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invention
Fédération de Russie Patent RU2158048

Convertisseurs de l'énergie solaire en électricité

Convertisseurs de l'énergie solaire en électricité

Nom de l'inventeur: Grishin VK (RU); Soirée Alim A. (PAR); VV Sinyavsky (RU)
Le nom du titulaire du brevet: Open Joint Stock Company "Rocket and Space Corporation" Energia (RU) "SP Korolev."
Adresse pour la correspondance: 141070, région de Moscou, Korolev, st .. Lénine 4a, JSC "RSC" Energia ". SP Korolev" la propriété industrielle et de l'innovation
Date de début du brevet: 05.02.1999

But: sources autonomes de puissance, y compris l'espace.

L'énergie solaire du convertisseur selon l'invention en une énergie électrique comprend un boîtier étanche divisé en deux compartiments remplis d'un seul et même gaz diatomique dissociant et séparées par une membrane échangeuse d'ions en tant que matériau, qui est choisi électrolyte ayant une conductivité ionique dissociées gaz diatomique de gaz atomique, sur les deux surfaces latérales une membrane perméable aux gaz comporte des électrodes munies de courant principal, l'un des compartiments est muni d'un système d'évacuation de la chaleur. Une partie de l'autre chambre du boîtier est réalisée en un matériau transparent pour le rayonnement solaire, en tant que gaz diatomique gaz sélectionné, se dissociant en gaz atomique sous l'influence du rayonnement solaire. L'invention permet de convertir directement l'énergie solaire en électricité.

DESCRIPTION DE L'INVENTION

L'invention se rapporte à des sources d'alimentation à la conversion directe de la chaleur en électricité, et peut être utilisé pour créer des sources d'énergie solaire autonomes, y compris l'espace de destination.

Les machines connues et les convertisseurs directs de l'énergie solaire thermique en énergie électrique [1]. Par machine de transformation comprend une turbine à vapeur et des centrales à turbine à gaz, mais aussi des moteurs à combustion interne, moteurs Stirling, la machine d'expansion du piston. Les principaux types de convertisseurs de chaleur directe sont la puissance thermoélectrique, thermoionique et MHD. Outre les convertisseurs de chaleur connus, et d'autres convertisseurs d'énergie primaire, est un produit chimique - piles à combustible et les générateurs électrochimiques et lumière - le photovoltaïque.

La plus proche de l'invention est un émetteur sous la forme de pile à combustible hydrogène-oxygène [2]. Le convertisseur se compose de deux compartiments séparés par une membrane échangeuse d'ions sur les surfaces latérales qui sont pressées contre des électrodes formées dans une grille. Les électrodes sont reliées à des collecteurs de courant. D'un côté de la membrane est un atome d'hydrogène, l'autre - l'oxygène. Du côté de la mèche d'électrode à oxygène sont formés pour décharger de l'eau et le tube dans lequel circule de l'eau de refroidissement. Hydrogène et oxygène compartiments ne sont pas connectés. Tout cela se trouve dans le boîtier. Certains de ces éléments sont activés électriquement l'empilement de piles à combustible.

Cet élément est un convertisseur à l'écoulement du fluide de travail, ce qui conduit à des ressources limitées et la consommation d'énergie.

Le plus proche de l'invention, l'ensemble des caractéristiques techniques est un convertisseur d'énergie thermique en énergie électrique [3], comprenant un boîtier étanche divisé en deux compartiments remplis d'un seul et même gaz diatomique dissociant et séparées par une membrane échangeuse d'ions en tant que matériau qui est sélectionné électrolyte conducteur ionique le gaz dissocié atomique par un gaz diatomique, sur les deux surfaces latérales de la membrane perméable aux gaz a des électrodes munies de courant principal, l'un des compartiments est muni d'un système d'alimentation et d'autre part - le système d'évacuation de la chaleur.

Un tel dispositif est un convertisseur d'énergie thermique en énergie électrique, mais ne peut pas être utilisé pour directe (sans transfert de chaleur) conversion de l'énergie solaire directement en électricité.

Le résultat technique est obtenu à l'aide de l'invention est de fournir des opportunités pour la conversion directe de l'énergie solaire en énergie électrique.

Ledit résultat de processus est réalisé dans un convertisseur d'énergie solaire en énergie électrique, comprenant un boîtier étanche divisé en deux compartiments remplis d'un seul et même gaz diatomique dissociant et séparées par une membrane échangeuse d'ions en tant que matériau, qui est choisi électrolyte ayant une conductivité ionique dissociées gaz diatomique de gaz atomique à les deux surfaces latérales de la membrane comporte des électrodes perméables au gaz sont pourvus de premier courant, l'un des compartiments est muni d'un système d'évacuation de la chaleur, dans lequel la portion de l'autre corps de couvercle est formé à partir d'un transparent au matériau de la radiation solaire, et en tant que diatomique gaz dissociant choisi gaz, se dissociant en gaz atomique sous l'influence de l'énergie solaire irradiation. En tant que gaz diatomique, dissociant sous l'action du rayonnement solaire, le gaz peut être choisi avec une faible énergie de dissociation, par exemple l'iode, le fluor, le chlore, le brome, ou des mélanges de ceux-ci. Système de dissipation de chaleur peut être réalisé comme un système de rayonnement de chaleur, par exemple à base de caloducs.

Le dessin montre un schéma d'une conversion d'énergie solaire en énergie électrique.

Invention. Convertisseurs de l'énergie solaire en énergie électrique. Fédération de Russie Patent RU2158048

l'énergie solaire en convertisseur électrique 1 comprend un corps avec deux compartiments, la partie de corps 2 de l'un des compartiments est conçu comme une paroi transparente pour le rayonnement solaire, par exemple, le verre, le quartz ou tout autre matériau transparent. La membrane échangeuse d'ions 3 divise l'espace intérieur du boîtier 1 en deux compartiments - irradié par le rayonnement solaire 4 et 5. La réfrigérées des deux côtés de la membrane 3 sont placés en contact avec elle perméable aux gaz électrodes 6 et 7, par exemple, dans une grille, dont chacune est pourvue d'isolation du boîtier 1 8 et 9, le courant menant à l'extrémité froide 10 par l'intermédiaire étanche alloué à l'extérieur du boîtier 1. le compartiment 5 est muni d'un système d'évacuation de la chaleur 11 qui peut être formée de rayonnement, par exemple, sur la base de caloduc ou d'une des ailettes de rayonnement de chaleur. Les compartiments 4 et 5 sont remplies de gaz diatomique, tel que l'iode. Les compartiments 4 et 5 communiquent les uns avec les autres, par exemple sous la forme d'une fente du tube capillaire dans la membrane échangeuse d'ions 12 ou comme une unité séparée, qui peut être réalisé sous la forme d'un clapet anti-retour ou de gaz.

Convertisseurs de l'énergie solaire en électricité
TRAVAUX QUI SUIT

Le rayonnement solaire passant à travers la partie transparente 2 du boîtier 1, se trouve sur une molécule de gaz diatomique électrode de surface adsorbé 6 dans le compartiment 4. L'irradiation du gaz diatomique se dissocie en gaz atomique à l'absorption d'une certaine quantité d'énergie solaire qui est proportionnel à la chaleur spécifique de la dissociation du gaz diatomique sélectionné. Entraînant la dissociation du compartiment à gaz atomique 4 possède un potentiel chimique plus élevée que le gaz contenu dans le compartiment 5 à l'état moléculaire (à pressions égales). En raison de cette différence entre les potentiels chimiques des travaux d'électricité peuvent être obtenus si elles sont séparées par une membrane échangeuse d'ions 3, un matériau qui est un électrolyte solide contenant des ions pouvant être obtenus par ionisation des atomes de gaz (par exemple d'iode) attachement d'électrons à celui-ci. Ensuite, quand un gaz atomique de la surface de la membrane (électrolyte) est en outre mis en contact avec un conducteur électronique (électrode 6), les atomes de gaz vont capter les électrons et le conducteur d'électrons que des ions se déplacent dans l'électrolyte (la membrane 3). Si l'autre côté de la membrane (électrolyte) et un contact électronique avec le conducteur (l'électrode 7), mais ce côté est un gaz moléculaire, en raison de son potentiel chimique inférieur à celui du gaz atomique, le processus d'ionisation des gaz moléculaire se produit dans une moindre mesure. En conséquence, un conducteur électronique (électrode 6) à partir du gaz atomique est plus positif que le potentiel du conducteur (électrode 7) par un gaz moléculaire. Par conséquent, lorsque des conducteurs de circuit (électrodes 6 et 7) vont circuler à travers un courant de circuit externe. En outre, la concentration ionique plus élevée par la membrane (électrolyte) 3, la mise en contact du gaz avec un atomique (compartiment éclairé 4), de sorte que lors de la fermeture des électrodes 6 et 7 à l'intérieur de la membrane (électrolyte) 3, un courant de diffusion des ions. Le résultat de ce processus est le transfert du fluide de travail dans la partie du système où il est plus élevé que le potentiel (compartiment éclairé 4), produits chimiques, à la partie où elle est inférieure au potentiel chimique (compartiment 5 avec un gaz moléculaire). Par conséquent, lorsque les électrodes de circuit par une pression de gaz de circuit externe dans le compartiment de refroidissement 5 va augmenter et dans le compartiment éclairé 4 à baisser. Il est nécessaire pour assurer le gaz diatomique de transition avec le côté refroidi de la membrane (compartiment 5) sur le lumineux (compartiment 4) Pour organiser un processus continu de la production d'électricité. Ceci est réalisé en reliant les compartiments 4 et 5 par l'intermédiaire d'un tube 12 qui peut être réalisé sous la forme d'un clapet anti-retour ou starter. La portion non convertie de l'alimentation donnée au système d'évacuation de la chaleur du rayonnement solaire 11, qui peut être exécuté sur la base de caloduc ou un transfert de chaleur des ailettes.

Ainsi, une partie de l'énergie solaire consacré à la dissociation du gaz diatomique en gaz atomique, suivi par recombinaison de gaz atomique avec une membrane échangeuse d'ions est convertie en électricité.

Considérons le processus de la transformation de détail

Laisser diatomique X2 gaz sous l'action du rayonnement solaire (rayonnement électromagnétique) à partir de la fréquence plus élevée wg et se dissocie en atomique

dissociant ainsi le gaz absorbe le montant suivant de l'énergie solaire par mètre carré de la surface irradiée (absorption complète)

où A - la constante solaire; noir de température avec une distribution d'énergie à proximité spectrale du rayonnement solaire (6000K) - T; h - la constante de Planck.

L'équation (2) est dérivé de la formule de Planck pour la densité spectrale du corps noir.

En tant que gaz diatomique est conseillé de choisir un halogène que d'autres gaz diatomiques ont des valeurs très élevées wg. A partir des données connues sur la colonne d'eau ont été calculés le coefficient K et la fraction d'énergie absorbée par la dissociation des halogènes (voir le tableau. 1).

Invention. Convertisseurs de l'énergie solaire en énergie électrique. Fédération de Russie Patent RU2158048

Parmi les meilleurs est l'iode halogène.

Le gaz atomique de photodissociation résultant a un potentiel chimique supérieur à l'état moléculaire à une pression égale. En raison de cette différence entre les potentiels chimiques du travail électrique peut être obtenue comme suit.

Soit le gaz atomique est mis en contact avec une (membrane échangeuse d'ions) d'électrolyte contenant des ions pouvant être obtenus par fixation à e X ionisation électronique à celle-ci. Ensuite, quand un gaz atomique de la surface d'électrolyte (membrane) est en outre mise en contact avec un conducteur d'électrons (électrodes) X atomes captureront les électrons et le conducteur d'électrons sous forme d'ions se déplacer dans X-1 dans l'électrolyte, selon le schéma

Si l'autre côté de l'électrolyte (membrane) et le contact électronique avec le conducteur (l'électrode), mais ce côté est un X2 gaz moléculaire, puis en raison de son potentiel chimique inférieur à celui du gaz atomique protentsial chimique, régime X2 ionisation

Il se produit dans une moindre mesure. Ainsi, le conducteur d'électrons par le gaz atomique a un potentiel positif, à savoir conducteurs de circuit avec un circuit externe à travers le flux de courant électrique. En fait, le dispositif est une cellule galvanique (HE), qui peut être schématisé comme suit:

Nous estimons que les caractéristiques attendues du convertisseur proposé. Nous choisissons la pression du fluide de travail de 1 bar (105 Pa). Puis EMF convertisseur E que ET est égal à

E = D Go / 2F,

où D Go - X2 norme d'énergie Gibbs ---- 2X réaction de dissociation, F - Numéro Faraday (96500 Pendentif / eq). D'après les données de référence ont les données présentées dans le tableau. 2.

Calculé à l'aide du tableau de données. 2 CEM E et l'efficacité de l'h électrochimique, qui est obtenu en divisant E = A + BT au terme constant A dans l'équation E = A + BT, présentés dans le tableau 3.

Le rendement global du convertisseur peut être caractérisée par la valeur maximale de la puissance électrique par unité de surface irradiée et le rendement global de conversion d'énergie, qui est égale au produit de l'efficacité électrochimique de h sur la fraction d'énergie absorbée dans la dissociation (voir le tableau 1.)

Wmax = Kh (kW / m 2)

h totale = Kh / A

et h Wmax fait couramment des valeurs sont indiquées dans le tableau. 4.

Ainsi, l'énergie solaire de l'inverseur a une efficacité relativement élevée et peut en principe avoir une longue durée en raison de l'absence de composants consommables. Pour améliorer l'efficacité de l'électrode perméable aux gaz (conducteur électronique) doit être exécuté avec une grande capacité de sorption par rapport au gaz diatomique.

SOURCES D'INFORMATION

  1. AA Kulandin, SV Timashev, VP Ivanov. Energy Systems vaisseau spatial - M:. Génie mécanique, 1972, p. 10-15.

  2. Les centrales électriques de sonde /S.A. Podshivalov, EI Ivanov, LI Mouratov et al., Éd. Éd. Nevyarovskogo et VS Viktorov. -M. Energoizdat, 1981, p. 18 - 19, 27 - 29.

  3. Le brevet RU 2074460 C1 "inverter chaleur directement en électricité" / B. K. Grishin, AA Soirée, VV Sinyavsky / Application 94039447 du 04/10/94.

REVENDICATIONS

  1. un convertisseur d'énergie solaire en énergie électrique, comprenant un boîtier étanche divisé en deux compartiments interconnectés remplis d'un seul et même gaz diatomique dissociant et séparées par une membrane échangeuse d'ions en tant que matériau, qui est choisi électrolyte ayant une conductivité ionique dissociable gaz diatomique de gaz atomique, sur les deux côtés les surfaces de la membrane comporte des électrodes perméables au gaz sont pourvus de premier courant, l'un des compartiments est muni d'un système d'évacuation de la chaleur, caractérisé en ce que la partie de l'autre boîtier de couvercle est formé à partir d'un transparent au matériau de la radiation solaire, et en tant que gaz diatomique gaz choisi, se dissociant en gaz atomique sous l'influence du rayonnement solaire .

  2. Invention selon la revendication 1, caractérisé en ce que le gaz diatomique, dissociant sous l'action du rayonnement solaire, le gaz est choisi parmi une faible énergie de dissociation.

  3. Invention selon la revendication 2, caractérisé en ce qu 'en tant que gaz diatomique avec une faible énergie de dissociation choisi iodo, fluoro, chloro, bromo ou leurs mélanges.

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Date de publication 05.11.2006gg