CZ527U1 - Směrovací zařízení solárních systémů - Google Patents

Description

Oblast techniky

Technické řešení se týká směrovacího zařízení solárních systémů na využití sluneční energie, zejména slunečních kolektorů, které řeší problém jejich optimálního nastavení vůči slunci v průběhu dne, čímž je zamezeno kolísání a snižování jejich účinnosti .

Dosavadní stav techniky

Dosud jsou známé pohyblivé sluneční kolektory řešící problém jejich optimálního sklonu, které pomocí servopohonu sledují pohyb slunce a natáčejí se vždy kolmo na směr dopadu slunečních paprsků. Vzhledem na složitost přídavného technického zařízení se používají ojediněle a výjimečně, například u zařízení slunečních elektráren. Většinou jsou tato zařízení založena na systému elektromotoru ovládaného fotobuňkou a mechanických převodech, což vyžaduje samostatný přívod energie, údržbu a obsluhu. Známé jsou i složitější systémy optoelektronického navádění slunečních kolektorů, které dále zvyšují nároky na jejich sestavení a na jejich pořizovací náklady. Rovněž jsou známa směrovací zařízení, která využívají ke sledování dráhy slunce přímo jeho sluneční energii a jsou tak řízeny slunečním zářením automaticky. Na tomto základě je založeno například zařízení podle sovětského patentového spisu SU 1460552, jehož podstata spočívá v tom, že sestává ž nosné stojiny, opatřené kulovým kloubem, na němž je uloženo vlastní směrovací zařízení, tvořené základní deskou se středovým výstupkem, kolem něhož jsou rozloženy působením dopadajícího slunečního záření se deformující členy. Tyto deformující se členy jsou vytvořeny jako kovové na principu bimetalu. Deformující se členy jsou pružnými táhly spojeny s nosnou stojinou a pokud sluneční záření nedopadá kolmo, vrhá výstupek stín na některý z deformujících se prvků. Dochází tak ke změně působící teploty na tento deformující se prvek, což vyvolá změnu jeho tvaru a tím nerovnoměrné namáhání táhel. Zařízení se na kulovém kloubu natáčí dokud se síly v táhlech opět nevyrovnají, což odpovídá žádoucí poloze. Nevýhodou tohoto zařízení je skutečnost, že zařízení je vzhledem ke své konstrukci použitelné pouze pro území, kde existuje velký teplotní rozdíl mezi zahříváním stíněného a nestíněného tělesa, například pro krajiny s tropickým klimatem. V jiných oblastech, kde tento teplotní rozdíl není tak velký, je toto zařízení na změnu polohy slunce nedostatečně citlivé.

S ohledem na omezený deformační rozsah použitých teplem se deformujícího členů je podstatně omezen i rozsah natáčení celého zařízení, a to zhruba na - 10° ve dvou rovinách. Rovněž jsou například známa zařízení podle amerických patentových spisů US 4352350 a US 4365616. Tato zařízení jsou tvořena dvoudílnou trubkovnicí, která je zahřívána buď odrazem slunečních paprsků z parabolického zrcadla _t nebo slunečními paprsky soustřeďovanými představnou čočkou. Každá část trubkovnice je spojena s jednou komorou dvojčinného hydraulického válce. Při nerovnoměrném zahřívání obou částí trubkovnice dochází k rozdílnému tlaku po obou stranách pístu. Následným pohybem pístu do rovnovážné polohy se celé zařízení natáčí. Toto zařízení je ale použitelné zejména pro orientaci velkých kolektorových soustav slunečních elektráren. Jeho nevýhodou je rovněž skutečnost, že jeho konstrukcí je umožněno natáčení pouze v jedné rovině a dále že změna dráhy slunce na obloze v různých ročních obdobích musí být kompenzována značnou celkovou výškou zařízení, čímž podstatně stoupají jeho pořizovací náklady, zvyšují se Jeho prostorové nároky na umístění a podobně.

Dále je známé například zařízení podle československého patentového spisu AO 209077, jehož podstata spočívá v tom, že sestává z vydutého tělesa,.volně uloženého na kapalině, které má na svém vnějším povrchu připevněny plošné vaky, vždy symetricky dva proti sobě. Tyto plošné vaky jsou propojeny přes příslušnou komoru membránového ventilu s přilehlými ohřívacími komorami, upravenými po obvodě vydutého tělesa, přičemž každá ohřívací komora je opatřena pevně nastavenou stínící clonou. Rovněž je znám systém pohonu natáčecího slunečního kolektoru prostřednictvím pomocných kolektorů podle německého patentového spisu DE 3617171 a způsob zařízení pro natáčení kolektorového systému pomocí flexibilních nádrží s kapalinami nebo plyny. Rovněž tato zařízení, využívající k ovládání slunečních kolektorů a k jejich nastavení do optimální polohy vůči slunci jeho záření, mají zejména nevýhodu v jejich složité a rozměrné konstrukci, pro kterou jsou použitelná pouze v omezeném měřítku.

Podstata technického řešení

Uvedené nedostatky stávajícího stavu techniky do značné míry odstraňuje směrovací zařízení solárních systémů, zejména slunečních kolektorů, podle tohoto technického řešení, založené na principu změny objemu teplotně roztažného média v uzavřeném prostoru tlakového ovládacího systému působením dopadajícího slunečního záření a sestávající z pevného stojanu s kulovým čepem, na němž je pohyblivě uložena nosná konzole, pohybově spřažená s akčním členem tlakového ovládacího systému. Podstata technického řešení spo? čivá v tom, že na nosné konzoli kolem kulového Čepu jsou symetricky vůči sobě upevněny nejméně dvě uzavřené komory s pevným pláštěm, kde v každé z nich je vytvořena vždy jedna vodící komora výsuvného pístu, jejíž vnitřní prostor nad výsuvným pístem je propojen spojovacím otvorem s vnitřním prostorem uzavřené komory. Na konci každého výsuvného pístu vně vodící komory příslušné uzavřené komory je uložena volná kladka převodového mechanismu nosné konzole.

Směrovací zařízení podle technického řešení umožňuje proti stávajícím zařízením na obdobném principu podstatně větší citlivost a malou úhlovou odchylku od optimální polohy. Konstrukce tohoto směrovacího zařízení dovoluje velký úhel naklopení například slunečních kolektorů, které jsou k němu upevněny, a tím i jejich větší časové využití a větší účinnost. Zařízení vzhledem ke svým menším rozměrům umožňuje rovněž velký rozsah jeho využití.

Pro dosažení maximální citlivosti zařízení je výhodné, aby vnější povrch uzavřených komor byl vytvořen ve tvaru čtvrtiny povrchu rotačního elipsoidu. S výhodou jsou vodící komory výsuvných pístů opatřeny tlakovacím ventilem a pojistným členem. Je samozřejmé, že vnější povrch uzavřených komor může být opatřen vhodnou absorpční vrstvou a že uzavřené komory mohou být uloženy pod transparentním krytem, v němž jsou vytvořeny odvětrávací otvory.

Přehled obrázků na výkresech

Technické řešení je blíže osvětleno pomocí výkresů, na kterých obr. 1 znázorňuje příkladné provedení směrovacího zařízení podle technického řešení v osovém řezu a obr. 2 toto zařízení v půdorysu.

Pří klad provedeni technického řešení

Směrovací zařízení podle obr. 1 a obr. 2 sestává ze čtyř uzavřených komor 1 s pevným pláštěm 2, jejichž vnější povrch je vytvořen ve tvaru jedné čtvrtiny povrchu rotačního elipsoidu a je opatřen černou absorpční vrstvou 3. Uzavřené komory 1. jsou upevněny na nosné konzoli 4, která je uložena na kulovém čepu ES, umístěném mezi uzavřenými komorami 1_ na pevném stojanu 6. V každé uzavřené komoře 1 je vytvořena jedna vodící komora 7 výsuvného pístu 8, jejíž vnitřní prostor nad výsuvným pístem 8 je propojen spojovacím otvorem 15 s vnitřním prostorem uzavřené komory 1,. Na konci každého výsuvného pístu 8 vně vodící komory 7 příslušné uzavřené komory 1 je uložena volná kladka 16, přes níž je vedeno lanko převodového mechanismu 9 nosné konzole 4, které je upevněno pomocí kotvících úchytů 18 jedním koncem k pevnému plášti 2 této uzavřené komory 1 a druhým koncem k pevnému stojanu 6. Uzavřené komory JL jsou na nosné konzoli 4 upevněny kolem kulového čepu 5 do dvou symetrických dvojic, přičemž výsuvné písty 8 společně s lanky převodového mechanismu 9 jsou uspořádány vždy v jedné rovině, která je zároveň rovinou souměrnosti kulového čepu 5. Tyto roviny obou dvojic uzavřených komor 1. spolu svírají úhel 90°. Uzavřené komory 1 jsou naplněny teplotně roztažným médiem, zde olejem, přičemž každá vodící komora 7 výsuvného pístu 8 je opatřena tlakovacím ventilem 13 a pojistným členem 14. Proti vlivu zejména větru jsou uzavřené komory 1. uloženy pod transparentním krytem 1.0, v němž jsou vytvořeny z jeho spodní a horní části odvětrávací otvory 12. Každé lanko převodového mechanismu 9 nosné konzole 4 je mezi svými kotvícími úchyty 18 vedeno kromě přes volnou kladku 16 na výsuvném pístu 8 ještě přes pevnou převáděcí kladku 1.7. Na prodloužených ramenech nosné konzole 4 kolem uzavřených komor JL jsou upevněny sluneční kolektory 11.

Uzavřené komory 1_ se naplní po úroveň spojovacích otvorů 15 teplotně roztažným médiem, zde olejem, čímž nad jeho hladinou vznikne vzduchový polštář, a natlakují se tlakovacími ventily 13 na základní přetlak 0,5 MPa. Změnou tlaku v soustavě těchto uzavřených komor _1 vlivem rozdílného slunečního záření, dopadajícího na jejich povrch, a tím tlaku na výsuvné písty 8, dochází ke změně tahového napětí v lankách převodového mechanismu 9, ovládajícího pohyb nosné konzole 4 na kulovém čepu 5. Vysouváním a zasouváním výsuvných pístů 8 do jednotlivých vodících komor 7 pak dochází k opětovnému vyrovnání tlaku v uzavřených komorách 1_ a tak k průběžnému optimálnímu směrování zařízení vůči slunci.

Směrovací zařízení podle technického řešení dovoluje naklopení celého solárního systému v tomto provedení ve dvou rovinách o úhel i 35° od vodorovné roviny. 0 citlivosti tohoto zařízení svědčí skutečnost, že k naklápění začne docházet již při teplotním rozdílu 10 °C ohřátí teplotně roztažného média v některých z uzavřených komor JL.

Směrovací zařízení podle technického řešení lže využít u všech typů slunečních kolektorů případně obecně u všech dalších zařízení pro sledování dráhy zářícího zdroje, vydávajícího tepelnou energii.

Claims (3)

1. NÁROKY NA OCHRANU

   1. Směrovací zařízení solárních systémů, zejména slunečních kolektorů, založené na principu změny objemu teplotně roztažného média v uzavřeném prostoru tlakového ovládacího systému působením dopadajícího slunečního záření, sestávající z pevného stojanu s kulovým čepem, na němž je pohyblivě uložena nosná konzole, pohybově spřažená s akčním členem tlakového ovládacího systému, vyznačující se t í m , že na nosné konzoli (4) kolem kulového čepu (5) jsou symetricky vůči sobě upevněny nejméně dvě uzavřené komory (1) s pevným pláštěm (2), kde v každé z nich je vytvořena vždy jedna vodící komora (7) výsuvného pístu (8), jejíž vnitřní prostor nad výsuvným pístem (8) je propojen spojovacím otvorem (15) s vnitřním prostorem uzavřené komory (1), přičemž na konci každého výsuvného pístu (8) vně vodící komory (7) příslušné uzavřené komory (1) je uložena volná kladka (16) převodového mechanismu (9) nosné konzole (4).
2. 2. Směrovací zařízení podle nároku 1, vyznačující se t í m , že vnější povrch uzavřených komor (1) je vytvořen ve tvaru jedné čtvrtiny povrchu rotačního elipsoidu.
3. 3. Směrovací zařízení podle nároku 1, vyznačující se t í m , že každá vodící komora (7) výsuvného pístu (8) je opatřena tlakovacím ventilem (13) a pojistným členem (14).