Способ преобразования солнечного излучения в электрическую и тепловую энергию и установка для реализации способа

Скачать PDF файл.

Формула / Реферат

Изобретение относится к возобновляемым источникам энергии и может использоваться в автономных системах энергообеспечения электроэнергией и теплом удаленных от сетей жилых объектов.
В солнечной установке излучение отражается плоскими зеркалами центральных модульных концентраторов и фокусируется на фотоэлементах, работающие с концентрированным солнечным излучением. Солнечная установка рассчитывается на максимально возможную по техническим характеристикам фотоэлементов плотность солнечного излучения в летний период эксплуатации, а излишнее тепло с них снимается жидким теплоносителем циркуляционного контура. В осенне-зимний период для поддержания постоянной плотности излучения на фотоэлементах к ним добав.1 яют отраженное излучение зеркал боковых концентраторов. При неизменной апертуре установки коллектор получает меньше солнечной энергии, но поскольку электрическая энергия вырабатываемая фотоэлементами является более высококачественной, то этот шаг является оптимальным. Кроме того, стабилизация плотности излучения на фотоэлементах сохраняет выход с них тепловой энергии, которая идет в коллектор, поэтому ощутимого падения тепловой энергии, выдаваемой коллектором не наблюдается.
Солнечное излучение отражается и фокусируется на дополнительно введенных фотоэлементах, работающих предпочтительно с однократной концентрацией солнца, закрепленных под коллектором с помощью металлических пластин. Эти фотоэлементы вырабатывают электричество и тепло, которое создает воздушную конвекцию, направляемую вдоль коллекторов для их теплоизоляции от более холодного воздуха. Градиент температуры между коллектором и фотоэлементами увеличивает скорость конвекции, что усиливает интенсивности охлаждения фотоэлементов набегающим потоком окружающего воздуха и ведет к росту вырабатываемого ими электричества.
Масса подогретого фотоэлементами, коллектором и зеркалами воздуха трансформируется с помощью конического сопла, установленного над коллектором, в плоскую струю, которую направляют на лопасти ветроненератора. При наличии ветра с любой стороны к тепловой конвекции добавляется ветровой напор, увеличивающий количество получаемой электроэнергии ветрогенератором.
14

Текст

Смотреть все

(51) 24 2/42 (2006.01) 24 2/32 (2006.01) МИНИСТЕРСТВО ЮСТИЦИИ РЕСПУБЛИКИ КАЗАХСТАН ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ К ИННОВАЦИОННОМУ ПАТЕНТУ энергии, но поскольку электрическая энергия вырабатываемая фотоэлементами является более высококачественной, то этот шаг является оптимальным. Кроме того, стабилизация плотности излучения на фотоэлементах сохраняет выход с них тепловой энергии, которая идет в коллектор,поэтому ощутимого падения тепловой энергии,выдаваемой коллектором не наблюдается. Солнечное излучение отражается и фокусируется на дополнительно введенных фотоэлементах,работающих предпочтительно с однократной концентрацией солнца,закрепленных под коллектором с помощью металлических пластин. Эти фотоэлементы вырабатывают электричество и тепло, которое создает воздушную конвекцию,направляемую вдоль коллекторов для их теплоизоляции от более холодного воздуха. Градиент температуры между коллектором и фотоэлементами увеличивает скорость конвекции,что усиливает интенсивности охлаждения фотоэлементов набегающим потоком окружающего воздуха и ведет к росту вырабатываемого ими электричества. Масса подогретого фотоэлементами,коллектором и зеркалами воздуха трансформируется с помощью конического сопла, установленного над коллектором,в плоскую струю,которую направляют на лопасти ветроненератора. При наличии ветра с любой стороны к тепловой конвекции добавляется ветровой напор,увеличивающий количество получаемой электроэнергии ветрогенератором.(72) Нестеренков Петр Александрович Нестеренкова Лариса Алексеевна Нестеренков Александр Геннадьевич(54) СПОСОБ ПРЕОБРАЗОВАНИЯ СОЛНЕЧНОГО ИЗЛУЧЕНИЯ В ЭЛЕКТРИЧЕСКУЮ И ТЕПЛОВУЮ ЭНЕРГИЮ И УСТАНОВКА ДЛЯ РЕАЛИЗАЦИИ СПОСОБА(57) Изобретение относится к возобновляемым источникам энергии и может использоваться в автономных системах энергообеспечения электроэнергией и теплом удаленных от сетей жилых объектов. В солнечной установке излучение отражается плоскими зеркалами центральных модульных концентраторов и фокусируется на фотоэлементах,работающих с концентрированным солнечным излучением. Солнечная установка рассчитывается на максимально возможную по техническим характеристикам фотоэлементов плотность солнечного излучения в летний период эксплуатации, а излишнее тепло с них снимается жидким теплоносителем циркуляционного контура. В осенне-зимний период для поддержания постоянной плотности излучения на фотоэлементах к ним добавляют отраженное излучение зеркал боковых концентраторов. При неизменной апертуре установки коллектор получает меньше солнечной Изобретение относится к возобновляемым источникам энергии и может использоваться в автономных системах энергообеспечения электроэнергией и теплом удаленных от сетей жилых объектов. Известен способ преобразования солнечного излучения,включающий его отражение параболическим зеркалом и фокусировку отраженных лучей на цилиндрическом коллекторе с селективным покрытием, передачу выделяемого стенками коллектора тепла жидкому теплоносителю, транспортировку последнего к теплообменнику с технической водой, передачу тепла от жидкого теплоносителя технической воде для получение пара, подачу пара на лопатки турбины,передачу вращения на ротор электрогенератора для выработки электричества. Способ реализован в устройстве (Патент 2011/0259,400), включающем параболическое зеркало, трубчатый приемник солнечной энергии с селективным покрытием,систему однокоординатного слежения за солнцем, систему циркуляции теплоносителя, систему передачи поглощенной теплоносителем энергии технической воде,парогенератор,паровую турбину и электрогенератор. Установка является очень крупным, сложным и дорогим энергетическим объектом, который требует для начального пуска наличия постороннего источника электроэнергии,поэтому не может использоваться как автономная установка для энергообеспечения небольших удаленных от сетей жилых объектов. Известен способ преобразования солнечного излучения в электричество и тепло, включающий его отражение зеркалами параболоцилиндрического концентратора, слежение концентратора за солнцем,фокусировку отраженного излучения на фотоэлементах и выработку ими электричества,передачу выделяемого фотоэлементами тепла теплоносителю (гибридная установка Пат. США 4045246 кл. 136/89,126/270, МКИ Н 01 35/00). Недостатком способа являются относительно большие конвективные потери тепла теплоносителем в каналах с фотоэлементами, а также отсутствие утилизации тепла, выделяемого концентратором при поглощении им не менее 15 солнечной энергии. Способ используется в преобразователе солнечной энергии,включающем вогнутый концентратор из отражающих пластин, который фокусирует отраженные солнечные лучи на трубе,теплоноситель, которой переносит тепло в накопитель - бойлер (Патент США 4038971, МКИ 24 3/02). Отражающие пластины наклеены на подложку сложной формы. Недостатками способа является большая потеря тепла за счет конвекции с поверхности трубчатого преобразователя, а также отсутствие утилизации выделяемого им тепла. Недостатком устройства является сложность изготовления концентратора. Известен способ получения электроэнергии концентраторной установкой,включающий формирование приемной апертуры с помощью 2 совокупности линз Френеля, слежение приемной апертуры за солнцем, фокусировку линзами Френеля солнечного излучения на высокотемпературных фотоэлементах на основе арсенида-галлия,выработку электричества Недостатком аналога является дефицитность фотоэлементов и их высокая стоимость (более, чем в сто раз больше стоимости кремниевых), а также потеря 50 солнечной энергии, преобразованной в тепло. Известен способ для преобразования солнечного излучения в электричество и тепло, включающий отражение излучения зеркалами и его слежение за солнцем, фокусировку отраженного излучения на охлаждаемых теплоносителем фотоэлементах для получения электричества и фокусировку на коллекторе для получения тепла с передачей его теплоносителю, транспортировку предварительно нагретого фотоэлементами теплоносителя к коллектору для его дополнительного нагрева.(Шадрин В.И. Автономные солнечные установки с параболоцилиндрическими и цилиндрическими концентраторами солнечного излучения. //Интеграл,2005, 2 Патент 2210038 24 2/14, а также патент 2382953 24 2/42). Способ реализован в гелиоустановке,выполненной из несущих платформ, следящих за солнцем, на которых установлены концентраторы из плоских и цилиндрических зеркал, сфокусированных на фотоэлементах и коллекторе. Фотоэлементы подключены к аккумуляторам для запасания электроэнергии, а также к циркуляционному контуру с жидким теплоносителем для снятия с них излишнего тепла. В процессе отражения поступающего на апертуру установки солнечного излучения только 85 отражается и участвует в дальнейшем в фокусировке, а остальные 15 поглощаются материалом зеркал и рассеиваются в пространстве в виде тепла. Недостатком способа и устройств являются большие потери тепла коллектором посредством конвекции и излучения. Недостатком является также отсутствие утилизации тепла,выделяемого зеркалами концентраторов при отражении солнечной энергии. Основные признаки способа преобразования солнечного излучения, изложенные в приведенных выше аналогах, содержаться в установке (Патент 2009045141 А 1), включающей следящую за солнцем несущую конструкцию в форме параболоида, с размещенными на ней плоскими зеркалами, фотомодуль с фотоэлементами, на которыми установлен параболический концентратор с закрепленным в его фокусе вакуумным коллектором,контур с теплоносителем,содержащим каналы фотомодуля, коллектора,змеевика бойлера и циркуляционных насосов. Недостатком установки является низкая эффективность работы концентратора с вакуумной трубкой, введение которого объясняется желанием заполнить неработающую апертуру установки из-за образования тени под фотоэлементами. Вместо концентратора с вакуумной трубкой выгоднее использовать простые фотоэлементы, работающие с однократной концентрацией солнца и получать от апертуры электрическую энергию. К недостаткам относится потеря солнечной энергии из-за поглощения излучения зеркалами. В известных аналогах понижается плотность сфокусированного излучения на фотоэлементах в осенне-зимний период эксплуатации из-за повышенной облачности,что ведет к недоиспользованию их потенциала по производству электроэнергии и существенной неравномерности ее выработки по месяцам. Это заставляет компенсировать провалы в подаче электроэнергии потребителю, усложнять схему электроснабжения и увеличивать стоимость оборудования. Кроме того, в отсутствие солнца комплектующие, включающие аккумуляторы с силовой схемой их заряда и контроллерами простаивают,что ведет к увеличению срока их окупаемости. Наиболее близким к заявляемому изобретению по совокупности отличительных признаков является способ преобразования солнечного излучения в электрическую и тепловую энергию (прототип,Инновационный патент РК 26293 24 2/02),включающий формирование апертуры отражением солнечного излучения поверхностью зеркал,слежение отраженного излучения за солнцем,фокусировку отраженного излучения на фотоэлементах для получения электроэнергии и запасания ее в аккумуляторах, фокусировку излучения на коллекторе для получения тепла,передачу выделяемого фотоэлементами и коллектором тепла жидкому теплоносителю,транспортировку последнего в теплообменникбойлер для передачи технической воде, получение электрической энергии в отсутствие солнца с применением ветрогенератора. Способ реализован в солнечнойустановке(прототип Патент РК 26293 24 2/02),содержащей несущую платформу, оснащенную системой слежения за солнцем, установленные на ней под углом к горизонту не менее, чем два центральных модульных концентратора в виде плоских зеркал (фацет), сфокусированных каждый на свой ряд фотоэлементов, установленные под углом к горизонту боковые концентраторы в виде размещенных по периферии от центра плоских зеркал,сфокусированных на поверхностях коллектора, закрепленного между центральными модульными концентраторами в плоскости симметрии несущей платформы, контур циркуляции теплоносителей,включающий каналы фотоэлементов,коллектора,циркуляционных насосов, змеевика бойлера, установленный на несущей платформе ветрогенератор, имеющий возможность подключаться к аккумуляторам,заряжаемым от фотоэлементов. Недостатком прототипа по способу и устройству являются относительно большие потери тепловой энергии поверхностью плоского коллектора,особенно в осенне-зимний периодотсутствие утилизации выделяемой зеркалами концентраторов тепла при отражении солнечного излученияснижение плотности сфокусированного на фотоэлементах солнечного излучения в осеннезимний период и возникающий из-за этого дефицит и неравномерность энергоснабженияне оптимальное расположение ветрогенератора относительно поверхности концентраторов, что уменьшает количество получаемой электроэнергии Задачей изобретения по способу и устройству является 1. снижение тепловых потерь с поверхностей коллектора 2. утилизация поглощенного зеркалами солнечного излучения 3. поддержание постоянной плотности сфокусированного на фотоэлементах излучения в условиях сезонного изменения инсоляции солнца 4. повышение количества вырабатываемой ветрогенератором электроэнергии. В результате решения поставленных задач получен технический результат, выражающийся в увеличении количества получаемой электрической и тепловой энергии с единицы площади солнечной установки,снижении удельной стоимости электрической и тепловой энергии, стабилизации плотности излучения на фотоэлементах в осеннезимние сезоны эксплуатации и снижении срока окупаемости комплектующих. Указанный технический результат достигается тем, что в способе преобразования солнечного излучения,включающем формирование отраженного излучения поверхностями зеркал и его слежение за солнцем, фокусировку отраженного излучения на работающих с концентрацией фотоэлементах и выработку ими электроэнергии,фокусировку отраженного зеркалами излучения на стенках коллектора и выработку ими тепла,передачу выделяемого фотоэлементами и стенками коллектора тепла протекающему вдоль них жидкому теплоносителю, генерацию электроэнергии с использованием ветрогенератора, работающего от восходящей конвекции сквозь поверхности зеркал и заряжающего общую с фотоэлементами батарею аккумуляторов, в соответствии с изобретением создают взаимно пересекаемое отраженное излучение, которое дополнительно фокусируют на устанавливаемых под коллектором работающих с однократной концентрацией солнца фотоэлементах и генерируют ими электроэнергию и восходящую вдоль фотоэлементов конвекцию,которую усиливают, создавая градиент температуры между коллектором и фотоэлементами, к стенкам коллектора направляют проходящие сквозь поверхности зеркал конвекционные струйки воздуха и формируют из них и восходящей вдоль фотоэлементов конвекции защитные тепловые слои вдоль стенок коллектора,которые затем перемешивают с турбулентными потоками ветра и,3 трансформируя в плоский поток, направляют на лопасти ветрогенератора,при этом часть отраженного излучения периодически переводят со стенок коллектора на работающие с концентрацией фотоэлементы, поддерживая на них плотность сфокусированного излучения при изменении инсоляции солнца. Основной технический результат достигается тем, что отраженное солнечное излучение дополнительно фокусируют на работающих с однократной концентрацией фотоэлементах, а потоки естественной конвекции от поверхностей фотоэлементов направляют вдоль стенок коллектора, создавая защитные тепловые слои,теплоизолирующие их от холодной окружающей среды, снижая тем самым тепловые потери и увеличивая количество получаемой тепловой энергии. За счет градиента температуры между коллектором и фотоэлементами создают физический эффект теплового насоса,позволяющего естественную восходящую конвекцию,обусловленную разностью температур между окружающим воздухом и фотоэлементами усилить за счет более мощной конвекции вдоль более горячего коллектора. Конвекция вдоль коллектора является внешней по отношению к фотоэлементам,прокачивающей вдоль них дополнительную массу воздуха и увеличивающей интенсивность их охлаждения, что ведет к росту количества вырабатываемой электроэнергии. Технический результат усиливают за счет возвращения поглощенной зеркалами энергии солнечного излучения коллектору, направляя к нему конвекционные струйки, снимающие с поверхности зеркал тепло, для чего поверхности используют прозрачными для воздушной конвекции и развернутыми в сторону коллектора. Технический результат развивают тем, что сформированные защитные тепловые слои вдоль стенок коллектора над коллектором перемешивают с турбулентным ветром, трансформируют в плоскую струю и направляют ее на лопасти ветрогенератора,вырабатывая при этом большее количество электроэнергии. Технический результат по устройству достигается тем, что в солнечной установке,содержащей следящую за солнцем несущую платформу, не менее двух установленных на ней под углом к горизонту в соответствии с географической широтой места модульных центральных концентраторов из плоских зеркал (фацет),сфокусированных на свой ряд работающих с концентрацией солнца фотоэлементов,установленные под углом к горизонту боковые концентраторы из плоских зеркал, сфокусированных на поверхностях коллектора, закрепленного между рядами работающих с концентрацией солнца фотоэлементов в плоскости симметрии несущей платформы, контур циркуляции теплоносителей,включающий каналы фотоэлементов, коллектора,змеевика бойлера и циркуляционных насосов,установленный на общей с концентраторами 4 несущей платформе ветрогенератор, подключенный к общей с фотоэлементами системе заряда аккумуляторов, в соответствии с изобретением,установлены ниже коллектора фотоэлементы,работающие не менее, чем с однократной концентрацией солнца, на которых сфокусированы периферийные зеркала боковых концентраторов,угол между ближними к коллектору зеркалами и его стенками выполнен менее 90, а над коллектором последовательно закреплены плоское коническое сопло и ветрогенератор, ось которого смещена относительно выходного отверстия конического сопла, при этом не менее, чем три ближних к центру зеркала боковых концентраторов снабжены микродвигателями с возможностью изменять угол наклона зеркала в пределах, обеспечивающих перевод фокусировки излучения с коллектора на работающие с концентрацией солнца фотоэлементы и обратно. Основной технический результат по устройству усиливают тем, что фотоэлементы, работающие с однократной концентрацией солнца под коллектором,закреплены на металлических пластинах на расстоянии друг от друга, равном толщине коллектора плюс удвоенной высоте щели между ними и стенками коллектора. Торцы металлических пластин выпущены вдоль более нагретых стенок коллектора для образования между ними выпускных щелей на расстояние не менее, чем четырехкратный размер высоты щели. Как показали исследования,это условие обеспечивает устойчивость сформированных защитных тепловых слоев вдоль стенок коллектора, обеспечивает заявленный технический результат и является существенным. В противном случае (при неоптимальной геометрии выпуска) сформированные из конвективных потоков и восходящей конвекции тепловые слои срываются набегающим ветром. Эксперименты показали, что только угол менее 90 между стенками коллектора и зеркалами центральных концентраторов способствует смещению в сторону коллектора тепловой конвекции, проходящей сквозь концентраторы и переносящей к коллектору поглощенную зеркалами солнечную энергию. Поэтому этот признак формулы изобретения является существенным. Формирование градиента температуры из нагретого и более нагретого тел, каковыми являются фотоэлементы и коллектор создает эффект теплового насоса, интенсивно прокачивающего поток нагретого воздуха вдоль стенок коллектора,защищающего его от внешнего холодного воздуха, и одновременно усиливающего теплообмен фотоэлементов под коллектором с набегающим окружающим воздухом. Этот признак формулы изобретения способствует получению технического результата и также является существенным. При перемещении следящей платформы за солнцем существенно размывается область перемешивания тепловых защитных слоев выше коллектора и снижается эффективность работы ветрогенератора. Для локализации области перемешивания между коллектором и ветрогенератором введен стабилизатор в виде конического сопла, концентрирующего воздушную массу из перемешиваемых защитных слоев и турбулентных набегающих порывов ветра в единый плоский поток,подаваемый на лопасти ветрогенератора. Введение конического сопла между коллектором и ветрогенератором дает заявляемый технический результат, поэтому этот признак формулы изобретения является существенным. Ближние к центру несущей платформы зеркала боковых концентраторов снабжены микродвигателями, которые по определенной программе изменяют угол их наклона и переводят отраженное излучение с коллектора на работающие с концентрацией солнца фотоэлементы. Этот признак формулы изобретения дает возможность стабилизировать плотность излучения солнца при изменении инсоляции солнца,способствует получению технического результата и поэтому является существенным. Совокупность перечисленных технических признаков изобретения создает новые положительные качества, неизвестные в технике усиление эффективности охлаждения фотоэлементов естественной и усиленной более нагретым телом искусственной воздушной конвекцией для повышения выработки электроэнергии, а также формирование тепловых защитных слоев вдоль стенок коллектора для его теплоизоляции от более холодной внешней среды и повышения выработки тепловой энергии, поэтому удовлетворяет критериям изобретения по новизне и существенным отличиям. Из уровня техники известен способ преобразования тепловой воздушной конвекции от плоской батареи выделяющих тепло фотоэлементов в плоский воздушный поток, направляемый на лопасти ветрогенератора,.) для получения электроэнергии. Для реализации способа узкопрофильный ветрогенератор закрепляют непосредственно на солнечной панели. Принципиальным отличием предлагаемого способа и устройства от известного является, во-первых, сбор подогретого воздуха с поверхности, имеющей более высокую температуру и площадь, чем плоская батарея фотоэлементов, вовторых, подогретый воздух подается на лопасти через коническое сопло, смещенное относительно оси ветрогенератора, в результате чего значительно увеличивается воздушный напор на его рабочие лопасти и одновременно уменьшается противодавление нерабочих лопастей, что в конечном итоге повышает выработку электроэнергии. Из уровня техники известен способ преобразования солнечной энергии фотоэлементами в тепловой восходящий поток, который используют для вентиляции и отопления помещений (/ поверхность создает конвекцию,которая используется для подачи горячего воздуха,например, в дом по верхним каналам в его перекрытиях. Чем больше высота поверхности, тем больше интенсивность конвекции, возникающей изза разности плотности воздуха внизу и вверху. В приведенном примере мощность естественной конвекции не меняется и зависит только от разности температур между нагреваемой поверхностью и окружающим воздухом. В нашем изобретении мощность конвекции усиливается дополнительным источником энергии - более нагретым телом каковым является коллектор, т.е. возникает эффект теплового насоса, прокачивающего воздух с более высокой скоростью вдоль поверхности фотоэлементов и, соответственно, более интенсивно охлаждающий их. Это является принципиальным отличием способа в предлагаемом изобретении. Таким образом,из уровня техники последовательности соединения (связи) известных элементов и их конструктивного выполнения не обнаружено. Поэтому можно сделать вывод о новизне заявляемой солнечной установка, и ее соответствии изобретательскому уровню. Сущность изобретения поясняется рисунками. На фиг.1 изображена оптическая схема солнечной установки, на фиг.2 ее вид в изометрии, на фиг.3 показаны экспериментальный стенд для проверки основных технических решений, и график зависимости повышения эффективности коллектора от выделяемой фотоэлементами тепловой энергии. Солнечная установка состоит из следящей за солнцем несущей платформы 1, центральных модульных концентраторов 2 из плоских зеркал,сфокусированных на фотоэлементах 3, работающих с концентрированным солнечным излучением,боковых концентраторов 4, сфокусированных на стенках коллектора 5, контура циркуляции теплоносителя, аккумуляторов и системы их заряда(не показаны), фотоэлементов 6, установленных под коллектором 5,конического сопла 7,ветрогенератора 8,ось которого смещена относительно плоскости выходного отверстия конического сопла 7, зеркал 9 с микродвигателями,способными переводить отраженное излучение с коллектора 5 на фотоэлементы 3 и обратно. Солнечная установка работает следующим образом. Солнечное излучение, (пунктирные линии) падает на плоские зеркала центральных модульных концентраторов 2, отражается ими и фокусируется на фотоэлементах 3, имеющих возможность работать с концентрированным солнечным излучением. Солнечная установка рассчитывается на максимально возможную по техническим характеристикам фотоэлементов 3 плотность солнечного излучения в летний период эксплуатации,для чего устанавливается определенный расход жидкого теплоносителя в циркуляционном контуре, включающем каналы с фотоэлементами 3, коллектора 5 и змеевика и циркуляционных насосов (не показаны). В осеннезимний период для поддержания постоянной плотности излучения на фотоэлементах 3 к ним 5 добавляют отраженное излучение зеркал 9 боковых концентраторов 4, забирая его с плоскостей коллектора 4. При неизменной апертуре установки коллектор получает меньше солнечной энергии, но поскольку электрическая энергия вырабатываемая фотоэлементами является более высококачественной, то этот шаг является оптимальным. Кроме того, сохранение постоянной плотности излучения на фотоэлементах 3, сохраняет также и выход с них тепловой энергии, которая идет в коллектор, поэтому падения общего тепла,выдаваемого коллектором не наблюдается. Перевод излучения с коллектора 5 на фотоэлементы 3 осуществляется изменением угла наклона плоскости зеркал 9 микродвигателями, с применением любого из известных в технике кинематических устройств. Солнечное излучение периферийными зеркалами бокового концентратора 4 отражается и фокусируется на фотоэлементах 6, закрепленных под коллектором 5 с помощью металлических пластин. Пластины с фотоэлементами выделяют при выработке электричества тепло, которое создает воздушную конвекцию, направляемую вдоль коллекторов для их теплоизоляции от более холодного воздуха. Поскольку температура коллектора 5 более высокая, чем температура фотоэлементов 6, то возникающий градиент температуры увеличивает разность плотности воздуха в их областях и, соответственно,увеличивает скорость конвекции, что положительно сказывается на интенсивности охлаждения фотоэлементов набегающим потоком окружающего воздуха 6 и ведет к росту вырабатываемого ими электричества. Эффект теплового насоса вдоль фотоэлементов 6 и коллектора 5 способствует смещению в их сторону скорости плоских воздушных струй,которые проходят между кромками плоских зеркал центральных концентраторов 2, снимая с них выделяемое тепло. В сторону коллектора направляется дополнительная масса подогретого воздуха со всей плоскости концентраторов, которая сосредотачивается с помощью конического сопла в плоскую струю, которую направляют на лопасти ветроненератора 8. В итоге мощность тепловой конвекции значительно увеличивается, что ведет к увеличению вырабатывемого электричества на единицу площади установки. При наличии ветра с любой стороны к тепловой конвекции добавляется ветровой напор, увеличивающий количество получаемой электроэнергии ветрогенератором. Исследования на специально изготовленном стенде с коллектором и аналогом фотоэлементов нагреваемой металлической фольгой (см. фиг.3) подтвердили возникновение эффекта теплового насоса. Измерения проводились с датчиком(анемометр ручной Гост 6376-52), регистрирующим разницу в расходе воздуха, прошедшего вдоль стенок коллектора при изменении температур коллектора и фольги - аналога фотоэлементов. Установлено также, что формирование защитных тепловых слоев снижает тепловые потери коллектора на 10-25, как это демонстрируют 6 графики его эффективности в зависимости от мощности, выделяемой фотоэлементами. ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ 1. Способ преобразования солнечного излучения в электрическую и тепловую энергию, включающий формирование отраженного излучения поверхностями зеркал концентраторов и его слежение за солнцем, фокусировку отраженного излучения на работающих с концентрацией фотоэлементах и выработку ими электроэнергии,фокусировку отраженного зеркалами излучения на стенках коллектора и выработку ими тепла,передачу выделяемого фотоэлементами и стенками коллектора тепла протекающему вдоль них жидкому теплоносителю,генерацию электроэнергии ветрогенератором от энергии восходящей конвекции сквозь поверхности зеркал, заряд батареи аккумуляторов одновременно от фотоэлементов и ветрогенератора, отличающийся тем, что создают взаимно пересекаемый отраженный поток солнечного излучения, который дополнительно фокусируют на устанавливаемых под коллектором работающих с однократной концентрацией солнца фотоэлементах и генерируют ими электроэнергию и восходящую вдоль их поверхностей конвекцию,которую усиливают, создавая градиент температуры между коллектором и фотоэлементами, к стенкам коллектора направляют проходящие сквозь поверхности зеркал конвекционные струйки воздуха, добавляют к ним поток восходящей вдоль поверхностей фотоэлементов конвекции и формируют защитные тепловые слои вдоль стенок коллектора, которые затем перемешивают с турбулентными потоками ветра, трансформируют в плоский поток и направляют на лопасти ветрогенератора, при этом часть отраженного излучения периодически переводят со стенок коллектора на работающие с концентрацией фотоэлементы, поддерживая на них плотность сфокусированного излучения при изменении инсоляции солнца. 2. Солнечная установка для осуществления способа, содержащая следящую за солнцем несущую платформу, не менее двух установленных на ней под углом к горизонту в соответствии с географической широтой места модульных центральных концентраторов из плоских зеркал(фацет), сфокусированных на свой ряд работающих с концентрацией солнца фотоэлементов,установленные под углом к горизонту боковые концентратор из плоских зеркал, сфокусированных на поверхностях коллектора, закрепленного между рядами работающих с концентрацией солнца фотоэлементов в плоскости симметрии несущей платформы, контур циркуляции теплоносителей,включающий каналы фотоэлементов, коллектора,змеевика бойлера и циркуляционных насосов,установленный на общей с концентраторами несущей платформе ветрогенератор, подключенный к общей с фотоэлементами системе заряда аккумуляторов, отличающаяся тем, что ниже коллектора установлены фотоэлементы,работающие предпочтительно с однократной концентрацией солнца, на которых сфокусированы периферийные зеркала боковых концентраторов,угол между ближними к коллектору зеркалами и его стенками выполнен менее 90, а над коллектором последовательно закреплены плоское коническое сопло и ветрогенератор, ось которого смещена относительно выходного отверстия конического сопла, при этом не менее, чем три ближних к центру зеркала боковых концентраторов снабжены микродвигателями с возможностью изменять угол наклона плоскости зеркала в пределах,обеспечивающих перевод фокусировки излучения с коллектора на работающие с концентрацией солнца фотоэлементы и обратно.

МПК / Метки

МПК: F24J 2/42, F24J 2/32

Метки: способа, реализации, энергию, установка, электрическую, излучения, преобразования, способ, тепловую, солнечного

Код ссылки

<a href="https://kz.patents.su/7-ip30003-sposob-preobrazovaniya-solnechnogo-izlucheniya-v-elektricheskuyu-i-teplovuyu-energiyu-i-ustanovka-dlya-realizacii-sposoba.html" rel="bookmark" title="База патентов Казахстана">Способ преобразования солнечного излучения в электрическую и тепловую энергию и установка для реализации способа</a>

Похожие патенты