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invention
Fédération de Russie Patent RU2111422
ÉNERGIE SOLAIRE COMBINÉ
Nom de l'inventeur: Wolves ESTHER POLLARD;. Polivoda AI. Polivoda FA
Le nom du titulaire du brevet: Energy Research Institute Krjijanovski
Adresse de correspondance:
Date de début du brevet: 06.03.1995
Utilisation: dans la chaleur. Essence: centrale solaire comprend une circulation combinée de transfert de chaleur des boucles de haute photothermique et générateurs de chaleur photovoltaïques équipés de modules miroir parabolotsilindricheskimi Hub, et à haute température, de préférence en arséniure de gallium, les cellules solaires avec une correction optique de haute précision des pertes d'énergie. la boucle de puissance comprend une basse température, les capteurs solaires du deuxième circuit de vapeur avec le fluide de travail ayant un plus favorable par rapport aux propriétés thermodynamiques de l'eau. La centrale est équipée du moteur sous la forme de machine à vapeur rotative volumétrique ayant des avantages sur la turbine en termes de fiabilité et de métal, et le rapport fototermodinamichesky total dépasse analogues connus et le prototype.
DESCRIPTION DE L'INVENTION
L'invention concerne un système solaire thermique et peut être utilisé pour produire de l' électricité et de la chaleur des consommateurs.
La connue centrale supposée de l'énergie solaire thermodynamique, comprenant un circuit de transfert de chaleur circulant comprenant une boucle de transfert de chaleur en série modulaire miroir parabolotsilindricheskogo récepteurs concentrateurs solaires avec le système de suivi du soleil, générateur de vapeur, chauffe-vapeur, la pompe de circulation comme offre analogique, reliés par une sortie à l'entrée de la boucle de transfert de chaleur récepteurs d'énergie solaire concentrateur modulaire, et la deuxième sortie par l'intermédiaire d'une source de chaleur d'appoint couplée à l'entrée dudit surchauffeur, comprenant un second circuit de vapeur de puissance avec un fluide de travail de la vapeur d'eau consistant en une série exceptionnelle: économiseur, pièces à vapeur du générateur de vapeur et surchauffeur, turbine avec un générateur d'électricité, de refroidissement du condenseur et pompe à condensation.
L'inconvénient est le faible analogique pas plus de 14% l'efficacité de la conversion purement thermodynamique Rankine à vapeur de cycle de l'énergie solaire en électricité, ce qui est relié à un grand récepteurs de puissance de la zone et les coûts d'équipement ainsi élevés, longue période de récupération de l'énergie solaire, une grande agglomération avec une diminution de l'efficacité de l'utilisation des terres.
Comme un prototype accepté connu fototermodinamicheskaya centrale solaire combiné comprenant des circuits de circulation de transfert de chaleur, dont la première comprend la boucle de transfert de chaleur dans les récepteurs de la série modulaire miroir parabolotsilindricheskogo concentrateur d'énergie solaire avec le système de suivi du soleil vapeur, surchauffeur, pompe de circulation, relié par une sortie avec transfert de chaleur de boucles d'entrée hub modulaire de récepteurs d'énergie solaire, et la deuxième sortie par l'intermédiaire d'une source de chaleur d'appoint couplée à l'entrée dudit surchauffeur, comprenant un second circuit de vapeur de puissance avec un fluide de la vapeur d'eau de travail composé d'une série exceptionnelle: économiseur, pièces à vapeur du générateur de vapeur et surchauffeur, un moteur thermique avec un générateur de puissance, refroidissement du condenseur et la pompe à condensat comprenant une décomposition électrolytique d'eau en hydrogène et oxygène, un onduleur avec un système de batterie avec une faible teneur pompe de circulation de la chaleur.
Avec connue fototermodinamicheskoy pas possible de puissance pour atteindre plus de 20% fototermodinamichesky totale de l'énergie solaire facteur de conversion pour obtenir l'électricité.
Cet inconvénient, principalement en raison du fait que le prototype prévoit l'utilisation d' une basse température, comprenant un semi-conducteur de silicium transducteurs photo - électriques pouvant être actionnés avec un rendement de 10% seulement à une température supérieure à 55 ° C. Ils sont donc situés sur les économiseurs, qui sont principalement utilisés pour une faible unité de chauffage de la température par l'intermédiaire du récepteur miroir parabolotsilindricheskogo concentrateur d'énergie solaire dans un rapport de concentration inférieur à 20, l'eau circulant dans le réseau de chauffage et que dans une faible mesure, pour chauffer le condensat formé au cours du cycle de vapeur.
A cet égard, le facteur de contribution est négligeable (moins de 5%) de la chaleur résiduelle produite pendant la basse-température de refroidissement photocellules turbogénérateur la production d'électricité.
Un autre facteur qui contribue à une faible efficacité thermodynamique du prototype sont des propriétés thermodynamiques désavantageuses utilisées travail moyen - l'eau dans le cycle de la vapeur de l'énergie solaire fototermodinamicheskom combinée. Ceci est des paramètres de vapeur critiques principalement élevées: la pression de 21,8 MPa, température 374 ° C avec la chaleur élevée de vaporisation de 539 kcal / kg.
Pour ces raisons, le principal coefficient fototermodinamichesky total de conversion de l'énergie solaire en électricité dans le prototype peut même être inférieure à 20%.
En plus de la faible efficacité dans l'utilisation de l'eau comme fluide de travail dans le cycle de vapeur d'eau pour provoquer l'application de températures et de pressions élevées, entraîne des exigences de haute résistance du matériel métallique et le coût élevé correspondant, une faible fiabilité et de danger pendant le fonctionnement du prototype.
Le prototype est l'utilisation irrationnelle des bas Économiseur de température équipé d'une unité de réception avec miroir parabolotsilindricheskogo système de suivi du concentrateur.
chauffage à basse température et de la condensation de l'eau de chauffage peut être réalisée beaucoup plus facile, plus sûr et moins coûteux que d'utiliser des capteurs solaires fixes qui ne nécessitent pas de systèmes de concentration et de suivi du soleil.
inconvénient écologique de ce dispositif est l'émission d'oxydes d'azote dans l'atmosphère avec les produits de combustion, source de chaleur redondante réalisée sous la forme d'un système de chaudière classique avec des brûleurs pour combustibles gazeux sont brûlés dans les périodes sans soleil. Lors de la combustion du combustible gazeux dans une flamme du brûleur à une température d'environ 2000 ° C est un oxyde de synthèse et d' azote intensifs libérés dans l'atmosphère à 1400 cm 3 de ces oxydes par 1 m 3 de gaz de combustion (en termes de NO 2) est extrêmement toxique pour les humains et les animaux.
Selon l'art antérieur ne peut pas effectuer fototermodinamicheskih puissance faible puissance, y compris les versions mobiles, en raison de la nature de la turbine d'un moteur. Plutôt compliqué, encombrant, métal-, lourd et coûteux, respectivement, de la turbine, il est conseillé d'utiliser plus légers, des machines simples et fiables avec un taux élevé (82%), l'efficacité thermomécanique, à faible coût, et en métal.
Dans les propositions connues sans éléments optiques de correction nécessaires à la distribution uniforme de forte intensité (par un facteur supérieur à 100) de la concentration du rayonnement solaire sur la surface pn à haute transition, en particulier l'arséniure de gallium, les cellules photovoltaïques utilisées avec un robinet à la chaleur tout en refroidissant. Pour haute température des cellules solaires exigent l'exclusion des pertes optiques et de l'énergie associés aux spécificités du soleil comme source d'énergie, et les erreurs de miroir parabolotsilindrov optiques à haute (plus de 100), le facteur de concentration.
Énergie, environnement et technologie de la solution technique proposée - une utilisation plus efficace de l'énergie solaire et de la pureté écologique de l'environnement dans la source de chaleur d'appoint.
Ce résultat technique est obtenu par le fait que la centrale solaire combiné comprenant un contour de circulation de la chaleur, dont la première, qui comprend la boucle de transfert de chaleur à partir de récepteurs de la série modulaire de mise en miroir parabolotsilindricheskogo concentrateur d'énergie solaire avec le système de suivi du soleil vapeur, un surchauffeur, une pompe de circulation, relié par une sortie avec l'entrée du transfert de chaleur boucles moyeu modulaire de récepteurs d'énergie solaire, et la seconde sortie par l'intermédiaire d'une source de chaleur d'appoint couplée à l'entrée dudit surchauffeur, comprenant un second circuit de vapeur d'alimentation avec parozhidkim corps constitué de placer successivement travail: économiseur, les pièces à vapeur du générateur de vapeur et surchauffeur, d'un moteur thermique d'un générateur de puissance , le refroidissement du condenseur et la pompe à condensat comprenant une décomposition électrolytique d'eau en hydrogène et oxygène, un onduleur avec un système de batterie avec une faible teneur pompe de circulation de chauffage selon l'invention est muni d'une seconde boucle de transfert de chaleur
le premier circuit comprenant un générateur de chaleur photoélectrique à haute température réalisé sous la forme d'une unité réceptrice parabolotsilindricheskogo concentrateur d'énergie solaire situé dans le tuyau d'teplopriemnoy foyer parabolotsilindra d'un fluide caloporteur circulant, qui présente à température élevée des convertisseurs photoélectriques, un échangeur de chaleur et une pompe de circulation, dans lequel les convertisseurs photo-électriques à haute température relié à la cellule, la sortie onduleur à la batterie, la sortie du fluide de refroidissement à partir de la source couplée conducteur de chaleur thermique photoélectrique du second transfert de chaleur en boucle à l'entrée de la partie chaude de l'échangeur, reliés à la sortie de la source de chaleur d'appoint, la sortie de l'échangeur de chaleur est relié par l'intermédiaire d'une pompe de circulation à une entrée du générateur de chaleur photovoltaïque et l'entrée à la source de chaleur d'appoint, la sortie de la vapeur de l'échangeur de chaleur est relié une entrée de générateur de vapeur.
des convertisseurs photo-électriques élevés sont sous la forme d'une large arséniure, de préférence le gallium, ou de semi-conducteur à plusieurs étages photocellules unique couplé avec du silicium ou du germanium.
La fusion de la source de chaleur pour générer de l'électricité dans le cycle de vapeur d'eau est réalisé sous la forme d'un réacteur catalytique équipé d'un échangeur de chaleur sectionné avec des conducteurs de chaleur à absorption rempli principalement avec un réfrigérant liquide, qui est appliqué de manière sélective revêtement absorbant le rayonnement infrarouge et les surfaces conductrices de la chaleur sont disposés en rangées, en alternance avec des couches de catalyseur spongieux et des rangées de distributeur perforé tubulaire d'hydrogène ou d'autres combustibles gazeux et des rangées de distributeurs tubulaires d'air ou d'oxygène introduit dans le réacteur à la force ou par des sections de convection et de la chaleur pipelines sont connectés aux circuits de la vanne de dérivation de transfert à partir des récepteurs de l'énergie solaire thermique, qui peuvent être connectés séparément, comme le niveau de rayonnement solaire .
La centrale solaire est équipé d'une source de chaleur photothermique à basse température, réalisée sous la forme de récepteurs fixes d'énergie solaire passive, sans concentration, avec teplopriemnymi panneaux sélectifs, ayant des canaux avec un fluide de refroidissement en circulation, la sortie du fluide de refroidissement des canaux de panneaux grâce à la conductivité thermique est reliée à l'entrée de la troisième circulation séparée du transfert de chaleur de la première boucle de circuit relié à un conducteur de chaleur avec l'entrée de la partie chaude de l'échangeur de chaleur, dont la sortie est reliée à la pompe de circulation reliée à un conducteur de chaleur avec l'entrée des panneaux de canal passif capteur photothermique et la sortie de vapeur de l'échangeur de chaleur est reliée à l'entrée de l'alimentation de vapeur de l'échangeur de chaleur de la deuxième boucle du générateur de chaleur photoélectrique, et l'entrée dudit échangeur de chaleur est reliée à la sortie de la pompe à condensat .
une source de chaleur photoélectrique à une épaisseur de plaques de haute convertisseurs photovoltaïques à semi-conducteurs de moins de 50 microns est réalisée dans un batteries solaires linéaires montés sur la surface qui est au centre de la parabolotsilindra de miroir, d'un tube métallique ayant une surface plate le long de l'axe, pourvu d'un adhésif relié d'une épaisseur de film non conducteur ne dépassant pas 4/1 de l'épaisseur la plaque du convertisseur et collé avec un film isolant et un tube dans lequel circule un second circuit de refroidissement du fluide de refroidissement dans la chaleur d'un cycle de vapeur, dans lequel le générateur de chaleur est pourvu d'un tube extérieur transparent photoélectrique reliée de manière étanche au tube métallique interne dont le diamètre est inférieur à 1/5 de la surface extérieure et l'espace annulaire est mis sous vide, et le tube extérieur de la paroi optiquement transparente pourvue pseudocylindrique, surface optiquement réfractive, répartis uniformément sur le plan du faisceau jonction pn photovoltaïque d'un rayonnement solaire concentré réfléchi par la parabolotsilindrami du miroir, et le côté opposé du tube extérieur est pourvu de sortie par les bornes des électrodes à l'onduleur pour la connexion le réseau de consommateurs d'électricité ou de circuit convertisseur de commutation.
des convertisseurs photo-électriques élevées avec une épaisseur de 50 micromètres, sont montés à l'intérieur d'un tube transparent qui est rempli de circulation optiquement transparent chimiquement neutre, liquide de refroidissement, liquide, et le plan de jonction pn située dans la mise au point d'immersion formé par une surface de rayonnement lumineux et un élément réfringent formé concentré du tube transparent rempli un circuit de fluide de refroidissement optiquement transparent à la chaleur dans le cycle d'alimentation de vapeur, dans lequel le générateur de chaleur est pourvu d'un tube extérieur photoélectrique évacué transparent selon la revendication. 5 à travers laquelle est similaire conduit par un variateur électronique électrodes retirées.
La caractéristique de fluide de refroidissement optiquement transparent optiquement de la plaque transparente ou réfléchissante, la turbulence créant un écoulement de fluide de refroidissement, et un support optique, et possède un indice de réfraction qui est différent de celui du liquide de refroidissement.
Le fluide de travail du cycle de vapeur d'eau est utilisé un matériau organique ou inorganique avec une faible que celle de l'eau, la pression critique, la température et la chaleur de vaporisation.
Le moteur thermique est réalisé en tant que volume du moteur à vapeur, en particulier un mono ou multi-rotor, ce qui entraîne un générateur électrique avec une extraction à la vapeur entre des étapes pour le chauffage par de la chaleur ou d'un district de régénération, le moteur à vapeur volumétrique peut être réalisé sous la forme d'un trois-arbre ou à deux arbres à vis unique ou à plusieurs étages un turbodétendeur profils de rotor, de préférence du type "Liskholm", tandis que l'entrée de l'appareil connecté au générateur de vapeur et le condensateur de sortie.
Fig. La figure 1 montre un schéma de la combinaison proposée de l'énergie solaire.
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Fig. La figure 3 montre le diagramme d'énergie d'une centrale solaire combinée avec l'arséniure de gallium cellules photovoltaïques. | |
Fig. 2 générateur -teplofotoelektrichesky en deux variantes de ses composants: |
Centrale solaire combinée d'énergie et, en tant que prototype, comprenant des circuits de circulation de fluide, dont la première est munie d'une boucle de transfert première thermique 1 de séries espacées de récepteurs 2 modulaire miroir parabolotsilindricheskogo concentrateur d'énergie solaire à partir du système de poursuite du soleil, le surchauffeur 3, le générateur de vapeur 4, une pompe de circulation 5 à une seconde entrée par une source de chaleur de sauvegarde 6, 7 et 8 entrées ou de l'hydrogène gazeux.
La centrale solaire proposé de combinaison est fourni avec la deuxième boucle 9 du premier circuit avec une source de chaleur photoélectrique élevée réalisée sous la forme de récepteurs 2 modulaire parabolotsilindricheskogo concentrateur d'énergie solaire comprenant disposé au niveau du tube foyer F parabolotsilindra de teplopriemnuyu 10 avec un réfrigérant circulant, qui a des convertisseurs photoélectriques haute température 11, y compris arséniure de gallium, qui sont reliés aux circuits 12 à la cellule 13 avec le porte-gaz, l'inverseur de sortie 14 avec une batterie et le réfrigérant hors du générateur de chaleur photoélectrique est reliée à l'entrée d'un second transfert de chaleur circulant boucles 9 du premier circuit relié à un conducteur de chaleur à l'entrée de la partie chaude de l'échangeur de chaleur 15, dont la sortie est reliée à la une pompe de circulation 16 qui est reliée à une entrée du conducteur thermique photovoltaïque du générateur de chaleur, et la sortie de vapeur du côté de l'échangeur de chaleur 15 est reliée à l'entrée de vapeur 4.
Faible source de chaleur photothermique de température 17 se présente sous la forme de récepteurs fixes d'énergie solaire passive sans panneaux sélectifs concentration de teplopriemnymi, ayant des canaux avec un fluide caloporteur en circulation, la sortie du fluide de refroidissement des canaux de panneaux grâce à la conductivité thermique est reliée à l'entrée de la troisième circulation par convection séparée de la boucle de transfert de chaleur 18 du premier circuit relié à un conducteur de chaleur avec entrant dans l'échangeur de chaleur côté chaud 19 dont la sortie est reliée à un conducteur de chaleur avec une entrée vers les panneaux de canaux de convertisseurs photothermiques passifs 17 et la sortie de l'échangeur de chaleur de la vapeur du côté 19 est reliée à une entrée de l'échangeur de chaleur de la vapeur du côté 15 de la deuxième boucle générateur de chaleur photoélectrique, avec l'entrée dudit échangeur de chaleur 19 est reliée à la sortie de la pompe à condensât 20 . en cas d'impossibilité circulation par convection est établie pompe de circulation indépendant est similaire à la deuxième boucle.
La fusion de la source de chaleur 6 pour produire de l'électricité dans le cycle de vapeur, il est conçu comme un réacteur catalytique équipé d'un échangeur thermique en coupe 21 d'absorption conducteurs de chaleur 22 rempli principalement avec le réfrigérant liquide, qui est appliqué de manière sélective revêtement absorbant le rayonnement infrarouge et les surfaces conductrices de la chaleur sont disposés en rangées alternant avec des couches catalyseur à base d'éponge et une série de distributeurs perforés tubulaires 23 d'hydrogène ou d'autres distributeurs de carburant gazeux de l'air ou de l'oxygène introduit dans le réacteur par la force ou par convection, les sections de conduites de chauffage reliés aux vannes commutables 24 boucles thermique 1, 9 et 18 des récepteurs d'énergie solaire 1, 2 10, 11 et 17 qui peuvent être reliés séparément en tant que modifications du rayonnement solaire.
Le deuxième circuit 25 de vapeur d'eau comme fluide de travail dans le cycle de vapeur contient un matériau organique ou inorganique inférieure à la pression critique de l'eau, la température et la chaleur de vaporisation.
Production d'électricité dans le cycle de vapeur d'eau est effectuée au moyen du volume du 26 moteur à vapeur, en particulier d'un seul ou à plusieurs étages de rotation, ce qui entraîne un générateur électrique 28 avec de la vapeur 27 entre les étages d'échange de chaleur à régénération ou le chauffage et le moteur à vapeur volumétrique peut être réalisé sous la forme d'une vis à arbre ou trois arbres turbodétendeur à un ou plusieurs étages avec des rotors de type profile "Liskholm", tandis que l'entrée de la machine 26 est reliée au générateur de vapeur 3 et une sortie - avec le condenseur 29 ayant un système de refroidissement 30. le générateur de puissance 28 est reliée à l'entrée de l'inverseur 14, dont la sortie est alimentée dans le réseau électrique consommateurs.
Dans le premier mode de réalisation, les générateurs photo-électriques de chaleur 2, 10, 11 à une épaisseur de plaquettes de haute photovoltaïques convertisseurs à semi-conducteurs 11, à moins de 50 microns fonctionnent dans une batterie solaire linéaire montée sur une surface située dans le foyer de la réflexion spéculaire parabolotsilindra deux tubes métalliques 10 (unités I, II, III, IV ) ayant un axe le long d'une surface plane pourvue non conducteur un film adhésif 32 couplé (noeud IV) d'une épaisseur ne dépassant pas 4/1 de l'épaisseur de la plaque de transducteur et collé avec un film isolant 32 et le tube 10, qui fait circuler le fluide caloporteur circuit 2 de refroidissement pour chauffer le cycle d'alimentation de vapeur , dans lequel le générateur de chaleur est pourvu d'un tube extérieur transparent photoélectrique 33 est hermétiquement reliée au tube métallique interne 10, dont le diamètre est inférieur à 1/5 de l'extérieur, et l'espace annulaire est mis sous vide, et une partie de paroi optiquement transparente du tube extérieur 38 est pourvu d'un asphérique ou de Fresnel pseudo-cylindrique 34 ou 35 ( le noeud V) de surface optiquement réfringent, uniformément répartie sur le plan de la jonction pn 36 de cellules photovoltaïques 11 un des faisceaux de rayonnement solaire concentré réfléchi par le miroir parabolotsilindrami 2, et le côté opposé du tube extérieur est pourvu de bornes d'entrée des électrodes 37 à des convertisseurs 14 pour le raccordement au réseau de consommateurs d'électricité ou de commutation circuit convertisseur.
Dans le deuxième mode de réalisation, la source de chaleur photoélectrique convertisseurs haute photoélectrique 11 d'une épaisseur supérieure à 50 microns sont montés à l'intérieur du tube transparent 38 (noeud VI), qui est rempli de circulation optiquement transparent chimiquement neutre, du liquide de refroidissement et l'emplacement de l'immersion se concentrent 39 plan pn transition 36 formée concentrée Elément lumineux de rayonnement et réfracter 34 ou 35 formée par la surface du tube transparent 38, rempli d'un transparent optiquement refroidi deuxième boucle 9 du circuit de transfert de chaleur pour la deuxième vapeur en circuit 25, le générateur de chaleur photoélectrique est muni d'une enveloppe extérieure évacué un tube transparent 33 par n. 5, à travers lequel dérivé est similaire conducteurs de les électrodes 37 à l'émetteur 13.
L'élément optiquement transparent du liquide de refroidissement optiquement transparent ou opaque, ou réfléchissant la plaque 40, créant ainsi une turbulence du flux de fluide de refroidissement, et en tant que support optique 41 ayant un indice de réfraction qui est différent de celui du liquide de refroidissement.
L'énergie solaire œuvres combinées de la manière suivante.
Dans le tube successifs teplopriemnoy deux récepteurs, le premier module de la boucle de transfert de chaleur 1 parabolotsilindricheskih fluide caloporteur est chauffé par l'action d' un rayonnement solaire concentré E S. Un fluide caloporteur (huile ou polimetilsiloneonovaya liquide de type ICP-10) est caractérisé par les mêmes propriétés que l' on ne doit pas bouillir à une température à laquelle il est chauffé ( par exemple 400-500 ° C), et se solidifie à la température ambiante, ie. e. pendant les périodes où la station ne fonctionne pas. Le milieu caloporteur chauffé est dirigé vers le surchauffeur 3 (échangeur de chaleur), transfère la chaleur du liquide formé dans le générateur de vapeur 4, une paire de deuxième circuit vapeur de puissance 25, amenant la pression et la température des paramètres de vapeur initiale dans la partie de vapeur desdits échangeurs de chaleur 3 et 4, qui sont nécessaires pour la plus grande partie du rotor 26. Dans un moteur à vapeur du fluide de travail utilisé matériau organique ou inorganique avec une faible que celle de l' eau, à la pression critique et la température de la chaleur de vaporisation, tel que le butane normal en C 4 H 10, ou de préférence pentaftortrihlorpropan (C 3 Cl 3 F 5) avec des températures: point de fusion - 80 ° C, le point d' ébullition 74 ° C et critique 232 ° C, la pression critique de 30,4 kg / cm 2 et une chaleur de vaporisation de 60-30 kcal / kg (selon la pression). Afin de maintenir les paramètres de la vapeur d'eau surchauffée au même niveau dans un nombre alternatif reçu de l'énergie solaire pendant le jour ou même en son absence est un chauffage additionnel du fluide de transfert de chaleur en dupliquant la source de chaleur 6 sous l'hydrogène électrolytique (entrée 7) ou gazeux (entrée 8). Le liquide après la source de sauvegarde de chaleur 6 et, en tant que modules récepteurs de moyeu 2 du système 1 est fourni au surchauffeur 3 et le générateur de vapeur 4 et la pompe 5 est dirigée en outre au système récepteur 2 et / ou de dupliquer la source de chaleur 6. Dans le second circuit 25, la vapeur dans la rotation déclenchée vapeur moteur volume de vapeur 26 pénètre dans le condenseur 29.
Monté sur l'arbre 26 de la machine 28, le générateur génère de l'énergie électrique, et le condensateur 29 a un système de refroidissement 30. Dans le condenseur 29, la vapeur se condense et la pompe à condensat liquide 20 est dirigé vers le côté d'entrée d'un échangeur de chaleur à vapeur d'eau 19 de la troisième boucle 18, la source de chaleur à basse température 17, photothermique, et une alimentation de vapeur de sortie l'échangeur de chaleur 19 à l'échangeur thermique 15 deuxième entrée du générateur photovoltaïque boucle thermique 2, 11, 10, et en outre - à l'entrée de vapeur 4.
Dans la source de chaleur à basse température 17 photothermique troisième boucle de circulation 18 de la première boucle de transfert de chaleur chauffe le fluide de transfert de chaleur à travers lequel la pompe de circulation par convection est alimentée dans l'échangeur de chaleur 19 et porte une première évacuation de condensat pompe à condensat de l'étape de chauffage 20, qui est ensuite sortie de l'échangeur de chaleur 19 à l'entrée de l'échangeur de chaleur 15. De boucle de circulation 18 est possible dans le choix du système de chauffage du liquide de refroidissement. La température élevée photoélectrique générateur de chaleur 2, 10, 11, la seconde boucle de circulation 9 du premier circuit est chauffé fluide de transfert de chaleur qui, par la pompe de circulation 16 est fournie à l'échangeur de chaleur 15, et en utilisant la chaleur résiduelle provenant des convertisseurs photoélectriques 11 porte un second condensat de l'étape de préchauffage de pompage pompe à condensat 20, qui est en outre la sortie de l'échangeur de chaleur 15 est introduit dans le générateur de vapeur 4. chauffé dans un générateur de chaleur photoélectrique élevé 2, 10, 11, le liquide sert de refroidisseur de convertisseurs photo-électriques élevées 11, comprenant l'arséniure de gallium, monté dans une batterie solaire linéaire 31 sur la surface du métal 10 ou à l'intérieur tube transparent 38. le circuit électrique interconnecté 12 à haute température photovoltaïques convertisseurs de l'énergie solaire au-delà de la période de l'après-midi nourrir électrolyseur 13 qui injecte l'hydrogène dans le réservoir de gaz, l'onduleur 14 avec des accumulateurs électriques, qui sont chargés au cours de cette période. Onduleur 14 est relié aux pompes de circulation de tous les trois de circulation des boucles 1, 9, 18 du premier circuit, une pompe à condensât 20 et la pompe du système de refroidissement 30. L'onduleur 14 l'électricité produite par le générateur électrique 28 et photo-électrique générateur de chaleur 2, 10, 11, additionnées et introduits dans les réseaux de consommateurs .
Dans un premier mode de réalisation du générateur de chaleur photoélectrique 2, 10, 11 l'énergie de soufflage thermique qui accompagne le processus de photo-électrique qui se produit à la jonction pn 36 du convertisseur photo-électrique 11, d'une épaisseur inférieure à 50 microns, à travers l'épaisseur de la plaque, y compris le cristallin d'arséniure de gallium, contre-électrode, un film non conducteur 32 et la paroi du tube métallique 10 est amenée au fluide caloporteur circulant dans un échangeur thermique, puis recyclé dans le second circuit 24 par l' intermédiaire de l'échangeur de chaleur à vapeur 15. lors du passage à travers lesdits éléments thermiques, il y a une certaine réduction de la température initiale à la jonction pn, par exemple, 110-105 ° C dans la circulante liquide.
L'espace annulaire vide entre le tuyau métallique 10 situé sur celui-ci à partir de la cellule solaire linéaire 31 et un tube extérieur transparent 37 minimise le transfert de chaleur cinétique moléculaire dans l'atmosphère environnante. Asphérique ou une surface de réfraction pseudo-cylindrique 34, réalisé, par exemple, une partie de lentille cylindrique négative tube transparent optiquement externe 33, assure une répartition uniforme de la lumière solaire concentrée et la suppression du maximum d'émission dans le centre du site linéaire pn transition associée à la fonction de soleil, la source de rayonnement ( disque), et l'astigmatisme avec des miroirs cylindriques.
Ladite surface optique 34 peut être amené et à distance de la conduite 10. Une surface optique de réfraction peut être formé comme une lentille de Fresnel cylindrique positive ou négative 35, qui possède un profil prismatique des rainures le long de l'axe du tube, fournissant une distribution uniforme de rayonnement est concentré sur la surface de la pn transition .
Dans le second mode de réalisation, lorsque l'épaisseur des plaques haute photovoltaïques convertisseurs de semi-conducteurs 1, 50 m Coup d'énergie thermique qui accompagne le processus photoélectrique qui se produit à la jonction pn 36, y compris l'arséniure de gallium convertisseur photoélectrique directement à partir de sa surface atteint la circulation optiquement transparente électriquement neutre le transfert de chaleur de fluide et en outre de manière similaire au premier mode de réalisation. Une plaque 40 optiquement transparente ou non transparente ou réfléchissante disposée de telle sorte que la surface pn transition crée une turbulence de l' écoulement du fluide de refroidissement à une différence de température minimale, par exemple, pas plus de 1,5 ° C à une densité de rayonnement de 10 W / cm 2.
Le cas échéant, une correction optique supplémentaire à l'intérieur du tube transparent 38 avant que le milieu optique pn transition 41 sont disposés, par exemple une tige en verre ayant un indice de réfraction supérieur à celui du fluide optiquement transparent. En fonction de la ligne d'alimentation électrique des panneaux solaires combinés photovoltaïques d'énergie solaire de 31 générateurs de chaleur peuvent être raccordés en relation parallèle ou en série à la cellule 13 avec le porte-gaz et l'inverseur 14. En l'absence du soleil approvisionnés combustible électrolytique d'hydrogène à partir de la cellule 13 est fournie à l'entrée 7 et brûlé à la source de sauvegarde 6 chaleur à une température ne dépassant pas 520 o C en pleine processus de propreté écologique de produire de l' électricité en l'absence du soleil. La source de chaleur de secours section d'échangeur de chaleur 6 à basse température 21 située à la sortie, et utilise la chaleur des gaz d'échappement. La combinaison de processus thermodynamique impliquant cycle de production d'énergie, un processus photoélectrique de conversion directe et la production d'électricité en utilisant la chaleur du haut relief retiré du PV convertisseurs haute, arséniure notamment gallium, semi-conducteurs 11 lors de refroidissement à travers la deuxième température moyenne boucle de circulation séparée avec boucle 9 de la chaleur pour le second fluide de chauffage de scène et produire de la vapeur comme la chaleur de travail dans la vapeur cycle de Rankine ou autres pour la production d'électricité à travers la majeure partie du rotor du moteur à vapeur 26 avec le générateur électrique 28 peut augmenter de manière significative (40%) l'efficacité du convertisseur d'énergie solaire en énergie électrique par rapport à prototype et la surface respectivement inférieure 2 et le récepteur 17, de réduire la pollution thermique du système de refroidissement 30.
L'addition de l'énergie thermique à faible potentiel à la température de convertisseurs photothermiques passifs, des générateurs de chaleur 17 sans concentrer le rayonnement solaire et sans l'utilisation d'un miroir parabolotsilindrov pour chauffer le condensat produit par la condensation de vapeur d'eau dans le cycle de vapeur, dans une première étape à accroître la teneur en chaleur du liquide évaporé pour son chauffage et l'évaporation de la chaleur perdue cellules photovoltaïques peuvent réduire considérablement la consommation de matières et le coût de construction de l'énergie solaire combiné. L'utilisation du procédé de combustion catalytique à la source de chaleur d' appoint 6 permet de 100 fois ou plus pour réduire l'émission d'oxydes d'azote NO 2 dans l'atmosphère, avec une augmentation correspondante de la propreté de l' environnement par rapport au prototype.
L'utilisation de trois boucles de circulation séparées de chaleur 1, 9, 18, peut considérablement améliorer la fiabilité de la centrale solaire combiné en cas de défaillance des éléments dans un ou deux d'entre eux.
Un exemple de réalisation d'une combinaison de l'énergie solaire.
Gallium arséniure puissance fototermodinamicheskaya solaire (SFTES) 1 MW comprend 20 modules de miroir parabolotsilindricheskih récepteurs équipés de uniaxial domaine des systèmes d'orientation de 150 m 2 avec un facteur de concentration de 100, ce qui reflète 0,9 et 0,9 absorption. La première boucle du générateur de chaleur à haute photothermique (VHG) comprend 4 unités avec une superficie totale de 600 m 2, la seconde boucle à température moyenne comprend 16 générateurs thermiques photovoltaïques (FETG) avec une superficie totale de 2400 m 2 et une troisième boucle à basse température - 320 pcs. collecteurs solaires fixes (SC) avec une superficie totale de 510 m 2. La superficie totale de la réception de l' énergie solaire 3510 m 2. La superficie totale des cellules arséniure de gallium photovoltaïques à haute température à 26,2 m 2. Le fluide de travail dans le cycle vapeur - butane normal C 4 H 10 (voir le tableau 1) ..
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le rendement volumétrique des machines à deux étages 
m = 0,82%, 87% du générateur. Pour idéal Carnot cycle de coefficient thermodynamique conversion de l'énergie thermique en mécanique (sans tenir compte des pertes dans le générateur d'énergie) à une température initiale du district de vapeur. butane 250 ° C (T1 = 523 K) et une température finale de 25 ° C (T2 = 298 K): 
Ainsi, l'efficacité totale de la combinaison proposée fototermodinamichesky l'énergie solaire à proximité de la limite et est ft / k = 40,3 / 42,5 = 0,94, ce qui est absolument impossible pour le prototype.
Lorsque le cycle de vapeur à la température de fonctionnement supercritique, augmentée, par exemple avec le t cr = 232 ° C à 350 ° C à C 3 Cl 3 F 5, du moteur à vapeur volumétrique pénètre milieu vapeur-liquide brouillard à deux phases avec différentes concentrations de liquide, augmentant ainsi l' efficacité thermomécanique par liquides lacunes de conception d'étanchéité des rotors à vis, tournant à une vitesse relativement faible à cylindres haute et basse pression. Par conséquent, l'utilisation en combinaison de l'énergie solaire comme un moteur pour un moteur très simple et fiable de la vapeur rotative volumétrique, plutôt que de la turbine à haute vitesse, puisque celle-ci est due à l'érosion des pales et leur séparation ultérieure par l'action de l'énergie cinétique des particules à haute vitesse corps de travail brumeux peuvent rapidement (avec une explosion possible ) effondrement.
Utiliser comme un organe de travail au lieu de n. butane (C 4 H 10), respectueux de l' environnement, pentaftortrihlorpropana ignifuge (C 3 Cl 3 F 5) et d' augmenter la température initiale à 350 o C augmentera l'efficacité globale de l'énergie solaire fototermodinamichesky combinée à 48%. Cela dépasse de manière significative l'efficacité des nouvelles centrales thermiques et plus de deux fois plus élevé que les centrales solaires à cycle vapeur-puissance. Ainsi, réduire en conséquence le matériel métallique, et la période de récupération de l'investissement dans la construction d'une centrale solaire combinée sera réduite à plusieurs reprises, en tenant compte de la réduction de plus de deux fois la superficie de récepteurs d'énergie solaire.
REVENDICATIONS
1. centrales combinées solaires, comprenant la circulation des circuits de transfert de chaleur, dont la première comprend la boucle de transfert de chaleur en série de miroir modulaire parabolotsilindricheskogo récepteurs concentrateurs solaires avec le système de suivi solaire, générateur de vapeur, chauffe-vapeur, pompe de circulation, relié par une sortie à l'entrée de transfert de chaleur des récepteurs de boucle moyeu modulaire de l'énergie solaire, et la seconde sortie par l'intermédiaire d'une source de chaleur d'appoint couplée à l'entrée dudit surchauffeur, comprenant un second circuit de vapeur d'alimentation en fluide de travail parozhidkim consistant en une série hébergé économiseur, les pièces à vapeur du générateur de vapeur et surchauffeur, d'un moteur thermique d'un générateur d'alimentation, le refroidissement du condenseur et condenser pompe comprenant une décomposition électrolytique d'eau en hydrogène et oxygène, un onduleur avec une batterie, la chaleur à basse température à un système de pompe de circulation, caractérisé en ce qu 'il est en outre muni d'une seconde boucle de transfert de chaleur du premier circuit, comprenant un générateur de chaleur photoélectrique à haute température réalisé sous la forme d'une unité réceptrice parabolotsilindricheskogo concentrateur d'énergie solaire situé au niveau du tuyau de teplopriemnoy foyer parabolotsilindra d'un fluide caloporteur circulant, qui présente des cellules à haute photovoltaïques, des échangeurs de chaleur et la pompe de circulation, dans lequel les convertisseurs photo-électriques à haute température relié à la cellule, l'inverseur de sortie à la batterie, la sortie du fluide de refroidissement à partir de la source de chaleur photoélectrique couplé conducteur de la chaleur de la deuxième boucle de transfert de chaleur à l'entrée d'eau chaude l'échangeur de chaleur connecté à la sortie de la source de chaleur d'appoint, la sortie de l'échangeur de chaleur est relié par l'intermédiaire d'une pompe de circulation avec une source de chaleur et une entrée entrée photoélectrique à la source de chaleur d'appoint, la sortie de vapeur du côté de l'échangeur de chaleur raccordé à l'entrée du générateur de vapeur.
2. Centrale électrique suivant la revendication 1, caractérisé en ce que les convertisseurs photo-électriques à haute température, sont sous la forme de large, de préférence en arséniure de gallium semi-conducteur photocellules mono ou multi-étages couplé avec du silicium ou du germanium.
3. Centrale électrique suivant la revendication. 1, caractérisée en ce que la source de chaleur d'appoint pour produire de l'électricité dans le circuit de vapeur est conçu comme un réacteur catalytique équipé d'un échangeur thermique en coupe d'absorption conducteurs de la chaleur, de préférence remplis d'un liquide de refroidissement, qui est appliquée de façon sélective recouvrant la absorbeuse d'infrarouges et thermoconductrice surface disponible dans les rangées, en alternance avec des couches de catalyseur spongieux et une série de distributeurs perforés tubulaire hydrogène ou d'un autre combustible gazeux et les lignes du distributeur tubulaire de l'air ou de l'oxygène introduit dans le réacteur par la force ou par convection, et les sections caloducs reliés avec des soupapes commutables transfert de chaleur boucles des récepteurs d'énergie solaire qui peut être relié séparément à l'augmentation du rayonnement solaire.
4. Centrale électrique suivant la revendication 1, caractérisé en ce qu 'il est muni d'une source de chaleur photothermique à basse température, réalisée sous forme fixe des récepteurs d'énergie solaire passive, sans concentration, avec des panneaux de teplopriemnymi sélectifs ayant des canaux avec un fluide de refroidissement en circulation, la sortie du fluide de refroidissement des canaux à travers les plaques de transfert de chaleur est relié à valide troisième circulation séparée des boucles de transfert de chaleur du premier circuit couplé conducteur de chaleur avec l'entrée de la partie chaude de l'échangeur de chaleur, dont la sortie est reliée à la pompe de circulation reliée à un conducteur de chaleur avec une entrée vers les panneaux de canaux de convertisseurs photothermiques passifs, et la sortie de l'échangeur de chaleur de la vapeur du côté relié à l'entrée d'une vapeur de l'échangeur de chaleur de la deuxième boucle de teplogeneratora photoélectrique , dans lequel ladite bobine d'entrée reliée à la sortie de la pompe à condensat.
5. Centrale électrique suivant la revendication 1, caractérisé en ce que la source de chaleur est un dispositif photovoltaïque plaques à forte épaisseur de convertisseurs photovoltaïques à semi-conducteurs fonctionnent à moins de 50 microns dans une batterie solaire linéaire monté sur une surface située dans le foyer de la réflexion spéculaire parabolotsilindra, un tuyau métallique ayant une surface plate le long de l'axe, muni d'un film non conducteur de manière adhésive liée, l'épaisseur ne dépassant pas 4/1 de l'épaisseur de la plaque de transducteur et collé avec un film isolant et un tube dans lequel circule un second circuit de fluide caloporteur de refroidissement dans la chaleur d'un cycle de vapeur, dans lequel le générateur de chaleur est pourvu d'un tube extérieur transparent photoélectrique reliée de manière étanche à l'intérieur un tube métallique dont le diamètre est inférieur à 1/5 de l'extérieur, et l'espace annulaire est mis sous vide, et une partie optiquement transparente de la paroi de tuyau extérieure est pourvue d'une surface optique de réfraction pseudo-cylindrique, répartir uniformément le long du faisceau plan pn transition photovoltaïque d'un rayonnement solaire concentré réfléchi par le parabolotsilindrami miroir et arrière côté du tube externe est munie de bornes pouvant être dérivées à partir des électrodes à l'onduleur pour le raccordement au réseau électrique du consommateur ou du circuit de commutation du convertisseur.
6. Centrale électrique selon la revendication 1, caractérisé en ce que la haute température des convertisseurs photo-électriques ayant une épaisseur de 50 micromètres sont montés à l'intérieur d'un tube transparent qui est rempli de circulation optiquement transparent chimiquement neutre, liquide de refroidissement, liquide, et le plan pn de transition située dans la mise au point d'immersion formé concentre et un élément d'émission de lumière réfractant surface du tube transparent rempli d'une boucle de fluide de refroidissement optiquement transparent dans un cycle d'alimentation de vapeur à la chaleur, dans lequel le générateur de chaleur est muni d'un photo-électrique externe évacué un tube transparent à travers lequel des conducteurs sont de même obtenus à partir des transducteurs d'électrodes formé.
7. Centrale électrique suivant la revendication 6, caractérisé en ce qu 'un agent de refroidissement des plaques optiquement transparentes ou opaques ou réfléchissants optiquement transparents, ce qui crée la turbulence de l'écoulement du fluide de refroidissement, et le milieu optique et ont un indice de réfraction différent de celui du liquide de refroidissement.
8. Centrale électrique selon la revendication 1, caractérisé en ce que le fluide de travail du cycle de vapeur d'eau est utilisé un matériau organique ou inorganique avec une faible que celle de l'eau, la pression critique, la température et la chaleur de vaporisation.
9. Centrale électrique selon la revendication 1, dans lequel le moteur thermique est réalisé en tant que volume du moteur à vapeur, en particulier un mono ou multi-rotor, ce qui entraîne un générateur électrique avec une extraction à la vapeur entre des étapes de la chaleur à régénération ou de chauffage urbain, la machine à un volume de vapeur peut être conçu comme un arbre à trois ou à deux arbres à vis unique ou des profils turbodétendeur rotor à plusieurs étages de préférence avec une machine de type "Liskholm" avec un générateur de vapeur connecté au condensateur d'entrée et de sortie.
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Date de publication 18.03.2007gg
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