства, относительно высокие габаритные и весовые параметры, наличие риска поломки устройства вследствие влияния значительных ветровых нагрузок. Также недостатком данного устройства является риск повышения температуры поверхности фотоэлектрической панели в летний период эксплуатации вследствие значительной концентрации энергии солнечного излучения.
Известна полезная модель «Фотоэлектрический модуль (варианты)», патент RU № (19) RU (11) 44 002 (13) U1, приоритет 02.11.2004, содержащая в себе фотоэлектрический модуль, линзы Френеля, боковые стенки из силикатного стекла, тыльную панель, теплоотводящие основания, плосковыпуклые линзы, фронтальная панель и др. В результате концентрации энергии солнечного излучения с передней стороны достигается повышение КПД и выработки фотоэлектрического модуля посредством применения линзы Френеля. Тем самым, фиксируется повышение общей выработки разрабатываемого фотоэлектрического модуля.
Недостатками данной полезной модели являются относительно небольшая область применения, дороговизна комплектующих фотоэлектрического модуля и сложность в изготовлении с применением дорогостоящих линз Френеля.
Известно изобретение «Способ генерации переменного тока солнечными батареями» , патент RU № (19) RU (11) 2 699 242 (13) С2 , содержащее в себе солнечные батареи, приводные двигатели, щеточно-коллекторный аппарат и токосъемное кольцо коллекторного аппарата. В результате оптимального вращения тыльных сторон солнечных батарей достигается преобразование энергии солнечного излучения в электрическую энергию.
Недостатками данного изобретения являются незначительная разница по выработке электроэнергии при сравнении с одно- и двухсторонними солнечными панелями, дороговизна в изготовлении, сложность при проведении ремонтных процедур в случае поломки конструкции. Также недостатком данного изобретения является возможность поломки предлагаемой конструкции с приводами при значительных ветровых нагрузках и порывах ветра.
Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату является изобретение «Солнечная энергетическая установка» патент RU № (19) RU (11) 2 476 783 (13) C1, М.Д. Бавижев, А.Д. Бавижев, П.Н.Манташьян, приоритет от 2011-07-19, опубл. 2013-01-27, содержащее в себе солнечную батарею, линейные фотоприемники, цилиндрические линзы Френеля, отражатели солнечного излучения, мотор-редуктор зенитального вращения, мотор-редуктор азимутального вращения, светочувствительные датчики и др. В результате концентрации энергии солнечного излучения с передней стороны и ориентации поверхностности солнечной батареи на оптимальный угол к источнику солнечного излучения достигается повышение КПД и выработки фотоэлектрического модуля посредством применения линзы Френеля, светочувствительных датчиков и моторов-приводов.
Недостатками данного изобретения являются применение дорогостоящих редукторов зенитального и азимутального вращения (далее - трекеры), где внутренняя часть сервоприводов перестают функционировать при температуре воздушной среды ниже -30°С в зимний период эксплуатации, некорректная работа фотодатчиков трекера в условиях задымления воздушной среды, при облачных и туманных погодных условиях, возможность образования конденсата во внутренней части датчика в условиях значительных перепадов температуры воздушной среды в условиях Севера, наличие вероятности разрушения конструкции энергетической установки при значительных порывах ветра от 12 м/с и более, относительная сложность применения дорогостоящих линз Френеля.
Задача изобретения - повышение выработки электроэнергии и мощности от двухсторонних фотоэлектрических панелей, применяющиеся в объектах мини- и микрогрид на зимний период эксплуатации.
Технический результат - повышение выработки электроэнергии и мощности от двухсторонних фотоэлектрических панелей посредством достижения высокой доли применения энергии солнечного излучения на зимний период эксплуатации.
Поставленная задача решается, а технический результат достигается тем, что в пределах фокусного расстояния на передней части двухсторонней фотоэлектрической панели размещаются линзы Френеля со строгой перпендикулярной ориентацией. Данная панель, как правило, размещается перед снеговой конструкцией из спрессованного снега, покрытая специальным покрытием и имеющая наклон от 90° до 105° относительно нижней поверхности земли, так как угол восхождения источника солнечного излучения в зимний период эксплуатации на территории Северо-Восточной части России составляет от 5° до 15°. Нижняя поверхность, примыкающая к снеговой конструкции, также покрывается специальным покрытием. В качестве специального покрытия могут быть применены материалы на основе стандартных зеркал, металлизированной полиэфирной пленки с напылением металла (спасательное изотермическое покрывало) или алюминиевой пленки с высокой долей тепловой изоляции (фольга для отражения света) или другие светоотражающие материалы с низкой стоимостью и малыми весовыми характеристиками. Данное решение направлено для обеспечения повышенной доли отражения энергии солнечного излучения на тыльную сторону панели и предохранения двухсторонней фотоэлектрической панели от пагубного воздействия метели и порывов ветра на ее наземную несущую конструкцию.
Специальное покрытие прикрепляется на нижнюю поверхность и снеговую конструкцию посредством применения поддерживающих балок. Линзы Френеля, размещенные на передней части двухсторонней фотоэлектрической панели, прикрепляются на несущую конструкцию панели с помощью поддерживающих крюков, прикрепленная болтами «М4». Разработанное устройство, состоящая из несущей конструкции, поддерживающих балок, поддерживающих крюков и линзы Френеля соединены единую конструкцию с помощью болтов «М4» и «М8».
Тем самым, отпадает прямая необходимость применения трекерных установок для фотоэлектрических панелей на зимний период эксплуатации в условиях Севера.
Сущность изобретения поясняется чертежами. На фиг. 1 изображена боковая проекция внешнего вида размещения двухсторонней фотоэлектрической панели на нижней поверхности со специальным покрытием и линзами Френеля. На фиг. 2 передняя проекция внешнего вида размещения двухсторонней фотоэлектрической панели на нижней поверхности со специальным покрытием и линзами Френеля.
Способ и устройство для повышения выработки электроэнергии от двухсторонних фотоэлектрических панелей на фиг. 1-2 содержит в себе следующие составляющие: двухсторонняя фотоэлектрическая панель 1; наземная несущая конструкция 2; специальное покрытие в виде светоотражающих материалов 3; снеговая конструкция из спрессованного снега 4; поддерживающие балки 5; болты «М8» 6; линзы Френеля 7; поддерживающие крюки 8; болты «М4» 9; угловые отверстия 10 для болтов «М8».
Способ и устройство для повышения выработки электроэнергии от двухсторонних фотоэлектрических панелей представляет собой единую конструкцию из несущей конструкции 2, поддерживающих балок 5, поддерживающих крюков 8 и линзы Френеля 7, соединенные болтами «М4» и «М8».
Способ и устройство для повышения выработки электроэнергии от двухсторонних фотоэлектрических панелей имеет следующий технологический цикл функционирования: двухсторонняя фотоэлектрическая панель 1 размещается на несущей конструкции 2, которая находится над нижней поверхностью, покрытой специальным покрытием 3; на передней части двухсторонней фотоэлектрической панели 1 устанавливаются линзы Френеля 7 посредством применения поддерживающих крюков 8, вследствие концентрации излучения значительно повышается доля солнечной радиации на переднюю поверхность двухсторонней фотоэлектрической панели 1; поддерживающие крюки 8 прикрепляются к несущей конструкции 2 посредством применения болтов «М4»; двухсторонняя фотоэлектрическая панель 1 размещается перед вспомогательной конструкцией 4, которая имеет наклон от 90° до 105° относительно нижней поверхности земли и дополнительно покрывается специальным покрытием 3; специальное покрытие 3 увеличивает долю отражения энергии солнечного излучения на тыльную сторону двухсторонней фотоэлектрической панели 1 относительно снеговой конструкции 4; специальное покрытие 3 закрепляется на нижнюю поверхность относительно тыльной части двухсторонней фотоэлектрической панели 1 и передней части снеговой конструкции 4 посредством применения поддерживающих балок 5; двухсторонние фотоэлектрические панели 1 размещаются со строгой ориентацией на солнечную сторону с возможностью изменения угла наклона панели в пределах 40…80° относительно поверхности земли посредством соединения нижней части несущей конструкции 2 в угловые отверстия 10 с последующим креплением болтами «М8» 6.
Пример конкретной реализации способа.
В целях повышения электроэнергетической эффективности солнечной электростанции микромощности с двухсторонними фотоэлектрическими панелями производится их размещение посредством применения предлагаемого устройства с применением линз Френеля, специального покрытия на основе светоотражающих материалов и снеговой конструкцией из спрессованного снега. Таким образом, достигается повышенное отражение энергии солнечного излучения на тыльную сторону двухсторонней фотоэлектрической панели и увеличение КПД панелей посредством увеличения доли применяемой энергии солнечного излучения для преобразования в электрическую энергию.
Заявляемое изобретение способствует процессу повышения доли отраженной энергии солнечного излучения с последующим повышением КПД двухсторонней фотоэлектрической панели строго на зимний период эксплуатации (ноябрь-март), так как в случае применения данного способа на летний период имеется высокий риск повышения поверхностной температуры фотоэлектрической панели, приводящий к снижению КПД панели и расплавлению фотоэлементов панели вследствие наличия эффекта простой лупы.
Практическая эффективность заявляемого изобретения доказана посредством выполнения исследовательских испытаний в виде стационарного размещения двухсторонних фотоэлектрических панелей по двум вариантам: без применения и с применением предлагаемого устройства по заявляемому изобретению. Оценка эффективности заявляемого изобретения производилась в виде мониторинга и сравнения суточной выработки электроэнергии, КПД фотоэлектрических панелей и коэффициенту отражения энергии солнечного излучения на тыльную часть фотоэлектрической панели в соответствии с ГОСТ Р 56978-2016. Замеры данных электротехнических характеристик производились посредством применения люксометра «ТКМ-ПКМ» 316168НТ (свидетельство о поверке №20855-К3/21 до 30.11.2022 г.) и измерителя параметров электроустановок «MI 3100S» (свидетельство о поверке №С-СП/08-06-2022/162805110 до 07.06.2024 г.).
Применение предлагаемого способа и устройства рекомендуется для двухсторонних фотоэлектрических панелей на зимний период эксплуатации в условиях арктической и субарктической части России, Скандинавии, Северной Америки и Антарктиды.
В результате применения предлагаемого способа и устройства фиксируется повышение выработки электроэнергии и мощности солнечной электростанции микромощности, в которых применяются двухсторонние фотоэлектрические панели.
название | год | авторы | номер документа |
---|---|---|---|
Способ повышения электроэнергетической эффективности солнечной электростанции микро- и малой мощности | 2022 |
|
RU2794626C1 |
КОНЦЕНТРАТОРНО-ПЛАНАРНЫЙ СОЛНЕЧНЫЙ ФОТОЭЛЕКТРИЧЕСКИЙ МОДУЛЬ | 2018 |
|
RU2690728C1 |
ФОТОЭЛЕКТРИЧЕСКИЙ КОНЦЕНТРАТОРНЫЙ СУБМОДУЛЬ | 2012 |
|
RU2496181C1 |
КОНЦЕНТРАТОРНЫЙ ФОТОЭЛЕКТРИЧЕСКИЙ МОДУЛЬ С ПЛАНАРНЫМИ ЭЛЕМЕНТАМИ | 2021 |
|
RU2773716C1 |
СОЛНЕЧНЫЙ ФОТОЭЛЕКТРИЧЕСКИЙ КОНЦЕНТРАТОРНЫЙ МОДУЛЬ | 2016 |
|
RU2641627C1 |
ФОТОЭЛЕКТРИЧЕСКИЙ МОДУЛЬ | 2009 |
|
RU2395136C1 |
МОЩНЫЙ КОНЦЕНТРАТОРНЫЙ ФОТОЭЛЕКТРИЧЕСКИЙ МОДУЛЬ | 2020 |
|
RU2740738C1 |
КОНЦЕНТРАТОРНЫЙ СОЛНЕЧНЫЙ ФОТОЭЛЕКТРИЧЕСКИЙ МОДУЛЬ | 2014 |
|
RU2578735C1 |
СОЛНЕЧНЫЙ КОНЦЕНТРАТОРНЫЙ МОДУЛЬ | 2015 |
|
RU2611693C1 |
ФОТОЭЛЕКТРИЧЕСКИЙ МОДУЛЬ | 2007 |
|
RU2354005C1 |
Изобретение относится к солнечной энергетике. Способ выработки электроэнергии двухсторонними фотоэлектрическими панелями включает размещение двухсторонней фотоэлектрической панели тыльной стороной, покрытой светоотражающим материалом, перед снеговой конструкцией из спрессованного снега, с покрытием, увеличивающим долю отражения энергии солнечного излучения на тыльную сторону двухсторонней фотоэлектрической панели, и имеющей наклон 90° до 105° относительно поверхности земли, при этом со стороны передней части двухсторонней фотоэлектрической панели в пределах фокусного расстояния устанавливают линзу Френеля, прикрепленную поддерживающими крюками на передней стороне панели. Также предложено устройство для осуществления данного способа. Изобретение обеспечивает повышение выработки электроэнергии и мощности от двухсторонних фотоэлектрических панелей посредством достижения высокой доли применения энергии солнечного излучения на зимний период эксплуатации. 2 н.п. ф-лы, 2 ил.
1. Способ выработки электроэнергии двухсторонними фотоэлектрическими панелями, включающий размещение двухсторонней фотоэлектрической панели тыльной стороной, покрытой светоотражающим материалом, перед снеговой конструкцией из спрессованного снега, с покрытием, увеличивающим долю отражения энергии солнечного излучения на тыльную сторону двухсторонней фотоэлектрической панели, и имеющей наклон 90° до 105° относительно поверхности земли, при этом со стороны передней части двухсторонней фотоэлектрической панели в пределах фокусного расстояния устанавливают линзу Френеля, прикрепленную поддерживающими крюками на передней стороне панели.
2. Устройство для выработки электроэнергии двухсторонними фотоэлектрическими панелями, включающее линзу Френеля, расположенную с лицевой стороны двухсторонней фотоэлектрической панели, снеговую конструкцию из спрессованного снега, имеющую наклон 90° до 105° относительно поверхности земли, расположенную с тыльной стороны двухсторонней фотоэлектрической панели, отражающие покрытия на тыльной стороне двухсторонней фотоэлектрической панели и на снеговой конструкции и несущую конструкцию, при этом линза Френеля прикреплена к несущей конструкции с помощью поддерживающих крюков болтами «М4», а отражающие покрытия прикреплены к несущей конструкции поддерживающими балками болтами «М8».
СОЛНЕЧНАЯ ЭНЕРГЕТИЧЕСКАЯ УСТАНОВКА | 2011 |
|
RU2476783C1 |
КОМБИНИРОВАННАЯ КОНЦЕНТРАТОРНАЯ ФОТОЭЛЕКТРИЧЕСКАЯ УСТАНОВКА | 2015 |
|
RU2583317C1 |
СОЛНЕЧНОЕ УСТРОЙСТВО С БОКОВОЙ КОНЦЕНТРАЦИЕЙ | 2018 |
|
RU2747266C1 |
Приспособление против открывания двери подобранным ключом | 1928 |
|
SU19085A1 |
US 20200119686 A1, 16.04.2020. |
Авторы
Даты
2024-09-30—Публикация
2023-08-22—Подача