Гибридный солнечный модуль нового поколения

Не далее, как месяц тому назад, я рассказывал о впечатлениях после посещения форума, где в рамках выставки, увидел двухсторонние солнечные панели. После подробного ознакомления с техническими характеристиками, выяснилось, что страна изготовитель этих солнечных модулей – Япония.

Как только прошла эта информация, ко мне обратилось ряд читателей с предложениями и вопросами. Особенно понравилась информация Александра из Одессы. Оказывается, в 2010 году ему выдали патент на полезную модель, двухсторонний солнечный электротеплогенератор. Он основал предприятие НПЛ «Solar plex» и сейчас производит такие модули. Для ознакомления более широкого круга читателей, с оригинальными характеристиками комбинированного преобразователя солнечной энергии в электричество и тепло (два в одном: солнечная панель и солнечный коллектор), размещаю этот материал. Надеюсь, он будет интересен.  

Краткое описание проекта

Цель проекта – создание производства солнечных комбинированных (гибридных) электротермических модулей и высокой удельной мощности  с кпд 85 % при одновременном снижении себестоимости производимой электрической и  тепловой энергии. Все  технологии,  применяемые в производстве, защищены патентами Украины.

Гибридные солнечные модули (односторонние и двусторонние) объединяют в единой конструкции фотоэлектрические панели и тепловые коллекторы. В результате объединения, увеличивается на 10 — 25% отводимая  от модулей электрическая мощность по сравнению с обычными фотоэлектрическими панелями  и дополнительно генерируется от 0,5 до 0,7 кВт/м² тепла.

Конструкция модулей отличается от существующих односторонних аналогов отсутствием медных адсорбера и паяного трубчатого коллектора выполняющих роль дополнительных посредников при теплопередаче. В разработанных и запатентованных «гибридах» роль теплового адсорбера  выполняют фотоэлектрическая схема и селективный теплоноситель. Теплосъем осуществляется со всей поверхности фотоэлектрической схемы пленочным потоком теплоносителя. Поэтому их эффективность выше, а себестоимость значительно ниже, чем у аналогов.

Как утверждает Александр, мировые аналоги на такие разработки отсутствуют. Двухсторонние гибридные модули при применении устройств отражающих солнечное излучение на их тыльную поверхность генерируют дополнительно от 10 до 30% энергии пропорционально концентрации светового потока. Это возможно только в условиях  эффективного отведения тепловой мощности.

Эксклюзивная транспарентная (прозрачная, авт) конструкция гибридных модулей,  позволяет использовать фотоэлектрические схемы с одной или двумя светопреобразующими поверхностями. Светопрозрачные модульные конструкции могут быть встроены непосредственно в крышу. Циркулирующий в них теплоноситель-преобразователь  солнечного спектра выполняет функции спектральной линзы, увеличивая кпд фототока, фильтрует вредную ультрафиолетовую и  тепловую  составляющую солнечного излучения и затем передает тепловую энергию потребителю. Он экранирует от вредного излучения все элементы модуля, значительно увеличивая срок его службы по сравнению с традиционными фотоэлектрическими панелями  (более 25 лет).

Целенаправленная трансформация света преобразователем позволяет полностью или частично заменить фитолампы, применяемые в теплицах для повышения урожайности и сокращения срока созревания растений.  Данные преимущества делают гибридные модули  перспективными для жилых и хозяйственных строений, в особенности, для крышных поверхностей зимних садов и теплиц.   

Разработана технология и организовано производство гибридных солнечных модулей c одной или двумя светопреобразующими поверхностями мощностью (250 – 300)  Вт электрической  +  (1 — 1,2) кВт термической. Возможные габариты гибридных модулей — 1,5 – 1,85 м².

 

На фото слева — экспериментальный стенд, состоящий из двухстороннего гибридного солнечного модуля и фотоэлектрической панели сравнения аналогичной исходной мощности; справа — фото стенда, сделанное с помощью тепловизора — гибридный модуль значительно холоднее (32,8°С), чем  панель (боле 50°С) за счет охлаждения теплоносителем.   

Себестоимость продукции и сравнительная стоимость с зарубежными аналогами:

Себестоимость производства гибридных электротермических модулей  (250 – 300) Вт. эл. + (1 — 1,2) кВт. терм. составит от (200 до 250) $, а стоимость зарубежных  аналогов в Украине такой же электрической и тепловой мощности составляет от (800 до 850)$. По анализу рынка (спрос и предложения), который проводит Александр, оптимальная цена в Украине должна составлять около (400 – 450)$ односторонних и (550)$ двухсторонних гибридных модулей. «Так, что мы считаем, что предлагаемая нами продукция в настоящее время конкурентная на рынке», — заключает он.

Следует отметить, что после общения с Александром мне удалось выяснить его перспективные планы. Под поступающие заказы на гибридный  солнечный модуль  нового поколения (надеюсь, что данной информацией воспользуются все желающие) планируется привлечь инвестиции в объеме 365.000.$

Спасибо за прочтение. laughЕсли вам понравилось, пожалуйста, поделитесь с друзьями и в комментариях черкните пару слов своего мнения.

  • Борис Афанасьев

    В чем суть названия «Новое поколение»?
    Все особенности данной батареи давно известны, главные используются и есть в продаже (Атмосфера). А получать эффект от преобразования УФ диапазона в световой, бесполезно из-за его незначительного 10) в КПИ. Ну а общий кпд 85% весьма странный даже для чисто теплового преобразования, особенно учитывая, что высокие температуры снижают электрический кпд батареи, а низкие не особенно нужны для потребителя.
    Производство двусторонних батарей в Украине можно приветствовать, т.к. они уже давно выпускаются в др. странах, в частности в Краснодаре.

    • Борис, спасибо. Данная информация предназначена для широкого круга читателей. По моему мнению, любая компоновка, два в одном, имеет больше недостатков, чем в одном совершенном агрегате. Что касается двухсторонних солнечных панелей, то это увеличивает их эффективность, то есть с одной площади получить больше энергии, чем с односторонней панели.

      • Борис Афанасьев

        Уложив батареи в виде крыши, вы не сможете получить излучение с обратной затененной стороны, а прозрачные промежутки уменьшают активную площадь фотобатареи. Эффект данной конструкции, прежде всего возможен при соответствующем положении батарей, что мы успешно используем в солнечных тепловых коллекторах.

        • Борис, вы правы. Разработчики имели ввиду одновременно получать электроэнергию и тепло, располагая панели на крыше. Мне сложно без деталей и нюансов это объяснить. И к автору не могу обратиться, к сожалению, его на прошлой неделе не стало

          • Борис Афанасьев

            Искренне сожалею и сочувствую. Очень толковый и умный изобретатель и специалист. Неординарен! О нем будут помнить многие его друзья и знакомые! Его идеи служили толчком, к пониманию возможностей фотовольтаики для специалистов.

          • Я так же очень сожалею. Мне его супруга прислал несколько фото (она в курсе и по всей вероятности хочет продолжать его дело) и я собираюсь сформировать статью в журнале «Винахідник і раціоналізатор». Борис, не могли бі вы быть моим консультантом или во всяком случае просмотреть подготовленный материал и внести поправки

          • Борис Афанасьев

            Да, конечно! Постараюсь быть объективным.

          • Спасибо!

          • Дмитрий Поварго

            Борис, прошу дать комментарий в соседней ветке http://savenergy.info/page/солнце-в-концентраторе . Я Вам задал встречные вопросы. Спасибо!

  • Sogokon Aleksandr

    Хочу внести некоторую ясность в суть рассматриваемого
    вопроса. Во-первых, гибридизация и интеграция в альтернативной энергетике – это главный тренд развития на десятилетия вперед. Это такой же объективный процесс,как интеграция в радиоэлектронике в течение всего прошлого века. Плоды этой интеграции ощущает каждый. Поэтому стратегия, выбранная Александром Корнараки, правильная.

    Во-вторых, мне, как оптику, легко понять творческий замысел Александра. Дело в том, что классические фотоэлектрические кремниевые ячейки для преобразования света в электричество использую только часть видимого диапазона и ближний ИК. А все, что не используется, как правило, вредно. Поэтому, если это вредное, особенно ультрафиолетовое излучение трансформировать (преобразовать) в полезное, то, само собой разумеется, что это приведет к повышению общего КПД. В результате охлаждающая жидкость выполняет еще и функцию оптического трансформатора. Поэтому, 85% — это близко к теоретическому пределу использования солнечной энергии.
    В-третьих, систему, которая чувствительна к свету с двух сторон, на крышу класть никто не будет. Ее нужно ставить на трекер, а крышу или подстилающую поверхность нужно делать белой, именно так, как показано на первом снимке.

    И, в-четвертых, насколько мне известно, такого количества тонких эффектов в плоский коллектор еще никто не вводил. Ни в Украине, ни, тем более, в Краснодаре.

    • Александр, спасибо за очень толковое дополнение. К моему великому сожалению Александра (автора разработки описание которой в статье) в середине декабря прошедшего года не стало. Но дело его хочет продолжать супруга

    • Michael

      «Поэтому, если это вредное, особенно ультрафиолетовое излучение трансформировать (преобразовать) в полезное, то, само собой разумеется, что это приведет к повышению общего КПД. В результате охлаждающая жидкость выполняет еще и функцию оптического трансформатора»

      это что за бред? где и кем показано (тем более — доказано !!!), что «вредное» (какое именно, можно узнать?), а особенно ультрафиолетовое излучение «ПРЕОБРАЗОВАНО» в некое «полезное» (полезное — это какое?)

      Как видите, в нашей Ничоговке (село в Черниговской области) с физикой получше, чем в Краснодаре 🙂

      • Sogokon Aleksandr

        Вот прочитал, и сразу возникла ассоциация с тестом о полу
        наполненном бокале и полупустом. Почему фотовольтаические ячейки имеют яркий синий цвет? Потому, что они из всего видимого спектра поглощают только то
        излучение, которое длиннее желтого, т.е. больше 585нм. Именно поглощенное излучение в диапазоне 0,7-1,3мкм приводит к генерации электричества. А излучение с другими длинами волн бесполезно, и оно либо отражается, либо проходит насквозь. А это весь доступный ультрафиолет, примерно, от 250нм, видимое до 585нм и ИК длиннее 1,3мкм. Теперь посмотрим на энергию квантов: 1,24мкм – 1эВ (1 электронвольт), 500нм – 2,5эВ, 300нм – 4,13эВ, т.е. один УФ-квант может совершить работу эквивалентную четырем ИК-квантов. Энергия ионизации атома водорода составляет 13,6 эВ. Это самая высокая «цена» за свободу электрона. Кремний «распродает» свои электроны по «цене» 4,8эВ (работа выхода). Этой энергией обладают кванты как раз в районе 250нм. Электрон, обретя свободу, «оседает» на дислокациях, примесях, механических дефектах, границах микрокристаллов, создавая там локальные напряжения, которые под воздействием температурных перепадов в результате приводят к деградации генерационных свойств ячейки.
        А рассматривая спектр солнечного излучения, вы с изумлением обнаружите, что интенсивность с диной волны 1,1мкм почти в точности совпадает с интенсивностью 300нм, и они обе в 4 (четыре!!!) раза ниже максимума, который приходится на 400-500нм. https://drive.google.com/file/d/1yuGzpfHCiC8cSC1Xw7aiJe9iVs-OO0lL/view?usp=sharing
        Отсюда следует, что мы используем только малую часть предложенного нам Природой спектрального диапазона, причем, не самую интенсивную. И ясно, что с этим что-то
        нужно делать. (Продолжение см. ниже)

        • Александр, спасибо за объяснение процесса преобразования света с позиции элементарной физики. Но думаю, что в этом большой нужды нет. Есть уникальная разработка Александра , над которой он кропотливо работал несколько лет и добился положительных результатов. Именно об этом я и хотел рассказать читателю.

    • Борис Афанасьев

      «Оптический трансформатор» — УФ в составе спектра в стратосфере
      менее 7%, а приходит в нижние слои атмосферы менее 3,5%! Преобразуя эти % с кпд 85% в световой диапазон, а затем его, как обычно в э/э с кпд 15-17% вы получите добавку 0 целых и в «разводе» десятых :)!
      Это уже давно сделано в виде лабораторной работы в КПИ.
      Добавки в жидкость люминофоров ничего не дали, а все улучшения связаны с охлаждением PV!

      • Sogokon Aleksandr

        Вот прочитал, и сразу возникла ассоциация с тестом о полу
        наполненном бокале и полупустом. Почему фотовольтаические ячейки имеют яркий
        синий цвет? Потому, что они из всего видимого спектра поглощают только то
        излучение, которое длиннее желтого, т.е. больше 585нм. Именно поглощенное
        излучение в диапазоне 0,7-1,3мкм приводит к генерации электричества. А излучение с другими длинами волн бесполезно,
        и оно либо отражается, либо проходит насквозь. А это весь доступный
        ультрафиолет, примерно, от 250нм, видимое до 585нм и ИК длиннее 1,3мкм. Теперь
        посмотрим на энергию квантов: 1,24мкм – 1эВ (1 электронвольт), 500нм – 2,5эВ,
        300нм – 4,13эВ, т.е. один УФ-квант может совершить работу эквивалентную четырем
        ИК-квантов. Энергия ионизации атома водорода составляет 13,6 эВ. Это самая
        высокая «цена» за свободу электрона. Кремний «распродает» свои электроны по «цене»
        4,8эВ (работа выхода). Этой энергией обладают кванты как раз в районе 250нм.
        Электрон, обретя свободу, «оседает» на дислокациях, примесях, механических
        дефектах, границах микрокристаллов, создавая там локальные напряжения, которые
        под воздействием температурных перепадов в результате приводят к деградации
        генерационных свойств ячейки.

        А рассматривая спектр солнечного излучения, вы с изумлением
        обнаружите, что интенсивность с диной волны 1,1мкм почти в точности совпадает с
        интенсивностью 300нм, и они обе в 4 (четыре!!!) раза ниже максимума, который
        приходится на 400-500нм. https://drive.google.com/file/d/1yuGzpfHCiC8cSC1Xw7aiJe9iVs-OO0lL/view?usp=sharing
        Отсюда следует, что мы используем только малую часть предложенного нам Природой
        спектрального диапазона, причем, не самую интенсивную. И ясно, что с этим
        что-то нужно делать. И сделали https://drive.google.com/file/d/1OqOcpQDLmL5Tu0NPk6rJTm3CzpFVwVHw/view?usp=sharing
        Но это сложный и дорогой путь, результат труда многих ученых мира в течение
        длительного времени. А есть другой путь: преобразовать излучение из бесполезного
        спектрального диапазона в излучение с длиной волны в области поглощения (в
        полезное). Это несколько проще и под силу небольшому творческому коллективу. А
        несколько неудачных (скорее некорректных) экспериментов – это не повод, чтобы
        полностью списывать эту идею со счетов. Дело в том, излучение люминесценции и
        флуоресценции распространяется во все стороны изотропно, и просто так, без
        специальных мер по его концентрации, воспользоваться им в полной мере
        невозможно.

        Выставка EXPO-2017
        «Энергия будущего» с очевидностью показала, что будущее за интеграцией в
        широком смысле этого слова. Это объединение в одном устройстве источников
        энергии разной природы, например, солнце-ветер, солнце-геотермальная энергия, и
        так дальше. И это интеграция в нашу среду: в окна, в стены домов, тротуары,
        дороги, и прочее. Я не приверженец использования плоских солнечных коллекторов
        в наших климатических условиях самих по себе. Но в составе интегрального
        устройства, дающего и тепло и электричество, и при этом коллектор еще создает
        преимущества для работы солнечной батареи – это меняет дело. А перспектива
        трансформации спектра делает его еще привлекательней.

        И в заключение хочу сказать, уважаемые господа, давайте
        видеть наполовину наполненные бокалы, и не будем переживать о том, сколько в
        них не долито.

      • Sogokon Aleksandr

        Вот прочитал, и сразу возникла ассоциация с тестом о полу
        наполненном бокале и полупустом. Почему фотовольтаические ячейки имеют яркий синий цвет? Потому, что они из всего видимого спектра поглощают только то
        излучение, которое длиннее желтого, т.е. больше 585нм. Именно поглощенное излучение в диапазоне 0,7-1,3мкм приводит к генерации электричества. А излучение с другими длинами волн бесполезно, и оно либо отражается, либо проходит насквозь. А это весь доступный ультрафиолет, примерно, от 250нм, видимое до 585нм и ИК длиннее 1,3мкм. Теперь посмотрим на энергию квантов: 1,24мкм – 1эВ (1 электронвольт), 500нм – 2,5эВ, 300нм – 4,13эВ, т.е. один УФ-квант может совершить работу эквивалентную четырем
        ИК-квантов. Энергия ионизации атома водорода составляет 13,6 эВ. Это самая высокая «цена» за свободу электрона. Кремний «распродает» свои электроны по «цене»
        4,8эВ (работа выхода). Этой энергией обладают кванты как раз в районе 250нм. Электрон, обретя свободу, «оседает» на дислокациях, примесях, механических дефектах, границах микрокристаллов, создавая там локальные напряжения, которые под воздействием температурных перепадов в результате приводят к деградации генерационных свойств ячейки.

        А рассматривая спектр солнечного излучения, вы с изумлением обнаружите, что интенсивность с диной волны 1,1мкм почти в точности совпадает с интенсивностью 300нм, и они обе в 4 (четыре!!!) раза ниже максимума, который приходится на 400-500нм. https://drive.google.com/file/d/1yuGzpfHCiC8cSC1Xw7aiJe9iVs-OO0lL/view?usp=sharing
        Отсюда следует, что мы используем только малую часть предложенного нам Природой спектрального диапазона, причем, не самую интенсивную. И ясно, что с этим что-то
        нужно делать. И сделали https://drive.google.com/file/d/1OqOcpQDLmL5Tu0NPk6rJTm3CzpFVwVHw/view?usp=sharing
        Но это сложный и дорогой путь, результат труда многих ученых мира в течение длительного времени. А есть другой путь: преобразовать излучение из бесполезного спектрального диапазона в излучение с длиной волны в области поглощения (в полезное). Это несколько проще и под силу небольшому творческому коллективу. А несколько неудачных (скорее некорректных) экспериментов – это не повод, чтобы
        полностью списывать эту идею со счетов. Дело в том, излучение люминесценции и флуоресценции распространяется во все стороны изотропно, и просто так, без
        специальных мер по его концентрации, воспользоваться им в полной мере невозможно.

        Выставка EXPO-2017 «Энергия будущего» с очевидностью показала, что будущее за интеграцией в широком смысле этого слова. Это объединение в одном устройстве источников
        энергии разной природы, например, солнце-ветер, солнце-геотермальная энергия, и так дальше. И это интеграция в нашу среду: в окна, в стены домов, тротуары, дороги, и прочее. Я не приверженец использования плоских солнечных коллекторов в наших климатических условиях самих по себе. Но в составе интегрального устройства, дающего и тепло и электричество, и при этом коллектор еще создает
        преимущества для работы солнечной батареи – это меняет дело. А перспектива трансформации спектра делает его еще привлекательней.

        И в заключение хочу сказать, уважаемые господа, давайте
        видеть наполовину наполненные бокалы, и не будем переживать о том, сколько в них не долито.

      • Sogokon Aleksandr

        (Продолжение. Начало в ответе на предыдущее высказывание)
        И сделали https://drive.google.com/file/d/1OqOcpQDLmL5Tu0NPk6rJTm3CzpFVwVHw/view?usp=sharing Но это сложный и дорогой путь, результат труда многих ученых мира в течение длительного времени. А есть другой путь: преобразовать излучение из бесполезного спектрального диапазона в излучение с длиной волны в области поглощения (в полезное). Это несколько проще и под силу небольшому творческому коллективу. А несколько неудачных (скорее некорректных) экспериментов – это не повод, чтобы полностью списывать эту идею со счетов. Дело в том, излучение люминесценции и флуоресценции распространяется во все стороны изотропно, и просто так, без специальных мер по его концентрации, воспользоваться им в полной мере невозможно.
        Выставка EXPO-2017 «Энергия будущего» с очевидностью показала, что будущее за интеграцией в широком смысле этого слова. Это объединение в одном устройстве источников
        энергии разной природы, например, солнце-ветер, солнце-геотермальная энергия, и так дальше. И это интеграция в нашу среду: в окна, в стены домов, тротуары, дороги, и прочее. Я не приверженец использования плоских солнечных коллекторов в наших климатических условиях самих по себе. Но в составе интегрального устройства, дающего и тепло и электричество, и при этом коллектор еще создает
        преимущества для работы солнечной батареи – это меняет дело. А перспектива трансформации спектра делает его еще привлекательней.
        И в заключение хочу сказать, уважаемые господа, давайте
        видеть наполовину наполненные бокалы, и не будем переживать о том, сколько в них не долито.