Комбінований перетворювач сонячної енергії

Реферат: Винахід належить до комбінованих перетворювачів сонячної енергії і може бути використаний при розробці енергетичних технологій а також на об′єктах з великим перепадом температур. Комбінований перетворювач сонячної енергії має два однакових послідовно з'єднаних теплоперетворювачі у вигляді паралелепіпедів, які є робочими камерами. Між теплоперетворювачами знаходиться генератор електроенергії. Кожний теплоперетворювач чорного кольору має оребрену поверхню. Об'єми теплоперетворювачів поділені на три частини, де кожна середня виконана з матеріалу з малою теплопровідністю, в яких розташовані поршні. На відстані крайніх положень поршня в середній частині робочої камери вмонтовані два силових затвори. Теплоперетворювачі жорстко по периметру з'єднані з генератором, на якому в центрі з підсонячного боку (зверху) знаходиться оптична система спостереження, яка виконує роль постійної орієнтації поверхонь теплоперетворювачів на сонце. Зверху на напрямних знаходяться дві рухомих дзеркальні поверхні, роль яких полягає у відбиванні в визначений час UA 100978 C2 (12) UA 100978 C2 небажаних сонячних променів. На протилежних боках теплоперетворювача розташовані сонячні батареї, параболічної форми сонячні концентратори, від яких сонячні промені сфокусовані на нижні поверхні теплоперетворювачів. Технічним результатом винаходу є підвищення ККД перетворювача. UA 100978 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 Винахід належить до комбінованих перетворювачів сонячної енергії в механічну, електричну і може бути використаний при розробці енергетичних технологій на землі і особо ефективним на космічних і планетних станціях, а також на об'єктах з великим перепадом температур в підсонячному і тіньовому положеннях. Відомі перетворювачі сонячної енергії в електричну, а також сонячної енергії в теплову та електричну. Це різновид фотоперетворювачів тобто фотоелементів і сонячних батарей і такі комбіновані акумулятори сонячної енергії (патент США № 4493940 кл. Н01L 31 (4; 1985 p.), (патент UA № 71442 кл. H01L 31 (0,4; 2004 p.), в яких сонячне випромінювання проходить крізь прозоре покриття частина її поглинається фотоперетворювачем і перетворюється в електричну енергію, а друга - в теплову яку забирає теплоносій. Недоліками таких перетворювачів є: громіздка конструкція, малий ККД фотоперетворювачів, обмежений час роботи, неможливість її функціонування в діапазонах від низьких відносної температури до великої додатньої навколишнього середовища, а також побудувати на їх основі енергетичні станції, які б задовольняли б потреби людства в необхідних об'ємах. Близьким до цього винаходу є винахід "Комбінований перетворювач сонячної енергії" (патент UA 86983 кл. H01L 31/00 (06; 2009 р.)). Однак, недоліком цього винаходу є низький ККД порівняно із запропонованим. В основу винаходу поставлено задачу створити космічну сонячну енергостанцію з можливістю сьогоднішнього виготовлення перетворювати сонячну енергію одночасно в механічну і електричну, процес цей відбуватиметься при необхідності безперервно і нескінченно довго, і, як наслідок, зацікавить відповідні аерокосмічні промислові та енергодобуваючі структури по виготовленню складових космічних сонячних енергостанцій необхідної потужності і збирання їх на навколоземній орбіті енергостанцій. Поставлена задача вирішується тим, що комбінований перетворювач сонячної енергії: відрізняється принципово іншим способом одночасного отримання механічної і електричної енергії, який дозволяє, процесу відбуватися довго за рахунок постійної різниці температур складових перетворювача підсонячної і тіньової положеннях. Згідно з тим, що теплоперетворюючим елементом є оребрений чорного кольору прямокутний паралелепіпед з поршнем усередині і газовими робочими об'ємами (надалі камерами) по кожний бік від нього. Комбінований перетворювач сонячної енергії має два симетричних теплоперетворювачі у вигляді паралелепіпедів 1, кожен з яких має оребрену поверхню чорного кольору 2, об'єми теплоперетворювачів поділені на три частини без перегородок. Середня частина виконана з теплоізолюючого матеріалу 3 і також оребрена. В об'ємі середньої частини розташований рухомий поршень 4, робочий хід якого дорівнює 1/3 довжини робочої камери. Поперечний переріз поршня має прямокутний вигляд відповідний перерізу робочої камери теплоперетворювача з овальною будовою кутів. На відстані крайніх положень поршня середньої частини робочої камери вмонтовані два силових затвори 5. Самі перетворювачі жорстко з'єднані з генератором 6, всередині якого знаходиться оптична система спостереження 7, яка з'єднана виконуючим механізмом з рухомим штоком 8, на якому знаходиться важіль 9. Кожна пара протилежних боків теплоперетворювачів жорстко з'єднана напрямними 10, по яких рухаються дзеркальні з підсонячного боку і теплосприймаючі чорного кольору з протилежного боку поверхні її. На цих поверхнях є направляючі жолоби 13, які з'єднані важелями 14, а останні жорстко закріплені на дві вісі телескопічного виготовлення 15. Вісі 15 мають кінематичний зв'язок зі штоком поршня 16 який з'єднаний з генератором. Сонячні концентратори 17 розташовані на протилежних боках теплоперетворювачів. Таким чином, щоб відбиті сонячні промені 18 були сфокусовані на протилежній підсонячній поверхні теплоперетворювача, там же, під середніми частинами теплоперетворюючих робочих камер знаходяться два дзеркала 19. Магніти керування 20 розташовані на сонячних батареях 21. Основна ідея процесу функціонування комбінованого перетворювача сонячної енергії полягає в тому, що забезпечена інтервальна за часом послідовність нагріву парів або газу в робочій камері з одного боку поршня і одночасно охолодження такої ж кількості парів або газу, що є робочим тілом, в цій же камері з протилежного боку поршня, тоді через проміжок часу, що визначається температурою робочого тіла та технічними характеристиками перетворювача відбувається робочий хід поршня. Перетворювач працює наступним чином: на крайні 1/3 обох частин теплоперетворювачів потрапляє повний спектр сонячної радіації (для зручності умовно приймемо на фігурі поняття верх і низ) зверху, а знизу на ці частини теплоперетворювачів потрапляє від концентратора 17. Поршень 4 для лівого теплоперетворювача знаходиться у крайньому лівому положенні, а для правого - у крайньому правому положенні одразу після дальніх від центру силових затворів 5. 1 UA 100978 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 В кожній половині робочих камер знаходиться однакова кількість парів, або парів і конденсату. Робочим тілом є рідина як вода, що перетворюється при нагріванні в пару високого тиску, а при охолодженні - в конденсат. Дзеркальні поверхні 11 знаходяться в крайніх до центру положеннях відбивають падаючі промені, унаслідок чого температура робочого тіла в цих частинах камери дуже низька відносно температури робочого тіла в крайніх від центру камерах. Тиск пари (газу) в останніх збільшується до величини достатньої для подолання силових затворів поршнями, які здійснюють робочий хід рухаючись до центру та обертаючи вал генератору 6. Рух поршня відбувається повільно, відповідно до діючої сили штоку 16, на кінематичний зв'язок вала генератора, після проходження поршнями положення поза ближчими до центру затворами, осі 15 повертаються на 90° в протилежних напрямках і переводить дзеркальні поверхні 11 за допомогою важелів 14 в крайні положення по напрямних 10, одночасно нижні дзеркала приймають горизонтальне положення поблизу термоізолюючої частини теплоперетворювача. Тоді крайні камери теплоперетворювача 2 будуть охолоджуватися за рахунок теплового випромінювання. З метою скорішого і ефективного випромінювання тепла в простір на теплоперетворювачах виконані ребра. У цей час в ближчих до центру камерах робочі тіла нагріваються, тому що хід променів від концентраторів вже спрямований на ці частини камер. Щоб запобігти процесу теплообміну між охолоджувальними і нагріваючими камерами, середні частини 3 теплоперетворювачів і поршні зі штоками виконані з речовини з малою теплопровідністю, внутрішні поверхні камер незначно наелектризовані за рахунок космічного випромінювання, тоді молекули (атоми) робочого тіла наближаються до цих внутрішніх поверхонь, забезпечуючи ефективність його нагріву. Особливість концентраторів полягає в тому, що виготовлення їх відповідних розмірів і форм задаються пружним трубчастим периметром і каркасом, між якими є дзеркальна плівка, при заповненні газовою сумішшю грубок ця конструкція приймає задану параболічну форму і кріпиться до перетворювача зв'язком 21. Після заповнення, в даних умовах, суміш стає твердою, що забезпечує функціонування концентратора і трубчастого каркасу від бомбардування його з боку метеорів і інших космічних частинок. Система оптичного спостереження забезпечує орієнтацію перетворювача, а разом з ним і космічної енергостанції в польоті, здатність повертатися до заданої постійної орієнтації після того, як відбулося одне повне коливання модулів чи інших обурень за рахунок власної запасеної енергії, що можна віднести до пасивної стабілізації. Система оптичного спостереження 7 представляє набір фотоприймачів (фотодіодів), які розміщені по колу в центрі якого на підставці знаходиться непрозорий круг (фіг. 2, 3) У випадку зсуву тіні вправо відкриваються (9-8, 9-10) чи (8-9-10) номери світло діодів, тоді виконавчий механізм приводить повільне обертання проти годинникової стрілки шток 9 з кулею, внаслідок чого теплоперетворювач повертається в протилежному напрямку, доки не опиняться в тіні (8-9-10). Коли відкрито для світла будь-який набір з трійки світлодіодів (11, 12, 1) виконавчим механізмом приводиться в рух куля 9 на штоку 8 вниз по напрямку осі ОУ. Таким чином переміщення кулі по осі штока забезпечує поворот теплоперетворювача навколо осі ОХ, а обертання штока з рухомою кулею - навколо осі OZ і ОХ одночасно, у випадку освітлення наборів (10, 11, 12) виконавчий механізм одночасно приводить у рух і обертання кулі на штоку на відстань і кут визначаючий. до якої серії наборів світлодіодів належить трійка. До цього головного перетворювача симетрично осі OXZ уздовж осі OZ приєднується попарно модулі-перетворювачі без генераторів, в яких штоки від поршнів з'єднані кінематичним зв'язком з валом генератора 22 і також обертають його. Згідно з кількістю установлених додатково модулів-перетворювачів, яким за розміром відповідають сонячні концентратори, може мати велику потужність, необхідну космічній сонячній енергостанції, з метою перетворення енергії в необхідний діапазон електромагнітного випромінювання з наступною передачею на Землю, який розташовується на цій енергостанції. 50 ФОРМУЛА ВИНАХОДУ 55 60 Комбінований перетворювач сонячної енергії, що містить два теплоперетворювачі у вигляді прямокутних паралелепіпедів, розташованих послідовно в одній площині, які є робочими камерами, і між якими знаходиться генератор, який відрізняється тим, що теплоперетворювачі виконані порожнистими з оребреною поверхнею чорного кольору, об'єми яких умовно поділені на три частини, де середня виготовлена з термоізолюючого матеріалу та в ній розташовані два механічних затвори з рухомим поршнем між ними, по обидва боки від поршня знаходиться однакова кількість парів або їх конденсату, що є робочим тілом, поперечний переріз поршня має прямокутну форму з овальними кутами відповідно до перерізу робочої камери, поршень містить 2 UA 100978 C2 5 два штоки, які проходять крізь внутрішні торцеві боки теплоперетворювачів до генератора, по зовнішніх краях перетворювача розташовані параболічної форми концентратори, на сонячному боці перетворювача знаходяться дзеркальні поверхні, виконані з можливістю руху по напрямних з почерговим перекриттям різних частин робочої камери, на тіньовому боці під середньою частиною розташовані дзеркала, виконані з можливістю приймання горизонтального та вертикального положень. 3 UA 100978 C2 Комп’ютерна верстка А. Крулевський 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 4