Сонячний фокусуючий теплофотоелектричний колектор

Сонячний фокусуючий теплофотоелектричний колектор, що містить корпус зі світлопрозорим покриттям, паралельно розташовані в ньому приймачі випромінювання у вигляді листо-трубних пластин, розміщених у порожнині відбивача таким чином, що їх площини симетрії збігаються з головної оптичною площиною відбивача, при цьому радіус відбивача дорівнює ширині теплоприймача, який відрізняється тим, що пластини приймача випромінювання виконані гофрованими з розвитою поверхнею, а світлопрозоре покриття поєднане з фотоелектричним модулем, складається з пакета двох оптичних плит з герметично розміщеними між ними з'єднаними струмовідводами фотоелементами довільної форми Винахід відноситься до геліотехніки, а саме до нерухомих фокусуючих сонячних колекторів призначених для нагрівання теплоносія, і може бути використане в комбінованих теплофотоелектричних нерухомих енергосистемах Відомий фотоелектричний модуль по патенту США 34239555, кп H01L 31/04, що містить металеву раму, лицьове і тильне силікатні стекла і герметично розташовані між стеклами фотоелектричні елементи Недоліком цього модуля є те, що у фотоелементах частина енергії сонячного спектра перетворюється в електричну енергію, а інша частина переходить у даремно втрачаєме тепло Найбільш близьким по технічній сутності і результату, що досягається, до пропонованого пристрою й обраним як прототип, є тепловий "Сонячний фокусуючий колектор" по патенту України № 31866А, кл 24J2/, що містить корпус зі світлопрозорим покриттям, паралельно розташовані в ньому приймачі випромінювання у виді листотрубних пластин, що розміщені в порожнині відбивача таким чином, що їхньої площини симетрії збігаються з головною оптичною площиною відбивача, при цьому радіус відбивача дорівнює ширині теплоприймача Недоліком даного прототипу при роботі колектора є те, що теплоприймачи промінювання вико нані гладкими листотрубными пластинами, що приводить до значної втрати тепла в навколишнє середовище В основу данного винаходу поставлено задачу підвищення коефіцієнта корисної дії (ККД) колектора за рахунок зміни поверхні приймача випромінювання і за рахунок ефективного перетворення сонячної енергії одночасно в теплову й електричну Поставлена задача досягається тим, що у відомому фокусуючому колекторі, що містить корпус зі світлопрозорим покриттям, паралельно розміщені в ньому приймачі випромінювання у виді листотрубних пластин, розміщених у порожнині відбивача таким чином, що їхньої площини симетрії збігаються з головною оптичною площиною відбивача, радіус якого дорівнює ширині приймача Згідно винаходу пластини приймача випромінювання виконані гофрованими з розвитою поверхнею, а світлопрозоре покриття, поєднане з фотоелектричним модулем, складається з пакета двох оптичних плит з герметично ув'язненими між ними з'єднаними струмовід водами фотоелементами довільної форми На фігурі 1 зображений теплофотоелектричний колектор - вид зверху На фігурі 2 - перетин по А-А на фіг 1 На фігурі 3 - перетин по Б-Б на фіг 2 О о (О 44600 На фігурі 4 - перетин гофрованої теплоприймальної пластини з розвитою поверхнею На фігурі 5 - перетин теплоприймальної пластини з плоскою поверхнею Сонячний фокусуючий теплофотоелектричний колектор містить корпус 1 із двома світлопрозорими покриттями 2,3, між якими герметично укладені фотоелементи 4, паралельно розташовані в ньому листотрубні приймачі випромінювання 5 із зачерненою зовнішньою поверхнею й оптично зв'язані з ним відбивачі 6 з напівциліндричною поверхнею, труби 7 теплоприймача, які через колекторні труби 8 приєднані ВІДПОВІДНО ДО ПІДВОДЯ щего і відводящего патрубкам 9, 10 У ролі розвитої поверхні теплоприймача були виготовлені гофровані листотрубні пластини у виді U-образних каналів радіусом 0,5мм, розташованих паралельно один одному уздовж пластин (Фіг 4) Листотрубні пластини з гофрованою поверхнею були виготовлені з корозійностійкого алюмінієвого сплаву промисловим способом екструзивного лиття, чим і обумовлена товщина листотрубної пластини і радіус гофри Порівняльні теплові іспити в натурних умовах сонячних фокусуючих колекторів, прототипу (КСФ1) і що заявляється (КСФ-2), проводилися на атестованій стендовій установці, ВІДПОВІДНО ДО затвердженої програми і методиці ІСПИТІВ у КВІТНІ МІСЯЦІ 2001 року в Криму Натурні іспити двох колекторів проводилися в однакових умовах при рівності кута нахилу поверхні колекторів до обрію, однаковій інтенсивності сонячної радіації в площині колекторів, рівній величині витрати теплоносія в колекторах, однаковій температурі води на вході в колектори, рівній температурі навколишнього повітря і швидкості вітру, у те саме час Випробовувані колектори КСФ-1 і КСФ-2 мали однакові між собою технічні характеристики, крім однієї поверхня теплопоглинальних пластин колектора КСФ-2 була не плоскої, як у колекторі КСФ-1, а виконана гофрованої у виді розташованих уздовж пластини паралельно один одному Uобразних каналів (Фіг 4) У результаті проведених ІСПИТІВ були визначені наступні основні теплові характеристики колекторів занесених у таблицю Характеристики Денна теплопродуктивність колектора, КДж Сумарна сонячна енергія за день, що надійшла на поверхню колектора, КДж Денний ККД колектора, % Аналіз отриманих результатів порівняльних натурних теплових ІСПИТІВ показав, що сонячний колектор КСФ-2 з розвитою гофрованою поверхнею теплоприймача в порівнянні із сонячним колектором КСФ-1 із плоскою поверхнею теплоприймача має на 15% велику денну теплопродуктивність і на 10% вище денний ККД Це порозумівається тим, що гофрована поверхня у виді U-образних каналів, розташованих паралельно один одному уздовж теплопоглинальної пластини колектора КСФ-2, більш ефективно поглинає сонячне і теплове випромінювання в порівнянні з плоскою поверхнею пластин КСФ-1 Як фотоелементи використовували кремнієві диски діаметром 100мм і товщиною 400мк виготовлені за відомою технологією Теоретичний коефіцієнт (Ктеор) заповнення фотоелементами поверхні світлопрозорої плити колектора визначається по формулі К теор с _ ^фотоел - " ^ ^поверх (1) де Эфотоел - загальна площа поверхні фотоелементів, Эповерх площа поверхні оптичного покриття _ *d2 фотоел ~ 7~ ~ SmKp = n m d mn (2) (3) де m - КІЛЬКІСТЬ дисків у горизонтальному ряді покриття п - КІЛЬКІСТЬ дисків у вертикальному ряді покриття d - діаметр диска фотоелемента ВІДПОВІДНО ДО формул (1), (2), (3) одержуємо КСФ-1 12218 20131 КСФ-2 14065 20131 60 70 теоретичний коефіцієнт заповнення КТеор = 0,785 Реальний коефіцієнт заповнення, що враховує 2-х мм зазори між дисками, дорівнює Креал ~ U, /О, ~ що відповідає 75% заповнення поверхні оптичного покриття фотоелементами Виготовлений сонячний фокусуючий теплофотоелектричний колектор працює таким чином Фотоелементи перетворюють частину сонячної енергії в електричну 3 електричних виводів фотомодуля вироблена електрична енергія надходить до споживача Інфрачервона складова падаючого сонячного випромінювання безперешкодно проходить через кремнієві фотоелементи й оптичне покриття колектора, потрапляючи на теплоприймач На листотрубний теплоприймач колектора протягом дня надходить пряме і відбите від дзеркальної алюмінієвої поверхні відбивача наступний спектр випромінювання, а саме • сумарне сонячне випромінювання з 25% площі світлопрозорого покриття, • інфрачервона складова сонячного випромінювання з 75% площі покриття зайнятого фотоелементами, • власне теплове випромінювання з усієї площі внутрішньої нагрітої поверхні прозорого покриття З (фіг 3) Лабораторні іспити показали, що гофрована розвита поверхня теплоприймача ефективно поглинає перерахований вище спектр випромінювання і нагріває теплоносія, що надходить по трубі приймача, що приділяється з колектора до споживача При цьому приділяється надлишкове тепло від фотоелектричних елементів, що підвищує їх ККД Сонячний фокусуючий теплофотоелектричний колектор, що виробляє одночасно теплову й електричну енергію, має більш високий ККД, рівний 70%, у порівнянні з ККД, рівним 50%, сонячного фокусуючого колектора і ККД, рівного 10%, фотоелектричного модуля, що працюють у роздільному режимі Щільне упакування фотоелементів у виді дисків, що займають 75% площі оптичного покриття А-А 44600 тепло фотоелектричного колектора, відповідає оптимальному співвідношенню одержуваної електричної енергії до тепловий рівний, ВІДПОВІДНО, 1 З Заявлений пристрій володіє високим ККД, більш простою технологією виготовлення, має підвищену експлуатаційну надійність, більш низьку матеріалоємність у порівнянні з аналогами, що працюють у роздільному режимі б, Фіг. 4 ДП «Український інститут промислової власності» (Укрпатент) вул Сім'ї Хохлових, 15, м Київ, 04119, Україна (044) 456 - 20 - 90 Фіг. 5