close

Вход

Забыли?

вход по аккаунту

?

Патент BY16126

код для вставкиСкачать
ОПИСАНИЕ
ИЗОБРЕТЕНИЯ
К ПАТЕНТУ
РЕСПУБЛИКА БЕЛАРУСЬ
(46) 2012.08.30
(12)
(51) МПК
НАЦИОНАЛЬНЫЙ ЦЕНТР
ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ
СОБСТВЕННОСТИ
(54)
F 24J 2/10
F 24J 2/14
H 02N 6/00
(2006.01)
(2006.01)
(2006.01)
ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ СОЛНЕЧНОЙ ЭНЕРГИИ
В ЭЛЕКТРИЧЕСТВО И ТЕПЛО
(21) Номер заявки: a 20101626
(22) 2010.11.15
(43) 2012.06.30
(71) Заявитель: Государственное научное учреждение "Институт физики
имени Б.И.Степанова Национальной академии наук Беларуси" (BY)
(72) Авторы: Есман Александр Константинович; Кулешов Владимир Константинович; Зыков Григорий Люцианович (BY)
BY 16126 C1 2012.08.30
BY (11) 16126
(13) C1
(19)
(73) Патентообладатель: Государственное
научное учреждение "Институт физики имени Б.И.Степанова Национальной академии наук Беларуси" (BY)
(56) BY 12468 C1, 2009.
BY 11981 C1, 2009.
BY 9611 C1, 2007.
RU 2154243 C1, 2000.
RU 2133927 C1, 1999.
US 4344417 A, 1982.
KR 2001/0002649 A.
(57)
1. Преобразователь солнечной энергии в электричество и тепло, содержащий прозрачную верхнюю и зеркальную нижнюю трапецеидальные поверхности, механически и оптически связанные между собой опорной конструкцией и треугольными боковыми
поверхностями, солнечные элементы, расположенные на опорной конструкции и оптически связанные со всеми поверхностями, широкоапертурный зеркальный концентратор,
тепловой коллектор, отличающийся тем, что широкоапертурный зеркальный концентратор, расположенный с тыльной стороны верхней поверхности и выполненный полуцилиндрическим, механически и оптически связан со всеми поверхностями, а в его фокусе
расположен тепловой коллектор, на внешней поверхности которого сформирована солнечная панель, причем солнечные элементы, закрепленные на опорной конструкции,
имеют развитую фоточувствительную поверхность, а боковые треугольные поверхности
выполнены прозрачными.
Фиг. 1
BY 16126 C1 2012.08.30
2. Преобразователь по п. 1, отличающийся тем, что тепловой коллектор выполнен
цилиндрическим, а солнечная панель - трубчатой.
3. Преобразователь по п. 2, отличающийся тем, что радиус теплового коллектора в 25 раз меньше радиуса широкоапертурного зеркального концентратора.
Изобретение относится к гелиотехнике и может быть использовано для обеспечения
электрической энергией и теплом зданий различного назначения.
Известно устройство [1], содержащее параболоцилиндрический концентратор, трубчатый приемник излучения, параллельный поверхности концентратора, расположенный в
фокусе концентратора, контур прокачки рабочего тела, включающий энергоузел, содержащий турбину, кинематически соединенную с электрогенератором. Приемник излучения
размещен в полости трубчатого кожуха, часть поверхности которого, обращенная к солнцу, выполнена непрозрачной и светопоглощающей, а часть поверхности, обращенная к
концентратору, выполнена прозрачной. Поверхность непрозрачного участка трубчатого
кожуха, обращенная к трубчатому приемнику излучения, снабжена зеркальным отражающим покрытием. В качестве рабочего тела использован воздух атмосферы, причем контур
прокачки рабочего тела выполнен разомкнутым, для чего турбина механически связана с
компрессором, вход которого открыт в атмосферу, а выход связан со входом трубчатого
приемника излучения, при этом выхлоп турбины открыт в атмосферу.
Данное устройство не обеспечивает эффективную концентрацию солнечного излучения в широком диапазоне изменения углов падения солнечного излучения, не утилизирует
тепловую энергию, получаемую в процессе работы, часть электрической энергии потребляет компрессор. Срок службы такого устройства невелик из-за наличия механически перемещающихся деталей.
Наиболее близким по технической сущности является устройство [2], содержащее
солнечные панели прямоугольной формы, установленные рядом на опорной несущей конструкции и оптически связанные с соответствующими боковыми отражателями, выполненными полупрозрачными с отражающим покрытием, селективным к диапазону длин
волн преобразуемого электромагнитного излучения, и установленными в промежутках
между солнечными панелями под наклоном к их фоточувствительной поверхности, а также содержит тепловые коллекторы и широкоапертурный концентратор излучения, подложки, закрепленные с тыльной стороны несущей конструкции теплоизолирующими
элементами под прямым углом к поверхности панелей, ИК-фотопреобразователи,
сформированные на подложках и оптически связанные с соответствующими боковыми
отражателями, а также содержит расположенные с внешних сторон подложек термоэлектрические преобразователи, холодными спаями механически соединенные с тепловыми
коллекторами, а горячими спаями приведенные в тепловой контакт с центральными частями соответствующих подложек, на свободных площадях которых сформированы матричные преобразователи тепло-электричество, причем солнечные панели на внутренних
рядах выполнены двухсторонними, концентратор закреплен четырьмя тыльными сторонами к внешней стороне опорной несущей конструкции, установленной перпендикулярно
его нижней поверхности, выполненной в виде плоского зеркала в форме трапеции, две боковые поверхности концентратора выполнены в виде плоских зеркал в форме прямоугольных треугольников, а верхняя поверхность - прозрачной в форме трапеции, при этом
середина передней стороны концентратора прикреплена к двум одинаковым сферическим
зеркальным отражателям с радиусом кривизны R, выбранным из условия l < R < 2l, где l длина нижней поверхности концентратора.
Устройство имеет недостаточную эффективность преобразования электромагнитного
излучения солнца в электрическую и тепловую энергию и ограниченную область приме2
BY 16126 C1 2012.08.30
нения, так как оно работоспособно лишь в прозрачном помещении и требует специальных
защитных сооружений от снега, льда и т.д.
Техническая задача - повышение эффективности преобразования электромагнитного
излучения солнца в электрическую и тепловую энергию при одновременном расширении
функциональных возможностей устройства.
Поставленная техническая задача решается тем, что преобразователь солнечной энергии в электричество и тепло, содержащий прозрачную верхнюю и зеркальную нижнюю
трапецеидальные поверхности, механически и оптически связанные между собой опорной
конструкцией и треугольными боковыми поверхностями, солнечные элементы, расположенные на опорной конструкции и оптически связанные со всеми поверхностями, широкоапертурный зеркальный концентратор, тепловой коллектор, широкоапертурный
зеркальный концентратор расположен с тыльной стороны верхней поверхности и выполнен полуцилиндрическим, механически и оптически связан со всеми поверхностями, а в
его фокусе расположен тепловой коллектор, на внешней поверхности которого сформирована солнечная панель, причем солнечные элементы, закрепленные на опорной конструкции, имеют развитую фоточувствительную поверхность, а боковые треугольные
поверхности выполнены прозрачными.
Для эффективного решения поставленной технической задачи тепловой коллектор
выполнен цилиндрическим, а солнечная панель - трубчатой.
Для эффективного решения поставленной технической задачи радиус теплового коллектора в 2-5 раз меньше радиуса широкоапертурного зеркального концентратора.
Совокупность указанных признаков позволяет повысить эффективность преобразования электромагнитного излучения солнца в электрическую и тепловую энергию за счет
обеспечения увеличения поглощения солнечного излучения при одновременном расширении функциональных возможностей устройства, т.е. использования его вместо традиционных элементов кровли.
Сущность изобретения поясняется на фиг. 1 и 2, где:
1 - опорная конструкция,
2 - солнечные элементы,
3 - боковые поверхности,
4 - солнечная панель,
5 - тепловой коллектор,
6 - широкоапертурный зеркальный концентратор,
7 - верхняя поверхность,
8 - нижняя поверхность.
Преобразователь солнечной энергии в электричество и тепло содержит трапецеидальные прозрачную верхнюю 7 и зеркальную нижнюю 8 поверхности, механически и оптически связанные между собой и с опорной конструкцией 1, а также с прозрачными
треугольными боковыми поверхностями 3. Солнечные элементы 2 расположены на опорной конструкции 1, оптически связаны с поверхностями 3, 7, 8 и имеют развитую фоточувствительную поверхность. Полуцилиндрический широкоапертурный зеркальный
концентратор 6 расположен с тыльной стороны верхней поверхности 7, механически и оптически связан с поверхностями 3, 7, 8, а в его фокусе расположен тепловой коллектор 5,
на внешней поверхности которого сформирована солнечная панель 4.
В конкретном исполнении опорная конструкция 1 - это колонна, выполненная из металлического сплава - инвара, на которой крепятся солнечные элементы 2, представляющие собой выполненные из кремния прямоугольные фотоэлектрические преобразователи
видимого диапазона длин волн с развитой фоточувствительной поверхностью, представляющей собой углубления треугольной формы. Прозрачные треугольные боковые поверхности 3 выполнены из силикатного стекла. Солнечная панель 4 изготовлена из
полупроводникового материала, представляющего собой соединение меди, индия, галлия
3
BY 16126 C1 2012.08.30
и селена (CIGS), нанесенного на тепловой коллектор 5, выполненный из нержавеющей
стали. Широкоапертурный зеркальный концентратор 6 - это металлический полуцилиндр,
внутренняя поверхность которого покрыта зеркальной пленкой. Прозрачная верхняя поверхность 7 выполнена трапецеидальной из силикатного стекла. Зеркальная нижняя поверхность 8, аналогично верхней поверхности 7, выполнена из силикатного стекла с
нанесенной на нее зеркальной пленкой как в [2].
Работает устройство следующим образом. Вначале для обеспечения оптимального
режима функционирования устройство устанавливается в направлении на юг зеркальной
стороной широкоапертурного концентратора 6. Утром (фиг. 1, проекция лучей I) или вечером (фиг. 1, проекция лучей II, III), когда угол, определяющий высоту Солнца над линией горизонта, мал, солнечное излучение через прозрачные боковые поверхности 3
поступает на солнечные элементы 2 и на солнечную панель 4 непосредственно (проекции
лучей II, III), а также отразившись от полуцилиндрического широкоапертурного зеркального концентратора 6 (луч I). В солнечных элементах 2 и солнечной панели 4 энергия излучения видимой части солнечной радиации преобразуется в электричество.
Одновременно солнечное излучение инфракрасного диапазона, проходя через солнечные
элементы 2 и солнечную панель 4, поглощается соответственно в опорной конструкции 1
и тепловом коллекторе 5. Вследствие этого происходит нагревание опорной конструкции
1 и теплоносителя в тепловом коллекторе 5. При средних углах склонения Солнца над линией горизонта его излучение через верхнюю поверхность 7 поступает на солнечные элементы 2 и на солнечную панель 4 непосредственно, аналогично вышеописанному, а также
отразившись от нижней поверхности 8 (лучи VII, VIII, фиг. 2) и после последовательных
переотражений от нижней 8 и верхней 7 поверхностей (луч IX, фиг. 2). В полдень функции концентрации солнечного излучения, прошедшего через верхнюю поверхность 7, выполняют широкоапертурный зеркальный концентратор 6 (луч IV, фиг. 1) и дополнительно боковые поверхности 3 (луч V, фиг. 1). В этом случае, при максимальных углах склонения
Солнца над линией горизонта, энергия излучения видимой части солнечной радиации
преобразуется в электричество аналогично вышеописанному, а солнечная энергия инфракрасного диапазона за счет дополнительного концентрирования солнечного излучения
еще больше нагревает опорную конструкцию 1 и теплоноситель теплового коллектора 5.
Повышение эффективности поглощения солнечного излучения развитой поверхностью
солнечных элементов 2 достигается за счет переотражения лучей VI и II (рис. 1) в треугольных углублениях, т.е. их двухэтапного поглощения.
В предлагаемом изобретении солнечное излучение преобразуется в электричество и
тепловую энергию более эффективно, так как развитая поверхность солнечных элементов
2 обеспечивает более эффективное поглощение солнечного излучения и существенно
уменьшает его отражение, которое составляет доли процентов падающего света. Более
того, эффективность преобразования солнечной энергии повышается и за счет перпендикулярного падения света на солнечную панель 4, расположенную в фокусе полуцилиндрического широкоапертурного зеркального концентратора 6. Так как широкоапертурный
зеркальный концентратор 6 и опорная конструкция 1 поддерживают значительную часть
верхней поверхности 7, то предлагаемое устройство является достаточно прочным и может устанавливаться вместо кровельных элементов (черепицы, шифера и т.д.). Кроме того, устройство обладает способностью самоочищения от снега в солнечные дни, так как в
утренние часы опорная конструкция 1 и тепловой коллектор 5 нагреваются через боковые
поверхности 3 и за счет теплопередачи нагревают прозрачную верхнюю поверхность 7.
Источники информации:
1. Заявка России 2009117585/06, 2010.
2. Патент РБ 12468, 2009 (прототип).
4
BY 16126 C1 2012.08.30
Фиг. 2
Национальный центр интеллектуальной собственности.
220034, г. Минск, ул. Козлова, 20.
5
Документ
Категория
Без категории
Просмотров
0
Размер файла
190 Кб
Теги
патент, by16126
1/--страниц
Пожаловаться на содержимое документа