BG65726B1

BG65726B1 - Solar energy utilization installation

Info

Publication number: BG65726B1
Application number: BG108989A
Authority: BG
Inventors: Сергей АСТАШКИН
Original assignee: Сергей АСТАШКИН
Priority date: 2004-12-21
Filing date: 2004-12-21
Publication date: 2009-08-31
Also published as: BG108989A

Abstract

The solar energy utilization installation can be used by small and medium users of heat and electricity. It practically needs no bearing structure and can be located on the building roof itself. Its design allows maximum capture of solar energy to provide high efficiency and stability in case of adverse weather conditions, such as strong winds, hail, etc. The installation comprises a number of reflectors (1) arranged in several side-by-side lines, which are connected to separate control mechanisms along two mutually perpendicular axes X and Y with a maximum fluctuation amplitude of plus-minus20 degrees toward solar receivers (17) located above them, which are able to move according to the season. Each reflector (1) is a square with a face size of preferably from 200 to 400 mm.

Description

(54) ИНСТАЛАЦИЯ ЗА ОПОЛЗОТВОРЯВАНЕ НА СЛЪНЧЕВА ЕНЕРГИЯ(54) INSTALLATION FOR THE USE OF SOLAR ENERGY

Област на техниката 5Technical field 5

Изобретението се отнася до инсталация за оползотворяване на слънчева енергия, която намира приложение за малки и средни потребители на топлинна и електрическа енергия.The invention relates to an installation for the utilization of solar energy, which finds application for small and medium consumers of heat and electricity.

Предшестващо състояние на техникатаBACKGROUND OF THE INVENTION

От WO 1998/028579 е известна система за оползотворяване на слънчева енергия, в която се използват групово задвижвани и управлявани отражатели на слънчева светлина. За да се компенсира засенчването, отражателите са инсталирани на големи площи и са комплектовани с големи по размери приемници на слънчева 20 светлина. Това ограничава тяхното използване за малки и средни потребители, като реално тази система повече е пригодена за използване на топлинна енергия.WO 1998/028579 discloses a solar energy utilization system utilizing group-driven and controlled solar reflectors. To compensate for the shading, the reflectors are installed over large areas and are equipped with large-sized receivers of 20 sunlight. This limits their use to small and medium-sized consumers, making this system more suited to the use of heat.

Известен е US 6543441, при който множество отражатели са разположени паралелно и с възможност за групово въртене, респективно регулиране по една ос. Към отражателите е предвиден поне един приемник. Както и при предишната патентна публикация, тази инсталация е пригодена повече за големи слънчеви инсталации.Known is US 6543441, wherein a plurality of reflectors are arranged in parallel and with the possibility of group rotation, respectively adjusting on one axis. At least one receiver is provided to the reflectors. As with the previous patent publication, this installation is more suited to large solar installations.

В US 6349718 е разкрита инсталация за оползотворяване на слънчева енергия, която включва множество отражатели, разположени един до друг в няколко реда. Отражателите са 35 плоски, с правоъгълна форма и с размери 0.5 m х 3 m. Всеки ред от отражатели е свързан с общ механизъм за управление на тяхното колебание около една ос “X”. Отражателите, както и разположените над тях приемници, се носят от обща метална конструкция. Приемниците са от т.н. линеен тип и са неподвижно разположени спрямо отражателите. Описаната инсталация е пригодена за големи консуматори. Тя практически е неприложима за монтиране на покрива на една не голяма сграда.US 6349718 discloses an installation for solar energy utilization that includes multiple reflectors arranged side by side in several rows. The reflectors are 35 flat, rectangular and measuring 0.5 m x 3 m. Each row of reflectors is associated with a common mechanism for controlling their oscillation about one "X" axis. The reflectors, as well as the receivers located above them, are of general metal construction. The receivers are so called. linear type and are fixed to the reflectors. The installation described is suitable for large consumers. It is practically unsuitable for mounting the roof of a small building.

Техническа същност на изобретениетоSUMMARY OF THE INVENTION

Задача на изобретението е да се създаде инсталация за оползотворяване на слънчева енергия, която е предназначена за монтиране на покривите на обикновени жилищни сгради или други подобни сгради, която да бъде устойчива при различни атмосферни условия.It is an object of the invention to provide a solar energy utilization plant intended for the installation of roofs of ordinary residential buildings or other similar buildings, which is sustainable under different atmospheric conditions.

Тази задача е решена с инсталация за оползотворяване на слънчева енергия, включваща множество отражатели, разположени в няколко реда един до друг, които отражатели са свърза10 ни с механизъм за управление на тяхното колебание около ос “X” и в пространството над тях са разположени приемници на слънчева светлина. Съгласно изобретението, всеки отражател е квадрат с размер на страната за предпочитане 15 от 200 mm до 400 mm и е свързан с отделни механизми за управление по две взаимноперпендикулярни оси “X” и “У” при максимална амплитуда на колебание от ± 20° спрямо разположените над тях слънчеви приемници, които са с възможност за преместване съобразно годишния сезон.This task is accomplished by a solar energy utilization installation comprising a plurality of reflectors arranged in several rows adjacent to one another, which reflectors 10 are connected to a mechanism for controlling their oscillation about the "X" axis and in the space above them are located receivers of sunlight. According to the invention, each reflector is a square with a side size of preferably 15 from 200 mm to 400 mm and is connected to separate control mechanisms on two mutually perpendicular axes "X" and "Y" at a maximum amplitude of oscillation of ± 20 ° relative to the positions above them solar receivers that can move according to the season.

Отражателите имат квадратна плоска или вдлъбната повърхност с радиус на вдлъбнатината R = 2 m до 10 т.The reflectors have a square flat or concave surface with a recess radius R = 2 m to 10 m.

Механизмът за управление на отражателите по осите “X” или “У” включва винтообразно бутало, всяко от двата края на което е снабдено с пружина, свързана посредством гъвкава връзка и водеща ролка с една от двете срещу30 положни страни на отражателя, като буталото посредством червячна връзка е линейно задвижвано от електродвигател.The mechanism for controlling the reflectors on the "X" or "Y" axes includes a screw piston, each end of which is provided with a spring connected by a flexible connection and a guide roller to one of the two opposite 30 lateral sides of the reflector, such as a piston through a worm. the connection is linearly driven by an electric motor.

Всеки отражател се носи от ябълковидна опора с ограничители на максималното му отклонение.Each reflector is supported by an apple support with maximum deflection limiters.

Съгласно един вариант на изпълнение на изобретението, външната повърхнина на приемника на слънчева светлина е многостенна плоска повърхност с основни ъгли на всяка плоскост 40 спрямо покрива на сградата: I ъгъл от 15 до 20°, II ъгъл от 40 до 50° и III ъгъл от 60 до 75°.According to one embodiment of the invention, the outer surface of the sunlight receiver is a multi-walled flat surface with major angles of each plane 40 relative to the roof of the building: I angle from 15 to 20 °, II angle from 40 to 50 ° and III angle from 60 to 75 °.

При втори вариант на изпълнение на изобретението външната повърхнина на приемника на слънчева светлина е изпълнена от топлоустойчи45 во стъкло с последващ стъклен радиатор и найотвътре - охлаждаеми фотоволтажни клетки. Между стъкления радиатор и фотоволтажните клетки, както и между външната повърхнина и стъкления радиатор, има въздушна възглавница. 50 Приемникът на слънчева светлина включ2In a second embodiment of the invention, the outer surface of the sunlight receiver is made of heat-resistant glass with a subsequent glass radiator and inwardly-cooled photovoltaic cells. There is an air cushion between the glass radiator and the photovoltaic cells, and between the outer surface and the glass radiator. 50 Sunlight Receiver Switch 2

65726 Bl ва: външна обвивка, топлоизолация, огледален отвътре радиатор и охлаждаеми фотоклетки, разположени надлъжно в кухината на приемника.65726 Bl: external sheath, thermal insulation, radiator-mirrored interior and cooled photocells located longitudinally in the receiver cavity.

Приемната плоскост на всеки приемник е от 1.1 до 1.5 пъти по-голяма от тази на размера на отражателя. Всички приемници са разположени така, че всеки отражател е обхванат от поне два приемника в своя обсег през деня, като всеки от отражателите има зададено положение по осите “X” и “У” в зависимост от датата и часа на денонощието и ориентацията на покрива.The receiving plane of each receiver is 1.1 to 1.5 times the size of the reflector. All receivers are positioned so that each reflector is covered by at least two receivers in its range during the day, with each of the reflectors having a set position on the “X” and “Y” axes depending on the date and time of day and the orientation of the roof.

Предимствата на изобретението се състоят в това, че инсталацията практически не се нуждае от носеща конструкция. Тя може да бъде разположена върху самия покрив на сградата, без съществени промени. Предвидените механизми за регулиране положението на отражателите по две оси “X” и “У” позволява максимално улавяне на слънчева енергия, което осигурява нейната висока ефективност. Малката амплитуда на вълнообразни движения, извършвани от малките по размер отражатели, прави конструкцията лека и устойчива даже при силен вятър, градушка и други подобни атмосферни промени.The advantages of the invention are that the installation has virtually no support structure. It can be located on the roof of the building without significant changes. The mechanisms provided for adjusting the position of the reflectors on the two axes "X" and "Y" allow maximum capture of solar energy, which ensures its high efficiency. The small amplitude of the wave motions made by the small-sized reflectors makes the structure light and stable even with strong wind, hail and other similar atmospheric changes.

Пояснение на приложените фигуриExplanation of the annexed figures

Фигура 1 представлява пример за организация на ъгловата корекция на един отражател на слънчева светлина със съпътстващите го механизми;Figure 1 is an example of the angular correction of a sunlight reflector with its associated mechanisms;

фигура 2 - схема на разположение на слънчев приемник през различните годишни времена;FIG. 2 is a schematic view of a solar receiver at different seasons; FIG.

фигура 3 - ориентация на множество отражатели сутрин;Figure 3 - orientation of multiple reflectors in the morning;

фигура За - ориентация на множество отражатели в 12 h на обяд;Figure 3a - orientation of multiple reflectors at 12 noon;

фигура 36 - ориентация на множество отражатели вечер;figure 36 - orientation of multiple reflectors in the evening;

фигура 4 - вариант на изпълнение на слънчев приемник;Figure 4 is an embodiment of a solar receiver;

фигура 5 - друг вариант на изпълнение на слънчев приемник.Figure 5 is another embodiment of a solar receiver.

Примери за изпълнение на изобретениетоExamples of carrying out the invention

Показаният на фиг. 1 отражател на слънчева светлина 1, наричан по-нататък за краткост само отражател 1, представлява метално огле дало с огледална горна повърхност, квадратна форма и размер на страната за предпочитане от 200 до 400 mm. На посочената фиг. 1 отражателят 1 има плоска форма, но той може да бъде с вдлъбната сферична повърхност с радиус от 2 до 10 т. Отражателят 1, както и всички останали отражатели, има максимална амплитуда на колебание по двете оси “X” и “У” ± 20°. За осъществяване на тези колебания към всеки отражател 1 е предвиден механизъм за управление. Механизмът за управление включва винтово бутало 2, всеки от двата края на което е снабдено с пружина 3, свързана посредством гъвкава връзка 4, например въже, през водеща ролка 5 с една от двете срещуположни страни на отражателяThe one shown in FIG. 1 sunlight reflector 1, hereinafter referred to as reflector 1 only, is a metallic mirror having a mirror-like surface, square shape and side size, preferably 200 to 400 mm. In FIG. 1, the reflector 1 has a flat shape, but it can be with a concave spherical surface with a radius of 2 to 10 t. The reflector 1, like all other reflectors, has a maximum oscillation amplitude on both the “X” and “Y” axes ± 20 °. A control mechanism is provided to effect each of these reflections 1. The control mechanism includes a screw piston 2, each end of which is provided with a spring 3 connected by a flexible connection 4, for example a rope, through a guide roll 5 to one of the two opposite sides of the reflector.

1. Винтовото бутало 2 посредством червячно зъбно колело 6 и червячен винт 7 е линейно задвижвано от електродвигател 8.1. The screw piston 2 by means of a worm gear wheel 6 and a worm screw 7 is linearly driven by an electric motor 8.

Описаният винтов механизъм осъществява колебанията на отражателя 1 по една от осите, примерно “X”. За осъществяване на колебанията му по другата ос “У” всеки отражател е снабден с втори аналогичен механизъм. Отражателят 1 се носи от ябълковидна опора 9, която му позволява да се колебае управляемо по двете оси “X” и “У”. Освен това, към всеки отражател 1 са предвидени /непоказани на фигурата/ ограничители на максималното му отклонение (колебание) до посочените ± 20°.The described screw mechanism performs oscillations of the reflector 1 along one of the axes, for example "X". To reflect its oscillations on the other axis "Y" each reflector is equipped with a second analogous mechanism. The reflector 1 is supported by an apple support 9, which allows it to oscillate steadily along the two axes "X" and "Y". In addition, each reflector 1 shall be provided with / not shown in the figure / limiters of its maximum deviation (fluctuation) to the specified ± 20 °.

Изобретението предлага два варианта слънчеви приемници 17 и 17’. Съгласно фиг. 4 външната повърхнина /форма/ на приемника 17 има многостенна плоска изпъкнала повърхност с основни ъгли на всяка плоскост спрямо повърхността на покрива на сградата: I ъгъл 1520°, II ъгъл 40-50° и III ъгъл 60-75° /виж фиг. 4/. Външната повърхнина 10 на приемника 17 е изпълнена оттоплоустойчиво стъкло; следва (отвън навътре) стъклен радиатор 11, който поглъща инфрачервената и червената светлина и пропуска останалия слънчев спектър и най-отвътре - охлаждаеми фотоволтажни клетки 12. Между стъкления радиатор 11 и фотоволтажните клетки 12, както и между външната повърхнина 10 и стъкления радиатор 11 има въздушна изолация.The invention offers two variants of solar receivers 17 and 17 '. According to FIG. 4, the outer surface / shape / of the receiver 17 has a multi-wall flat convex surface with major angles on each plane relative to the roof surface of the building: I angle 1520 °, II angle 40-50 ° and III angle 60-75 ° / see FIG. 4 /. The outer surface 10 of the receiver 17 is made of heat-resistant glass; is followed by (externally) a glass radiator 11 which absorbs infrared and red light and transmits the remaining solar spectrum and inwardly cooled photovoltaic cells 12. Between the glass radiator 11 and the photovoltaic cells 12, and between the outer surface 10 and the glass radiator air insulation.

При втория вариант (фиг. 5) приемникът 17’ включва: външна обвивка 13, топлоизолация 14, огледален отвътре радиатор 15, който поглъща инфрачервената и червената светлина иIn the second embodiment (Fig. 5), the receiver 17 'includes: an outer shell 13, a thermal insulation 14, an interior mirror 15, which absorbs infrared and red light, and

65726 Bl отразява останалия спектър към охлаждаеми фотоклетки 16. Последните са разположени само надлъжно - в един ред в кухината на приемника, с цел избягване директното им нагряване от светлината на отражателите 1.65726 Bl reflects the remaining spectrum to cooled photocells 16. The latter are arranged only longitudinally, in a row, in the receiver cavity, in order to avoid direct heating from the light of the reflectors 1.

И при двата вида приемници 17 и 17’ приемната им плоскост е с размер 1,1 до 1,5 пъти по-голяма от тази на размера на отражателя 1. Приемниците 17 са разположени така, че всички отражатели 1 по всяко време на деня имат поне един приемник 17 в своя обсег. Всеки отражател през деня работи с поне три различни приемника.In both types of receivers 17 and 17 ', their receiving plane is 1.1 to 1.5 times larger than the size of the reflector 1. The receivers 17 are arranged such that all the reflectors 1 at any time of the day have at least one receiver 17 within its range. Each reflector works with at least three different receivers during the day.

Описаните дотук отделни елементи и възли на слънчевата инсталация са разположени реално един спрямо друг, както следва.The individual elements and units of the solar installation described so far are actually arranged relative to each other as follows.

Върху покрива 18 на сграда или друга площадка се разполагат множество отражатели 1, които са с независимо управление.On the roof 18 of a building or other site are multiple reflectors 1 which are independently operated.

Над тях, в зависимост от основния размер на покрива 18, в направление север-юг се избира височината на приемниците 17, независимо от кой от двата варианта. Тази височина може да бъде от 2 до 5 m и се определя по формулата:Above them, depending on the main size of the roof 18, in the north-south direction, the height of the receivers 17 is selected, regardless of which of the two options. This height can be from 2 to 5 m and is determined by the formula:

Н шах = 1/2 L.ctg20°, където:H chess = 1/2 L.ctg20 °, where:

Н е височината,H is the height,

L - размерът на покрива в посока север-юг, 20° - максимална амплитуда на колебание на отражателите.L - size of the roof in the north-south direction, 20 ° - maximum oscillation amplitude of the reflectors.

Както е показано на фиг. 3, сутрин отражателите 1 насочват слънчевите лъчи към приемниците 17, намиращи се в противоположната страна на покрива 18. С продължаване възхода на слънцето, към обедните часове отражателите 1 започват да пренасочват слънчевите лъчи към приемниците 17, разположени в посока, обратна на движението на слънцето /фиг. За, 36/, което става с управление на ъгъла на отражателите. Това продължава до залеза на слънцето.As shown in FIG. 3, in the morning the reflectors 1 direct the sun's rays to the receivers 17 located on the opposite side of the roof 18. As sun rises, at noon the reflectors 1 begin to direct the sun's rays to the receivers 17, which are in the opposite direction to the movement of the sun. / FIG. For, 36 /, which is done by controlling the angle of the reflectors. This continues until sunset.

За да се намали амплитудата на колебание на отражателите 1, е предвидено поне два пъти в годината приемниците 17 да се преместват, съответстващо на зимно 19 и лятно 20 положение на слънцето.In order to reduce the amplitude of oscillation of the reflectors 1, it is envisaged to move the receivers 17 at least twice a year, corresponding to the winter 19 and summer 20 positions of the sun.

Всеки от отражателите 1 се управлява от микропроцесор по специфични стъпки, пресметнати за всеки ден и за всеки покрив.Each of the reflectors 1 is controlled by a microprocessor according to specific steps calculated for each day and for each roof.

Патентни претенцииClaims

Claims

Each of the reflectors 1 is controlled by a microprocessor according to specific steps calculated for each day and for each roof.

Claims

1. An installation for the utilization of solar energy comprising a plurality of reflectors arranged in several rows adjacent to one another, which reflectors are coupled to a mechanism for controlling their oscillation about the "X" axis and in the space above which are located sunlight receivers, with each reflector (1) being a square with a side dimension preferably of 200 to 400 mm and connected to separate control mechanisms along two mutually perpendicular axes "X" and "Y" at a maximum amplitude of oscillation of ± 20 ° relative to times olozhenite overhead solar receivers (17) which are movable according to the season.

Installation according to claim 1, characterized in that the reflectors (1) have a square flat or concave surface with a recess radius R = 2 to 10 w.

Installation according to claim 1, characterized in that the mechanism for controlling the reflectors (1) along the "X" or "Y" axes includes a screw piston (2), each of which is provided with a spring (3). connected by a flexible connection (4) and a guide roller (5) to one of the two opposite sides of the reflector (1), the piston (2) being linearly driven by an electric motor (8) via a worm connection (6 and 7).

Installation according to claim 1, characterized in that each reflector (1) is supported by an apple support (9) with maximum deflection limiters.

Installation according to claim 1, characterized in that the outer surface (10) of the sunlight receiver (17) is a multi-walled flat surface with major angles of each plane relative to the roof (18) of the building: I angle from 15 to 20 °, II angle 40 to 50 ° and III angle 60 to 75 °.

Installation according to claim 5, characterized in that the outer surface (10) of the sunlight receiver (17) is made of heat-resistant glass with a subsequent glass radiator (15) and, in the interior, of cooled photovoltaic cells (12), such as between the glass radiator (11) and the photovoltaic cells (12), and between the outer radiator (4)

65726 Bl surface (10) and glass radiator (11), has air cushion.

Installation according to claim 1, characterized in that the sunlight receiver (17 ') includes an outer shell 5 (13), thermal insulation (14), a radiator (15) mirrored inside, and cooling photocells (16) arranged longitudinally in receiver cavity.

Installation according to claims 1,5,6 and 7, characterized in that the receiving plane of each receiver (17, 17 ') is from 1.1 to 1.5 times larger than the size of the reflector ( 1) and all receivers (17, 17 ') are arranged such that each reflector (1) is covered by at least two receivers in its range during the day, with each of the reflectors (1) having a position on the "X" and " Y ”depending on the date and time of day and the orientation of the roof (18).