PL B1. Sposób chłodzenia ogniw fotowoltaicznych oraz urządzenie do chłodzenia zestawów modułów fotowoltaicznych

Transkrypt

1 PL B1 RZECZPOSPOLITA POLSKA (12) OPIS PATENTOWY (19) PL (11) (13) B1 Urząd Patentowy Rzeczypospolitej Polskiej (21) Numer zgłoszenia: (22) Data zgłoszenia: (51) Int.Cl. H01L 31/024 ( ) H01L 31/00 ( ) H01L 23/00 ( ) H01L 23/36 ( ) (54) Sposób chłodzenia ogniw fotowoltaicznych oraz urządzenie do chłodzenia zestawów modułów fotowoltaicznych (43) Zgłoszenie ogłoszono: BUP 08/11 (45) O udzieleniu patentu ogłoszono: WUP 09/14 (73) Uprawniony z patentu: SELFA GRZEJNICTWO ELEKTRYCZNE SPÓŁKA AKCYJNA, Szczecin, PL (72) Twórca(y) wynalazku: ZBIGNIEW GLAPA, Szczecin, PL MICHAŁ REDLIŃSKI, Szczecin, PL (74) Pełnomocnik: rzecz. pat. Tadeusz Kachnic

2 2 PL B1 Opis wynalazku Przedmiotem wynalazku jest sposób chłodzenia ogniw fotowoltaicznych oraz urządzenie do chłodzenia modułów fotowoltaicznych, przeznaczonych do wytwarzania energii elektrycznej. W znanych krzemowych ogniwach fotowoltaicznych wskutek promieniowania słonecznego padającego na ogniwo oraz przepływu prądu przez ogniwo następuje nieuchronnie wzrost temperatury ogniwa nawet o kilkadziesiąt stopni, w zależności od stopnia natężenia promieniowania, co powoduje spadek sprawności konwersji, wskutek zmiany wartości parametrów elektrycznych ogniwa. Ogniwa i moduły ogniw słonecznych pracują w zmieniającej się temperaturze, ze względu na zmieniające się warunki atmosferyczne, nasłonecznienie i zmieniający się azymut. Problem zmienności temperaturowej modułów ogniw słonecznych, od których wymagana jest jak największa sprawność, w czasie ich eksploatacji, jak to ma miejsce na dachach i polach elektrowni słonecznych nie jest rozwiązany. Podejmowano szereg prób w zakresie ograniczenia niekorzystnego wzrostu temperatury ogniw w czasie nasłonecznienia, stosując określoną grubość warstwy powietrza pod modułem fotowoltaicznym tj. zwiększając odległość od modułu do powierzchni dachu lub ziemi, zapewniającą odprowadzenie ciepła przez naturalną konwekcję. Znany jest z polskiego opisu patentowego nr PL sposób zapewnienia izotermiczności krzemowego ogniwa fotowoltaicznego który polega na tym, że krzemowe ogniwo fotowoltaiczne układa się tylną powierzchnią na płycie metalowej, korzystnie miedzianej, której grubość znacznie przekracza grubość krzemowego ogniwa fotowoltaicznego. Przy czym korzystnie płytę metalową termostatyzuje się. Jednak wykorzystanie znanych sposobów nie zapewnia zachowania podczas pracy optymalnej temperatury całej powierzchni krzemowego ogniwa fotowoltaicznego w czasie naświetlania, niezależnie od rozkładu mocy promienistej na czołowej powierzchni ogniwa, a także skuteczności i szybkiego chłodzenia oraz łatwej regulacji temperatury pracy ogniwa. Celem wynalazku jest usunięcie występujących niedogodności w zakresie łatwej i w miarę precyzyjnej regulacji temperatury pracy krzemowego ogniwa fotowoltaicznego. Sposób chłodzenia krzemowych modułów fotowoltaicznych, według wynalazku charakteryzuje się tym, że od spodu modułu fotowoltaicznego tworzy się szczelną komorę wentylacyjną, a co najmniej z jednej strony komory wprowadza się czynnik chłodzący który następnie rozprowadzany jest w przestrzeni komory wentylacyjnej, przy czym po zaabsorbowaniu określonej ilości energii cieplej z modułu fotowoltaicznego przez czynnik chłodzący zostaje on usunięty na zewnątrz komory wentylacyjnej, a sam przepływ czynnika chłodzącego zapewnia chłodzenie modułu fotowoltaicznego, w formie cyklicznej wymiany czynnika chłodzącego przez cały okres pracy modułu fotowoltaicznego, gdy temperatura w komorze wentylacyjnej przekracza określony poziom. Na powierzchni modułów fotowoltaicznych dokonuje się ciągłego pomiaru temperatury, przez umieszczenie układu czujników temperatury, a w zależności od stopnia przekroczenia optymalniej temperatury pracy modułu fotowoltaicznego reguluje się prędkość przepływu czynnika chłodzącego. Procesu regulacji prędkości przepływu czynnika chłodzącego dokonuje się za pośrednictwem komputera. Czynnik chłodzący stanowi schłodzony lub sprężony gaz. Czynnik chłodzący stanowi schłodzone lub sprężone powietrze. Korzystnym według wynalazku jest to, że ciepło zawarte w usuniętym z komory wentylacyjnej czynniku chłodzącym odzyskuje się i wykorzystuje do ogrzewania pomieszczeń w budynkach. Przedmiotowy wynalazek dotyczy także urządzenia do chłodzenia zestawów modułów fotowoltaicznych. Znane są moduły fotowoltaiczne zawierające od kilku do kilkudziesięciu krzemowych ogniw fotowoltaicznych na płycie, przy czym płyta z ogniwami fotowoltaicznymi osadzona jest na ramie zawierającej pionowe ścianki z otworami, usytuowane wzdłuż krawędzi płyty zawierającej ogniwa fotowoltaiczne. Urządzenie do chłodzenia zestawów modułów fotowoltaicznych według wynalazku charakteryzuje się tym, że ścianki ramy modułu fotowoltaicznego zamknięte są od spodu szczelną membraną tworząc komorę wentylacyjną. Natomiast w ściankach ramy sąsiadujących ze ściankami kolejnych łączonych modułów fotowoltaicznych usytuowane są otwory przelotowe, a pojedyncze moduły fotowoltaiczne łączone są za pośrednictwem łączników wzajemnie ze sobą przy czym na jednej z ze-

3 PL B1 3 wnętrznych ścianek, co najmniej jednego skrajnych modułów fotowoltaicznych, umieszczony jest kolektor ssący. Do kolektora ssącego przyłączona jest dmuchawa. Membranę stanowi lekka i sztywna płyta. Na powierzchni każdego z modułów fotowoltaicznych zamontowanych jest co najmniej po kilka czujników temperatury. Skuteczne chłodzenie modułów fotowoltaicznych, łączonych w zestawy o dowolniej liczbie, powoduje znaczne obniżenie temperatury pracy krzemowych ogniw fotowoltaicznych usytuowanych w każdym module, co przejawia się wzrostem sprawności konwersji energii w ogniwach, oraz dodatkowo wykorzystuje się energię cieplną zawartą w czynniku chłodzącym a odzyskaną w procesie chłodzenia w wymienniku rekuperacyjnym. Przedmiot wynalazku w postaci urządzenia do chłodzenia zestawów modułów fotowoltaicznych przedstawiono w przykładzie wykonania na rysunku, gdzie fig. 1 przedstawia fragment modułu fotowoltaicznego z częściowym wyrwaniem, fig. 2 - przedstawia w widoku dwa moduły fotowoltaiczne połączone krótszymi krawędziami, z jednym kolektorem ssącym, fig. 3 - przedstawia w widoku dwa moduły fotowoltaiczne połączone dłuższymi krawędziami, z jednym kolektorem ssącym, fig. 4 - przedstawia w widoku dwa moduły fotowoltaiczne połączone dłuższymi krawędziami, z dwoma kolektorami ssącymi. Zestaw stanowi dwa moduły fotowoltaiczne 1 z których każdy zawiera w czołowej płaszczyźnie po siedemnaście krzemowych ogniw fotowoltaicznych wzdłuż dłuższej krawędzi, oraz dziewięć ogniw fotowoltaicznych wzdłuż krótszych krawędzi modułu 1, a moduły 1 połączone są ze sobą wzdłuż krótszego boku za pośrednictwem czterech łączników 7. Każdy z modułów fotowoltaicznych 1 osadzony jest na ramie 2 składającej się z czterech pionowych ścianek 5, z przelotowymi otworami 6, usytuowanymi wzdłuż krawędzi. Przy czym w każdej ściance 5 wzdłuż dłuższego boku usytuowanych jest po osiem prostokątnych otworów przelotowych 6, natomiast w każdej ściance wzdłuż krótszego boku usytuowane są po cztery prostokątne otwory przelotowe 6. Od spodu do ramy 2, każdego z modułów fotowoltaicznych i, zamocowana jest prostokątna membrana 3, którą stanowi sztywna i lekka płyta z tworzywa sztucznego, tworząc komorę wentylacyjną 4. Na jednym z krótszych boków zestawu zamontowany jest kolektor ssący 8 z przyłączoną dmuchawą 9. Proces przepływu czynnika chłodzącego sterowany jest komputerem, na podstawie wskazań temperatury z czujników temperatury, rozmieszczonych w modułach 1, a prędkość przepływu czynnika chłodzącego jest proporcjonalna do stopnia przekroczenia znamionowej temperatury pracy ogniw. Następnym przykładem wykonania wynalazku jest zestaw dwóch modułów fotowoltaicznych 1 połączonych ze sobą wzdłuż dłuższego boku za pośrednictwem ośmiu łączników 7. Na jednym z dłuższych boków zestawu zamontowany jest kolektor ssący 8 z przyłączoną dmuchawą 9. Kolejnym przykładem wykonania wynalazku jest zestaw dwóch modułów fotowoltaicznych 1 połączonych ze sobą wzdłuż dłuższego boku za pośrednictwem ośmiu łączników 7. Na jednym z dłuższych boków zestawu zamontowany jest kolektor ssący 8, a na jednym z krótszych boków zamontowany jest drugi krótszy kolektor ssący 8, przy czym oba kolektory ssące 8 połączone są z dmuchawą 9. Zastrzeżenia patentowa 1. Sposób chłodzenia krzemowych modułów fotowoltaicznych, ułożonych tylną powierzchnią na płycie, których czołowa powierzchnia jest oświetlana źródłem światła, znamienny tym, że od spodu modułu fotowoltaicznego (1) tworzy się szczelną komorę wentylacyjną (4), a co najmniej z jednej strony komory wentylacyjnej (4) wprowadza się czynnik chłodzący który następnie rozprowadzany jest w przestrzeni komory wentylacyjnej (4), przy czym po zaabsorbowaniu określonej ilości energii cieplnej z modułu fotowoltaicznego (1) przez czynnik chłodzący zostaje on usunięty na zewnątrz komory wentylacyjnej (4), a sam przepływ czynnika chłodzącego zapewnia wentylację komory wentylacyjnej w formie cyklicznej lub ciągłej wymiany czynnika chłodzącego, przez cały okres pracy modułu fotowoltaicznego (1), gdy temperatura w komorze wentylacyjnej (4) przekracza określony poziom. 2. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że na powierzchni modułów fotowoltaicznych (1) dokonuje się ciągłego pomiaru temperatury, przez umieszczenie układu czujników temperatury,

4 4 PL B1 a w zależności od stopnia przekroczenia optymalnej temperatury pracy modułu fotowoltaicznego (1), reguluje się prędkością przepływu czynnika chłodzącego. 3. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że procesu regulacji prędkości przepływu czynnika chłodzącego dokonuje się za pośrednictwem komputera. 4. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że czynnik chłodzący stanowi schłodzony lub sprężony gaz. 5. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że czynnik chłodzący stanowi schłodzone lub sprężone powietrze. 6. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że ciepło zawarte w usuniętym z komory wentylacyjnej (4) czynniku chłodzącym odzyskuje się i wykorzystuje do ogrzewania pomieszczeń w budynkach. 7. Urządzenie do chłodzenia zestawów modułów fotowoltaicznych z których każdy moduł fotowoltaiczny osadzony jest na ramie z ażurowymi ściankami, znamienne tym, że ścianki (5) ramy (2) modułu fotowoltaicznego (1) zamknięte są od spodu szczelną membraną (3), tworząc komorę wentylacyjną (4), natomiast w ściankach (5) ramy (2) sąsiadujących ze ściankami (5) kolejnych łączonych modułów fotowoltaicznych (1) usytuowane są otwory przelotowe (6), a pojedyncze moduły fotowoitaiczne (1) łączone są za pośrednictwem łączników (7) wzajemnie ze sobą, przy czym na jednej z zewnętrznych ścianek (5) co najmniej jednego skrajnych modułów fotowoltaicznych (1) umieszczony jest kolektor ssący (8). 8. Urządzenie według zastrzeżenia 7, znamienne tym, że do kolektora ssącego (8) włączona jest dmuchawa (9). 9. Urządzenie według zastrz. 7, znamienne tym, że membranę (3) stanowi lekka i sztywna płyta. 10. Urządzenie według zastrz. 7, znamienne tym, że na powierzchni każdego z modułów fotowoltaicznych (1) zamontowanych jest co najmniej po kilka czujników temperatury. Rysunki

5 PL B1 5

6 6 PL B1

7 PL B1 7

8 8 PL B1 Departament Wydawnictw UPRP Cena 2,46 zł (w tym 23% VAT)