Optimizări fotovoltaice autonome cu lichide OPALE

[Remundo]

Bună ziua tuturor economiștilor,



Deschid acest subiect pentru a vă prezenta cele 2 prototipuri OPALE,

Optimizări
fotovoltaice
Autonom cu
Lichide în
curgere

La Hambar fotovoltaic OPALE


și Lactate fotovoltaice OPALE


OPALE este o tehnologie dezvoltată de Sycomoreen care îmbunătățește producția fotovoltaică a unei instalații între 5 și 20% în Franța metropolitană.

O altă opțiune OPALE este de a produce apă caldă dintr-un câmp fotovoltaic preexistent.

Căutăm parteneri pentru a dezvolta această invenție.

Găsiți alte informații și proiecte referitoare la energiile regenerabile pe site-ul web Sycomoreen, precum și Întrebări frecvente Sycomorean pe probleme fotovoltaice.

A bientot.

Remundo pentru SYCOMOREEN

[Remundo]

Invenția (OPALE) se referă la un dispozitiv cu mai multe rezervoare(REP, REC, RLS) cuprinzând cel puțin o pompă (PMP), filtrare de retur integrată (FRI) la cel puțin unul din rezervoare, filtrare de debit integrată (FDI) la fiecare pompă (PMP), ascensori ( ASC, ASC1, ASC2) și rampe de udare (RA, RA1, RA2, RA3), gestionate prin control sezonier cu unități de declanșare termostatice (TST), fotosensibile (PHO) și temporale (RHP, RTE) folosind lichide care curg, cum ar fi apa de ploaie (EP), apa de ploaie preîncălzită (EC) sau lichide specifice (LS) toate optimizările necesare în funcționarea unui câmp de panouri fotovoltaice (CPV) pe acoperiș sau la sol, orientabile sau nu, sa stii:

1. Răcirea panoului (cu excepția iernii)

2. Îndepărtarea zăpezii / dezghețarea panourilor (iarna)

3. Curățarea panoului (tot sezonul)
la. Zăcăminte organice
b. Depozite anorganice

4. Atenuarea saltului în indicii optici între aer și sticla panourilor (toate anotimpurile)

5. Extragerea energiei termice (toate anotimpurile)

Prezenta invenție (OPALE) este astfel caracterizată prin următoarele elemente și operații:

1. Utilizarea diferitelor lichide depozitate în:
la. cel puțin un rezervor de apă de ploaie (EP) (REP),
b. cel puțin un rezervor (RLS) de lichid specific (LS) care va fi în special un antigel (de exemplu apă / alcool) sau o soluție apoasă de acid, sau un rezervor (REC) de apă încălzită (EC) sau orice lichid specific ( LS) considerat adecvat,

2. Cel puțin o pompă (PMP) a cărei aspirație (ASP) cade, posibil folosind supape (VDP, VDC, VDS):
la. Într-un rezervor de apă de ploaie (PWR) pentru perioada de vară,
b. În rezervorul antigel (RLS) sau alternativ în rezervorul de apă încălzită (EC) (REC) pentru perioada de iarnă,
vs. Într-un rezervor specific de lichid (LS) (RLS) în timpul operațiilor excepționale de curățare intensă (cu apă acidă sau diluant organic).

3. Filtrare dublă integrată (FRI, FDI):
la. Filtrarea lichidului de retur integrat (FRI) pe cel puțin unul dintre rezervoare (REP, RLS, REC) constând din cel puțin o cutie în două trepte (BBE) cu suprafață de filtrare (SFI) reutilizabilă după curățare, cu un capac detașabil (CAM), o rețea de susținere (GRI) ținută de șuruburi (VI1, VI2, VI3, VI4), cu un element de distribuție (DIS) către rezervorul de lichid corespunzător (REP, RLS, REC),
b. Filtrarea lichidului de pornire integrat (FDI) la aspirație (ASP) constând dintr-un cap de filtru sau o suprafață de filtrare (TFI, SFI) care poate fi refolosită după curățare,

4. Un încălzitor opțional integrat în cel puțin un rezervor (REP, RLS) cuprinzând fie o bobină (SER) pe care curge apă caldă menajeră (ACM), fie un rezistor de încălzire (RCH), sau ambele (SER, RCH),

5. Senzori și declanșatoare pentru pompă și / sau rezistența de încălzire (RCH):
la. Termosensibil: un releu termostatic (TST)
b. Fotosensibil: un releu amurg (PHO)
vs. Temporal: un releu de timp programabil (RHP) și un releu de întârziere electrică (RTE),

6. Conducte ascendente (ASC, ASC1, ASC2) care aduc fluidul ales în partea de sus a câmpului fotovoltaic (CPV),

7. Cel puțin o bară de pulverizare (RA, RA1, RA2, RA3) din care curge fluidul,

8. O seră detașabilă opțională (SAM) care acoperă câmpul fotovoltaic (CPV) în funcție de sezon,
9. Jgheaburi (CHN) care colectează fluidul,

10. Un plan de curgere detașabil (PEA) care deportează sau nu fluidele care curg în afara jgheaburilor (CHN)

11. Întoarceți liniile (RET) către tancuri (REP, RLS, REC).

12. Cel puțin un flotor (FLO), cel puțin un distribuitor (DIS) și cel puțin o ieșire de preaplin (TRP) pentru a gestiona nivelul fluidelor din rezervoare (REP, REC, RLS)

[Remundo]

Instalarea tipică a elementelor OPALE pe un acoperiș fotovoltaic

[Remundo]

Prezentarea prezentului dispozitiv pentru optimizări fotovoltaice autonome cu lichide curgătoare (OPALE) se va baza pe 9 figuri tehnice (Fig. 1/32 până la Fig. 9/32) și 23 de figuri din resurse științifice (fig. 10/32 la Fig. 32/32) anexat la acest document, care va fi organizat în conformitate cu următorul plan:

1. Îmbunătățiri fotovoltaice existente:
la. Răcirea panoului
b. Îndepărtarea zăpezii din panouri
vs. Curățarea panoului
d. Filtrare
e. Suprafata antireflexie
f. Extracție termică

2. Rezumatul stadiului tehnicii și al contribuției OPALE
la. Pentru răcirea panoului
b. Pentru îndepărtarea zăpezii din panouri
vs. Pentru curățarea panourilor
d. Pentru filtrare
e. Pentru suprafețe antireflex
f. Pentru extracție termică

3. Optimizări fotovoltaice autonome cu lichide care curg (OPALE):
la. Componentele sistemului OPALE
b. Răcire (cu excepția iernii)
eu. Dimensiuni hidraulice
ii. Controlul declanșării pompării
vs. Îndepărtarea / dezghețarea panourilor (iarna)
d. Filtrare și încălzire integrate
e. Curățarea panourilor (tot sezonul)
f. Atenuarea saltului în indicii optici de aer / sticlă
g. Extragerea energiei termice (toate anotimpurile)

[Remundo]

Aspect tipic al elementelor OPALE pe un catarg fotovoltaic motorizat ca un tracker solar
(urmărire solară)

[Remundo]

1. Îmbunătățiri fotovoltaice existente

1.a) Răcirea panourilor fotovoltaice este o problemă importantă, deoarece puterea unui panou scade de obicei de la 0,35% la 0.5% per ° C peste 20 ° C, așa cum este ilustrat în figurile 10 și 11.

Statisticile solare estimează că în Franța, o instalație cu panouri integrate în acoperiș își pierde 5-15% din producția sa anuală datorită încălzirii lor și până la 35% din puterea sa instantanee în zilele călduroase și însorite.

astfel au fost propuse mai multe dispozitive de răcire a panoului, cel mai adesea cu apă lichidă. Deci, găsim:

- exemple de module fotovoltaice cu răcire integrată în panou în DE2020060160108U1 de SUNZENIT Gmbh sau în FR2566183A1 de Roger LUCCIONI sau de asemenea FR2911997A1 de Guy DIEMUNSCH, de asemenea un lichid care înconjoară complet celulele ca în WO0036618A1 de Stichting Energieonderzoek Centrum Nederland,
- exemple de răcire cu scurgeri de lichid pe acoperiș (adesea într-un circuit închis și recuperarea apei de ploaie) în SI22844A / WO2010005402A3 de Kajetan BAJT sau JP62013084A de Katsumi KAWASHIMA, care sunt considerate a fi o stare de artă apropiată de prezenta invenție,
- exemple instalații frigorifice și / sau pompe de căldură ca în JP2006183933A de Masahisa OTAKE sau EP2093808A2 de Alfonso DI DONATO,
- din exemple de panouri fotovoltaice și termice hibride (PVT) cu diverse variante, în special în CN201365210 de JUNJIE / DANDAN, CN201368606Y de WU / GOU, JP2003199377 de KOMAI / YOSHIKA sau KR100622949B1 de KIM JONG / KIM TAE sau WO2009111017A3 de Edwin COX. Uneori se propune concentrarea radiației ca în US6630622B2 de Annemarie HVISTENDAHL KONOLD sau WO0008690A2 de Windbaum Forschungs und Entwicklungs Gmbh. Pentru informații, figurile 10 și 11 sunt preluate din publicațiile de performanță ale Companiei Holtkamp SES pe panourile sale hibrid fotovoltaice / termopan.

1.b) Îndepărtarea zăpezii / dezghețarea panourilor fotovoltaice este un subiect mai puțin discutat; cu toate acestea, are o importanță deosebită în zonele montane sau înzăpezite: pentru a beneficia de albedo puternic al zăpezii și pentru a avea o producție bună, este necesar să alungăm zăpada sau înghețul care a căzut asupra instalației fotovoltaice. În acest caz, problema răcirii este învechită și înlocuită de o problemă de deszăpezire și au fost propuse mai multe metode în acest scop:

- exemple de încălzitoare electrice pentru topirea gheții, suplimentar ca în CN201340855 sau integrat în panouri prin curent invers ca în DE102006004712A1 de Inek Solar AG sau JP9023019 sau JP62179776 de KYOCERA sau KR20100005291A de YU HEUNG SOO
- exemple de topire a aerului cald ca în DE102006054114A1 de Gertraud HÖCHSTETTER sau de curent CO2 ca în JP2006029668 de OTAKE / MURATA,
- exemple de topire prin scurgerea apei ca în JP2003056135 de Hitoshi HORIKAWA sau JP2005155272 de OE / TANIKOSHI sau WO2009139586 de Soo YU HEUNG
- din exemple de deszăpezire mecanică ca în DE10013989A1 de René NEUMANN sau CN201338000Y de DAJIAN / HONGSHENG sau DE202005012844U1 de STEIBLE / ALBRECHT

1 C) Curățarea panourilor fotovoltaice este, de asemenea, oferit folosind diferite metode:

- modul de suprafață autocurățat ca în CN201181709Y de Liu JINWEI, sau filme fizico-chimice autocurățate care trebuie aplicate a posteriori pe panouri,
- utilizarea mijloacelor mecanice (periere, ștergere etc.) ca în DE10013989A1 de René NEUMANN sau KR20090090722A de JUNG HAE / KIM GYEONG sau WO2008014760A2 de Gerd HETTINGER,
- combinație de scurgeri de lichid de răcire și curățare ca în KR20090071895A de Jae LEE CHAN sau WO2009139586 de Soo YU HEUNG.

1.d) Filtrarea se referă la aplicațiile în care scurgerea lichidului are loc direct în aer liber. În practică, un circuit închis de apă cu rezervor este adesea propus pentru a nu funcționa cu „apă uzată” în timp ce colectează apa de ploaie.

Cu toate acestea, acoperișurile colectează o mulțime de deșeuri organice (excremente de păsări, insecte, reziduuri de plante (frunze, crenguțe, praf) și minerale (praf de piatră sau nisip, poluare adusă de vânt și / sau ploaie). provoacă o înfundare foarte rapidă a rezervoarelor și compromite grav funcționarea pompei și a brațului sprinklerului asigurând scurgerea lichidului pe câmpul fotovoltaic Foarte puține brevete referitoare la OPALE abordează tehnic această problemă de filtrare; se poate cita totuși JP62013084A care recomandă compartimentarea rezervorului de apă de ploaie într-un spațiu de depozitare și altul pentru decantare, dar fără filtrarea fluidului, sau SI22844A care indică o simplă filtrare de retur a apei încărcate. Nu este oferită o filtrare inițială.

1.e) Suprafețele anti-reflexie sunt dezvoltate cel mai adesea prin depunerea de straturi subțiri pe suprafața sticlei panoului fotovoltaic, astfel încât să canalizeze cantitatea maximă de radiație către celulele fotosensibile. Cu toate acestea, rămâne o diferență semnificativă în indicii optici între aer (n = 1) și sticla de protecție (n = 1.5) care provoacă reflexia parțială a radiației și, prin urmare, un efect fotovoltaic slăbit asupra celulelor.

1.f) Este posibilă extragerea termică pentru panourile fotovoltaice.

După cum este ilustrat calitativ în Figura 15, imperfecțiunile efectului fotovoltaic și materialele fotosensibile foarte întunecate duc la o degradare de aproximativ 80% a radiației de căldură. Temperatura panoului crește întotdeauna până când puterea termică pierdută de panou (prin conducto-convecție și reemisia în infraroșu) este egală cu puterea termică primită.

Fără răcire forțată, temperatura de echilibru este de aproximativ 90 ° C atunci când atmosfera este fierbinte cu radiații intense și de obicei 50 până la 70 ° C - ceea ce duce la o scădere de aproximativ 30% pentru puterea electrică - .

De plus, aceste cicluri de temperatură cu amplitudine mare determină îmbătrânirea elementelor fotosensibile printr-o scădere lentă a eficienței electrice (de la 10 la 20% pe o perioadă de 20 de ani comparativ cu performanțele inițiale). Acest fenomen de încălzire a priori dăunător este uneori îmbunătățit prin combinarea tehnicii panourilor solare termice (lichidul care circulă sub sticlă) cu cea a panourilor solare fotovoltaice (care constituie suprafața absorbantă la cald). Dar răcirea intensă a panourilor și obținerea de apă foarte caldă sunt incompatibile. Este posibil doar un compromis între cele două, cu nevoi sezoniere.

[Remundo]

Integrarea OPALE la centralele solare modulare de la sol cu ​​management centralizat

[Remundo]

2. Rezumatul stadiului tehnicii și contribuțiile OPALE

În ciuda numeroaselor propuneri, fiecare are lacune mai mult sau mai puțin profunde:

2.a) pentru răcirea panourilor

Soluțiile de răcire integrate în panou nu curăță peretele exterior expus murdăriei.

Soluția de scurgere a lichidului în afara panoului este cea mai relevantă, dar cu condiția să adăugați soluții eficiente de filtrare și control al frigului de iarnă..

În cele din urmă, panourile hibride PVT nu asigurați curățarea exterioară și tind să se supraîncălzească : vara, reduceți producția de apă caldă și favorizați producția fotovoltaică, iarna, faceți contrariul.

2.b) pentru deszăpezirea / dezghețarea panourilor

Les elementele de încălzire electrice din panou duc la un cost suplimentar și la o cheltuială semnificativă de energie în timpul implementării lor. Același lucru este valabil și pentru tehnicile de polarizare inversă / curent ale celulelor fotovoltaice care necesită electronice de control foarte fiabile.

Curentul de aer cald, care este neapărat consumator de energie, necesită, de asemenea panouri specifice și, prin urmare, scumpe în comparație cu un panou standard.

Îndepărtarea mecanică a zăpezii necesită o cinematică destul de complexă și costisitoare de periere / ștergere, în special pentru întreținerea lor și care, cu reziduuri nisipoase, tind să zgârie geamul panourilor.

Oricum, tehnica de scurgere este interesantă deoarece pe o pantă, foarte puțină fluidă și energie este suficientă pentru a destabiliza un strat de zăpadă depus pe sticlă, cu condiția asigurării și automatizării fluxului fluidului.

2.c) pentru curățarea panourilor

Filmele de autocurățare sunt în general complexe din punct de vedere chimic și acțiunea lor nu este durabilă sau chiar ineficientă, deoarece anumite tipuri de murdărie sunt deosebit de aderente, cum ar fi excrementele animalelor sau depozitele de minerale..

Ploaia nu este întotdeauna suficientă sau chiar poate fi ea însăși sursa de murdărire atunci când transportă praf natural, cum ar fi nisip sau praf artificial legat de reziduuri industriale..

Periajul necesită arhitecturi mecanice costisitoare și poate deteriora panourile, de exemplu cu frecare de nisip rezidual pe sticlă.

În realitate, numai scurgerea pare valabilă, dar scurgerea simplă a apei se dovedește a fi insuficientă: sunt necesare filtrări eficiente și lichide specifice, cu sistem hidraulic controlat.

2.d) pentru filtrare

Stadiul tehnicii prezintă puncte slabe majore în acest domeniu: este adesea ignorat, uneori subliniat și adesea inadecvat din punct de vedere tehnic. Cantitățile de murdărie colectate de un acoperiș sunt foarte mari și este esențial să le împiedice să pătrundă în rezervoarele de lichidindiferent dacă este apă sau lichide specifice.

Filtrarea OPALE este strictă atât la întoarcerea cât și la plecarea fluidului pentru a menține rezervoarele curate, precum și conductele strategice de fluid, cum ar fi aspirația (ASP) a pompei (PMP), orice conducte ascendente (ASC) sau brațele de aspersoare (RA, RA1, RA2, RA3) . Cu toate acestea, această filtrare este ușor de întreținut și ieftină, fără a provoca pierderi hidraulice excesive de cap.

2.e) pentru suprafețe antireflex

Problema reflexiei în timpul trecerii luminii prin interfața a 2 indici optici diferiți este o situație cunoscută, uneori căutată sau combătută..

Panourile fotovoltaice creează o transmisie între un indice de aproximativ 1 (cel al aerului) și un indice de aproximativ 1,5 (cel al sticlei de protecție). Calculele optice de undă dezvoltate în continuare arată că acest lucru induce o reflectare de aproximativ 4% la incidența normală, situația degradându-se la 10% spre o incidență de 50 ° (în funcție de polarizarea undei) și până la la 100% când incidența devine pășunat.

Această reflecție este o pierdere netă pentru celulele fotosensibile. Tehnicile straturilor antireflexive există, dar sunt scumpe și perisabile, deoarece sunt expuse atacurilor suferite de panourile instalate pe acoperiș. În plus, funcționează doar pentru o singură lungime de undă.

Alte considerații privind optica undelor indicați că un compromis bun al indicelui stratului anti-reflexie este rădăcina pătrată a celor 2 indici care trebuie traversați (a se vedea 3.f), fie în cazul nostru 1.225 . Prin urmare, OPALE folosește soluții apoase adecvate datorită indicelui de 1,3 despre.

2.f) pentru extracție termică

Sisteme de extracție termică utilizează adesea efectul de seră datorită unei sticle inamovibile suprapuse în fața panoului fotovoltaic, ceea ce duce la supraîncălzirea acestuia chiar și atunci când nu este nevoie de încălzire, mai ales vara.

Eficiența fotovoltaică se deteriorează considerabil, cu excepția cazului în care impuneți o pompare suficient de intensă pentru evacuarea caloriilor și furnizarea unui radiator pentru a disipa căldura din mediu.

Cu toate acestea, este posibil să depozitați căldură într-un tampon termic mare subteran în clădire, astfel încât să atrageți căldură acolo în timpul iernii. Acest tip de instalare este totuși costisitor și foarte rar.

În cele din urmă, nu este posibil să se obțină simultan o producție fotovoltaică maximă și un fluid cu revenire la cald. Fotovoltaica și încălzirea solară sunt incompatibile cu nevoile lor, dar OPALE folosește o seră detașabilă (SAM), montată iarna și absentă vara.

Astfel, așa cum va fi dezvoltat, sistemul OPALE rezolvă toate problemele tehnice ridicate cu mijloace simple și totuși automatizate.

Prin fluxul în circuit închis de cantități mari de apă cu sistem hidraulic controlat, dispozitivul (OPALE) garantează răcirea maximă, chiar și în perioadele de caniculă.

Combinând acest flux, după cum este necesar zilnic, cu o abordare cu mai multe rezervoare (RLS, REP, REC) a apei de ploaie (EP) sau lichide specifice (LS), dispozitivul (OPALE) asigură curățarea regulată și efectiv, care poate fi întărit prin fluxul de lichide specifice potrivite pentru dizolvarea celor mai încăpățânate depozite pe câmpul fotovoltaic (CPV).

Datorită filtrării duble integrate (FRI, FDI) a lichidelor la retur și la ieșire, cu o cutie în două trepte (BBE) cu suprafață de filtrare (SFI) sau cu cap de filtru (TFI) instalat pe aspirația (ASP) a pompă (PMP), dispozitivul (OPALE) oferă o filtrare accesibilă, eficient și ieftin pentru a păstra toate rezervoarele strategice (PWR, RLS, REC) și conductele (ASP, PMP, ASC, ASC1, ASC2, RA, RA1, RA2, RA3) de murdărie.

[Remundo]

Dispozitiv de filtrare în două etape pentru fluidele de retur

[Remundo]

Folosind abordarea cu mai multe rezervoare, fie cu antigel (figurile 12, 13 și 14), fie cu apă încălzită (EC), OPALE permite îndepărtarea rapidă a zăpezii care consumă puțină energie iarna..

Datorită fluxului de lichid apos, dispozitivul (OPALE) creează un strat antireflexiune pentru toate lungimile de undă fără costuri (figurile 20-32).

Dispozitivul (OPALE) permite extragerea termică a căldurii din panouri, în special adaptată prin natura detașabilă a serii (SAM) care va fi instalat iarna și îndepărtat vara și prezența unui rezervor de apă încălzit (REC) care poate comunica căldura acestuia la apa caldă menajeră (ACM) printr-o bobină (SER)

Oricum, prin combinația releelor ​​sale termostatice (TST), crepuscul (PHO), timp programat (RHP) și întârziere electrică (RTE), dispozitivul (OPALE) se adaptează în mod inteligent la toate situațiile pentru a asigura și raționaliza funcționarea autonomă a instalației în ciuda variațiilor climatice.

Atât pentru instalațiile de pe acoperiș, cum ar fi ilustrate în figura 1, cât și pentru centralele solare de la sol, așa cum este ilustrat în figurile 2 (OPALE modular) și 3 (OPALE centralizat), un sistem complet autonom pare să garanteze toate optimizări fotovoltaice în ciuda variațiilor sezoniere și / sau climatice:

1. Răcirea panoului (cu excepția iernii),

2. Îndepărtarea zăpezii / dezghețarea panourilor (iarna),

3. Curățarea panourilor (toate anotimpurile),

4. Filtrarea lichidelor care curg

5. Atenuarea saltului în indicii optici de aer / sticlă (toate anotimpurile),

6. Recuperarea termică a încălzirii panourilor fotovoltaice (toate anotimpurile).


3. Optimizări fotovoltaice autonome
cu lichide curgătoare (OPALE)

3.a) Componentele sistemului OPALE

Așa cum este ilustrat în figura 1 pentru o instalație de acoperiș, în figura 2 pentru o instalație la sol cu ​​module autonome sau în figura 3 pentru o instalație la sol gestionată central, dispozitivul (OPALE) este instalat pe un câmp fotovoltaic (CPV) și are cel puțin 2 rezervoare, inclusiv:
- un rezervor de apă de ploaie (REP) (EP)
- sau un rezervor (RLS) pentru lichide specifice (LS),
- sau un rezervor (REC) de apă încălzită (EC).

Lichidele specifice (LS) pot fi soluții apoase:
* antigel:
- apă / etanol (așa cum este ilustrat în figurile 12 și 13)
- sau sare (fig. 14),
* diluant organic pentru îndepărtarea depozitelor organice, * acid / bază capabil să dizolve depozitele anorganice,
* apă încălzită (EC) destinată fie pentru îndepărtarea zăpezii, fie pentru încălzirea apei calde menajere (ACM),
* sau orice alt fluid specific considerat relevant.

Dispozitivul (OPALE) include, de asemenea, o pompă (PMP) a cărei aspirație (ASP) se aruncă:
- în rezervorul de apă de ploaie (PWR), cu excepția iernii,
- în rezervorul antigel (RLS) în timpul iernii sau ca variantă în rezervorul de apă încălzită (EC) (REC),
- în rezervorul specific de lichide (RLS) pentru operațiuni de detartraj și curățare în profunzime.