Новое поколение солнечных батарей: гибридные панели. Солнечная панель гибридная
Гибридная солнечная панель: особенности батарей нового поколения
60 лет прошло с тех пор, как первые солнечные батареи были установлены на внешнюю обшивку американских и советских спутников. С тех пор технологии шагнули далеко вперед. Энергию солнца используют не только для космических объектов, но и для обеспечения электричеством жилых домов. Появилось множество способов улавливать и перерабатывать солнечный свет. В ряду обычных солнечных батарей выделяется гибридная солнечная панель.
На основе кремния
Кремний (Si) – материал, который использовали еще для создания первых конструкций, перерабатывающих энергию солнечного света.
Долгое время существовало три типа таких батарей:
- Монокристаллические (производят из цельных кристаллов). Обладают самым высоким КПД, но не способны улавливать рассеянный свет;
- Поликристаллические (сделанные из кристаллов, направленных в разные стороны), способные улавливать даже рассеянный свет.
- Аморфные – гибкие панели с невысоким КПД, которые можно установить на поверхность любой конфигурации.
Гибридные солнечные панели на основе кремния сочетают аморфный кремний и монокристаллы. Эти панели эффективны в условиях недостаточной освещенности и способны эффективно работать дольше, чем стандартные аморфные устройства.
На основе перовскита
Один из самых эффективных и недорогих способов преобразовывать в электроэнергию свет, который испускает солнце, – использовать перовскит. Этот материал впервые обнаружили в Уральских горах еще в ХХ веке. На него обратили внимание благодаря особой кристаллической решетке, свойственной полупроводникам. Про устройства на основе перовскита уже говорят, что это солнечные батареи нового поколения.
Для создания такого аккумулятора нужен тонкий слой проводящего материала и полимерная подложка. В итоге получается гибкая полупрозрачная панель, которую можно использовать не только как стационарную батарею, но и как материал для стекол, например. Она будет не только улавливать свет, но и защищать помещение от перегрева.
Единственная причина, по которой гибридная солнечная панель из перовскита еще не завоевала весь мир – более низкая эффективность относительно кремниевых. Но, как показывают некоторые исследования, КПД можно улучшить при помощи правильно подобранного полимера. Например, швейцарские физики представили вещество FDT, недорогой материал, способный улучшать работу перовскитных батарей.
Еще одна удачная разработка – сочетание перовскита с кремнием. Используя эту методику, можно получить устройства, эффективно улавливающие и перерабатывающие УФ-лучи. Эти устройства могут быть гибкими и/или полупрозрачными. Значит, их можно использовать не только как стационарные источники энергии, но и для портативной техники, например.
Читайте также:Плюсы и минусы перовскитных солнечных элементов
Из пентацена и сульфида свинца
В 2012 году выдающиеся физики Нил Гренхам и сэр Ричард Френд предложили новый вариант гибридного аккумулятора. От изобретенных ранее он отличается способностью преобразовывать все спектры УФ-излучения и высоким КПД. Эти аккумуляторы обладают внутренней квантовой эффективностью в 50%.
Представленная гибридная солнечная панель состоит из неорганического соединения (PbS, сульфид свинца) и полициклического ароматического углеводорода (пентацен). В этой связке PbS улавливает красную часть спектра, а пентацен – синюю, более насыщенную энергией. Благодаря взаимодействию между слоями на каждый пойманный синий фотон приходится по два электрона. Таким образом, КПД этой новинки в два раза больше, чем у других подобных устройств (обычно на один фотон приходится один электрон).
Два минуса изобретения – его сомнительная безвредность для окружающей среды и возможная недолговечность. Пентацен относится к группе соединений, способных провоцировать различные мутации и являющихся мощными канцерогенами.
Самый простой способ производства этого углеводорода – из бензола, являющегося производным нефти, запасы которой на нашей планете не бесконечны.
Недолговечность объясняется просто: пентацен склонен чрезмерно окисляться под воздействием кислорода в условиях облучения ультрафиолетом. Что, собственно, и будет происходить при эксплуатации такого аккумулятора. Так что практическое использование этой разработки находится под большим вопросом.
Наука не стоит на месте, ежедневно радуя человечество новейшими разработками в той или иной области. Так что можно надеяться, что рано или поздно появится достаточно эффективный солнечный аккумулятор, который будет и долговечным, и безвредным для окружающей среды.
batteryk.com
Гибридная солнечная панель или батарея
Суть гибридной солнечной батареи заключается в том, что она работает как солнечная батарея для вырабатывания электричества и как коллектор для нагрева воды.
- Необычная конструкция таких гибридных солнечных коллекторов позволяет использовать фотогальванические модули для нагрева теплоносителя — воды, а не только для выработки электричества. Таким образом, избыточное тепло отбирается и используется для обеих задач без остатка. В итоге у потребителя есть и электричество и горячая вода при одном приборе. Это не только сохраняет площадь, но и позволяет сэкономить на дорогих материалах для солнечных батарей.
- Для примера можно разобрать схему работы такого аппарата, американской компании Cogenra Solar. Гибридная солнечная панель в работе крайне проста и понятна. Зеркала параболической формы улавливают и собирают в пучок лучи солнца и перенапрявляют его на фотоэлектрические приёмники. Приёмники изготовлены из привычного кристаллического кремния. Под плоскостью таких приёмников устроены ёмкости, которые подводят жидкий теплоноситель и циркулируют его по всей системе. В итоге при выработке электроэнергии, на фоне, сзади батарей греется вода для бытовых нужд. Интересно, что такая система не только греет воду, но и охлаждает батареи, циркулируя по системе. Это также позволяет не падать уровню КПД при повышении температуры воздуха, как это бывает у обычных батарей.
- Энергетическая эффективность такой гибридной батареи позволяет производить 50 кВт для нужд пользователя в электроэнергии и 220 кВт тепловой энергии. Получается, что при таком расходе первоначальной солнечной тепловой энергии, реально выжать до 80% от общего полученного количества. Отчасти это происходит благодаря механическим приводам, которые разворачивают панели к солнцу, позволяя тем самым ещё больше увеличить полученную от солнца энергию.
- Такая чудо электро-теплостанция найдёт применение в каждом загородном доме, обеспечивая проживающих не только электроэнергией но и тёплой водой. Ну и конечно такая электроэнергия и такая тёплая вода на порядок дешевле централизованных ресурсов. Даже с условием того, что окупаться вся эта система будет несколько лет. А если говорить про цену, то гибридные солнечные коллекторы помогут сэкономить, потому что содержать два устройства в одной схеме.
www.solnpanels.com
Гибридная Солнечная Панель | Galaxy Space - Addon for GalactiCraft 3 Вики
Гибридная Солнечная Панель
Получение энергии из света
Работает только при видимости Солнца
"Покрытая золотом гибридная панель, вырабатывает в полтора раза больше энергии, чем Продвинутая панель."
- Внутриигровое описание
Гибридная Солнечная панель - устройство, представляющее из себя улучшенный вариант Продвинутой солнечной панели и используемая для выработки энергии из солнечного света. Когда свет отсутствует (ночь) , панель простаивает в ожидании его появления. На разных планетах/спутниках панель получает определённый процент ускорения окружающей среды. Чем явственнее на планете атмосфера (Земля,Венера), тем меньше панель вырабатывает энергии. Далее приведена таблица с разными данными по ускорению окружающей среды и выработкой Гибридной Солнечной Панелью энергии:
Примечание 1: В разное время суток Гибридная Солнечная Панель вырабатывает разное количество энергии. Однако больше всего энергии вырабатывается в полдень, в соответствии с этим данные о выработке энергии представлены за полдень.
Примечание 2: На обычном поясе астероидов и астероидов пояса Койпера абсолютно всегда одинаково время суток, в соответствии с этим данные о выработке энергии представлены с учётом этого постоянного времени суток. Также следует отметить, что Солнце в астероидных поясах всегда заслонено самими астероидами, это уменьшает производство энергии.
Таблица:
| Меркурий | 20 % | 107 gJ/сек. |
| Венера | -60 % | 35 gJ/сек. |
| Орбитальная станция Венеры | 400 % | 449 gJ/сек. |
| Земля | 0 % | 90 gJ/сек. |
| Луна | 40 % | 125 gJ/сек. |
| Марс | -48.8 % | 44 gJ/сек. |
| Орбитальная станция Марса | 300 % | 357 gJ/сек. |
| Фобос | -20 % | 70 gJ/сек. |
| Деймос | -20 % | 70 gJ/сек. |
| Церера | ??? | ??? |
| Астероиды | -62.7 % | 16 gJ/сек. |
| Ио, Европа, Ганимед, Каллисто | -100 % | Не вырабатывается |
| Энцелад, Титан | -100 % | Не вырабатывается |
Гибридная кровельная солнечная панель
Изобретение относится к устройству кровельных панелей для крыш зданий и сооружений со встроенными солнечными модулями. Гибридная кровельная солнечная панель, установленная на крыше здания, нормаль к поверхности крыши находится в меридиональной плоскости, содержит корпус и защитное покрытие на рабочей поверхности, выполненное в виде оптической отклоняющей системы из набора призм, на которую падает солнечное излучение с углом входа лучей β0, полупараболоцилиндрический зеркальный отражатель и приемник излучения в виде полосы, установленной между фокальной осью и вершиной полупараболоцилиндрического зеркального отражателя, при этом приемник излучения выполнен в виде гибридного когенерационного солнечного фотоэлектрического модуля со вторым защитным покрытием, установленным под углом ≤90° к защитному покрытию гибридной кровельной солнечной панели, второе защитное покрытие и корпус гибридной кровельной солнечной панели образуют герметичную полость, заполненную полисилоксановым гелем, в которой размещен приемник излучения из скоммутированных солнечных элементов, наружная стенка корпуса со стороны герметичной полости содержит каналы, в которых размещены встроенные трубы для прокачки теплоносителя, корпус гибридной кровельной солнечной панели и трубы за пределами корпуса снабжены теплоизоляцией, гибридная кровельная солнечная панель содержит электрические и гидравлические разъемы для соединения с соседними гибридными кровельными солнечными панелями. Изобретение обеспечивает повышение эффективности использования солнечной энергии в кровельной солнечной панели и снижение стоимости получения электрической энергии и теплоты. 19 з.п. ф-лы, 8 ил., 1 табл.
Изобретение относится к устройству кровельных панелей для крыш зданий и сооружений со встроенными солнечными модулями.
Известна кровельная панель с солнечной батареей, включающая несущее основание в виде криволинейной поверхности с размещенной на нем солнечной батареей на базе полупроводниковых фотоэлектрических преобразователей с электрокабелем токосъема. Солнечная батарея размещена на утопленной относительно верхней поверхности основания на глубину до 20 мм плоской площадке и зашита до верхней поверхности основания герметизирующей отверждающей композицией с уровнем пропускания светового излучения не менее 30% в диапазоне работы солнечной батареи (Пат. РФ №2194827, опубл. 20.12.2002).
Недостатком известной кровельной панели является большой расход полупроводникового материала для фотопреобразователей и низкая мощность солнечной батареи из-за оптических потерь в герметизирующей композиции.
Известна кровельная солнечная панель фирмы "HEDA Solar" (КНР), содержащая встроенные солнечные модули из четырех или восьми скоммутированных кремниевых солнечных элементов размером 156×156 мм или 125×125 мм. Кровельная солнечная панель имеет защитное покрытие из закаленного стекла и электрическую мощность 8-20 Вт, рабочее напряжение 1-2 В в зависимости от количества скоммутированных солнечных элементов (Проспект фирмы "HEDA Solar" www.hedasolar.com).
Недостатком известной кровельной солнечной панели является большой расход солнечного кремния для солнечных элементов и высокая стоимость.
Известен солнечный модуль с концентратором солнечной энергии, установленный на крыше и фасаде здания, содержаний плоское защитное прозрачное ограждение и установленный на защитном прозрачном ограждении в фокусе линейно-фокусирующего цилиндрического концентратора приемник излучения в виде полосы, концентратор выполнен в виде несимметричного отражателя, состоящего из двух разновеликих частей, разделенных плоскостью симметрии, проходящей через вершину и фокальную ось отражателя, причем большая часть отражателя выполнена в виде половины параболоцилиндрического (в дальнейшем - полупараболоцилиндрического) отражателя, а меньшая часть - в виде кругового цилиндрического отражателя с радиусом, равным расстоянию от фокальной оси до вершины полупараболоцилиндрического отражателя, фокальная ось смещена к одной из сторон защитного ограждения, параллельно его основанию, и совпадает с краем полосы приемника излучения.
Недостатком известного солнечного модуля является необходимость установки на крыше под солнечным модулем кровельного покрытия для защиты зданий и сооружений от внешних воздействий, что увеличивает стоимость зданий и сооружений.
Известна кровельная солнечная панель, установленная на крыше здания или сооружения, нормаль к поверхности крыши находится в меридиональной плоскости, содержащая корпус с внутренней полостью с защитным покрытием на рабочей поверхности, на которую падает солнечное излучение с углом входа лучей β0, и приемники из скоммутированных солнечных элементов, в полости корпуса 1 под защитным покрытием установлен составной концентратор, выполненный в виде прозрачной для излучения отклоняющей оптической системы из множества призм с острым углом Ψ между поверхностью входа и выхода лучей и нескольких полупараболоцилиндрических зеркальных отражателей с параметрическим углом δ, имеющих поверхности входа и выхода лучей, фокальные области всех полупараболоцилиндрических зеркальных отражателей смещены к нижней или верхней стороне кровельной солнечной панели, а приемники излучения из скоммутированных солнечных элементов установлены параллельно фокальной оси и перпендикулярно плоскости кровельной солнечной панели между фокальной осью и зеркальным покрытием каждого полупараболоцилиндрического зеркального отражателя, плоскости поверхности входа лучей отклоняющей оптической системы и плоскости поверхности входа лучей полупараболоцилиндрического зеркального отражателя параллельны плоскости защитного покрытия, а угол входа лучей β0, острый угол Ψ и коэффициент преломления n материала отклоняющей оптической системы связаны с параметрическим углом δ полупараболоцилиндрического зеркального отражателя следующим соотношением:
(Пат. РФ №2557272, опубл. 20.07.2015 г.)
Недостатком известной кровельной солнечной панели является необходимость установки дополнительного солнечного модуля для горячего водоснабжения и отопления зданий.
Известен гибридный фотоэлектрический модуль для получения электрической и тепловой энергии, содержащий защитное стеклянное покрытие, соединенные солнечные элементы, размещенные между стеклом и корпусом с теплообменником, солнечные элементы электроизолированы от теплообменника, пространство между солнечными элементами и теплообменником, а также между стеклянным покрытием и теплообменником заполнено слоем силоксанового геля толщиной 0,5-5 мм, защитное стеклянное покрытие выполнено в виде вакуумированного стеклопакета из двух стекол с вакуумным зазором 0,1-0,2 мм с вакуумом 10-3-10-5 мм рт. ст., теплообменник выполнен в виде герметичной камеры с патрубками для циркуляции теплоносителя, а общая площадь соединенных солнечных элементов соизмерима с площадью верхнего основания корпуса теплообменника (пат. РФ №2546332, опубл. 10.04.2015).
Недостатком известного модуля является большой расход солнечных элементов и материалов теплообменника и низкая температура теплоносителя при освещении неконцентрированным солнечным излучением.
Задачей изобретения является создание гибридной кровельной солнечной панели с высоким оптическим КПД и низким расходом полупроводникового материала и низкой стоимостью при производстве электрической и тепловой энергии.
Технический результат заключается в повышении эффективности использования солнечной энергии в кровельной солнечной панели и в снижении стоимости получения электрической энергии и теплоты.
Указанный технический результат достигается тем, что в гибридной кровельной солнечной панели, установленной на крыше здания, нормаль к поверхности крыши находится в меридиональной плоскости, содержащей корпус и защитное покрытие на рабочей поверхности, выполненное в виде оптической отклоняющей системы из набора призм, на которую падает солнечное излучение с углом входа лучей β0, полупараболоцилиндрический зеркальный отражатель и приемник излучения в виде полосы, установленной между фокальной осью и вершиной полупараболоцилиндрического зеркального отражателя, приемник излучения выполнен в виде гибридного когенерационного солнечного фотоэлектрического модуля со вторым защитным покрытием, установленным под углом ≤90° к защитному покрытию гибридной кровельной солнечной панели, второе защитное покрытие и корпус гибридной кровельной солнечной панели образуют герметичную полость, заполненную полисилоксановым гелем, в которой размещен приемник излучения из скоммутированных солнечных элементов, наружная стенка корпуса со стороны герметичной полости содержит каналы, в которых размещены встроенные трубы для прокачки теплоносителя, корпус гибридной кровельной солнечной панели и трубы за пределами корпуса снабжены теплоизоляцией, гибридная кровельная солнечная панель содержит электрические и гидравлические разъемы для соединения с соседними гибридными кровельными солнечными панелями.
В варианте гибридной кровельной солнечной панели трубы для прокачки теплоносителя выполнены в виде металлопластовых труб для обогреваемых полов с коэффициентом теплопроводности не менее 
.
В другом варианте гибридной кровельной солнечной панели трубы для прокачки теплоносителя выполнены из металла внутри корпуса и из металлопласта за пределами корпуса гибридной кровельной солнечной панели.
В варианте гибридной кровельной солнечной панели теплоизоляция корпуса и труб для прокачки теплоносителя выполнена жидкой краской типа RE-TERM.
В варианте гибридной кровельной солнечной панели трубы для прокачки теплоносителя установлены в горизонтальной плоскости по всей ширине крыши и соединены с корпусами всех установленных в одном ряду гибридных кровельных солнечных панелей.
В другом варианте гибридной кровельной солнечной панели трубы для прокачки теплоносителя установлены в вертикальной плоскости и соединены с корпусами всех установленных в одном ряду в вертикальной плоскости гибридных кровельных солнечных панелей.
В варианте гибридной кровельной солнечной панели корпус кровельной солнечной панели выполнен из теплопроводящей пластмассы.
В другом варианте гибридной кровельной солнечной панели корпус кровельной солнечной панели выполнен из теплопроводящей керамики.
В другом варианте гибридной кровельной солнечной панели корпус кровельной солнечной панели выполнен из теплопроводящей смеси песка и пластмассы.
В варианте гибридной кровельной солнечной панели внутренняя полость корпуса отформована для размещения защитного покрытия, полупараболоцилиндрического зеркального отражателя, отклоняющей оптической системы и приемников из скоммутированных солнечных элементов.
В варианте гибридной кровельной солнечной панели полупараболоцилиндрический зеркальный отражатель имеют плоские отформованные участки, параллельные фокальной оси, а ширина этих участков в меридиональной плоскости соизмерима или превышает ширину приемника из скоммутированных солнечных элементов.
В варианте гибридной кровельной солнечной панели зеркальное покрытие полупараболоцилиндрического зеркального отражателя выполнено в виде металлической пленки толщиной 0,1-5 мм, нанесенной на плоские отформованные участки внутренней полости корпуса.
В варианте гибридной кровельной солнечной панели полупараболоцилиндрический зеркальный отражатель выполнен из плоских зеркальных фацет, плоскости которых параллельны фокальной оси, а ширина зеркальных фацет в меридиональной плоскости соизмерима или превышает ширину приемника из скоммутированных солнечных элементов.
В варианте гибридной кровельной солнечной панели боковые стенки внутренней формообразующей полости корпуса для размещения полупараболоцилиндрического зеркального отражателя расположены в меридиональной плоскости и снабжены зеркальным отражающим покрытием.
В варианте гибридной кровельной солнечной панели внутри корпуса выполнена панель для кабельного соединения приемников из скоммутированных солнечных элементов к коммутационной коробке, которая установлена в полости корпуса между полупараболоцилиндрическим зеркальным отражателем с обратной стороны кровельной солнечной панели и снабжена токопроводящим кабелем для коммутации с другими кровельными солнечными панелями.
В варианте гибридной кровельной солнечной панели на обратной стороне снаружи корпуса выполнены каналы для прокладки трубы с теплоносителем и токопроводящего кабеля к расположенным рядом кровельным солнечным панелям.
В варианте гибридной кровельной солнечной панели герметичная полость с приемником излучения расположена на крыше в верхней части корпуса, а угол наклона защитного покрытия к горизонтальной поверхности при установке на крыше составляет θ1=ϕ-23,5°, где ϕ - широта местности, а угол между направлением на солнце и горизонтальной поверхностью равен γ1=90°-θ1-β0, где β0 - угол входа лучей.
В другом варианте гибридной кровельной солнечной панели герметичная полость с приемником излучения расположена на крыше в нижней части корпуса, а угол наклона защитного покрытия к горизонтальной поверхности при установке на крыше составляет θ2=ϕ+23,5°, где ϕ - широта местности, а угол между направлением на солнце и горизонтальной поверхностью равен γ2=90°-θ2+β0, где β0 - угол входа лучей.
Еще в одном варианте гибридной кровельной солнечной панели в верхней части крыши герметичная полость с приемником излучения расположена в верхней части корпуса, а угол наклона защитного покрытия к горизонтальной поверхности составляет θ1=ϕ-23,5°, а в нижней части крыши герметичная полость с приемником излучения расположена в нижней части корпуса, угол наклона защитного покрытия к горизонтальной поверхности составляет θ2=ϕ+23,5°, где ϕ - широта местности.
В варианте гибридной кровельной солнечной панели в качестве теплоносителя используется жидкость, например вода или антифриз.
В другом варианте гибридной кровельной солнечной панели в качестве теплоносителя используется воздух.
Сущность изобретения поясняется на фиг. 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, где на фиг. 1 - общий вид с наружной гибридной кровельной солнечной панели. На фиг. 2 - общий вид с обратной стороны панели, у которой трубы для прокачки теплоносителя установлены в горизонтальной плоскости. На фиг. 3 - продольное сечение гибридной кровельной солнечной панели в меридиональной плоскости. На фиг. 4 - оптическая схема и ход лучей в гибридной кровельной солнечной панели. На фиг. 5 - установка гибридной кровельной солнечной панели на крыше дома для получения максимальной энергии в летнее время. На фиг. 6 - установка гибридной кровельной солнечной панели для получения максимальной энергии в зимнее время. На фиг. 7 - установка гибридной кровельной солнечной панели для получения энергии равномерно в течение года. На фиг. 8 - электрическая и гидравлическая схема соединений гибридной кровельной солнечной панели для электроснабжения и горячего водоснабжения зданий.
Гибридная кровельная солнечная панель на фиг. 1 имеет корпус 1, в котором сформирована герметичная с обратной стороны (фиг. 2, 3) полость 2 для размещения защитного покрытия 3 составного концентратора, состоящего из оптической отклоняющей системы 4 (фиг. 4) и полупараболоцилиндрического зеркального отражателя 5, приемника 6 из скоммутированных солнечных элементов 7, установленных между фокальной осью 8 и вершиной 9 полупараболоцилиндрического зеркального отражателя 5. Второе защитное покрытие 10 из стекла или прозрачного пластика приемника 6 установлено под углом α≤90° к плоскости защитного покрытия 3. Второе защитное покрытие 10 и корпус 1 гибридной кровельной солнечной панели образуют вторую герметичную полость 11, в которой установлен приемник 6 и которая заполнена прозрачным полисилоксановым гелем 12. Боковые стенки 13 и 14 внутренней формообразующей полости 2 корпуса 1 снабжены зеркальными покрытиями 15 и 16. Наружная стенка 17 корпуса 1 со стороны второй герметичной полости 11 содержит каналы 18, в которых размещены встроенные трубы 19 со стенками из металлопласта или металла для прокачки теплоносителя 20. Корпус 1 панели и трубы 19 за пределами корпуса 1 имеют теплоизоляцию 21. Приемник 6 во второй герметичной полости 11 и каналы 18 с трубами 19 для прокачки теплоносителя 20 образуют гибридный фотоэлектрический модуль, а наружная стенка 17 корпуса 1 со стороны второй герметичной полости 11 выполняет функции радиатора для передачи тепла от приемника 6 к теплоносителю 20. Гибридная кровельная солнечная панель содержит электрическую коммутационную коробку 22 и гидравлические разъемы 23 для соединения с соседними гибридными кровельными солнечными панелями. Коммутационная коробка 22 установлена с обратной стороны корпуса 1 и имеет токопроводящий кабель 24 для коммутации с другими кровельными солнечными панелями. Снаружи корпуса 1 на обратной стороне выполнены каналы 25 для прокладки кабеля 24 и каналы 18 для прокладки трубы 19 с теплоносителем 20. Плоскость поверхности входа лучей 25 оптической отклоняющей системы 4 и плоскость поверхности входа лучей 26 полупараболоцилиндрического зеркального отражателя 5 параллельны плоскости защитного покрытия 3.
На фиг. 4 оптическая отклоняющая система 4 выполнена из множества ориентированных в одном направлении призм 27 с острым углом Ψ между поверхностью 25 входа и поверхностью 28 выхода лучей.
На фиг. 4 показан ход лучей в составном концентраторе, состоящем из отклоняющей оптической системы 4 и полупараболоцилиндрического зеркального отражателя 5, где β0 - угол входа лучей на поверхности входа 25 в оптическую отклоняющую систему 4, β1 - угол преломления лучей в поверхности входа 25 внутри оптической отклоняющей системы 4, β2 - угол между лучом и нормалью к поверхности выхода 28 лучей внутри оптической отклоняющей системы 4, β3 - угол выхода лучей на поверхности выхода 28 снаружи отклоняющей оптической системы 4, β4 - угол входа лучей у поверхности входа 26 полупараболоцилиндрического зеркального отражателя 4.
Углы β0, β1, β2, β3 и β4 являются углами между направлениями лучей и нормалью к соответствующей поверхности. Поскольку поверхности входа 25 и 26 лучей параллельны, угол β0, ответственный за косинусные потери, равен углу β4 между направлением лучей входа в полупараболоцилиндрический зеркальный отражатель 5 и поверхностью входа 26 полупараболоцилиндрического зеркального отражателя 5 с параметрическим углом δ.
Полупараболоцилиндрический зеркальный отражатель 5 на фиг. 4 выполнен в виде металлизированной зеркальной пленки 29 толщиной 0,1-5 мм, нанесенной на внутреннюю поверхность полости 2 корпуса 1, которая содержит плоские отформованные участки а на внутренней поверхности полости 2 корпуса 1, параллельные фокальной оси 8. Ширина плоских участков а в меридиональной плоскости соизмерима с шириной d приемника 6 из скоммутированных солнечных элементов 7, что обеспечивает равномерное освещение приемника 6 и отсутствие перегрева локальных участков приемника 6. В варианте конструкции полупараболоцилиндрический зеркальный отражатель 5 выполнен из полированной алюминиевой фольги.
На фиг. 5 кровельные солнечные панели установлены на южном скате 30 крыши 31 здания 32, герметичная полость 11 с приемником излучения расположена на крыше 31 в верхней части корпуса 1, а угол наклона защитного покрытия 3 кровельной солнечной панели к горизонтальной поверхности 33 при установке на крыше 31 составляет θ1=ϕ-23,5°, где ϕ - ширина местности. При этом нормаль 34 к поверхности защитного покрытия 3 в меридиональной плоскости направлена на положение Солнца в полдень 22 июня в день летнего солнцестояния. Угол между направлением на солнце 35 и горизонтальной поверхностью 33 в любой заданный момент времени равен γ1=90°-ϕ-23,75°-β0=90°-θ1-β0. При такой установке кровельная солнечная панель получает максимальное количество солнечной энергии в летние месяцы. С уменьшением высоты положения Солнца количество поступающей солнечной энергии будет уменьшаться пропорционально cos β0.
На фиг. 6 кровельные солнечные панели установлены на южном скате 30 крыши 31 здания 32 таким образом, чтобы использовать максимальное количество поступающей солнечной энергии в зимнее время. Герметичная полость 11 с приемником 6 расположена в нижней части корпуса 1, а угол наклона защитного покрытия 3 кровельной солнечной панели к горизонтальной поверхности 33 при установке на крыше 31 составляет θ2=ϕ+23,5°. При этом нормаль 34 к поверхности защитного покрытия 3 в меридиональной плоскости направлена на положение Солнца в полдень 22 декабря. Угол между направлением на солнце 36 и горизонтальной поверхностью 33 в любой заданный момент времени равен γ2=90°-ϕ+23,75°+β0=90°-θ2+β0.
На фиг. 7 крыша дома имеет два участка 37 и 38 с разным наклоном к горизонтальной поверхности. В верхней части крыши на участке 37 герметичная полость 11 с приемником 6 расположена в верхней части корпуса 1, а угол наклона защитного покрытия к горизонтальной поверхности 33 составляет θ1=ϕ-23,5°. В нижней части крыши на участке 38 герметичная полость 11 с приемником излучения 6 расположена в нижней части корпуса 1 гибридной кровельной солнечной панели, а угол наклона защитного покрытия 3 к горизонтальной поверхности 33 составляет θ2=ϕ+23,5°. Углы между направлением на солнце и горизонтальной поверхностью равны
γ1=90°-θ1-β0,
γ2=90°-θ2+β0.
Такое размещение гибридных кровельных солнечных панелей обеспечивает более равномерное производство электрической энергии и горячей воды в течение года по сравнению с размещением гибридной кровельной солнечной панели на фиг. 5 и 6.
На фиг. 8 металлопластовые трубы 19 установлены горизонтально по всей ширине южного ската крыши 31 в каждом ряду 38 установки гибридных кровельных солнечных панелей. При монтаже гибридных кровельных солнечных панелей на крыше 31 металлопластовые трубы 19 вставляются в каналы 18 с обратной стороны 23 корпуса 1 каждой панели (фиг. 2, 3, 4) и закрепляются в канале 18 специальной крышкой 39 для обеспечения плотного контакта металлопластовой трубы 19 с корпусом 1 панели. Металлопластовые трубы 19 расположенных горизонтально соседних рядов 38 соединены между собой последовательно или параллельно по краям крыши 31. Входной 40 и выходной патрубок 41 от системы труб 19 на крыше 31 соединены с баком-аккумулятором 42 с теплообменником 43 внутри бака-аккумулятора 42, установленным в здании. Для прокачки теплоносителя 20 через панели на выходе теплообменника 43 установлен электрический насос 44, который приводится в действие от гибридных кровельных солнечных панелей. Из бака аккумулятора 42 горячая вода поступает в здание по трубам 46 и 47.
Гибридные кровельные солнечные панели соединены друг с другом через коммутационную коробку 22 кабелем 24 параллельно и последовательно для получения напряжения 12 В - 96 В и с инвертором 45 для включения в электрическую сеть. При необходимости между панелями и инвертором 45 устанавливают аккумуляторную батарею с контроллером заряда (на фиг. 8 не показаны).
Гибридная кровельная солнечная панель работает следующим образом (фиг. 3). Солнечное излучение через защитное покрытие 3 поступает под углом β0 на поверхность входа лучей 25 отклоняющей оптической системы 4 из набора призм 27 с острым углом Ψ с коэффициентом преломления n, входит в призму 27 под углом β1, выходит из призмы 27 под углом β3 и поступает на поверхность входа 26 полупараболоцилиндрического зеркального отражателя 5 под углом β4, отражается от полупараболоцилиндрического зеркального отражателя 5 и поступает на приемник 6 при условии β4≥90°-2δ.
Косинусные потери за счет отклонения потока солнечного излучения от нормали к поверхности входа лучей 25 полупараболоцилиндрического зеркального отражателя 5:
Расчеты по формулам (1)-(7) для δ=26,1° приведены в таблице 1.
Согласно таблице 1 предлагаемая конструкция гибридной кровельной солнечной панели позволяет уменьшить косинусные потери по сравнению с прототипом с 21% (Ψ=0) до 4,8% при Ψ=24°. Эффективный апертурный угол при наличии отклоняющей оптической системы 4 увеличивается с δ до величины 
. Для Ψ=24° β0=17,8°, эффективный апертурный угол солнечного модуля с концентратором увеличивается с 
до 
, что при изменении солнечного склонения на 7,83° в месяц соответствует увеличению продолжительности работы в стационарном режиме с 
месяца до 
месяца.
Коэффициент концентрации солнечного излучения в гибридной кровельной солнечной панели с учетом косинусных потерь равен
Кровельная солнечная панель работает в стационарном режиме без слежения за Солнцем и собирает на приемнике 6 прямую и диффузную солнечную радиацию в пределах апертурного угла δ.
Пример выполнения кровельной солнечной панели
Отклоняющая оптическая система 4 состоит из набора призм 27 с острым углом Ψ=24°. Угол входа лучей β0=17,8°, угол β4=37,8°, апертурный угол δ полупараболоцилиндрического зеркального отражателя 5 из полированного алюминия δ=26,1°. Приемник 6 имеет размеры 78×624 мм, состоит из четырех кремниевых солнечных элементов 7 размером 78×156 мм, соединенных параллельно. Геометрический коэффициент концентрации к=4,92, косинусные потери 4,8%, оптический КПД 80%, КПД приемника 6 15%. Активная площадь кровельной солнечной панели для использования солнечной энергии равна 0,192 м2. Электрический КПД с учетом оптических потерь 10%. Пиковая электрическая мощность 20 Вт при освещенности 1 кВт/м2 и температуре 25°С. Приемник 6 выполнен с устройством отвода тепла для получения электроэнергии и горячей воды или горячего воздуха. При использовании теплоносителя 20 в виде горячей воды общий КПД составит 40%, тепловая мощность 30 Вт, с температурой воды 65°С. Годовое количество солнечной энергии для Краснодарского края, г. Анапа, поступающее на южный скат 30 крыши 31, установленной под углом 40° к горизонтальной поверхности, составляет 1680 кВт⋅ч/м2. Установленная на крыше гибридная кровельная солнечная панель общей электрической мощностью 1 кВт вырабатывает за год 1680 кВт⋅ч электрической и 5040 кВт⋅ч тепловой энергии в виде горячей воды.
При стоимости полупараболоцилиндрических зеркальных отражателей 5 20 долл./м2, концентрации 4,92, оптическом КПД 0,8 и электрическом КПД 15% стоимость кровельной солнечной панели составит 30 долл., или 1,5 долл.//Вт, при существующей стоимости 3 долл./Вт, т.е. снизится в 2 раза, при этом стоимости составного концентратора и приемника 6 будут примерно равны и составлять по 50% от стоимости кровельной солнечной панели.
По сравнению с прототипом солнечный модуль с концентратором имеет небольшие косинусные потери, большой срок службы и низкую стоимость.
1. Гибридная кровельная солнечная панель, установленная на крыше здания, нормаль к поверхности крыши находится в меридиональной плоскости, содержащая корпус и защитное покрытие на рабочей поверхности, выполненное в виде оптической отклоняющей системы из набора призм, на которую падает солнечное излучение с углом входа лучей β0, полупараболоцилиндрический зеркальный отражатель и приемник излучения в виде полосы, установленной между фокальной осью и вершиной полупараболоцилиндрического зеркального отражателя, отличающаяся тем, что приемник излучения выполнен в виде гибридного когенерационного солнечного фотоэлектрического модуля со вторым защитным покрытием, установленным под углом ≤90° к защитному покрытию гибридной кровельной солнечной панели, второе защитное покрытие и корпус гибридной кровельной солнечной панели образуют герметичную полость, заполненную полисилоксановым гелем, в которой размещен приемник излучения из скоммутированных солнечных элементов, наружная стенка корпуса со стороны герметичной полости содержит каналы, в которых размещены встроенные трубы для прокачки теплоносителя, корпус гибридной кровельной солнечной панели и трубы за пределами корпуса снабжены теплоизоляцией, гибридная кровельная солнечная панель содержит электрические и гидравлические разъемы для соединения с соседними гибридными кровельными солнечными панелями.
2. Гибридная кровельная солнечная панель по п. 1, отличающаяся тем, что трубы для прокачки теплоносителя выполнены в виде металлопластовых труб для обогреваемых полов с коэффициентом теплопроводности не менее 
.
3. Гибридная кровельная солнечная панель по п. 1, отличающаяся тем, что трубы для прокачки теплоносителя выполнены из металла внутри корпуса и из металлопласта за пределами корпуса гибридной кровельной солнечной панели.
4. Гибридная кровельная солнечная панель по п. 1, отличающаяся тем, что теплоизоляция корпуса и труб для прокачки теплоносителя выполнена жидкой краской типа RE-TERM.
5. Гибридная кровельная солнечная панель по п. 1, отличающаяся тем, что трубы для прокачки теплоносителя установлены в горизонтальной плоскости по всей ширине крыши и соединены с корпусами всех установленных в одном ряду гибридных кровельных солнечных панелей.
6. Гибридная кровельная солнечная панель по п. 1, отличающаяся тем, что трубы для прокачки теплоносителя установлены в вертикальной плоскости и соединены с корпусами всех установленных в одном ряду в вертикальной плоскости гибридных кровельных солнечных панелей.
7. Гибридная кровельная солнечная панель по п. 1, отличающаяся тем, что корпус кровельной солнечной панели выполнен из теплопроводящей пластмассы.
8. Гибридная кровельная солнечная панель по п. 1, отличающаяся тем, что корпус кровельной солнечной панели выполнен из теплопроводящей керамики.
9. Гибридная кровельная солнечная панель по п. 1, отличающаяся тем, что корпус кровельной солнечной панели выполнен из теплопроводящей смеси песка и пластмассы.
10. Гибридная кровельная солнечная панель по п. 1, отличающаяся тем, что внутренняя полость корпуса отформована для размещения защитного покрытия, полупараболоцилиндрического зеркального отражателя, отклоняющей оптической системы и приемника из скоммутированных солнечных элементов.
11. Гибридная кровельная солнечная панель по п. 1, отличающаяся тем, что полупараболоцилиндрический зеркальный отражатель имеет плоские отформованные участки, параллельные фокальной оси, а ширина этих участков в меридиональной плоскости соизмерима или превышает ширину приемника из скоммутированных солнечных элементов.
12. Гибридная кровельная солнечная панель по п. 1 или 11, отличающаяся тем, что зеркальное покрытие полупараболоцилиндрического зеркального отражателя выполнено в виде металлической пленки толщиной 0,1-5 мм, нанесенной на плоские отформованные участки внутренней полости корпуса.
13. Гибридная кровельная солнечная панель по п. 1, отличающаяся тем, что полупараболоцилиндрический зеркальный отражатель выполнен из плоских зеркальных фацет, плоскости которых параллельны фокальной оси, а ширина зеркальных фацет в меридиональной плоскости соизмерима или превышает ширину приемника из скоммутированных солнечных элементов.
14. Гибридная кровельная солнечная панель по п. 1, отличающаяся тем, что боковые стенки внутренней формообразующей полости корпуса для размещения полупараболоцилиндрического зеркального отражателя расположены в меридиональной плоскости и снабжены зеркальным отражающим покрытием.
15. Гибридная кровельная солнечная панель по п. 1, отличающаяся тем, что внутри корпуса выполнена панель для кабельного соединения приемника из скоммутированных солнечных элементов к коммутационной коробке, которая установлена в полости корпуса между полупараболоцилиндрическим зеркальным отражателем с обратной стороны кровельной солнечной панели и снабжена токопроводящим кабелем для коммутации с другими кровельными солнечными панелями.
16. Гибридная кровельная солнечная панель по п. 1, отличающаяся тем, что герметичная полость с приемником излучения расположена на крыше в верхней части корпуса, а угол наклона защитного покрытия к горизонтальной поверхности при установке на крыше составляет θ1=ϕ-23,5°, где ϕ - широта местности, а угол между направлением на солнце и горизонтальной поверхностью равен γ1=90°-θ1-β0, где β0 - угол входа лучей.
17. Гибридная кровельная солнечная панель по п. 1, отличающаяся тем, что герметичная полость с приемником излучения расположена на крыше в нижней части корпуса, а угол наклона защитного покрытия к горизонтальной поверхности при установке на крыше составляет θ2=ϕ+23,5°, где ϕ - широта местности, а угол между направлением на солнце и горизонтальной поверхностью равен γ2=90°-θ2+β0, где β0 - угол входа лучей.
18. Гибридная кровельная солнечная панель по п. 1, отличающаяся тем, что в верхней части крыши герметичная полость с приемником излучения расположена в верхней части корпуса, а угол наклона защитного покрытия к горизонтальной поверхности составляет θ1=ϕ-23,5°, а в нижней части крыши герметичная полость с приемником излучения расположена в нижней части корпуса, угол наклона защитного покрытия к горизонтальной поверхности составляет θ2=ϕ+23,5°, где ϕ - широта местности.
19. Гибридная кровельная солнечная панель по п. 1, отличающаяся тем, что в качестве теплоносителя используется жидкость, например вода или антифриз.
20. Гибридная кровельная солнечная панель по п. 1, отличающаяся тем, что в качестве теплоносителя используется воздух.
www.findpatent.ru
Гибридная солнечная панель с КПД 80%!
Компания Cogenra Solar недавно установила в Северной Калифорнии ряд солнечных приемников необычной конструкции. Привычные фотогальванические модули в этих установках совмещены с системой отбора избыточного тепла с помощью жидкого носителя, в данном случае – воды. Такая солнечная теплоэлектростанция производит как электричество, так и горячую воду, которую можно использовать для бытовых нужд.
Идея не нова, удивительно то, что так долго мы ждали ее реализации «в железе». Такая гибридная теплоэлектростанция найдет свое применение в местах активно нуждающихся как в электричестве, так и в горячей воде и отоплении. К такому определению лучше всего подходят жилые дома. Как утверждают представители компании производимое установкой тепло значительно дешевле тепла из систем централизованного отопления, а вот про себестоимость киловатт-часа электроэнергии ничего не сообщается.
Работает все это достаточно просто и понятно – параболические зеркала концентрируют световой поток на фотоэлектрических приемниках из кристаллического кремния. За этими фотоприемниками уложены трубки подводящие жидкость, которая через теплообменник нагревает воду для применения в быту.
Бесплатная горячая вода лишь техническая необходимость в постоянном охлаждении перегретых фотогальванических ячеек, которые теряют КПД при повышении температуры, и рискуют вообще выйти из строя.
Так или иначе, если нагретая вода находит применение, то солнечная электростанция от Cogenra Solar становится весьма эффективной, производя 50КВт электроэнергии и одновременно тепловую энергию эквивалентную мощности 222 КВт. Таким образом, мы получаем возможность рационального использования до 80% солнечной энергии.
Специальные сервоприводы в режиме реального времени контролируют оптимальное положение зеркал по отношению к положению солнца на небосводе.
Источник
Читайте также:
www.ekopower.ru
Новые разработки солнечных панелей —
Дата публикации: 16 апреля 2016
Ученые из МИСиС разработали гибкую солнечную батарею втрое дешевле кремниевых панелей
Источник: http://tass.ru/nauka/3193630
МОСКВА, 11 апреля. /ТАСС/. Ученые из Научно-исследовательского технологического университета «МИСиС» совместно с коллегами из университета Техаса в Далласе разработали гибкую солнечную батарею на основе металло-органического соединения, стоимость которой по меньшей мере втрое ниже кремниевых панелей, сообщает пресс-служба университета.
Разработанная учеными НИТУ «МИСиС» гибкая солнечная батарея
«Группа ученых НИТУ «МИСиС» под руководством профессора Анвара Захидова представила технологию создания тонкопленочного фотоэлемента на основе гибридного металл- органического соединения — перовскита, позволяющего преобразовывать энергию солнечного излучения в электрическую с КПД выше 15%, при планируемых показателях более 20%… На сегодняшний день расчетная стоимость квадратного метра перовскитных солнечных панелей составляет менее 100 долларов США, тогда как квадратный метр лучших кремниевых обходится в 300 долларов США. В массовом производстве разница станет 4-6-кратной», — говорится в сообщении.
Солнечные батареи на основе кремния отличаются высокой стоимостью из-за высокотехнологичного, энергоемкого и токсичного производства кремния. Кроме того, они значительно более хрупкие и менее гибкие по сравнению с разработкой российских ученых. Особенность же перовскитной технологии в том, что активные слои солнечных элементов на его основе можно наносить из жидких растворов на тонкие и гибкие подложки. Это позволяет размещать солнечные батареи на поверхностях любой кривизны: оконные полупрозрачные «энергошторы» домов и машин, фасады и крыши зданий, бытовая электроника и многое другое.
«Главным преимуществом гибридных перовскитов является простота их получения из обычных солей металлов и промышленных химических органических соединений, а не из дорогих и редких элементов, используемых в высокоэффективных полупроводниковых аналогах, таких, как солнечные батареи на основе кремния и арсенида галлия. Не менее важно, что материалы на основе перовскита могут быть использованы для печати фото-электроники не только на стекло, но и на другие материалы и поверхности. Это делает батареи гораздо дешевле, чем при более сложных способах получения тонкопленочных солнечных элементов», — сказал Захидов, слова которого приводятся в сообщении.
Существенное снижение стоимости производства солнечных батарей будет способствовать увеличению доли экологически чистых, возобновляемых источников энергии в общем энергетическом «пироге».
Российские ученые разработают пластичные солнечные батареи нового типа
Источник: http://tass.ru/ural-news/3174602
ЕКАТЕРИНБУРГ, 4 апреля. /ТАСС/. Российские ученые планируют разработать первые опытные образцы пластичных солнечных батарей нового поколения к 2018 году, сообщил корр. ТАСС научный сотрудник Управления по научной инновационной деятельности Южно-Уральского государственного университета Олег Большаков. Проект реализуется при грантовой поддержке Российского научного фонда.
«Совместно с коллегами из московского Института органической химии мы работаем над созданием пластичных тонкопленочных солнечных батарей нового поколения уже в течение 1,5 лет. Первая партия материала для солнечных батарей уже готова, она будут тестироваться на протяжении 2-3 месяцев в специальной лаборатории при университете Эдинбурга в Шотландии», — сказал Большаков. «В России пока необходимых сертифицированных лабораторий нет, поэтому мы обратились к зарубежным специалистам. По плану к 2018 году мы выпустим первые опытные образцы», — добавил он.
По словам ученых, главная особенность солнечных батарей нового типа — органический светочувствительный материал. «Такие батареи не будут токсичными, также они не требуют большого количества светочувствительного материала — в 1000 раз меньше по сравнению с батареями предыдущих поколений, поэтому они будут и наиболее доступными по цене. По этим причинам разработки в этом направлении ведутся по всему миру. Но аналогов нашей технологии пока нет, так что реализация нашего проекта даст нам большие преимущества в альтернативной энергетики будущего», — добавил Большаков.
Он также отметил, что на данный момент специалистам предстоит выявить статистическую зависимость между структурой материалов и эффективностью. «Каждый фотоэлемент характеризуется двумя основными параметрами — устойчивостью и энергоэффективностью. Необходимо определить наиболее удачные варианты из тех, которые мы отправили в лабораторию, после чего их уже можно будет применять к различным поверхностям. Дальнейшая научная работа будет связана с усовершенствованием материалов», — пояснил ученый.
Гибридные солнечные панели с эффективностью в 25,5%
Источник: http://elektrovesti.net/45829_v-gonkonge-razrabotali-gibridnye-solnechnye-paneli-s-effektivnostyu-v-255
В Политехническом университете Гонконга (PolyU) разработали тандемные солнечные батареи из кремния и перовскита, обеспечивающие эффективность преобразования света в электричество 25,5%.
Уже давно известно, что улучшить работу солнечной батареи можно, комбинируя материалы, поглощающие солнечное излучение на разных длинах волн. Такую взаимодополняющую пару составляют солнечные элементы на основе кремния и наиболее популярного перовскита.
Так, верхний, перовскитный слой улавливает фотоны с короткими длинами волн, а находящийся ниже слой кремния поглощает более длинноволновую часть солнечного спектра.
Кроме того больше света позволило использование в качестве верхнего покрытия тандемной батареи особой рассеивающей плёнки, в которой исследователи постарались воспроизвести строение поверхности лепестков роз.
Эти три инновации и позволили команде ученых установить новый рекорд эффективности преобразования, позволяющий снизить себестоимость солнечной энергии на 30%.
altenergiya.ru
панели и коллекторы 2 в 1 / Солнечная …
В этих гибридных панелях используются не круглые, как принято в солнечных коллекторах, а плоские тепловые трубки 0.4 х 40 см, которые позволяют оптимизировать сбор солнечного излучения. Более того, во время испытания ученые обнаружили, что трубы помогают фотоэлементам охлаждаться на 15 процентов больше по сравнению со стандартной установкой.
«Часто перегрев солнечных панелей на солнце приводит к частичной потере их продуктивности, а трубки помогают снимать эту тепловую нагрузку», рассказывает координатор проекта доктор Джохара.
Также плоские тепловые трубы легче монтировать на крыше. «Это напоминает монтаж ламината», говорит доктор Джохара.
Прототип системы в настоящее время тестируется на стандартном доме с тремя спальнями в городе Уотфорд. Доктор Джохара говорит, что они уже отметили некоторые удивительные возможности: «Наши плоские тепловые трубы настолько эффективны, что они могут собирать даже энергию от испарения утренней росы на тестируемой крыше.»По материалам: www.brunel.ac.uk/news-and-events/news/news-items/ne_445530
rodovid.me
