Автономна сонячна когенераційна енергоустановка для рухомого об’єкта

Номер патенту: 107333

Опубліковано: 25.05.2016

Автор: Жарков Антон Вікторович

Завантажити PDF файл.

Формула / Реферат

1. Автономна сонячна коопераційна енергоустановка для рухомого об'єкта, яка складається з сонячних модулів циліндричної форми, акумулятора, контролера заряду-розряду, інвертора, кожен сонячний модуль циліндричної форми містить дві коаксіально розташовані трубки із боросилікатного скла, з'єднані між собою з утворенням вакуумної колби, трубка меншого діаметра покрита послідовно з'єднаними ФЕП з виведеними електричними гермоконтактами, сонячні модулі циліндричної форми об'єднані в батарею з паралельним з'єднанням пар електричних гермоконтактів, приєднаних через контролер заряду-розряду до акумулятора, до іншого виходу контролера заряду-розряду приєднані споживачі постійного струму безпосередньо, а споживачі змінного струму - через інвертор, яка відрізняється тим, що в порожнині скляної трубки меншого діаметра коаксіально розташована теплова труба з циліндричним герметичним корпусом із теплопровідного матеріалу та капілярною структурою внутрішньої поверхні, наповненим робочим тілом з фазовим переходом, від рідини до газу і навпаки, в центрі зони випару циліндричного корпусу установлена перегородка, яка розділяє циліндричний корпус на дві герметичні частини, конденсатозбірники розташовані в зонах конденсації на протилежних кінцях циліндричного корпусу, контактуючими зі спільним збирачем теплоти, наповненим рідким незамерзаючим теплоносієм.

2. Автономна сонячна коопераційна енергоустановка для рухомого об'єкта за п. 1, яка відрізняється тим, що як робоче тіло використаний етанол (С2H5ОH) або його водний розчин.

Текст

Дивитися

Реферат: Автономна сонячна когенераційна енергоустановка для рухомого об'єкта складається з сонячних модулів циліндричної форми, акумулятора, контролера заряду-розряду, інвертора. Кожен сонячний модуль циліндричної форми містить дві коаксіально розташовані трубки із боросилікатного скла, з'єднані між собою з утворенням вакуумної колби. Трубка меншого діаметра покрита послідовно з'єднаними ФЕП з виведеними електричними гермоконтактами. Сонячні модулі циліндричної форми об'єднані в батарею з паралельним з'єднанням пар електричних гермоконтактів, приєднаних через контролер заряду-розряду до акумулятора. До іншого виходу контролера заряду-розряду приєднані споживачі постійного струму безпосередньо, а споживачі змінного струму - через інвертор. В порожнині скляної трубки меншого діаметра коаксіально розташована теплова труба з циліндричним герметичним корпусом із теплопровідного матеріалу та капілярною структурою внутрішньої поверхні, наповненим робочим тілом з фазовим переходом, від рідини до газу і навпаки, в центрі зони випару циліндричного корпусу установлена перегородка, яка розділяє циліндричний корпус на дві герметичні частини, конденсатозбірники розташовані в зонах конденсації на протилежних кінцях циліндричного корпусу, контактуючими зі спільним збирачем теплоти, наповненим рідким незамерзаючим теплоносієм. UA 107333 U (54) АВТОНОМНА СОНЯЧНА КОГЕНЕРАЦІЙНА ЕНЕРГОУСТАНОВКА ДЛЯ РУХОМОГО ОБ'ЄКТА UA 107333 U UA 107333 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 Корисна модель належить до когенераційної геліоенергетики. Відомий сонячний фотоелектричний модуль (ФЕМ) [Пат. US № 3383246, кл. 136-89. Опубл. 1969 p.], який складається із лінзового концентратора сонячної енергії і фотоелектроперетворювачів (ФЕП), встановлених на площині поворотного столу, які обертаються разом з поворотним столом. Недоліком відомого сонячного ФЕМ є складність його захисту від перегріву. Відома комбінована сонячна енергоустановка [Пат. UA 98680. МПК H01L 31/058, F24J 2/00, G02B 5/32. - Опубл. 11.06.2012, Бюл. № 11], що містить смуги голографічної плівки, розміщені між зовнішнім і внутрішнім захисним покриттям, з внутрішньої сторони якого закріплені смуги ФЕП з чергуванням зі смугами голографічної плівки, простір між якими заповнений теплопровідною пастою, розміщені на абсорбері, в якому знаходяться труби з теплоносієм, теплоізольовані від корпуса. Чергування смуг зменшує корисну площу ФЕП, а віддалене розміщення труб погіршує теплопередачу, що зменшує загальний коефіцієнт корисної дії (ККД) і ефективність енергоустановки. Відома також сонячна енергетична установка транспортного засобу [Пат. 53193 UA. МПК B60L 8/00. - Опубл. 15.01.2003, Бюл № 1], яка містить батарею, що об'єднує корпус з геліоконцентраторами і ФЕП у вигляді зрізаних порожніх куль, розташованих в корпусі, що дає збільшення корисної площі батареї і підвищення питомої енерговіддачі. Недоліком установки є перегрів ФЕП концентрованим сонячним опроміненням і зниження ККД із-за перегріву. Відомий сонячний ФЕМ [Пат. RU № 775540, МПК F24J 3/02. - Опубл. 30.10.1980], що містить концентруючу систему і ФЕП, розташований в нижній частині камери охолодження, що працює за принципом термосифона, з теплоносієм, що має низьку температуру кипіння, наприклад фреон. Недолік відомого сонячного ФЕМ в складності концентратора, що унеможливлює його використання в системі орієнтації на Сонце. Відома теплова труба [Пат. RU № 90888U1, МПК F28D 15/02, F28D 15/00. - Опубл. 20.01.2010], у вигляді окремого металевого корпусу із нержавіючої сталі з відшліфованою внутрішньою поверхнею, запаяного з обох сторін, наповненого під вакуумом теплоносієм з фазовим переходом. Недоліком є відсутність системи "гніт", що знижує рівномірність розігріву теплової труби по зонам, а отже - ефективність її роботи. Відомий сонячний ФЕМ циліндричної форми Solyndra (від англійських слів "сонячний" і "циліндр") (http://www.membrana.ru/particle/13126), що містить дві скляні трубки, трубка меншого діаметра покрита тонкою плівкою напівпровідникового матеріалу (на основі міді, індію, галію і селену) і поміщена в таку ж трубку більшого діаметра з електричними контактами, схожими на ті, що використовуються в люмінесцентних лампах. Така форма дозволяє збільшити кількість поглинутого світла, а отже і електроенергії, протягом дня без зміни положення конструкції ФЕМ. Недоліком ФЕМ є зниження ККД ФЕП із-за зростання робочої температури, і втрат теплоти на непродуктивний їхній нагрів. При нагріві елемента на один градус понад 25 °C він втрачає в напрузі 0,002 В, тобто 0,4 %/градус. У яскравий сонячний день елементи нагріваються до 6070 °C, втрачаючи 0,07-0,09 В кожен [Ефимов В.П. Фотопреобразователи энергии солнечного излучения нового поколения// ФИП PSE, 2010. - Т. 8, № 2, Vol. 8, №. 2. - С. 102]. Це і є основною причиною зниження ККД ФЕП, приводячи до падіння напруги, генерованої кожним ФЕП. Відома також присадибна сонячна електростанція з ФЕМ циліндричної форми [Пат. UA 103043, МПК H01L 31/00, H02J 7/35. - Опубл. 25.11.2015. - Бюл. 22], взята за найближчий аналог, яка містить ФЕМ циліндричної форми з охолоджувальною рідиною всередині, і спільний охолоджувальний колектор, зібрані в батарею, акумулятор, контролер, інвертор для живлення споживачів змінного струму. Недолік найближчого аналога в тому, що циліндричні ФЕМ з охолоджувальною рідиною всередині забезпечують охолодження ФЕП і збільшення їхнього ККД в жарку пору року, але не можуть генерувати теплоту понад 25…40 °C без зниження свого ККД. В основу корисної моделі поставлена задача створення автономної сонячної коопераційної енергоустановки (СКГЕУ) для рухомого об'єкта з підвищеною ефективністю за рахунок установки теплової труби для його охолодження. Поставлена задача вирішується за рахунок того, що автономна СКГЕУ для рухомого об'єкта, яка складається з сонячних модулів циліндричної форми, акумулятора, контролера заряду-розряду, інвертора, кожен сонячний модуль циліндричної форми містить дві коаксіально розташовані трубки із боросилікатного скла, з'єднані між собою з утворенням вакуумної колби, трубка меншого діаметра покрита послідовно з'єднаними ФЕП з виведеними електричними гермоконтактами, сонячні модулі циліндричної форми об'єднані в батарею з паралельним з'єднанням пар електричних гермоконтактів, приєднаних через контролер заряду-розряду до акумулятора, до іншого виходу контролера заряду-розряду приєднані споживачі постійного 1 UA 107333 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 струму безпосередньо, а споживачі змінного струму - через інвертор, згідно з корисною моделлю, в порожнині скляної трубки меншого діаметра коаксіально розташована теплова труба з циліндричним герметичним корпусом із теплопровідного матеріалу, наприклад із чистої червоної міді, та капілярною структурою внутрішньої поверхні, наповненим робочим тілом з фазовим переходом, від рідини до газу і навпаки, в центрі зони випару циліндричного корпусу установлена перегородка, яка розділяє циліндричний корпус на дві герметичні частини, конденсатозбірники розташовані в зонах конденсації на протилежних кінцях циліндричного корпусу, контактуючими зі спільним збирачем теплоти, наповненим рідким незамерзаючим теплоносієм. В іншій конкретній формі виконання як робоче тіло теплової труби використаний етанол (С2H5OH) або його водний розчин. Коаксіальне розташування теплової труби з циліндричним герметичним корпусом в порожнині скляної трубки меншого діаметра максимально приближає її до тонкої плівки циліндричного ФЕП, що збільшує конвекційну складову теплопередачі між ними. Виготовлення циліндричного герметичного корпусу теплової трубки із теплопровідного матеріалу (наприклад із червоної міді) збільшує теплопередачу за рахунок теплопровідності. Наповнення корпусу теплової труби робочим тілом з фазовим переходом (Т кип - близько 30 °C) під вакуумом, забезпечує "сховану" складову теплопередачі від зони випару до зон конденсації. Механічний контакт конденсатозбірників зі збирачем теплоти, наповненим рідким теплоносієм, прискорює процес конденсації і робить його більш ефективним. Капілярна структура внутрішньої поверхні циліндричного герметичного корпусу забезпечує транспортування конденсату вздовж повздовжньої осі назад, до зони випару. Установка перегородки в центрі зони випару, яка розділяє корпус на дві герметичні частини, забезпечує повернення конденсату від конденсатозбірників, розташованих на протилежних кінцях циліндричного корпусу, до зони випару, незалежно від орієнтації сонячного когенераційного модуля циліндричної форми в просторі і впливу сил гравітації. Використання як робочого тіла з фазовим переходом етанолу (С2Н5ОН) або його водного розчину забезпечує безпеку і екологічність автономної СКГЕУ для рухомого об'єкта. Технічна суть корисної моделі пояснюється графічним матеріалом, де на Фіг. 1 зображена функціональна схема автономної сонячної коопераційної енергоустановки для рухомого об'єкта; на Фіг. 2 - повздовжній переріз сонячного коопераційного модуля циліндричної форми з тепловою трубою; на Фіг. 3 - його поперечний переріз. Автономна СКГЕУ для рухомого об'єкта містить батарею 1 із декількох сонячних коопераційних модулів 2 циліндричної форми, об'єднаних спільним збирачем теплоти 3, акумулятор 4, контролер заряду-розряду 5, інвертор 6, споживачі постійного струму 7 приєднані до виходу контролера безпосередньо, а споживачі змінного струму 8 приєднані через інвертор 5, бак-акумулятор 9 з теплообмінником 10 і трубопроводами 11, 12, термодатчик 13 на вхідному трубопроводі 11, який через контролер температури 14 керує режимом роботи вихрового насоса 15 на вихідному трубопроводі 12 з рідким теплоносієм 16, електроклапан 17. Кожен сонячний когенераційний модуль 2 циліндричної форми (Фіг. 2, 3) містить дві скляні трубки 18, 19 із боросилікатного скла, з'єднані між собою з утворенням вакуумної колби. Трубка 18 меншого діаметра покрита тонкою плівкою напівпровідникових ФЕП 20, з'єднаних послідовно, і коаксіально, з зазором, поміщена в прозору скляну трубку 19 більшого діаметра з електричними гермоконтактами (не показані). Вакуумна порожнина 21 між скляними трубками 18, 19 забезпечує теплоізоляцію напівпровідникових ФЕП 20 від конвекційного нагріву довкіллям. Всередині трубки 18 меншого діаметра коаксіально розташована теплова труба з циліндричним герметичним корпусом 22 із теплопровідного матеріалу, наприклад з чистої червоної міді, та капілярною структурою 23 внутрішньої поверхні, наповненим робочим тілом 24 з фазовим переходом, наприклад етанолом (С2Н5ОН) під вакуумом, від рідини до газу і навпаки. В центрі зони випару циліндричного корпусу 22 установлена перегородка 25, яка розділяє циліндричний корпус 22 на дві герметичні частини 26, 27. Конденсатозбірники 28 розташовані в зонах конденсації на протилежних кінцях циліндричного корпусу 22, контактуючими зі спільним збирачем теплоти 3, наповненим рідким незамерзаючим теплоносієм, наприклад антифризом, 16. Кожна пара електричних гермоконтактів (не показані) через послідовно увімкнений низькоомний діод Шотткі 29 [https://ru.wikipedia.org/wiki/Диод_Шоттки] зі спільною нульовою точкою приєднана через контролер заряду-розряду 5 до акумулятора 4, що запобігає його саморозряду в нічний час. Параметри етанолу (С2Н5ОН) [Варгафтик Н.Б. Справочник по теплофизическим свойствам газов и жидкостей.- изд 2-е доп. и перераб. - М.: Наука, 1972. - С. 407-415]: критична температура Ткр=516,1К (243,1 °C), критичний тиск Ркр=63,9 Па, температура кипіння при 2 UA 107333 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 атмосферному тиску (Р=0,1 МПа) Ткип=351,3 К (78,3 °C), а питома теплота випаровування r=840 кДж/кг, теплоємність газоподібного етанолу в діапазоні температур від 0 до 100 °C становить Ср=1,34…1,69 кДж/кгград. При тиску пари етанолу (С2Н5ОН) Р=20 кПа етанол конденсує при Ткип=224,6 К (41,7 °C). При Р=10 кПа - Ткип=301,9 К (28,9 °C). Автономна СКГЕУ для рухомого об'єкта працює наступним чином. Батарея 1 із сонячних коопераційних модулів 2 установлена на рухомому об'єкті (яхті, баржі, передвижній пасіці, збиральному комбайні тощо). Сонячне світло вільно проходить через зовнішню прозору трубку 19 з боросилікатного скла, яке забезпечує пропуск хвиль сонячної радіації в діапазоні 0,4…2,7 мкм, і попадає на ФЕП 20, розташовані на скляній трубці 18 меншого діаметра, які генерують електричну енергію. Така конструкція сонячного когенераційного модуля забезпечує збільшення кількості поглинутого світла (а отже і кількості генерованої енергії) протягом дня, без зміни його положення. Річ в тому, що найбільше поглинання має місце, якщо світло падає па ФЕП під прямим кутом. На поверхню сонячного когенераційного модуля 2 циліндричної форми світло попадає під прямим кутом у вигляді трьох складових: прямого світла, розсіяного світла і відбитого світла від поверхні, на якій розташовано модуль. Сонячне світло, що попадає на тонку плівку 20 ФЕП визиває нагрів внутрішньої трубки 18 (+Q1, + Q2 на Фіг. 2), що призводить до випару робочого тіла в герметичному корпусі 22. Із зони випару пара переміщається в зону конденсації (показано стрілками на Фіг. 2) вздовж поздовжньої осі циліндричного корпусу 22 від перегородки 25, що розділяє корпус 22 на дві герметичні частини 26, 27, до конденсатозбірників 28 в його торцях, де конденсує з виділенням теплоти (-Q1, -Q2 на Фіг. 2). Утворений конденсат повертається назад, в зону випару, до перегородки 25, за рахунок капілярної сили по капілярній структурі 23 двох герметичних частин 26, 27 циліндричного герметичного корпусу 22, охолоджуючи плівку ФЕП 20, і цикл повторюється знову. Високий коефіцієнт передачі тепла робочим тілом 24, незначна його кількість і відносно невеликі розміри герметичного корпусу 22 із чистої червоної міді дають ефективну термічну теплопровідність. Герметичний корпус 22 працює як термічний діод. Теплопровідність дуже висока в одному напрямку - до зони конденсації і низька в зворотному. Теплота конденсації відбирається теплоносієм 16, що протікає по спільному збирачу теплоти 3 і омиває конденсатозбірники 28. Струм, генерований охолодженими ФЕП 20, від кожного модуля 2 з підвищеним ККД через низькоомні діоди Шотткі і контролер заряду-розряду надходить на заряд акумулятора 4, до споживачів постійного струму 7, або через інвертор 6 - до споживачів змінного струму 8. При досягненні температури теплоносія 16 в спільному збирачі тепла 3 заданої величини за сигналом термодатчика 13 контролер температури 14 вмикає вихровий насос 15, і той проганяє теплоносій 16 по трубам 11, 12, який через теплообмінник 10 віддає генеровану теплоту до бака-акумулятора 9. Холодна вода надходить до бака-акумулятора 9 через електроклапан 17 знизу, а гаряча вода до споживачів відбирається зверху. Технічний результат автономної СКГЕУ для рухомого об'єкта полягає у підвищенні її ефективності за рахунок збільшення ККД охолоджених ФЕП сонячного коопераційного модуля циліндричної форми і додаткової генерації теплоти. Зазор між циліндрами також збільшує загальний ККД, так як світло, що проходить крізь щілини, відбивається від даху будівлі (а її здатність до відбиття можна штучно збільшити за допомогою спеціального білого покриття) і попадає на ту частину ФЕП, що знаходиться протягом дня в тіні. На стійкість сонячних коопераційних модулів циліндричної форми практично не впливає вітер (за технічними даними, до швидкості 200 км/год.), і, як наслідок, установлювати їх на дахах простіше і дешевше (не потрібні противаги), ніж фотобатареї з системами стеження за Сонцем. ФОРМУЛА КОРИСНОЇ МОДЕЛІ 50 55 60 1. Автономна сонячна когенераційна енергоустановка для рухомого об'єкта, яка складається з сонячних модулів циліндричної форми, акумулятора, контролера заряду-розряду, інвертора, кожен сонячний модуль циліндричної форми містить дві коаксіально розташовані трубки із боросилікатного скла, з'єднані між собою з утворенням вакуумної колби, трубка меншого діаметра покрита послідовно з'єднаними ФЕП з виведеними електричними гермоконтактами, сонячні модулі циліндричної форми об'єднані в батарею з паралельним з'єднанням пар електричних гермоконтактів, приєднаних через контролер заряду-розряду до акумулятора, до іншого виходу контролера заряду-розряду приєднані споживачі постійного струму безпосередньо, а споживачі змінного струму - через інвертор, яка відрізняється тим, що в порожнині скляної трубки меншого діаметра коаксіально розташована теплова труба з циліндричним герметичним корпусом із теплопровідного матеріалу та капілярною структурою 3 UA 107333 U 5 внутрішньої поверхні, наповненим робочим тілом з фазовим переходом, від рідини до газу і навпаки, в центрі зони випару циліндричного корпусу установлена перегородка, яка розділяє циліндричний корпус на дві герметичні частини, конденсатозбірники розташовані в зонах конденсації на протилежних кінцях циліндричного корпусу, контактуючими зі спільним збирачем теплоти, наповненим рідким незамерзаючим теплоносієм. 2. Автономна сонячна когенераційна енергоустановка для рухомого об'єкта за п. 1, яка відрізняється тим, що як робоче тіло використаний етанол (С2H5ОH) або його водний розчин. Комп’ютерна верстка Г. Паяльніков 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

Додаткова інформація

МПК / Мітки

МПК: B60L 8/00, H01L 31/00, F24J 3/06

Мітки: автономна, когенераційна, сонячна, енергоустановка, рухомого, об'єкта

Код посилання

<a href="http://uapatents.com/6-107333-avtonomna-sonyachna-kogeneracijjna-energoustanovka-dlya-rukhomogo-obehkta.html" target="_blank" rel="follow" title="База патентів України">Автономна сонячна когенераційна енергоустановка для рухомого об’єкта</a>

Подібні патенти