Сонячний енергетичний комплекс багатофункціонального призначення

Реферат: Сонячний енергетичний комплекс багатофункціонального призначення, що містить сонячну електричну станцію, яка складається з n сонячних панелей зі своїми елементами кріплення та орієнтації в просторі і струмознімачами, інвертора, перший вхід якого підключений до з'єднаних між собою струмознімачів сонячних панелей, резервної акумуляторної батареї, сонячного контролера і зарядного пристрою, вхід якого підключений до першого входу інвертора, управляючий вхід підключений до виходу сонячного колектора, а вхід/вихід, що застосовується в системі аварійного освітлення, - до входу резервної акумуляторної батареї, вихід інвертора є електричним виходом сонячного енергетичного комплексу багатофункціонального призначення, систему охолодження сонячних панелей, яка складається з n пристроїв охолодження сонячних панелей зі своїми вхідними та вихідними патрубками, які є продовженнями вузлів втікання та витікання охолоджувальної рідини відповідно, трубопроводу холодної води та трубопроводу теплої води, з'єднаних з вхідними та вихідними патрубками пристроїв охолодження сонячних панелей відповідно, водоймища забрудненої води, послідовно з'єднаних фільтра грубого очищення, зануреного у водоймища забрудненої води, напірного насоса системи холодного водопостачання, блока очищення води у складі послідовно з'єднаних електроімпульсного реактора і електрокінетичного реактора з генератором на основі трансформатора Тесли та накопичувальної ємності холодної води, вихід якої з'єднаний з трубопроводом холодної води і є другим виходом сонячного енергетичного комплексу багатофункціонального призначення, систему газорозподілу, яка складається з послідовно з'єднаних ресивера, компресора, накопичувальної ємності системи газорозподілу, запірного клапана та змішувача, другий вхід якого підключений до виходу ресивера, вхід ресивера є газовим входом системи газорозподілу і з'єднаний з газовим виходом електроімпульсного реактора, вихід змішувача є виходом системи газорозподілу, паливний елемент та накопичувальну ємність теплої води з підігрівом, газові входи яких підключені до виходу системи газорозподілу, а вихід паливного елемента підключений до другого входу інвертора, та напірний насос, вхід якого підключений до виходу накопичувальної ємності теплої води з підігрівом, а вихід з'єднаний з трубопроводом гарячого водопостачання і є третім виходом сонячного енергетичного комплексу багатофункціонального призначення, причому до його складу введено блок автоматики, перший вихід якого з'єднаний з управляючим входом електрокінетичного реактора з генератором на основі трансформатора Тесли, другий вихід - з управляючим входом електроімпульсного реактора, третій вихід - з управляючим входом напірного насоса холодного водопостачання, четвертий вихід - з управляючим входом запірного клапана, п'ятий вихід - з управляючим входом компресора, UA 97636 U (54) СОНЯЧНИЙ ЕНЕРГЕТИЧНИЙ КОМПЛЕКС БАГАТОФУНКЦІОНАЛЬНОГО ПРИЗНАЧЕННЯ UA 97636 U шостий вихід - з управляючим входом паливного елемента, сьомий вихід - з управляючим входом накопичувальної ємності теплої води з підігрівом, до складу електроімпульсного реактора введено набір електродних вузлів, які конструктивно виконані знімними і відрізняються формою та взаємним розміщенням електродів, тип встановленого електродного вузла та параметри вхідних імпульсів електроімпульсного реактора залежать від хімічних характеристик наповнення водоймища забрудненої води, пристрої охолодження сонячних панелей виконані конструктивно таким чином, що при накладенні їх на світлочутливу сторону сонячних панелей простір між сонячними панелями та пристроями охолодження сонячних панелей використовується як плоский трубопровід, до якого за допомогою вхідного трубопроводу панелі охолодження з отворами всередині панелі охолодження підведена очищена вода з трубопроводу холодної води, а за допомогою вихідного трубопроводу панелі охолодження з отворами всередині панелі охолодження відведена вода підвищеної температури до трубопроводу теплої води. UA 97636 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 Корисна модель належить до відновлюваних джерел енергії, зокрема, до використання сонячного випромінювання для отримання електричної енергії, забезпечення холодного та гарячого водопостачання за наявності забруднених водойм. Енергія Сонця давно і широко використовується для виробітку теплової та електричної енергії. Сонячні електричні станції (СЕС) виробляють електричну енергію за допомогою сонячних панелей (СП) на основі найбільш ефективних з енергетичної точки зору фотоелектричних перетворювачів (ФЕП). При цьому максимальна ефективність ФЕП можлива за утримання їх робочої температури в деяких допустимих межах, оскільки з ростом робочої температури ФЕП зменшуються напруга на їх виході і коефіцієнт корисної дії (ККД). Застосовують різноманітні способи охолодження ФЕП сонячних панелей, але в більшості випадків для охолодження застосовують воду, яку після цього (нагріту) використовують для гарячого водопостачання. Зазвичай СЕС розташовані на таких землях (солончаки та степи південних широт), де джерела чистої води, що могли б бути використані охолодження ФЕП сонячних панелей, відсутні. Це потребує використання наповнення наявних, нехай і забруднених, водойм (нафтошламові озера, промислові стоки, відстійники шахтної води і т. ін.), застосовуючи при цьому, звичайно, різні методи очищення цих водяних сумішей. Крім того, внаслідок наявності в природі періодичної відсутності сонячної енергії, в нічний час доби та в зимовий період року необхідно мати заміщення потужностей СЕС такими генераторами електричної напруги, що використовують інші джерела енергії. Відомі пристрої для отримання електроенергії та гарячої води за допомогою сонячних панелей (див. патент РФ №2164732 "Багатоцільова сонячна батарея", патент України №78483 "Модуль сонячної батареї з охолодженням"), де в сонячній батареї, що містить набір ФЕП, які перетворюють сонячну енергію на електричну і теплову, зверху закріплена прозора передня кришка, всередині корпусу під ФЕП розміщений теплопоглинальний прошарок, в тілі якого сформовані канали для холодоагенту, а у верхній та нижній частинах корпусу сонячної панелі встановлені штуцери, які є початком та кінцем каналів для протікання холодоагенту відповідно, штуцер у верхній частині корпусу сонячної панелі слугує входом для холодоагенту, штуцер у нижній частині корпусу сонячної панелі слугує виходом для холодоагенту з більш високою температурою, а вбудований пристрій забезпечує передачу енергії від ФЕП до зовнішніх споживачів. Позитивом цих пристроїв є простота їх реалізації, отримання одночасно як електроенергії, так і теплої води, а недоліками - необхідність використання як холодоагенту чистої води з мережі холодного водопостачання. Відомі пристрої для очищення води, в тому числі і із забруднених водойм, (див. патент РФ №2430889 "Спосіб електроімпульсного очищення забруднених промислових стічних вод, установка для електроімпульсного очищення забруднених промислових стічних вод", патент РФ №2085505 "Спосіб очищення води"), де на одній із стадій очищення води в них використаний електроімпульсний метод очищення води, коли на металеві електроди, розташовані в протічній воді, що підлягає очищенню, подані електричні імпульси високої напруги з частотою, періодом повторення пачок імпульсів, полярністю, що залежать від ступеня забруднення води. Відома система очищення води (див. патент РФ №2242435 "Система очищення води"), на вхід якої подано воду з відкритого водоймища, а в системі забезпечено попередню очистку води за допомогою прокачування її через фільтруючий прошарок з порошкоподібних мінералів різних видів і активованого вугілля, а фінішне знезараження здійснено за допомогою ультрафіолетових променів. Позитивом цієї системи є отримання чистої води за наявності забруднених водойм, а недоліками необхідність використання великої кількості додаткових стадій очищення забрудненої води, складність безпосереднього застосування для охолодження сонячних панелей СЕС. Відомі прилади та апаратура для отримання атомарного або молекулярного водню, активного кисню та електроенергії, (див. патент США №8404098 "Прилади, апаратура, методи і процеси генерування водню, кисню та електроенергії з хімічних сполук без формування небажаних побічних продуктів"), в яких процес розділення води на водень та кисень забезпечено в пристрої, що має множину роздільних камер, в яких створено частковий вакуум за допомогою вакуумних насосів, в одній із камер, заповненої електролітичним розчином, отриманим шляхом розчинення триоксиду сірки у воді, за допомогою електродів, на які подають високовольтні імпульси, створене сильне електромагнітне поле, що призводить до утворення іонів водню, кисню, та сірки, які розділено за допомогою мембрани, яка проникна для іонів водню, які відбирають, і непроникна для інших іонів, за допомогою позитивного електрода пристрою утримується молекулярній кисень, за допомогою негативного електрода утримуються 1 UA 97636 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 іони водню для виробництва молекулярного водню і електричної енергії, охолодження камер забезпечено змійовиками, через які проходить холодна вода, за допомогою якої знімається виділене тепло, підігріта вода отримана на виходах змійовиків, при цьому для проведення процесів щонайменше в одній із камер забезпечено температуру в діапазоні від мінус 20 °C до мінус 40 °C, як джерела електричної енергії для забезпечення процесу отримання атомарного або молекулярного водню, кисню та електроенергії можуть слугувати акумулятори, паливні елементи, АЕС або СЕС, а один або кілька параметрів одного або більше етапів отримання атомарного або молекулярного водню, кисню та електроенергії можуть бути забезпечені за допомогою автоматизованих засобів, що складаються з програмованих логічних ланцюгів вироблених цифрових або аналогових сигналів. Позитивом цих приладів та апаратури є отримання екологічно чистого палива, що може бути використане, наприклад, в паливних елементах, можливість застосування у складі СЕС, наявність автоматизованих засобів управління технологічним процесом, а недоліками - значна складність пристрою, необхідність застосування при цьому кислотних розчинів, необхідність забезпечення при цьому мінусових температур. Найбільш близьким по своїй технічній суті до пропонованого технічного рішення є система та апаратура для виробництва електричної та теплової енергії з використанням сонячної енергії (див. патент США №4235221 "Система та апаратура для використання сонячної енергії"), в яких в будь-якій водоймі за допомогою бар'єрних стінок та перетинок забезпечено замкнутий термоізольований об'єм з прісною чи солоною водою, на поверхні якої розміщено плавучу платформу, на якій встановлено секції з панелями, відповідним чином орієнтовані, що перетворюють сонячну енергію на інші види енергії, як панелі використано теплові панелі, термоелектричні панелі та сонячні батареї, на входи охолодження панелей з відповідної накопичувальної ємності подано воду, яка пройшла через охолоджувальні пристрої чи системи, а воду з виходів охолодження панелей акумульовано в накопичувальних ємностях теплої води та після підігріву використано в системі гарячого водопостачання, для підігріву води застосовано або водень і кисень, що були отримані в результаті електролізу води з водойми, або інше альтернативне паливо, для електроживлення електролізера застосовано вихід газотурбінний генератор, що використовує газ під тиском, вироблений за допомогою теплообмінного пристрою, вихід газотурбінного генератора, а також виходи термоелектричних панелей та сонячних батарей використано для електроживлення побутових пристроїв в моменти максимальних навантажень або як основну систему електроживлення. Позитивом цих системи та апаратури є вироблення електричної та теплової енергії з використанням сонячного випромінювання та води, їх автономність, а недоліками неможливість застосування в СЕС великої потужності, розміщених на суходолі, необхідність використання очищеної холодної води, великі інвестиційні вкладення. В основу створення корисної моделі поставлена задача підвищення ефективності СЕС, забезпечення якісного наповнення систем холодного і гарячого водопостачання, очищення забруднених водойм. Зазначена задача вирішується тим, що в сонячний енергетичний комплекс багатофункціонального призначення, який містить сонячну електричну станцію, що складається з n сонячних панелей зі своїми елементами кріплення та орієнтації в просторі і струмознімачами, інвертора, перший вхід якого підключений до з'єднаних між собою струмознімачів сонячних панелей, резервної акумуляторної батареї, сонячного контролера і зарядного пристрою, вхід якого підключений до першого входу інвертора, управляючий вхід підключений до виходу сонячного колектора, а вхід/вихід, який застосовується в системі аварійного освітлення, - до входу резервної акумуляторної батареї, вихід інвертора є першим електричним виходом сонячного енергетичного комплексу багатофункціонального призначення, систему охолодження сонячних панелей, що складається з n пристроїв охолодження сонячних панелей зі своїми вхідними та вихідними патрубками, які є продовженнями вузлів втікання та витікання охолоджувальної рідини відповідно, трубопроводу холодної води та трубопроводу теплої води, з'єднаних з вхідними та вихідними патрубками пристроїв охолодження сонячних панелей відповідно, водоймища забрудненої води, послідовно з'єднаних фільтра грубого очищення, зануреного у водоймище забрудненої води, напірного насосу системи холодного водопостачання, блока очищення води у складі послідовно з'єднаних електроімпульсного реактора і електрокінетичного реактора з генератором на основі трансформатора Тесли та накопичувальної ємності холодної води, вихід якої з'єднаний з трубопроводом холодної води і є другим виходом сонячного енергетичного комплексу багатофункціонального призначення, систему газорозподілу, що складається з послідовно з'єднаних ресивера, компресора, накопичувальної ємності системи газорозподілу, запірного клапану та змішувача, другий вхід 2 UA 97636 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 якого підключений до виходу ресивера, вхід ресивера є газовим входом системи газорозподілу і з'єднаний з газовим виходом електроімпульсного реактора, вихід змішувача є виходом системи газорозподілу, паливний елемент та накопичувальну ємність теплої води з підігрівом, газові входи яких підключені до виходу системи газорозподілу, а вихід паливного елемента підключений до другого входу інвертора, та напірний насос, вхід якого підключений до виходу накопичувальної ємності теплої води з підігрівом, а вихід з'єднаний з трубопроводом гарячого водопостачання і є третім виходом сонячного енергетичного комплексу багатофункціонального призначення, згідно з винахідницьким задумом до його складу введено блок автоматики, перший вихід якого з'єднаний з управляючим входом електрокінетичного реактора з генератором на основі трансформатора Тесла, другий вихід - з управляючим входом електроімпульсного реактора, третій вихід - з управляючим входом напірного насоса холодного водопостачання, четвертий вихід - з управляючим входом запірного клапану, п'ятий вихід - з управляючим входом компресора, шостий вихід - з управляючим входом паливного елемента, сьомий вихід - з управляючим входом накопичувальної ємності теплої води з підігрівом, до складу електроімпульсного реактора введено набір електродних вузлів, які конструктивно виконані знімними і відрізняються формою та взаємним розміщенням електродів, тип встановленого електродного вузла та параметри вхідних імпульсів електроімпульсного реактора залежать від хімічних характеристик наповнення водоймища забрудненої води, пристрої охолодження сонячних панелей виконані конструктивно таким чином, що при накладенні їх на світлочутливу сторону сонячних панелей простір між сонячними панелями та пристроями охолодження сонячних панелей використовується в якості плоского трубопроводу, до якого за допомогою вхідного трубопроводу панелі охолодження з отворами всередині панелі охолодження підведена очищена вода, а за допомогою вихідного трубопроводу панелі охолодження з отворами всередині панелі охолодження відведена вода підвищеної температури до системи теплого водопостачання, при цьому відношення загальної площі отворів вузлів втікання охолоджувальної рідини пристроїв охолодження сонячних панелей до загальної площі отворів вузлів витікання охолоджувальної рідини пристроїв охолодження сонячних панелей лежить в межах від 1,2 до 1,5, а висота плоского трубопроводу лежить в діапазоні від 5 мм до 10 мм, крім того, в залежності від хімічних характеристик наповнення водоймища забрудненої води параметри вхідних імпульсів електроімпульсного реактора лежать в діапазонах від 0,1 кГц до 20,0 кГц за частотою та від 25,0 кВ до 35,0 кВ за амплітудою, а параметри сигналу генератора на основі трансформатора Тесли електрокінетичного реактора лежать в діапазонах від 450 кГц до 550 кГц за частотою та від 150 кВ до 250 кВ за амплітудою. До відмінних від аналогів ознак запропонованого сонячного енергетичного комплексу багатофункціонального призначення належать: - застосування блока автоматики, перший вихід якого з'єднаний з управляючим входом електрокінетичного реактора з генератором на основі трансформатора Тесли, другий вихід - з управляючим входом електроімпульсного реактора, третій вихід з управляючим входом напірного насоса холодного водопостачання, четвертий вихід - з управляючим входом запірного клапана, п'ятий вихід - з управляючим входом компресора, шостий вихід - з управляючим входом паливного елемента, сьомий вихід - з управляючим входом накопичувальної ємності теплої води з підігрівом; - конструктивне виконання пристроїв охолодження сонячних панелей таким чином, що при закріплені їх на світлочутливу сторону сонячних панелей простір між сонячними панелями та пристроями охолодження сонячних панелей використовується як плоский трубопровід; - підведення до плоского трубопроводу за допомогою вхідного трубопроводу панелі охолодження з отворами всередині панелі охолодження очищеної води; - відведення від плоского трубопроводу за допомогою вихідного трубопроводу панелі охолодження з отворами всередині панелі охолодження води підвищеної температури до системи теплого водопостачання; - вибір відношення загальної площі отворів вузлів втікання охолоджувальної рідини пристроїв охолодження сонячних панелей до загальної площі отворів вузлів витікання охолоджувальної рідини пристроїв охолодження сонячних панелей в межах від 1,2 до 1,5; - вибір висоти плоского трубопроводу пристроїв охолодження сонячних панелей в діапазоні від 5 мм до 10 мм; - введення до складу електроімпульсного реактора набору електродних вузлів, які конструктивно виконані знімними і відрізняються формою та взаємним розміщенням електродів; - використання типу електродного вузла електроімпульсного реактора в залежності від хімічних характеристик наповнення водоймища забрудненої води; 3 UA 97636 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 - вибір, в залежності від хімічних характеристик наповнення водоймища забрудненої води, параметрів вхідних імпульсів електроімпульсного реактора в діапазонах від 0,1 кГц до 20,0 кГц за частотою та від 25,0 кВ до 35,0 кВ за амплітудою; - застосування вихідного сигналу генератора на основі трансформатора Тесли в методі електрокінетичної ультрафіолетової бактерицидної озонації з параметрами в діапазоні від 450 кГц до 550 кГц за частотою та від 150 кВ до 250 кВ за амплітудою. Корисна модель пояснюється фіг. 1, на якій зображено можливий варіант побудови сонячного енергетичного комплексу багатофункціонального призначення, фіг. 2, на якій зображено основні складові частини пристрою охолодження сонячних панелей, фіг. 3, на якій схематично зображено варіант виконання електроімпульсного реактора, та фіг. 4, що відображає фотофіксацію розряду стримера на межі водного середовища у електрокінетичному реакторі з генератором на основі трансформатора Тесли. Сонячний енергетичний комплекс багатофункціонального призначення, варіант побудови якого наведено на фіг. 1, містить: - СЕС 1, яка складається з n сонячних панелей 21, 22, … 2n зі своїми елементами 31, 32, … 3n кріплення та орієнтації в просторі і струмознімачами 4 1, 42, … 4n постійного струму (нижні індекси визначають порядкові номери однотипних складових частин), інвертора 5, перший вхід якого підключений до з'єднаних між собою струмознімачів 41, 42, … 4n сонячних панелей, резервної акумуляторної батареї 6, сонячного контролера 7 і зарядного пристрою 8, вхід якого підключений до першого входу інвертора 5, управляючий вхід підключений до виходу сонячного колектора 7, а вхід/вихід - до резервної акумуляторної батареї 6, вихід інвертора 5 є першим (електричним) виходом системи отримання електричної і теплової енергії та очищення води забруднених водойм, а вхід/вихід зарядного пристрою 8 застосовується в системі аварійного освітлення; - систему 9 охолодження сонячних панелей, яка складається з n пристроїв 101, 102, … 10n охолодження сонячних панелей зі своїми вхідними патрубками 111, 112, … 11n та вихідними патрубками 121, 122, … 12n, які є продовженнями вузлів втікання та витікання охолоджувальної рідини відповідно, трубопроводу 13 холодної води та трубопроводу 14 теплої води, з'єднаних з вхідними патрубками 111, 112, … 11n та вихідними патрубками 121, 122, … 12n, пристроїв 101, 102, … 10n охолодження сонячних панелей відповідно, водойми 15 забрудненої води, послідовно з'єднаних фільтра 16 грубого очищення, зануреного у водойму 15 забрудненої води, першого напірного насосу 17 системи холодного водопостачання, блока 18 очищення води у складі послідовно з'єднаних електроімпульсного реактора 19 та електрокінетичного реактора 20 з генератором на основі трансформатора Тесла та накопичувальної ємності 21 холодної води, вихід якої з'єднаний з трубопроводом 13 холодної води і є другим виходом системи отримання електричної і теплової енергії та очищення води забруднених водойм; - систему 22 газорозподілу, яка складається з послідовно з'єднаних ресивера 23, компресора 24, накопичувальної ємності 25 системи газорозподілу, запірного клапану 26 та змішувача 27, другий вхід якого підключений до виходу ресивера 23, вхід ресивера є газовим входом системи 22 газорозподілу і з'єднаний з газовим виходом електроімпульсного реактора 19, вихід змішувача 27 є виходом системи 22 газорозподілу; - паливний елемент 28 та накопичувальну ємність 29 теплої води з підігрівом, газові входи яких підключені до газового виходу системи 22 газорозподілу, вихід паливного елемента 28 підключений до другого входу інвертора 5, а вхід накопичувальної ємності 29 теплої води з підігрівом підключений до трубопроводу 14 теплої води; - другий напірний насос 30, вхід якого підключений до виходу накопичувальної ємності 29 теплої води з підігрівом, а вихід з'єднаний з трубопроводом 31 гарячого водопостачання і є третім виходом системи отримання електричної і теплової енергії та очищення води забруднених водойм; - блок автоматики 32 з кількома виходами, сигнали з яких (за порядком номерів виходів) управляють електрокінетичним реактором 20 з генератором на основі трансформатора Тесли, електроімпульсним реактором 19, першим напірним насосом 17 системи холодного водопостачання, запірним клапаном 26, компресором 24, паливним елементом 28 та накопичувальною ємністю 29 теплої води з підігрівом. Пристрій 10 охолодження сонячних панелей, показаний у вигляді зборки на фіг. 2, складається з таких основних частин: - прозорої верхньої частини 33, що забезпечує максимальне пропускання сонячної енергії до світлочутливої сторони сонячної панелі 2; - корпусу 34, з розмірами, відповідними розмірам сонячної панелі 2, та елементами 35 кріплення; 4 UA 97636 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 - вузлів 36 втікання охолоджувальної рідини з набором отворів 37 та вхідним патрубком 11; - вузлів 38 витікання нагрітої рідини з набором отворів 39 (в силу орієнтації вузла 38 витікання нагрітої рідини отвори 39 показані через вирізку у вузлі 38 витікання нагрітої рідини) та вихідним патрубком 12. Електроімпульсний реактор 19, схематичне зображення одного з варіантів якого показано на фіг. 3 і на управляючий вхід 39 якого надходять сигнали з першого виходу блока автоматики 32, складається з таких основних частин: - вхідного патрубка 40, через який забезпечується подача води для очищення і який є входом електроімпульсного реактора 19; - вихідного патрубка 41, через який забезпечується злив очищеної води і який є виходом електроімпульсного реактора 19; - газового патрубка 42, який є газовим виходом електроімпульсного реактора 19; - високовольтного електрода 43, на який сигнали з першого виходу блока автоматики 32 надходять через газовий розрядник 44 з роздільним конденсатором (на фіг. 3 не відображений); - плоского електрода 45, який з'єднаний із заземленим резистором 46 навантаження (Rh); - стовпа води 47 висотою h в газоводяній камері електроімпульсного реактора 19; - газового об'єму 48 в газоводяній камері електроімпульсного реактора 19. Сонячний енергетичний комплекс багатофункціонального призначення функціонує наступним чином. Більшість СЕС 1, що перебувають в експлуатації, укомплектовані сонячними панелями 21, 22, … 2n, в яких не передбачено водяне охолодження, що пов'язано як з їх ціною, так і з відсутністю таких панелей на час проектування і будівництва СЕС 1. Сонячні панелі 21, 22, … 2n за допомогою своїх елементів 31, 32, … 3n кріплення та орієнтації в просторі фіксуються в напрямку максимуму сонячного випромінювання, хоча відомі конструкції елементів 3 1, 32, … 3n кріплення та орієнтації в просторі, що постійно відслідковують напрямок цього максимуму. Із струмознімачів 41, 42, … 4n сонячних панелей знімається напруга постійного струму, яка використовується інвертором 5 для генерації протягом світлового дня напруги змінного струму для використання в загальній енергосистемі, вихід інвертора 5 є першим (електричним) виходом сонячного енергетичного комплексу багатофункціонального призначення. При цьому напруга постійного струму зі струмознімачів 4 1, 42, … 4n сонячних панелей забезпечує також поповнення заряду резервної акумуляторної батареї 6 за допомогою сонячного контролера 7 і зарядного пристрою 8 в часи максимумів сонячного випромінювання для використання в системі аварійного освітлення СЕС 1. Кількість електричної енергії, яка надходить зі струмознімачів 41, 42, … 4n сонячних панелей, залежить як від кількості сонячної енергії, так і від температури ФЕП сонячних панелей 2 1, 22, … 2n. Наприклад, з підвищенням температури ФЕП сонячних панелей 21, 22, … 2n від 10 °C до 50 °C при однаковій кількості сонячної енергії ККД сонячних панелей зменшується з 13 % до 5 %, а напруга холостого ходу на струмознімачах 41, 42, … 4n сонячних панелей (без навантаження) - з 19 В до 12 В. Підвищення ефективності СЕС 1, в першу чергу тих, що перебувають в експлуатації і в яких сонячні панелі 21, 22, … 2n забезпечені лише термопоглинальними основами, можливе шляхом введення водяного охолодження сонячних панелей 21, 22, … 2n, для чого бажано використати наповнення будь-якої місцевої забрудненої водойми. При цьому додаткові пристрої 101, 102, … 10n охолодження сонячних панелей мають бути простої конструкції, не набагато знижувати потік сонячного випромінювання, легко монтуватись на сонячні панелі 21, 22, … 2n, бути дешевими і адаптованими до різних габаритних розмірів сонячних панелей 21, 22, … 2n. Один з варіантів конструкції пристрою 10 охолодження сонячних панелей (у вигляді зборки деталей) ппредставлено на фіг. 2. Корпус 34 є його основою, довжину та ширину корпусу 34 узгоджують з габаритними розмірами сонячної панелі 2. В пазах на верхній частині корпусу 34 фіксують прозору верхню частину 33, яка за своїми фізичними характеристиками аналогічна захисному покриттю сонячної панелі 2. При цьому за допомогою водостійких композиційних матеріалів, наприклад силікону, забезпечують герметизацію по всьому периметру прозорої верхньої частини 33. Поблизу верхньої та нижньої сторін корпусу 34 облаштовують елементи 35 кріплення вузлів 36 втікання охолоджувальної рідини з набором отворів 37 та вузлів 38 витікання нагрітої рідини з набором отворів 39. Як приклад конструкції вузлів 36 втікання охолоджувальної рідини та вузлів 38 витікання нагрітої рідини можна запропонувати відрізок труби з корозостійкого металу або термостійкого пластику з різьбовими вставками на кінцях, що дозволить зафіксувати їх всередині корпусу 34, зорієнтувавши набори отворів 37 та 39 назустріч один одному та забезпечивши необхідні з'єднання вузлів 36 втікання охолоджувальної рідини та вузлів 38 витікання нагрітої рідини з 5 UA 97636 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 трубопроводом 13 холодної води та трубопроводом 14 теплої води. На фіг. 1 показано варіант паралельного підключення пристроїв 101, 102, … 10n охолодження сонячних панелей. При цьому, як показано на фіг. 2, для однієї із сторін вузла 36 втікання охолоджувальної рідини та вузла 38 витікання нагрітої рідини як фіксуючі елементи застосовують заглушку у вигляді болта з водонепроникною прокладкою (на фіг. 2 не показано), для іншої сторони вузлів 36 втікання охолоджувальної рідини та вузлів 38 витікання нагрітої рідини фіксацію забезпечують за допомогою пустотілих шпильок, що слугують вхідним патрубком 11 та вихідним патрубком 12, на які накручують стопорні гайки з водонепроникною прокладкою (на фіг. 2 не показано). У випадку паралельно-послідовного підключення вузлів 36 втікання охолоджувальної рідини до трубопроводу 13 холодної води (для спрощення монтажу та економії матеріалів), а, можливо, також і вузлів 38 витікання теплої рідини до трубопроводу 14 теплої води, фіксацію вузлів 36 втікання охолоджувальної рідини та вузлів 38 витікання нагрітої рідини забезпечують за допомогою пустотілих шпильок та стопорних гайок з водонепроникною прокладкою з обох сторін. Корпус 34 пристрою 10 охолодження сонячних панелей фіксують на сонячній панелі 2 таким чином, щоб між прозорою верхньою частиною 33 та захисним склом сонячної панелі 2 був деякий проміжок, при цьому забезпечують герметизацію по всьому периметру сонячної панелі 2 за допомогою водостійких композиційних матеріалів, наприклад силікону. Таким чином, при з'єднанні вхідного патрубка 11 з трубопроводом 13 холодної води весь об'єм простору між прозорою верхньою частиною 33 та захисним склом сонячної панелі 2 являє собою плоский трубопровід через який від отворів 37 до отворів 39 проходить холодоагент (вода), відбираючи надлишок тепла зі світлочутливої сторони сонячної панелі 2. Процес відбору тепла відбувається дуже ефективно, враховуючи, що площа плоского трубопроводу перевищує загальну площу ФЕП сонячної панелі 2. Для зменшення габаритних розмірів пристрою 10 охолодження сонячних панелей висоту плоского трубопроводу в залежності від географічної широти розміщення СЕС 1 вибирають мінімально необхідною в діапазоні від 5 мм (помірні широти) до 10 мм (екваторіальна зона), забезпечуючи за рахунок варіації об'єму холодоагенту в плоскому трубопроводі необхідний ступень охолодження сонячної панелі 2. Постійне повне заповнення плоского трубопроводу кожного пристрою 10 охолодження сонячних панелей гарантується тим, що загальна площа отворів 37 вузлів 36 втікання охолоджувальної рідини забезпечується більшою загальної площі отворів 39 вузлів 37 витікання теплої рідини. Відношення цих площ вибирають в діапазоні від 1,2 до 1,5, причому менше значення належить до тих пристроїв 10 охолодження сонячних панелей, що застосовуються в СЕС 1, розміщених в екваторіальних зонах (з малим кутом нахилу сонячних панелей 21, 22, … 2n до поверхні землі), а більше - до тих пристроїв 10 охолодження сонячних панелей, що застосовуються в СЕС 1, розміщених в помірних широтах (з великим кутом нахилу сонячних панелей 21, 22, … 2n до поверхні землі). Ефективність пристроїв 101, 102, … 10n охолодження сонячних панелей великою мірою залежить від прозорості холодоагенту, оскільки від цього залежить кількість сонячної енергії, що потрапить на ФЕП сонячних панелей 21, 22, … 2n, а значить і кількість виробленої електроенергії. Використання для охолодження сонячних панелей 2 1, 22, … 2n наповнення будьякої місцевої водойми 15 забрудненої води потребує якісного очищення цього наповнення. В пропонованому сонячному енергетичному комплексі багатофункціонального призначення для наповнення водойми 15 забрудненої води застосовується мінімально необхідна кількість операцій очищення. Для відокремлення нерозчинних часток (сміття, піску тощо), що знаходяться у водоймі 15 забрудненої води використовують фільтр 16 грубого очищення, занурений у водойму 15 забрудненої води, який з'єднаний із входом першого напірного насоса 17 системи холодного водопостачання (ввімкнення та вимкнення напірного насосу 17 системи холодного водопостачання відбувається за допомогою сигналу на третьому виході блока автоматики 32), що забезпечує сталий потік води в блоці 18 очищення води та тиск, достатній для наповнення накопичувальної ємності 21 холодної води, яка може бути виконана, наприклад, у вигляді водонапірної башти. Блок 18 очищення води має у своєму складі дві секції очищення: - секцію електроімпульсного реактора 19; - секцію електрокінетичного реактора 20 з генератором на основі трансформатора Тесли. Електроімпульсний реактор 19, схематичне зображення одного з варіантів якого показано на фіг. 3, має управляючий вхід 39, що з'єднаний з третім виходом блока автоматики 32. За допомогою блока автоматики 32 забезпечується комплексне управління більшістю складових частин сонячного енергетичного комплексу багатофункціонального призначення. 6 UA 97636 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 Вода для очищення надходить від першого напірного насоса 17 системи холодного водопостачання через вхідний патрубок 40 до газоводяної камери електроімпульсного реактора 19 під тиском, чим забезпечується висота h водяного стовпа 47, при цьому злив води проходить через вихідний патрубок 41 до наступної секції блока 18 очищення. Змінний електродний вузол електроімпульсного реактора 19 складається з високовольтного електрода 43, на який сигнали з управляючого входу 39 надходять через газовий розрядник 44 з роздільним конденсатором. Металева пластина, що займає всю площу дна газоводяної камери електроімпульсного реактора 19 виступає як другий електрод 45, який з'єднаний із заземленим резистором 46 навантаження (Rh). Під час очищення води в активній зоні електроімпульсного реактора 19 (в міжелектродному просторі) протікають електрохімічні реакції, які призводять до руйнування молекул складних органічних речовин і перетворення їх на найпростіші газоподібні горючі речовини, які заповнюють газовий об'єм 48 в газоводяній камері електроімпульсного реактора 19 і через газовий патрубок 42 надходять до системи 22 газорозподілу. Ефективність очищення забезпечується тим, що в залежності від хімічного складу забруднень водойми 15 забрудненої води в електроімпульсному реакторі 19 застосовують електроди відповідної форми і розміру (вузли електродів є знімними з уніфікованими розмірами та елементами кріплення), а на другому виході блока автоматики 32 забезпечують високовольтні імпульси з амплітудою від 5,0 кВ до 35,0 кВ і певною частотою повторення, що належить діапазону від 0,1 кГц до 20,0 кГц. Особливістю режиму роботи електроімпульсного реактора 19 є використання властивостей прошарку проточної води певної товщини h резонансно генерувати імпульси із значно більшою амплітудою (до 300 кВ), але меншою частотою повторення. При цьому в активній зоні електроімпульсного реактора 19 створюється високо активоване іонне середовище з більш високим ступенем дисоціації у порівнянні зі звичайним електролітом, що призводить до утворення в районі міжелектродного простору газоподібних продуктів (горючих газів у вигляді вуглеводнів, водню, а також інших речовин, які містяться в проточній воді в якості компонентів). Електрокінетичний реактор 20 з генератором на основі трансформатора Тесли відтворює процеси, що відбуваються в природі під час грозової діяльності. Відомо, що дощова вода вважається найкориснішою для питних цілей. При цьому електророзрядний процес, відтворений в електрокінетичному реакторі 20 з генератором на основі трансформатора Тесли із застосуванням розряду стримера (див. фіг. 4), що утворюється на розташованому по осі електрокінетичного реактора 20 з генератором на основі трансформатора Тесла електроді (металевому або графітовому), відбуваються не в воді, а на межі розділу "вода-газ", як і в природі, завдяки чому зберігаються природні властивості води. Суть такого способу очищення води полягає в інтенсифікації процесу окислення та додаткового утворення озону і активного кисню при застосуванні стримера в повітряному середовищі, а також сильного ультрафіолетового свічення. У зв'язку з високою окислювальною хімічною здатністю озону та активного кисню при розриві складних радикалів і вуглеводнів відбувається ефективна дезактивація та обеззараження води. При цьому параметри вихідного сигналу генератора на основі трансформатора Тесла (за допомогою сигналів на першому виході блока автоматики 32) лежать в діапазоні від 450 кГц до 550 кГц за частотою та від 150 кВ до 250 кВ за амплітудою. Очищена від домішок чиста та прозора вода акумулюється в накопичувальній ємності 21 холодної води, вихід якої з'єднаний з трубопроводом 13 холодної води і є другим виходом сонячного енергетичного комплексу багатофункціонального призначення, в той же час через трубопровід 14 теплої води підігрітий холодоагент надходить до накопичувальної ємності 29 теплої води з підігрівом. Добуті в електроімпульсному реакторі 19 газоподібні продукти використовуються в системі 22 газорозподілу для забезпечення сонячного енергетичного комплексу багатофункціонального призначення тепловою енергією наступним чином. В ресивері 23 відбувається накопичення горючих газів у вигляді вуглеводнів, водню та інших подібних сполук, при цьому добутий газ може подаватись з виходу ресивера 23 через змішувач 27 безпосередньо на вихід системи 22 газорозподілу для поточних потреб або за допомогою компресора 24 (за відповідного сигналу дозволу на п'ятому виході блока автоматики 32) до накопичувальної ємності 25 системи газорозподілу, де частина добутого газу зберігається під тиском. У випадку необхідності збільшення використання теплової енергії (нічні часи доби, зимові місяці року) за допомогою запірного клапану 26 (за відповідного сигналу дозволу на четвертому виході блока автоматики 32) через змішувач 27 на вихід системи 22 газорозподілу може бути доставлений збільшений об'єм газу. 7 UA 97636 U 5 10 15 20 25 Газ з виходу системи 22 газорозподілу використовується для доведення температурних показників вмісту накопичувальної ємності 29 теплої води з підігрівом до нормованих при управлінні сигналами з сьомого виходу блока автоматики 32, що дозволяє подавати підігріту воду за допомогою другого напірного насоса 30 до трубопроводу 31 гарячого водопостачання, який є третім виходом сонячного енергетичного комплексу багатофункціонального призначення. Основна частина газу з виходу системи 22 газорозподілу використовується для компенсації зниження об'ємів виробітку електроенергії СЕС в нічний час доби та зимовий період року. Для цього слугує паливний елемент 28 (наприклад, типу ТОПЕ - твердооксидний паливний елемент), що управляється сигналами з шостого виходу блока автоматики 32, корельованими з сигналами четвертого виходу блока автоматики 32. На виході паливного елементу 28 формується напруга постійного струму, яку подають на другий вхід інвертора 5, що дозволяє останньому забезпечувати нормовані параметри сигналу на першому (електричному) виході сонячного енергетичного комплексу багатофункціонального призначення у всьому діапазоні навантажень на нього. Процеси виробництва, перетворення, розподілу і споживання енергії контролюються за допомогою блока автоматики 32, що може бути виконаний на основі ПЕОМ із спеціалізованим програмним забезпеченням, необхідними базами даних відносно інтенсивності сонячної енергії для кожної години року, добових графіків навантажень на всіх виходах системи отримання електричної і теплової енергії та очищення води забруднених водойм, параметрів обладнання (СЕС 1, системи 9 охолодження сонячних панелей, системи 22 газорозподілу, паливного елемента 28 і т.д.), відповідним інтерфейсом та керованими генераторами, ключами і реле, які забезпечують узгодження рівнів сигналів ПЕОМ та складових частин системи отримання електричної і теплової енергії та очищення води забруднених водойм. Кожна складова частина сонячного енергетичного комплексу багатофункціонального призначення відома в техніці або може бути реалізована на основі відомих технологічних процесів. Отже, запропонована корисна модель дозволяє значно підвищити ефективність СЕС, надати якісне наповнення систем холодного і гарячого водопостачання, забезпечивши при цьому очищення забруднених водойм. 30 ФОРМУЛА КОРИСНОЇ МОДЕЛІ 35 40 45 50 55 60 1. Сонячний енергетичний комплекс багатофункціонального призначення, що містить сонячну електричну станцію, яка складається з n сонячних панелей зі своїми елементами кріплення та орієнтації в просторі і струмознімачами, інвертора, перший вхід якого підключений до з'єднаних між собою струмознімачів сонячних панелей, резервної акумуляторної батареї, сонячного контролера і зарядного пристрою, вхід якого підключений до першого входу інвертора, управляючий вхід підключений до виходу сонячного колектора, а вхід/вихід, що застосовується в системі аварійного освітлення, - до входу резервної акумуляторної батареї, вихід інвертора є електричним виходом сонячного енергетичного комплексу багатофункціонального призначення, систему охолодження сонячних панелей, яка складається з n пристроїв охолодження сонячних панелей зі своїми вхідними та вихідними патрубками, які є продовженнями вузлів втікання та витікання охолоджувальної рідини відповідно, трубопроводу холодної води та трубопроводу теплої води, з'єднаних з вхідними та вихідними патрубками пристроїв охолодження сонячних панелей відповідно, водоймища забрудненої води, послідовно з'єднаних фільтра грубого очищення, зануреного у водоймища забрудненої води, напірного насоса системи холодного водопостачання, блока очищення води у складі послідовно з'єднаних електроімпульсного реактора і електрокінетичного реактора з генератором на основі трансформатора Тесли та накопичувальної ємності холодної води, вихід якої з'єднаний з трубопроводом холодної води і є другим виходом сонячного енергетичного комплексу багатофункціонального призначення, систему газорозподілу, яка складається з послідовно з'єднаних ресивера, компресора, накопичувальної ємності системи газорозподілу, запірного клапана та змішувача, другий вхід якого підключений до виходу ресивера, вхід ресивера є газовим входом системи газорозподілу і з'єднаний з газовим виходом електроімпульсного реактора, вихід змішувача є виходом системи газорозподілу, паливний елемент та накопичувальну ємність теплої води з підігрівом, газові входи яких підключені до виходу системи газорозподілу, а вихід паливного елемента підключений до другого входу інвертора, та напірний насос, вхід якого підключений до виходу накопичувальної ємності теплої води з підігрівом, а вихід з'єднаний з трубопроводом гарячого водопостачання і є третім виходом сонячного енергетичного комплексу багатофункціонального призначення, який відрізняється тим, що до його складу введено блок автоматики, перший 8 UA 97636 U 5 10 15 20 25 30 вихід якого з'єднаний з управляючим входом електрокінетичного реактора з генератором на основі трансформатора Тесли, другий вихід - з управляючим входом електроімпульсного реактора, третій вихід - з управляючим входом напірного насоса холодного водопостачання, четвертий вихід - з управляючим входом запірного клапана, п'ятий вихід - з управляючим входом компресора, шостий вихід - з управляючим входом паливного елемента, сьомий вихід з управляючим входом накопичувальної ємності теплої води з підігрівом, до складу електроімпульсного реактора введено набір електродних вузлів, які конструктивно виконані знімними і відрізняються формою та взаємним розміщенням електродів, тип встановленого електродного вузла та параметри вхідних імпульсів електроімпульсного реактора залежать від хімічних характеристик наповнення водоймища забрудненої води, пристрої охолодження сонячних панелей виконані конструктивно таким чином, що при накладенні їх на світлочутливу сторону сонячних панелей простір між сонячними панелями та пристроями охолодження сонячних панелей використовується як плоский трубопровід, до якого за допомогою вхідного трубопроводу панелі охолодження з отворами всередині панелі охолодження підведена очищена вода з трубопроводу холодної води, а за допомогою вихідного трубопроводу панелі охолодження з отворами всередині панелі охолодження відведена вода підвищеної температури до трубопроводу теплої води. 2. Сонячний енергетичний комплекс багатофункціонального призначення за п. 1, який відрізняється тим, що відношення загальної площі отворів вузлів втікання охолоджувальної рідини пристроїв охолодження сонячних панелей до загальної площі отворів вузлів витікання охолоджувальної рідини пристроїв охолодження сонячних панелей лежить в межах від 1,2 до 1,5. 3. Сонячний енергетичний комплекс багатофункціонального призначення за п. 1 та п. 2, який відрізняється тим, що висота плоского трубопроводу лежить в діапазоні від 5 мм до 10 мм. 4. Спосіб за пп. 1-3, який відрізняється тим, що в залежності від хімічних характеристик наповнення водоймища забрудненої води параметри вхідних імпульсів електроімпульсного реактора лежать в діапазонах від 0,1 кГц до 20,0 кГц за частотою та від 25,0 кВ до 35,0 кВ за амплітудою. 5. Спосіб за пп. 1-4, який відрізняється тим, що в залежності від хімічних характеристик наповнення водоймища забрудненої води параметри сигналу генератора на основі трансформатора Тесли електрокінетичного реактора лежать в діапазонах від 450 кГц до 550 кГц за частотою та від 150 кВ до 250 кВ за амплітудою. 9 UA 97636 U 10 UA 97636 U 11 UA 97636 U Комп’ютерна верстка Л. Литвиненко Державна служба інтелектуальної власності України, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601 12