Сонячний теплофотоелектричний колектор

Реферат: UA 114112 C2 (12) UA 114112 C2 Сонячний теплофотоелектричний колектор містить корпус, у якому розміщено фотоелементи, світлопрозоре захисне покриття, два шари теплової ізоляції, внутрішній шар якої має світловідбиваюче покриття, та трубчастий теплообмінник, на якому закріплено теплосприймаючу пластину. Корпус поділений повітронепроникною теплоізоляційною перегородкою на дві частини: нижню – низькотемпературну, та верхню – високотемпературну. При цьому фотоелементи розташовані на теплосприймаючій пластині лише у низькотемпературній частині корпусу. У високотемпературній частині корпусу теплосприймаюча пластина знаходиться під прямим сонячним випромінюванням. Крім того, між низькотемпературною та високотемпературною частинами корпусу теплофотоелектричного колектора на трубчастому теплообміннику встановлено патрубок для відбору теплоносія в режимі стагнації; між захисним світлопрозорим покриттям і фотоелементами є повітряний прошарок. Винахід забезпечує більш ефективне використання фотоелементів, не допускаючи їх перегріву, з одночасним отриманням теплоносія з достатнім потенціалом для подальшого використання у теплопостачанні. UA 114112 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 Винахід належить до галузі енергетики та стосується пристроїв для перетворення сонячної енергії, що можуть бути використані для одночасного отримання теплової та електричної енергії. Найближчим аналогом винаходу є гібридний сонячний PVT колектор Renevita Volther PVT [1]. Через те, що робоча поверхня повністю покрита фотоелементами, не допускається нагрівання теплоносія (води) в установці більше ніж до 50 °C, відповідно потрібно обов'язкове його догрівання, якщо теплоносій буде перегріватися більше цього значення, то тоді втрачається доцільність такої системи, бо фотоелементи будуть значно втрачати свій ККД. Відсутність системи, яка запобігає перегріву, призводить до зниження надійності роботи установки при надмірному сонячному випромінюванні, при відсутності відбору тепла споживачем (режим стагнації) фотоелементи значно знизять свою ефективність та навіть можуть бути пошкоджені. Відсутність повітряного прошарку між захисним склом та фотоелементами знижує тепловий опір прозорої частини колектора на 70 %, що значно збільшує втрати теплової енергії в навколишнє середовище, особливо при низькій температурі зовнішнього повітря. Задачею винаходу є створення установки, яка дозволить ефективніше використовувати сонячні фотоелементи, не допускаючи їх перегріву, і відповідно експлуатувати їх з максимальним ККД та терміном дії, а також підігрівати теплоносій до заданої температури, який потім можна буде використовувати на потреби теплопостачання. Поставлена задача вирішується створенням сонячного плоского колектора, розділеного теплоізоляційною перегородкою на дві частини – низькотемпературну і високотемпературну. Кожна з частин має теплоізоляційне покриття та вкрита захисним світлопрозорим покриттям. Через теплоізолюючу перегородку прокладено трубопровід, який сполучає обидві частини сонячного колектора. На низькотемпературній частині, по всій теплообмінній поверхні, прикріплено фотоелементи, з'єднані між собою послідовно та паралельно для отримання заданих значень напруги та сили струму. Охолоджуюча рідина, наприклад вода, подається в низькотемпературну частину сонячного колектора, де охолоджує розміщені на ньому фотоелементи, підтримуючи оптимальну для їхньої роботи температуру, в межах 35-45 °C. Такий температурний режим дозволяє максимально ефективно використовувати потенціал фотоелементів. Потім підігріта вода, проходячи через патрубок, прокладений в теплоізоляційній стінці, потрапляє в верхню частину установки, де догрівається, проходячи високотемпературну частину колектора. В результаті на виході отримуємо теплоносій з достатнім потенціалом для подальшого використання у теплопостачанні. Між двома частинами установки є відгалуджуючий патрубок, який служить для підключення додаткового обладнання, яке буде гарантувати надійну роботу фотоелементів, захищаючи їх від перегріву, в режимі стагнації установки. Суть запропонованого винаходу полягає в тому, що корпус (2) поділений повітронепроникною теплоізоляційною перегородкою (6) на дві частини з різним температурним режимом, що дозволяє зменшити теплообмін між двома частинами колектора. На низькотемпературній частині теплосприймаючої пластини (5) розміщені фотоелементи (7) для перетворення сонячного випромінювання в електричну енергію, а високотемпературна частина пластини (5) знаходиться під прямим сонячним випромінюванням, що дозволяє не тільки ефективно охолоджувати фотоелементи та експлуатувати їх постійно при низьких температурах, але й отримувати при цьому теплову енергію. Теплова ізоляція виконана з двох шарів, причому внутрішній шар має тепловідбиваюче, наприклад алюмінієве, покриття (3). Між низькотемпературною та високотемпературною частинами теплофотоелектричного колектора встановлено патрубок (11) для відбору теплоносія в режимі стагнації. Між захисним світлопрозорим покриттям і фотоелементами є повітряний прошарок товщиною 20 мм, який слугує для зменшення втрат теплоти в навколишнє середовище. Суть також пояснюється кресленнями, де: - на фіг. 1 зображений сонячний теплофотоелектричний колектор - фронтальний вигляд; - на фіг. 2 - сонячний теплофотоелектричний колектор, розріз по А-А. Сонячний теплофотоелектричний колектор містить корпус 2, в якому розташовано теплоізолюючий матеріал 8, на всій поверхні якого розміщується шар теплоізоляції зі світловідбиваючим, наприклад алюмінієвим, покриттям 3. Шари теплоізоляції 3 та 8 зменшують тепловтрати панелі у навколишнє середовище, що дозволяє підвищити її ефективність. Над поверхнею теплоізоляційного матеріалу розміщено трубчастий теплообмінник 4, до якого прикріплено верхню та нижню теплосприймаючі пластини 5. Між пластинами встановлена перегородка з теплоізоляційного і повітронепроникного матеріалу 6, яка розділяє внутрішній простір колектора на дві частини: низькотемпературну та високотемпературну, зменшуючи 1 UA 114112 C2 5 10 15 20 25 теплообмін між цими частинами. На низькотемпературній (нижній) теплосприймаючій пластині 5 розміщені фотоелементи 7. Зверху конструкцію вкрито захисним світлопрозорим покриттям 1. Холодна вода потрапляє через патрубок 10 у низькотемпературну частину трубчастого теплообмінника 4 сонячного колектора, охолоджує фотоелементи 7 і підігрівається, потім надходить у високотемпературну частину колектора, де догрівається і виходить з панелі через патрубок 9. Фотоелементи 7, закріплені на поверхні теплосприймаючої пластини низькотемпературної (нижньої) частини колектора, примусово охолоджуються рідиною, яка протікає по трубчастому теплообміннику 4, що дозволяє експлуатувати їх в оптимальних температурних умовах та зменшити температурні деформації, тим самим збільшити ККД фотоелементів та термін їх експлуатації. Патрубок 11 розміщений між двома частинами установки для того, щоб забезпечити утилізацію надлишкової теплоти в режимі стагнації. Пристрій, що заявляється, працює наступним чином. Сонячне випромінювання, пройшовши через захисне світлопрозоре покриття 1, потрапляє на фотоелементи 7 та теплосприймаючу пластину 5 колектора, яка не вкрита фотоелементами. Фотоелементи перетворюють сонячне випромінювання в електричну енергію і нагріваються, передаючи тепло пластині 5 і трубчастому теплообміннику 4, по якому циркулює охолоджуюча рідина. Пройшовши низькотемпературну частину колектора, за теплоізолюючу перегородку, рідина догрівається у високотемпературній частині колектора, яка отримує пряме сонячне випромінювання і працює як звичайний плоский колектор. Рідина надходить в колектор через вхідний патрубок 10 з температурою t1 і виходить через патрубок 9 з температурою t2. Підігріта до температури t2 вода може бути використана в системі гарячого водопостачання або на інші потреби. В режимі стагнації охолоджуюча рідина відбирається через патрубок 11, охолоджується та подається знову через патрубок 10. Заявлена конструкція сонячного фотоелектричного колектора підвищує ККД фотоелементів та збільшує їх термін експлуатації завдяки зниженню їх температури до оптимального рівня, а також дозволяє використовувати теплову енергію, яка утворюється при роботі фотоелементів. Джерело інформації: 1. Volther PVT [Електронний ресурс] - Режим доступу: - renevita.com.ua 30 ФОРМУЛА ВИНАХОДУ 35 40 Сонячний теплофотоелектричний колектор, що містить світлопрозоре захисне покриття (1), корпус (2), у якому розміщено фотоелементи (7), теплосприймаючу пластину (5), трубчастий теплообмінник (4), який має вхідний (10) і вихідний (9) патрубки, який відрізняється тим, що корпус поділено повітронепроникною теплоізоляційною перегородкою (6) на дві частини: нижню - низькотемпературну, та верхню - високотемпературну, причому фотоелементи (7) розташовано на теплосприймаючій пластині (5) лише у низькотемпературній частині корпусу (2); теплоізолюючий матеріал виконано з двох шарів, причому внутрішній шар має світловідбиваюче покриття (3); між низькотемпературною та високотемпературною частинами корпусу (2) теплофотоелектричного колектора на трубчастому теплообміннику (4) встановлено патрубок (11) для відбору теплоносія в режимі стагнації; між захисним світлопрозорим покриттям (1) і фотоелементами (7) є повітряний прошарок. 2 UA 114112 C2 3 UA 114112 C2 Комп’ютерна верстка Л. Бурлак Державна служба інтелектуальної власності України, вул. Василя Липківського, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут інтелектуальної власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601 4