CZ2008181A3

CZ2008181A3 - Solar collector of panel type with heat-transmitting fluid and protection against freezing

Info

Publication number: CZ2008181A3
Application number: CZ20080181A
Authority: CZ
Inventors: Kulhavý@Stanislav
Original assignee: Kulhavý@Stanislav
Priority date: 2008-03-20
Filing date: 2008-03-20
Publication date: 2009-08-12
Also published as: CZ300813B6

Abstract

Solární kolektor sestavený ze snadno vymenitelných solárních panelu (1) deskovitého typu sestává z vymenitelných solárních bunek (2) s teplonosnou kapalinou. Každá solární bunka (2) je vybavena prvkem (4) z teplo absorbujícího materiálu, který je zároven vratne roztažitelný a stlacitelný dilatacní prvek (4) elastomerního materiálu k ochrane pred poškozením solární bunky (2) pri zamrzání teplonosné kapaliny, napr. vody, a navíc je vytvarovaný pro vedení teplonosné kapaliny. Dilatacní prvek (4) s vysokou emisivitou má svuj horní povrch vytvarován pro vedení teplonosné kapaliny v solární bunce (2). Solární bunky (2) jsou navzájem spojeny variabilními a vymenitelnými spojovacími prvky (10, 10a, 10b) nejen s montážními otvory (11) a kotvícími otvory (12), ale též s otvory (6, 7) pro rozvod teplonosné kapaliny. Solární bunky (2) mohou být prekryty vymenitelným transparentním krytem (8). Transparentní deska (3) a nosná deska (5) solární bunky (2), spojovací prvky (10, 10a, 10b), kryt (8), jsou zhotoveny z technických plastu, dilatacní prvky (4) jsou zhotoveny z elastomerních materiálu. Solární bunka (2) muže být vybavena jednou výztuží mezi transparentní deskou (3) a nosnou deskou (5), která muže být opatrena povlakem stríbra ci medi.A solar collector made up of easily replaceable plate-type solar panels (1) consists of replaceable solar cells (2) with a heat transfer fluid. Each solar cell (2) is provided with an element (4) of a heat-absorbing material, which is at the same time a reversibly expandable and compressible expansion element (4) of the elastomeric material to protect against damage to the solar cell (2) when freezing the heat transfer fluid, e.g. moreover, it is shaped to guide the heat transfer fluid. The high emissivity dilatation element (4) has its upper surface shaped to guide the heat transfer fluid in the solar cell (2). The solar cells (2) are connected to each other by variable and interchangeable connecting elements (10, 10a, 10b) not only with mounting holes (11) and anchoring holes (12), but also with openings (6, 7) for distributing the heat transfer fluid. The solar cells (2) can be covered with a replaceable transparent cover (8). The transparent plate (3) and the support plate (5) of the solar cells (2), the connecting elements (10, 10a, 10b), the cover (8) are made of technical plastics, the expansion elements (4) are made of elastomeric materials. The solar cell (2) may be provided with one reinforcement between the transparent plate (3) and the support plate (5), which may be coated with silver or copper.

Description

Solární kolektor, deskovitého typu s teplonosnou kapalinou a ochranou při zamrzáníPlate-type solar collector with heat transfer fluid and frost protection

Oblast technikyTechnical field

Vynález se týká solárního kolektoru deskovitého typu s teplonosnou kapalinou a ochranou při zamrzání. Solární kolektor sestává ze solárních panelů, vytvořených ze solárních buněk, uchycených na nosné konstrukci. Každá solární buňka se skládá z nosné desky, zhotovené z černého absorpčního materiálu pohlcujícího solární světlo a teplo případně s černým absorpčním povrchem, nebo zhotovené z transparentního světlo a teplo propouštějícího materiálu. Ze strany solárního panelu směrem ke Slunci je uspořádána světlo a teplo propouštějící transparentní deska. Teplonosná kapalina je vedena mezi touto transparentní deskou a protilehle uspořádanou druhou deskou s povrchem pohlcujícím sluneční záření. Obě desky jsou spojeny spojovacími prostředky. Každá solární buňka má pod transparentní deskou situován nejméně jeden prvek, zhotovený z černého absorpčního materiálu nebo s černým absorpčním povrchem, absorbující světelné a tepelné infračervené záření. Dále solární panel zahrnuje elastomerni prvek jakožto ochranu před poškozením během mrazivého období.The invention relates to a plate-type solar collector with heat transfer fluid and freeze protection. The solar collector consists of solar panels formed of solar cells attached to the supporting structure. Each solar cell consists of a support plate made of a black absorbing material absorbing solar light and heat, optionally with a black absorbing surface, or made of transparent light and heat transmitting material. From the side of the solar panel towards the Sun is arranged a light and heat-transmitting transparent plate. The heat transfer fluid is guided between this transparent plate and the opposing second plate with a solar-absorbing surface. The two plates are connected by means of fasteners. Each solar cell has at least one element made of a black absorbent material or with a black absorbing surface absorbing light and heat infrared radiation located below the transparent plate. Further, the solar panel comprises an elastomeric element as protection against damage during the freezing period.

Dosavadní stav technikyBACKGROUND OF THE INVENTION

Je známa celá řada vynálezů, řešících zamrzání teplonosné kapaliny v solárních kolektorech, např. se do teplonosné kapaliny přidávají chemické prostředky proti zamrzání.A number of inventions are known to solve the freezing of the heat transfer fluid in solar collectors, for example, antifreeze chemicals are added to the heat transfer fluid.

Jiné řešení solární buňky, zejména trubkových systémů, je opatřeno dalším okruhem s horkou proudící kapalinou, která je přiváděna do systému a je většinou ohřívána mimo něj, např. elektricky, nebo i pomocnými elektrickými prostředky, ponorným vedením, topným vedením atp.Another solution of the solar cell, in particular of pipe systems, is provided with an additional circuit with hot flowing liquid, which is supplied to the system and is usually heated outside of it, for example electrically or even by auxiliary electrical means, immersion line, heating line, etc.

Další řešení je vytvořeno ze dvou typů trubkových kovových materiálů, z nichž jeden je roztažitelný, např. vlnovec, který se při zamrzání roztahuje.Another solution is made of two types of tubular metal materials, one of which is extensible, such as a bellows that expands upon freezing.

Existují také řešení trubkových systémů, kde zamrzající teplonosná kapalina je chráněna v podstatě dalším odděleným systémem, vytvořeným z elastomerniho materiálu.There are also pipe system solutions where the freezing heat transfer fluid is protected by substantially another separate system formed of an elastomeric material.

V JP patentové přihlášce 58064449 je popsán solární kolektor, jehož účelem je ochrana proti roztržení trubek při zámraze metodou, v níž elastomer obsahující plyn, např.vzduch, je vkládán do trubkových prvků a zvyšuje nebo snižuje objem trubkových prvků během zamrzání nebo tání vody, která je absorbována elastomerem. Uvnitř trubek trubek jsou vloženy sloupcovité či válcovité elastomerni prvky, např.JP Patent Application 58064449 discloses a solar collector designed to prevent pipe bursting during icing by a method in which a gas-containing elastomer, e.g., air, is inserted into the tubular elements and increases or decreases the volume of the tubular elements during freezing or melting water. it is absorbed by the elastomer. Inside the tube pipes are inserted columnar or cylindrical elastomeric elements, e.g.

. , < · · · =: . .. , <· · · =:. .

’.....’.....

pěna. Při zámrazu dochází k deformaci těchto elastomerních prvků . Přírůstek nebo z úbytek objemu každé trubice během zamrzání či tání vody je absorbován těmito elastomernimi prvky, což zabraňuje porušení trubek pro vedení teplonosné kapaliny během období mrazů. Nevýhodou je, že tyto elastomerní prvky zvyšují hydraulický odpor trubkového systému.foam. Frosting deforms these elastomeric elements. The increment or loss of volume of each tube during freezing or melting of water is absorbed by these elastomeric elements, which prevents the heat transfer fluid pipes from breaking during the freezing period. The disadvantage is that these elastomeric elements increase the hydraulic resistance of the pipe system.

Ve zveřejněné WO 00/16023 kanadského přihlašovatele je popsána ochrana proti zamrzání kapaliny v trubkovém systému. Dovnitř trubkového systému je upevněna stlačitelná flexibilní membrána z elastomerního materiálu, fixovaná k trubkovému systému. Podélné, převážně trubkové vedeni pro odvádění nebo zadržování kapaliny obsahuje pružnou membránu, která je umístěna v podstatě v přilehlém/dotykovém vztahu se stlačitelným elastomernim materiálem, případné spojovacím pevným členem propouštějícím protékající kapalinu. Tato membrána v trubkovém systému zaujímá různý průřez, tento průřez může být i takový, že vnější povrch membrány těsně přiléhá ke značné části vnitřního povrchu trubkového systému. Přitom proudící kapalina protéká zbylým prostorem mezi membránou a trubkovým systémem. Membrána pracuje tak, že se při ochlazeni nebo zamrznutí teplonosné kapaliny smršťuje. Zamrzlá teplonosná kapalina tak nemůže porušit trubkový systém, protože při změně teplot,, zamrzlá teplonosná kapalina roztaje a membrána svůj zmenšený objem zvětší.WO 00/16023 of the Canadian Applicant discloses a freeze protection in a pipe system. A compressible flexible membrane of elastomeric material, fixed to the tubular system, is mounted inside the tubular system. The longitudinal, predominantly tubular liquid discharge or containment conduit comprises a resilient membrane that is positioned substantially adjacent / in contact with the compressible elastomeric material, optionally the fluid-permeable connecting member. The membrane in the tubular system occupies a different cross-section, this cross-section may also be such that the outer surface of the diaphragm abuts a considerable part of the inner surface of the tubular system. The flowing liquid flows through the remaining space between the membrane and the pipe system. The membrane works in such a way that it shrinks when the heat transfer fluid cools or freezes. Thus, the frozen heat transfer fluid cannot disrupt the pipe system because, as temperatures change, the frozen heat transfer fluid will thaw and the membrane will increase its reduced volume.

Oba vynálezy řeší ochranu proti zamrzání teplonosné kapaliny v trubkovém systému pomocí stlačitelných trubkových systémů, vkládaných do vnějšího trubkového vedení. Tato řešení umožňují při roztávání ledu znovuobnovení funkce solárního systému roztažitelností stlačitelných materiálů, bez poškození trubkového vedení. Nevýhodou je zřejmě relativní nízká účinnost přenosu sluneční energie, způsobená zúžením průřezu v trubkovém systému a vysoké hydraulické ztráty. Řešení podle japonské patentové přihlášky je konstrukčně jednodušší, a tím zřejmě i levnější než kanadské řešení. Kanadské řešení umožňuje velkou variabilitu stlačitelného expansniho materiálu, membrány. Toto konstrukční řešení je zřejmě náročně na výrobní náklady. Dá se předpokládat, že životnost membrány bude díky velkému namáhání nízká.Both inventions provide protection against freezing of the heat transfer fluid in a pipe system by means of compressible pipe systems inserted into the outer pipe conduit. These solutions allow the melting of ice to restore the function of the solar system by extensible compressible materials, without damaging the conduit. The disadvantage is obviously the relatively low efficiency of the transfer of solar energy due to the narrowing of the cross-section in the pipe system and the high hydraulic losses. The Japanese patent application solution is structurally simpler, and thus cheaper than the Canadian solution. The Canadian solution allows for great variability of the compressible expansion material, the membrane. This construction solution is obviously demanding on production costs. It can be assumed that the life of the membrane will be low due to high stress.

Jsou známy deskovité solární panely, sestávající z horní průhledné desky a ze spodní černé absorpční desky, které jsou navzájem spojeny spojovacími prostředky, např. lepidly, tmely, šrouby atp. Mezi oběma deskami proudí teplonosná kapalina, obvykle voda, vedená většinou labyrintem, vytvořeným buď vytvarováním spodní desky nebo vytvarováním ze tmelů. Nevýhodou tohoto spojeni je zřejmě nesnadná výměna a oprava panelů.Plate-shaped solar panels are known, consisting of an upper transparent plate and a lower black absorption plate, which are connected to each other by means of connection, such as adhesives, sealants, screws and the like. A heat transfer fluid, usually water, flows between the two plates, usually through a labyrinth formed either by shaping the bottom plate or by molding from mastics. The disadvantage of this connection is obviously the difficulty of replacing and repairing the panels.

Každý solární kolektor ke své funkci nutně potřebuje, pod horním světlo a teploEvery solar collector needs its function under the upper light and heat

I < I · propouštějícím prvkem nejméně jeden prvek, zhotovený z černého absorpčního materiálu nebo s černým absorpčním povrchem, absorbující světelné a tepelné infračervené záření. Odebrané teplo je přenášeno do teplonosné kapaliny, vedené mezi tímto horním transparentním elementem a protilehle uspořádaným povrchem/povrchy, pohlcujícím sluneční záření a tedy teplo sbírajícím povrchem.A transmissive element of at least one element made of a black absorbent material or with a black absorbent surface absorbing light and thermal infrared radiation. The heat removed is transferred to the heat transfer fluid conducted between the upper transparent element and the opposing sun-absorbing surface (s) and thus the heat-collecting surface.

Podstata vynálezuSUMMARY OF THE INVENTION

Uvedené nevýhody se odstraní nebo podstatně omezí u solárního kolektoru, deskovitého typu s teplonosnou kapalinou a ochranou proti zamrzání, sestávajícího ze solárních panelů, vytvořených ze solárních buněk, podle tohoto vynálezu. Podstata tohoto vynálezu spočívá vtom, že každá solární buňka má pod světlo/teplo propouštějící transparentní deskou na černě nosné desce z materiálu pohlcujícího solární světlo a teplo nebo s černým absorpčním povrchem připevněn nejméně jeden prvek, zhotovený též z černého absorpčního materiálu nebo s Černým absorpčním povrchem, absorbující světelné a tepelné infračervené záření, který je zároveň vratně roztažitelný a stlačitelný elastomerní dilatační prvek. Jeho horní povrch, přivrácený k transparentní desce, je vytvarován za účelem vedeni teplonosné kapaliny do stlačitelných a roztažitelných útvarů nebo je vytvořen navzájem oddělenými reliéfními, stlačitelnými a roztažitelnými útvary a upevněnými na pevné nosné desce s absorpčním povrchem. Celkový absorpční povrch dilatačního prvku, případně celkový absorpční povrch oddělených reliéfních útvarů a absorpční plochy nosné desky mezi nimi, je větší, než je plocha světlo/teplo propouštějící transparentní desky. Absorpční povrch dilatačního prvku, případně absorpční povrch nosné desky má emisivitu povrchu 0,9 - 0,98 v rozsahu vlnových délek 1 až 7 pm, danou zvoleným materiálem nebo úpravou jeho povrchu, např. zdrsněním.Said disadvantages are eliminated or substantially reduced in the solar collector, the plate type with heat transfer fluid and anti-freeze, consisting of solar panels formed of solar cells according to the invention. SUMMARY OF THE INVENTION Each solar cell has at least one element, also made of black absorbent material or with a black absorbent surface, attached to a black carrier plate of a solar-absorbing material or a black absorbing surface under a light / heat-transmitting transparent plate. , absorbing light and heat infrared radiation, which is at the same time reversibly extensible and compressible elastomeric dilatation element. Its upper surface facing the transparent plate is shaped to guide the heat transfer fluid to the compressible and extensible formations or is formed by separate relief, compressible, and extensible formations and mounted on a solid support plate with an absorbent surface. The total absorbent surface of the dilator or the total absorbent surface of the discrete reliefs and the absorbent surface of the support plate therebetween is greater than the area of the light / heat-transmitting transparent plate. The absorbent surface of the expansion element or the absorbent surface of the support plate has a surface emissivity of 0.9-0.98 in the wavelength range of 1 to 7 µm, given by the selected material or by treatment of its surface, eg by roughening.

Hlavní výhodou tohoto vynálezu je, že elastomerní dilatační prvek,, zhotovený z černého absorpčního materiálu nebo s Černým absorpčním povrchem, nejen že absorbuje světelné a tepelné infračervené záření a slouží jako teplo absorbující plocha, ale navíc je vytvarován pro vedení teplonosné kapaliny mezi tímto dilatačním prvkem/prvky a horním transparentním materiálem, a mimoto zabezpečuje ochranu solárního panelu při zamrznutí teplonosné kapaliny v chladnějším období nebo v zimě. V chladnějším období je elastomerní dilatační prvek stlačován, a tím dochází k ochraně solární buňky s teplonosnou kapalinou před poškozením. Tlaky, které při zamrzání vody vznikají a vedou k navýšení objemu, např. u vody se objem zvětší o 1/10, se absorbují do elastomerního materiálu dilatačního prvku. Do svého původního tvaru se dilatační prvek dostane po rozmrznutí vody. Velkou výhodou konstrukce tohoto solárního kolektoru je, že umožňuje pracovat s tlakovou vodou až do tlaku 6 f « barů uvnitř solární buňky. Oeskovité povrchy světlo propouštějící i absorbující jsou relativně velké ve srovnáni s trubkovými solárními panely, takže se sluneční energie předává a absorbuje relativně velkou plochou. Celkový absorpční povrch dilatačních prvků, který je větší, než celkový povrch transparentní desky propouštějící sluneční záření, omezuje ztráty pň předáváni energie. Předností řešení je vysoká účinnost přenosu infračerveného záření solárního panelu do teplonosného okruhu kapalíny, při absorpčním povrchu větším než je povrch transparentní desky světlo propouštějící. Konstrukce solárního panelu zajišťuje též vysokou mechanickou pevnost a odolnost.The main advantage of the present invention is that the elastomeric expansion element, made of black absorbent material or with a black absorbent surface, not only absorbs light and heat infrared radiation and serves as a heat absorbing surface, but is additionally shaped to guide the heat transfer fluid between the expansion element. / elements and top transparent material, and also protects the solar panel when the heat transfer fluid freezes in the colder or winter. In the colder period, the elastomeric expansion element is compressed, thereby protecting the solar cell with the heat transfer fluid from damage. The pressures that arise when the water freezes and result in an increase in volume, for example in the case of water the volume is increased by 1/10, are absorbed into the elastomeric material of the dilatation element. The dilatation element returns to its original shape after the water has thawed. The great advantage of the design of this solar collector is that it allows to operate with pressurized water up to 6 bar pressure inside the solar cell. The light-transmissive and absorbent sticky surfaces are relatively large compared to tubular solar panels, so that solar energy is transmitted and absorbed by a relatively large area. The total absorbent surface of the dilatation elements, which is larger than the total surface of the transparent solar-transmitting plate, limits the loss of energy transmission. The advantage of the solution is the high efficiency of transmitting infrared radiation of the solar panel into the heat transfer circuit of the liquid, at an absorption surface larger than the surface of the transparent plate transmitting light. The design of the solar panel also ensures high mechanical strength and durability.

Dilatační prvek může být vytvořen ze souvislé vrstvy, připevněné na nosnou desku a opatřené na povrchu, přivráceném k transparentní desce a proudící teplonosné kapalině, reliéfními prvky, např. výstupky, drážkami, atp., sloužícími pro vedení teplonosné kapaliny.The expansion element may be formed from a continuous layer, attached to a support plate and provided on a surface facing the transparent plate and the flowing heat transfer fluid, with relief elements, e.g., protrusions, grooves, etc., serving to guide the heat transfer fluid.

Dilatační prvky mohou být také vytvořeny z jednotlivých oddělených reliéfních útvarů, upevněných na nosné desce, např. oddělených výstupků a drážek, pro vedeni teplonosné kapaliny.The dilatation elements may also be formed from separate discrete relief structures mounted on a support plate, e.g., separate protrusions and grooves, to guide the heat transfer fluid.

Konstrukční a materiálové řešení dilatačního prvku tedy řeší nejen absorpční funkci solárního panelu, navíc zároveň vytváří ochranu systému solárního kolektoru při zamrzání vody nebo jejím tání, a současně vytváří vedení teplonosného okruhu kapaliny v solárním panelu.Thus, the constructional and material solution of the expansion element not only solves the absorption function of the solar panel, but also provides protection of the solar collector system in the event of freezing or melting of water, and at the same time creating a heat transfer circuit of the liquid in the solar panel.

Každý solární panel je snadno vyměnitelný, jeho stavebnicové solární buňky jsou rovněž snadno vyměnitelné. Rovněž snadno jsou vyměnitelné spojovací prvky. Tato snadná vyměnitelnost umožňuje velkou variabilitu a aplikace solárních kolektorů různých rozměrů i typů. Spojovací prvky mohou mít s výhodou tvar krychle nebo kvádru, což je snadné pro výrobu i pro vlastní konstrukci a montáž deskovitého solárního panelu.Each solar panel is easily replaceable, its modular solar cells are also easily replaceable. The fasteners are also easily replaceable. This easy interchangeability allows for great variability and application of solar collectors of various sizes and types. The connecting elements may advantageously be cubic or cuboid, which is easy to manufacture and to design and assemble a plate-shaped solar panel.

Každý spojovací prvek je určen nejen pro montážní a kotvici účely, ale též pro vedení a rozvod teplonosné kapaliny v solárním panelu. Každý spojovací prvekf je opatřen montážními otvory pro spojení solárních buněk navzájem a kotvícími otvory pro ukotvení solárních buněk k nosné konstrukci. Spojovací prvky tak zajišťují svoji vlastní fixační funkci během montáže i při vlastním použiti a aplikaci solárního panelu.Each fastener is intended not only for assembly and anchoring purposes, but also for conducting and distributing heat transfer fluid in the solar panel. Each connecting element is provided with mounting holes for connecting the solar cells to each other and anchoring holes for anchoring the solar cells to the support structure. The fasteners thus ensure their own fixation function during assembly as well as during the use and application of the solar panel.

Dále jsou spojovací prvky opatřeny nejméně jedním průchozím vodícím otvorem pro rozvod teplonosné kapaliny, a pro její přívod a odvod do solárního panelu a pro vedeni a průtok teplonosné kapaliny v solárním panelu. Vodící otvory jsou buď přímé a/nebo zahnuté. Vnější spojovací prvek, uspořádaný na okraji solárního kolektoru, je opatřen nejméně jedním vodicím otvorem pro přiváděnou nebo odváděnou teplonosnou kapalinu mezi vnějším a vnitřním solárním panelem. Vnitřní spojovacíFurthermore, the connecting elements are provided with at least one through hole for distributing the heat transfer fluid, and for supplying and discharging the heat transfer fluid to the solar panel, and for guiding and flowing the heat transfer fluid in the solar panel. The guide holes are either straight and / or curved. The outer connecting element arranged at the edge of the solar collector is provided with at least one guide opening for supplying or discharging heat transfer fluid between the outer and inner solar panels. Inner connecting

4« prvek, uspořádaný ve vnitrní části solárního panelu, je opatřen nejméně dvěma vodícími otvory pro přiváděnou nebo odváděnou teplonosnou kapalinu mezi sousedními solárními buňkami, Spojovací prvky s vodícími otvory jsou součástí konstrukčního vytvořeni teplonosného okruhu kapaliny solárního panely.4, an element arranged in the inner part of the solar panel is provided with at least two guide openings for supplying or discharging heat transfer fluid between adjacent solar cells. The connecting elements with guide openings are part of the design of the heat transfer fluid circuit of the solar panel.

Solární buňka může být též vybavena krytem z transparentního, solární světlo propouštějícího materiálu, odolného proti mechanickému poškození. Tento kryt je též snadno vyměnitelný a slouží jako vnější ochrana před mechanickým poškozením. Kryt může být na povrchu vytvarován pro stékání vody, např. jako střešní taška, zejména při použití pro střešní krytiny.The solar cell may also be provided with a cover of a transparent, solar-transmissive material, resistant to mechanical damage. This cover is also easily replaceable and serves as external protection against mechanical damage. The cover may be shaped on the surface to drain water, eg as a roof tile, especially when used for roofing.

Nosná konstrukce, montážní a kotvící prvky jsou zhotoveny z kovového materiálu. Transparentní a nosná deska solární buňky, spojovací prvky a kryt jsou zhotoveny z technických plastů. Dilatační prvky jsou zhotoveny z elastomerniho materiálu.The supporting structure, mounting and anchoring elements are made of metallic material. The transparent and supporting solar cell plate, fasteners and cover are made of technical plastics. Expansion elements are made of elastomeric material.

Další zlepšení solárního panelu představuje alespoň jedna výztuž přednostně kolmo orientovaná mezi transparentní a nosnou deskou solární buňky, která má za účel další zvýšení mechanické pevnosti tam, kde to může být vyžadováno.A further improvement of the solar panel is represented by at least one reinforcement, preferably perpendicularly oriented between the transparent and the solar cell support plate, in order to further increase the mechanical strength where this may be required.

Uzavřený okruh teplonosné kapaliny, např. vody se může chránit proti řasám tak, že výztuž, zhotovená s výhodou z kovu, je opatřena povlakem stříbra či mědi.The closed circuit of the heat transfer fluid, e.g. water, can be protected against algae by the reinforcement, preferably made of metal, coated with silver or copper.

Přehled obrázků na výkresechBRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS

Vynález je dále podrobně popsán na příkladných provedeních, blíže objasněných na přiložených schematických výkresech, z nichž představuje obr. 1 axonometrický pohled na teplonosný solární panel, sestavený z 9 solárních buněk, obr. 2 pohled shora na solární buňku, obr. 3 axonometrický pohled na rozložené části solárního panelu, obr. 4 axonometrický pohled na dilatační prvek, obr. 5 příčný řez A-A solární buňkou z obr. 2, obr. 6 axonometrický pohled z obr. 1, v částečném pohledu na spojovací prvky, obr. 7 detail B z obr. 6 na spojovací prvek, obr. 8 detailní pohled na spojovací prvek samotný,BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS FIG. 1 is an axonometric view of a heat transfer solar panel made up of 9 solar cells; FIG. 2 is a top view of a solar cell; FIG. 3 is a perspective view of a solar cell; Fig. 4 is a cross-sectional view of the solar cell of Fig. 2, Fig. 6 is a perspective view of Fig. 1, in partial view of the fasteners, Fig. 7 detail B FIG. 6 shows a connecting element, FIG. 8 a detailed view of the connecting element itself,

Příklady provedení vynálezuDETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

Příklad. 1 (Obr. 1'r8)Example. 1 (Fig. 1'r8)

Solární kolektor deskovitého tvaru sestává z vyměnitelných solárních panelů I, « ♦ · · v podstatě obdobného Či shodného tvaru, vhodného pro stavebnicové uspořádání. Solární panel j. v podstatě deskovitého tvaru, axonometricky znázorněný na obr. 1, sestává v příkladném provedení z 9 vyměnitelných solárních buněk 2, jakožto modulárních stavebnicových prvků. Solární buňky 2 jsou vzájemně spojeny do jednoho celku solárního panelu 1, např. o rozměrech 330 x 330 mm, tloušťky cca 25 mm. Sestava solárního panelu 1 může být zhotovena i v jiných rozměrech.The plate-shaped solar collector consists of replaceable solar panels 1, substantially similar or identical in shape, suitable for a modular arrangement. The solar panel 1 of substantially plate-like shape, shown axonometrically in FIG. 1, consists in an exemplary embodiment of 9 replaceable solar cells 2 as modular modular elements. The solar cells 2 are interconnected into one whole of the solar panel 1, for example having dimensions of 330 x 330 mm, thickness of about 25 mm. The solar panel assembly 1 can be made in other dimensions.

Pohled shora na solární buňku 2, znázorněnou na obr. 2, představuje pohled shora a skrze horní transparentní desku 3, zhotovenou v konkrétním příkladném provedení z technického průhledného plastu, např. typu Lexan BSP s vynikajícími mechanickými, optickými, termickými a elektroizolačními vlastnostmi, zajišťujícími vysokou propustnost infračerveného zářeni. Pod transparentní deskou 3 je situován černý opakní dilatační prvek 4_ s drážkami 4a na své horní ploše.The top view of the solar cell 2 shown in FIG. 2 is a top view through the top transparent plate 3 made in a particular exemplary embodiment of a technical transparent plastic such as Lexan BSP type with excellent mechanical, optical, thermal and electroinsulating properties ensuring high transmittance of infrared radiation. Underneath the transparent plate 3 is a black opaque expansion element 4 with grooves 4a on its upper surface.

Absorpční povrch dilatačního prvku, případně absorpční povrch nosné desky má emisivitu povrchu 0,9 - 0,98 v rozsahu vlnových délek 1 až 7 pm, danou zvoleným materiálem nebo úpravou jeho povrchu, např. zdrsněním.The absorbent surface of the expansion element or the absorbent surface of the support plate has a surface emissivity of 0.9-0.98 in the wavelength range of 1 to 7 µm, given by the selected material or by treatment of its surface, eg by roughening.

Každá solární buňka 2 je vytvořena ze tří desek, znázorněných na obr. 3, a to horní transparentní desky 3 propouštějící solární záření, pod ni situované Černé opakní a světlo pohlcující dilatační prvky 4, upevněné na nosné desce 5.Each solar cell 2 is formed from the three plates shown in FIG. 3, namely the upper transparent solar transmitting plate 3, situated below the opaque black and light-absorbing dilatation elements 4, mounted on the support plate 5.

Dilatační prvek 4 je axonometricky znázorněn na obr. 4. Dilatační prvek 4 je v konkrétním příkladném zhotovení vytvořen z elastomerního materiálu, např. z lisovací hmoty obchodního názvu Elastron, u něhož je možno nastavit tvrdost. Dilatační prvek 4 musí být stlačitelný při zamrzání teplonosné kapaliny. V konkrétním příkladném provedení je dilatační prvek 4 na své ploše přivrácené transparentní desce 3, opatřen drážkami 4a paralelně uspořádanými za sebou v pravidelných odstupech do labyrintu pro vedení teplonosné kapaliny. Dilatační prvek 4 může mít horní povrch pro vedení teplonosné kapaliny vytvořen i jiným neznázorněným způsobem, např. oddělenými drážkami, oddělenými výstupky atp. upevněnými na nosné desce 5. Každý dilatační prvek 4 je opatřen dvěma průchozími otvory 6,7, jeden otvor slouží pro přívod teplonosné kapaliny, druhý otvor 7 pro odtok teplonosné kapaliny. Tyto dva otvory 6, 7 navazuji na průchozí otvory 6,7 v nosné desce 5_ (obr. 3). Při roztávání zamrzlé teplonosné kapaliny nebo ledu se musí dilatační prvek 4 vrátit zpět do původního tvaru, aby umožnil proudění teplonosné kapaliny mezi jejím horním povrchem, např. drážkami 4a, nebo mezi neznázorněnýmí výstupky na nosné desce 5 a spodním povrchem transparentní desky 3.Expansion element 4 is shown axonometrically in FIG. 4. Expansion element 4 is, in a particular exemplary embodiment, made of an elastomeric material, such as a molding material of the trade name Elastron, in which the hardness can be adjusted. The expansion element 4 must be compressible when the heat transfer fluid freezes. In a particular exemplary embodiment, the expansion element 4 on its surface facing the transparent plate 3 is provided with grooves 4a parallel to one another at regular intervals into the labyrinth for conducting the heat transfer fluid. The expansion element 4 may have an upper surface for guiding the heat transfer fluid in another manner, not shown, for example, by separate grooves, separate protrusions, and the like. Each expansion element 4 is provided with two through holes 6,7, one opening for the supply of heat transfer fluid, the other opening 7 for the discharge of heat transfer fluid. These two openings 6, 7 adjoin the through openings 6,7 in the support plate 5 (FIG. 3). When melting the frozen heat transfer fluid or ice, the expansion element 4 must be returned to its original shape in order to allow the heat transfer fluid to flow between its upper surface, e.g. grooves 4a, or between the projections on the carrier plate 5 and not shown.

Nosná deska 5 je v tomto příkladném konkrétním provedení zhotovena z konstrukčního plastu, např. v konkrétním provedeni z materiálu obchodního názvu Forsan ABS s rázovou houževnatosti 190 KJ.rn ² a tvrdosti 99 N.mm'². V případě, že «The carrier plate 5 in this exemplary particular embodiment is made of structural plastic, for example, in a particular embodiment of the material of the trade name Forsan ABS with an impact strength of 190 KJ / m ² and a hardness of 99 N / mm ² . In case that "

dilatační prvek 4 je vytvořen z oddělených neznázoměných výstupků, upevněných na nosné desce 5, potom jejich povrch musí být též černý a pohlcující sluneční energii.the dilatation element 4 is formed of separate not shown protrusions mounted on the support plate 5, then their surface must also be black and absorbing solar energy.

Absorpční povrch dilatačního prvku 4, a případné absorpční povrch nosné desky 5 má povrch s vysokou emisivitou v rozmezí 0,9 - 0,98 v rozsahu vlnových délek 1 až 7 pm, danou zvoleným materiálem nebo úpravou jeho povrchu, např. zdrsněním. Vysoké emisivity se může dosáhnout vytvořením mikrodrážek na povrchu absorpčního materiálu s hloubkou větší než je jejich rozteč.The absorbent surface of the dilator 4, and optionally the absorbent surface of the carrier plate 5, has a high emissivity surface in the range of 0.9-0.98 in the wavelength range of 1 to 7 µm, given by the selected material or surface treatment, eg roughening. High emissivity can be achieved by forming micro-grooves on the surface of the absorbent material with a depth greater than their pitch.

Celkový absorpční povrch dilatačních prvků 4 je vždy větší než je celkový povrch transparentní desky 3, což přispívá k dobrému předávání energie a omezení ztrát předávané energie.The total absorbent surface of the dilatation elements 4 is always larger than the total surface of the transparent plate 3, which contributes to good energy transfer and reduced energy loss.

Příčný řez A-A (obr. 5) solární buňkou 2 z obr. 2 znázorňuje uspořádání jednotlivých desek za sebou, a to nosné desky 5, k níž je připevněn dilatační prvek 4, nad ní je přichycena transparentní deska 3, nad níž může být s výhodou uchycen transparentní kryt 8, zajišťující mimo průchodu slunečních paprsků též mechanickou odolnost horní části solárního panelu L Kryt 8 může být odnímatelný a vyměnitelný. Kryt 8 je zhotoven z technického plastu obchodního názvu Krasten. Jedná se o vysoce houževnatý polystyrénový plast, jehož rázová houževnatost je cca 55K J.m’² a tvrdost měřená vtiskem kuličky je 80 N.mm'². Využití krytu 8 je vhodné v případě využití solárního panelu všude tam, kde může snadno dojít k mechanickému otěru a poškození. Kryt 8 může být, při použití ve střešních solárních kolektorech, vytvarován na vnějším povrchu obdobně jako střešní taška, umožňující stékání vody po jejím povrchu.The cross-section AA (Fig. 5) of the solar cell 2 of Fig. 2 shows the arrangement of the individual plates in succession, the carrier plate 5 to which the expansion element 4 is attached, above which a transparent plate 3 is attached. a transparent cover 8 is provided, providing not only the passage of the sun's rays, but also the mechanical resistance of the upper part of the solar panel L The cover 8 can be removable and replaceable. The cover 8 is made of technical plastic of the trade name Krasten. It is a high-impact polystyrene plastic with an impact strength of approx. 55K J.m ' ² and a hardness measured by the indentation of the ball is 80 N.mm' ² . The use of the cover 8 is suitable for use of a solar panel wherever mechanical abrasion and damage can easily occur. The cover 8, when used in roof solar collectors, can be shaped on the outer surface in a similar way as a roof tile, allowing water to run down its surface.

Solární panel 1, znázorněný na obr. 6 , má odkrytou horní část solárních buněk 2, s pohledem na nosnou konstrukci 9 a spojovací prvky 10. Všechny tyto spojovací prvky 10 jsou konstruovány a uspořádány tak, aby byly variabilní při sestavování solárních panelů 1_ze solárních buněk_2,a aby byly snadno vyměnitelné v případě potřeby. Spojovací prvky 10 jsou v tomto konkrétním příkladném provedení přednostně krychlové nebo kvádrovité, mohou mít i jiný tvar, kupř. zaoblený. Spojovací prvky 10 plní více funkcí, a to nejen nutnou funkci kotvicí a montážní, ale též funkci rozvodu teplosměnné kapaliny, jak je patrno z obr. 6. Solární buňky 2 uspořádané na okraji solárního panelu 1 jsou spojeny vnějšími spojovacími prvky 10a s jedním vstupním otvorem 6 pro přívod teplonosné kapaliny nebo s jedním výstupním otvorem 7 pro odtok teplonosné kapaliny. Tyto průchozí otvory 6, 7 v tomto konkrétním příkladném provedení jsou vytvarovány v přímém směru pro vedeni kapaliny mezi sousedními solárními buňkami 2, nebo mají průchozí otvory 6, 7_zahnuté, např. do pravého úhlu v případě vstupu/výstupu kapaliny v solární buňce 2. Uvnitř solárního panelu 1 uspořádané solární buňky 2 jsou mezi sebou navzájem spojeny vnitřními t t « spojovacími prvky 10b, z nichž každý má dva průchozí otvory 6,7 pro oddělené průtoky teplonosné kapaliny odebírající teplo a předávající teplo. Průchozí spojovací prvky 10, 10a, 10b zahnuté či pravoúhlé, mohou být v „pozici pravé nebo levé“, tj. otvor je vytvořen podle potřeby vedeni teplosnosné kapaliny v solárním panelu 1The solar panel 1 shown in Fig. 6 has an exposed upper portion of the solar cells 2, with a view of the support structure 9 and the fasteners 10. All these fasteners 10 are designed and arranged to be variable when assembling the solar panels 1 from the solar cells 2. and make them easily replaceable when needed. The connecting elements 10 in this particular exemplary embodiment are preferably cubic or cuboid, they may also have a different shape, e.g. rounded. The connecting elements 10 fulfill more functions, not only the necessary anchoring and mounting function, but also the function of heat transfer fluid distribution as shown in FIG. 6. The solar cells 2 arranged at the edge of the solar panel 1 are connected by external connecting elements 10a to one inlet 6 for heat transfer fluid inlet or with one outlet 7 for heat transfer fluid outflow. These through holes 6, 7 in this particular exemplary embodiment are formed in a straight line to guide liquid between adjacent solar cells 2, or have through holes 6, 7 bent, e.g. at right angles in case of liquid inlet / outlet in solar cell 2. Inside The solar cells 2 arranged by the solar panel 1 are connected to each other by internal tt connecting elements 10b, each having two through holes 6.7 for separate heat transfer and heat transfer fluid flows. The through connectors 10, 10a, 10b curved or rectangular may be in the "right or left position", ie the opening is formed as needed to guide the heat transfer fluid in the solar panel 1

Na obr. 7 je znázorněn detail B spojovacího prvku 10b ze solárního panelu L Tento spojovací prvek 10b je opatřen dvěma otvory 6,7 pro vedeni teplonosné kapaliny. Spojovací prvek 10b dle obr. 8 je dále opatřen montážními otvory 11 pro montáž solárních buněk 2 mezi sebou a dále kotvícími otvory 12 pro ukotvení solární buňky 2 k nosné konstrukci 9.FIG. 7 shows a detail B of a connecting element 10b from a solar panel L. This connecting element 10b is provided with two holes 6.7 for conducting the heat transfer fluid. The connecting element 10b of FIG. 8 is further provided with mounting holes 11 for mounting the solar cells 2 therebetween and further with anchoring holes 12 for anchoring the solar cell 2 to the support structure 9.

Spojovací prvky 10, 10a, 10b jsou zhotoveny z technického plastu, např. typu Forsan ABS.The fasteners 10, 10a, 10b are made of technical plastic, such as Forsan ABS.

Jedinou kovovou součástí solárního panelu 1 může být nosná konstrukce 9 a neznázorněné montážní prvky, např. šrouby, pro spojování solárních buněk 2 navzájem a neznázorněné kotvicí prvky, např. šrouby, pro ukotvení solárních buněk 2 k nosné konstrukci 9.The only metal part of the solar panel 1 may be the support structure 9 and the mounting elements (not shown) for connecting the solar cells 2 to each other and anchoring elements (not shown) for not attaching the solar cells 2 to the support structure 9.

Konstrukce solárního panelu 1 podle tohoto technického řešení při vhodně volených materiálech vykazuje, mimo vynikajících vlastností solárního panelu 1 jako takového, též mimořádnou mechanickou pevnost. Konstrukce tohoto solárního panelu 1 umožňuje pracovat s tlakovou vodou až do tlaku 6 barů uvnitř solární buňky 2. Solární panely 1 lze využít i jako podlahy kolem bazénů, před vjezdem do garáží, před vchodem do domu atp.The construction of the solar panel 1 according to the present invention, in addition to the excellent properties of the solar panel 1 as such, also exhibits an extraordinary mechanical strength in suitably selected materials. The construction of this solar panel 1 allows working with pressurized water up to 6 bar inside the solar cell 2. The solar panels 1 can also be used as floors around swimming pools, in front of the garage entrance, in front of the house entrance etc.

Alespoň jedna výztuž mezi transparentní a nosnou deskou solární buňky, zvyšuje mechanickou pevnost v případě, kde to může být vyžadováno.At least one reinforcement between the transparent and the solar cell support plate increases the mechanical strength where this may be required.

Uzavřený okruh teplonosné kapaliny, např. vody, se chrání proti řasám postříbřením či poměděním výztuže solární buňky.A closed circuit of heat transfer fluid, eg water, is protected against algae by silvering or copper plating of the solar cell reinforcement.

Solární panel 1 pracuje následovně :Solar panel 1 works as follows:

Infračervené sluneční záření prochází optickou transparentní deskou 3, která propustí téměř všechno dopadající záření. Prošlé zářeni se na druhém, vnitřním, povrchu transparentní desky 3 absorbuje do protékající teplonosné kapaliny, a ta část záření, která teplonosnou kapalinou projde, se absorbuje do černého, členitého povrchu dilatačních prvků 4. Absorpci energie stoupá teplota dilatačních prvků 4 a toto teplo se odvádí stále protékající teplonosnou kapalinou ke spotřebě. Záření ohřátých dilatačních prvků 4 je dlouhovlnné, tedy v oblasti, ve které je transparentní deska 3 pro záření nepropustná, takže prakticky všechna energie prošlá zvenčí se zadrží v solárním panelu 1 a převede do teplonosné kapaliny.Infrared solar radiation passes through an optical transparent plate 3, which transmits almost all incident radiation. The transmitted radiation is absorbed on the second, inner surface of the transparent plate 3 into the flowing heat transfer fluid, and that part of the radiation passing through the heat transfer fluid is absorbed into the black, rugged surface of the expansion elements 4. removes the flowing heat transfer fluid for consumption. The radiation of the heated expansion elements 4 is long-wave, that is to say in the region in which the transparent radiation plate 3 is impermeable, so that virtually all the energy transmitted from the outside is retained in the solar panel 1 and transferred to the heat transfer fluid.

Pokud je vnější povrch solárního panelu 1 chráněn transparentním krytem 8, i « τ tento kryt 8 musí splňovat podmínky pro dobrou propustnost infračerveného slunečního záření.If the outer surface of the solar panel 1 is protected by a transparent cover 8, the cover 8 must satisfy the conditions for good infrared solar radiation transmittance.

Okruh teplonosné kapaliny solárního panelu 1 je vystaven, v případě chladného nebo zimního počasí, nebezpečí, že zamrzající či zamrznutý obsah teplonosné 5 kapaliny, který zůstane v solární buňce 2, zvětšením objemu poškodí nebo i zničí celý solární panel 1. Tomu se čelí tím, že absorbující vrstva dilatačního prvku 4 je pružná a může tedy dilatovat, či smršťovat se podle měnícího se objemu teplonosné kapaliny.The circuit of the heat transfer fluid of the solar panel 1 is exposed, in cold or winter weather, to the freezing or freezing content of the heat transfer fluid 5 remaining in the solar cell 2 by increasing the volume of the entire solar panel 1 or even destroying it. The absorbent layer of the expansion element 4 is elastic and can therefore dilate or contract due to the changing volume of the heat transfer fluid.

Předností předloženého řešení je malá tlaková ztráta v solárním panelu 1, což umožňuje, že oběh teplonosné kapaliny může být samotížný, bez oběhového čerpadla.The advantage of the present solution is the low pressure drop in the solar panel 1, which allows the circulation of the heat transfer fluid to be gravity-free, without the circulation pump.

Vysoký stupeň využiti solární energie je zajištěn vhodnou volbou materiálu pro světlo propustnou a světlo absorbující desku.The high degree of solar energy utilization is ensured by the appropriate choice of material for the light-transmitting and light-absorbing plate.

Příkladná provedení nejsou omezující, Jsou možné jiné varianty a kombinace v rámci rozsahu patentových nároků.Other variations and combinations are possible within the scope of the claims.

Průmyslová využitelnostIndustrial applicability

Řešení se určeno pro průmysl, stavebnictví a domácnosti, zejména pro podlahy, střechy, stěny exteriérů, a může být využít též pouze jako designový prvek.The solution is designed for industry, construction and households, especially for floors, roofs, exterior walls, and can also be used only as a design element.

- Vztahové“ značky?- Relationship marks?

... 1 solární panel - / solární buňka 2/ /... 1 solar panel - / solar cell 2 / /

- 4 dilatační prvek- 4 dilatation element

4a drážky r4a groove r

5 nosná deska — 6 vstupní otvory 6 pro tepfohosnou kapalinu5 carrier plate - 6 inlet openings 6 for heat transfer fluid

- 7 výstupní otvory 7 pro teplonosnou kapalinu kryt ňosná konstrukce- 7 outlet holes 7 for heat transfer fluid cover bearing structure

3CT 10 spojovací prvky3CT 10 fasteners

10a, 10 b spojovací prvky montážní otvory __________12 kotvicí otvory10a, 10b fasteners mounting holes __________12 anchor holes

Claims

PATENT CLAIMS

1. Plate-type solar collector with heat transfer fluid and frost protection, consisting of solar panels (1), each solar panel (1) consisting of

5 solar cells (2) attached to the support structure (9), each solar cell (2) consisting of a support plate (5) made of black absorbing material absorbing solar light and heat, optionally with a black absorbing surface, or made of transparent material A light and heat-transmitting transparent plate (3) is arranged opposite the light-transmitting plate (5) above the carrier plate (5), and a transparent plate (3) is arranged opposite the external light-transmitting surface (5). into the solar panel (1) and discharged from the solar panel (1), each solar cell (2) has at least one element, made of black absorbent material or with a black absorbent surface, absorbing light and heat 15 under the transparent plate (3). and the solar panel (1) comprises an elastomeric element as such protection against damage during the freezing period, characterized by m, λ

2 each solar cell (2) has under a transparent plate (3) on a black support plate (5) of a material absorbing solar light and heat or with a black absorption surface

20 at least one element (4) made of black absorbent material or with a black absorbing surface absorbing light and heat infrared radiation, which is at the same time reversibly extensible and compressible elastomeric dilatation element (4) <

* the R / V expansion element (4) is formed, either of a continuous layer, attached to the support plate (5) and is shaped to guide the heat transfer fluid into a reversibly compressible and 25 extensible relief formation, preferably into grooves (4a) on the upper surface of the expansion and / or the dilatation elements (4) are formed from individual spaced apart, reciprocally compressible and extensible structures mounted on a solid support plate (5) with a black absorbent surface (a).

30 // the total absorbent surface of the dilator (4) or the total absorbent surface 1

the discrete relief formations of the expansion element (4) and the absorbent surface of the support plate (5) therebetween is larger than the surface of the transparent plate (3) and the absorption surface of the expansion element (4) 9 to 0.98 in the wavelength range 1 to 7 µm.

Solar panel according to claim 1, characterized in that each solar panel (1) is replaceable and consists of replaceable solar cells (2) interconnected by variable interconnecting elements (10) which are replaceable, located on the supporting structure (9) and under the supporting plate (5), and are provided with mounting holes (11) for mounting elements for connecting solar cells (2) and anchoring elements (12) for fixing elements for anchoring solar cells (2) to the supporting structure (9).

Solar panel according to claim 2, characterized in that the connecting elements (10) are further provided with at least one through hole (6, 7) for the heat transfer fluid, the through hole (6, 7) being straight and / or curved.

Solar panel according to claim 3, characterized in that the solar cell (2) arranged at the edge of the solar panel (1) has at least one outer connecting element (10a) provided with at least one opening (6,7) for supplying or withdrawing heat transfer fluid. between adjacent peripheral solar cells (2).

Solar panel according to claim 3, characterized in that the solar cell (2) arranged inside the solar panel (1) has at least one internal connecting element (10b) provided with at least two openings (6, 7) for supply and removal of heat transfer fluid between neighboring solar cells (2).

Solar panel according to claim 3, characterized in that the connecting elements (10, 10a, 10b) are cubic or cuboid.

Solar panel according to claim 1, characterized in that each solar cell (2) is covered by a replaceable and removable transparent cover (8), optionally on an upper surface shaped for water run-off.

Solar panel according to claim 1 or one of the preceding claims 2 to 7, characterized in that the transparent plate (3) and the solar cell support plate (5), the connecting elements (10, 10a, 10b); cover (8) _K are made of technical plastics / wire elements (4) are made of elastomeric materials.

1t

Solar panel according to claim 1, characterized in that the solar cell (2) is provided with at least one reinforcement between the transparent plate (3) and the support plate (5).

Solar panel according to claim 9, characterized in that the reinforcement of the solar cell (2) is coated with silver or media.