GR20170200070U - Υβριδικος σταθμος φωτοβολταϊκων / ηλιακης καμιναδας - Google Patents

Abstract

Η εφεύρεση αναφέρεται σε υβριδικό ηλεκτροπαραγωγικό σταθμό αποτελούμενο από δυο ανεξάρτητα ηλεκτροπαραγωγικά συστήματα και λειτουργεί 24 ώρες/ημέρα. Το πρώτο σύστημα είναι φωτοβολταϊκή μονάδα που αποτελείται ή από διαφανή φωτοβολταϊκά που βρίσκονται ενσωματωμένα στην διαφανή οροφή του περίκλειστου θερμοκηπίου (1.4) ή απλά φωτοβολταϊκά αναρτημένα κάτω από αυτήν. Το δεύτερο είναι περίκλειστος σταθμός που χρησιμοποιεί το ίδιο θερμοκήπιο το οποίο επικοινωνεί με εξωτερική ηλιακή καμινάδα (1.1) με άνοιγμα που φέρει τηλεχειριζόμενο σύστημα φραγής του αέρα (2.1). Στο έδαφος του θερμοκηπίου υπάρχει σύστημα αποθήκευσης θερμότητας (2.2) με νερό σε πλαστικούς σωλήνες ή σάκους. Το τοίχωμα του θερμοκηπίου απέναντι στην ηλιακή καμινάδα φέρει ανοίγματα στα οποία είναι τοποθετημένοι αεροστρόβιλοι (3.1) συνδεδεμένοι με ηλεκτρογεννήτριες (3.2). Οι αεροστρόβιλοι παράγουν ηλεκτρισμό περιστρεφόμενοι από τον εισερχόμενο αέρα που αντικαθιστά τον θερμό αέρα που διαφεύγει προς την ατμόσφαιρα δια της ηλιακής καμινάδας. Σε κάθε άνοιγμα αεροστροβίλου υπάρχει τηλεχειριζόμενο σύστημα φραγής του αέρα (3.3).

Description

ΥΒΡΙΔΙΚΟΣ ΣΤΑΘΜΟΣ ΦΩΤΟΒΟΛΤΑΪΚΩΝ / ΗΛΙΑΚΗΣ ΚΑΜΙΝΑΔΑΣ

ΠΕΡΙΓΡΑΦΗ

Ο προτεινόμενος υβριδικός σταθμός επιλύει το πρόβλημα της διακοπτόμενης λειτουργίας των φωτοβολταϊκών σταθμών χωρίς την χρήση ηλεκτρικών μπαταριών. Ταυτοχρόνως μπορεί να είναι οικονομικά ανταγωνιστικός με τα συμβατικά φωτοβολταϊκά πάρκα δηλαδή με μικρότερο σταθμισμένο κόστος ανά παραγώμενη KWh. Ο προτεινόμενος υβριδικός σταθμός φωτοβολταϊκών / Ηλιακής Καμινάδας (Hybrid Ρ V/Solar Chimney Power Plant) συνδυάζει την ηλεκτροπαραγωγή από απλά ή διαφανή Φωτοβολταϊκά βλέπε π.χ. http://www.computerworid.com/article/2980236/sustainableit/solar-windows-poised-to-change-the- way-we-power-buildings.html ,με την ηλεκτροπαραγωγή από τους αεροστρόβιλους περίκλειστου σταθμού με ηλιακή καμινάδα.

 Ο περίκλειστος ηλεκτροπαραγωγικός σταθμός με ηλιακή καμινάδα http://www.google.com/patents/W02015052544 A2?cl<:>=en&hl=el αποτελείται βασικά από ένα θερμοκήπιο (ηλιακός συλλέκτης) με διαφανή οροφή που περικλείεται από αεροστεγές τοίχωμα και μια κυλινδρική ηλιακή καμινάδα.

 Οι αεροστρόβιλοι του ηλεκτροπαραγωγικού σταθμού είναι τοποθετημένοι σε κατάλληλα κυκλικά ανοίγματα επί του περιμετρικού τείχους που περικλείει το θερμοκήπιο.

 Η διαφανής στέγη του περίκλειστου θερμοκηπίου αφήνει την ηλιακή ακτινοβολία να διέλθει ώστε να θερμαίνεται το έδαφος του θερμοκηπίου και μέσω αυτού θερμαίνεται και ο αέρας που είναι μέσα στο θερμοκήπιο ενώ συγχρόνως δεν επιτρέπει την διέλευση της θερμικής ακτινοβολίας του θερμαινόμενου εδάφους προς το διάστημα.

 Ο θερμός αέρας του θερμοκηπίου απάγεται διά της ηλιακής καμινάδας (1.1) προς τα ανώτερα στρώματα της ατμόσφαιρας και ανανεώνεται από ίση ποσότητα φρέσκου αέρα που εισέρχεται από την ανοίγματα του περιμετρικού τοιχώματος (1.2) που περιβάλλει το θερμοκήπιο. Ο φρέσκος αέρας που εισέρχεται από τα ανοίγματα κινείται προς την ηλιακή καμινάδα, θερμαίνεται και αυτός με την σειρά του και απάγεται από την ηλιακή καμινάδα και αυτό συνεχίζεται εφόσον το εσωτερικό του θερμοκηπίου έχει μεγαλύτερη θερμοκρασία από το περιβάλλον. Τα ρεύματα του φρέσκου αέρα, που εισέρχονται στο θερμοκήπιο από τα ανοίγματα του περιμετρικού τοιχώματος, περιστρέφουν τους αντίστοιχους αεροστρόβιλους (1.3). Οι αεροστρόβιλοι περιστρέφουν τις ηλεκτρογεννήτριες με τις οποίες είναι συνδεδεμένοι, οι οποίες τιαράγουν τελικά την ηλεκτρική ενέργεια του σταθμού.

Το θερμοκήπιο του προτεινόμενου υβριδικού σταθμού θα έχει διαφανή αεροστεγή οροφή (1.4) αποτελούμενη από δύο παράλληλα επιπέδα. Το πρώτο επίπεδο θα είναι από διαφανές γυαλί και το δεύτερο από διαφανή φωτοβολταΐκά πάνελ. Εναλλακτικά η διαφανής οροφή μπορεί να αποτελείται ή από μια μόνον επιφάνεια από διαφανή φωτοβολταΐκά πάνελ ή μια επιφάνεια από διαφανές γυαλί συνδυασμένη με απλά φωτοβολταΐκά αναρτημένα κάτω από αυτήν.

Η διαφανής οροφή του θερμοκηπίου θα περιβάλλεται από αεροστεγές τοίχωμα (1.2) και στηρίζεται σε μεταλλική υποδομή που εδράζεται στο έδαφος και θα απέχει κατ’ ελάχιστον 3 μ από το έδαφος.

Η διαφανής αυτή οροφή θα έχει κατάλληλο προσανατολισμό ανάλογα με την περιοχή ώστε να μεγιστοποιείται η ηλεκτροπαραγωγή των φωτοβολταϊκών και κατάλληλη κλίση ώστε να διευκολύνεται η απορροή υδάτων από βροχή.

 Επί του εδάφους του θερμοκηπίου κάτω από την διαφανή οροφή του θα τοποθετηθούν μαύροι πλαστικοί σωλήνες (2.1) ή μαύροι πλαστικοί σάκοι γεμάτοι νερό, που συμβάλουν στην μεγιστοποίηση της απορρόφησης της ηλιακής ακτινοβολίας που διέρχεται από-την υάλινη διαφανή στέγη του ηλιακού συλλέκτη ενώ συγχρόνως λειτουργούν σαν σύστημα θερμικής αποθήκευσης. Εναλλακτικά η επιφάνεια του εδάφους κάτω από την οροφή του ηλιακού συλλέκτη μπορεί να καλύπτεται με μαύρο πλαστικό ή ελαστικό τάπητα ώστε να υπάρχει η μεγαλύτερη δυνατή απορρόφηση της ηλιακής ακτινοβολίας ενώ κάτω από τον τάπητα αυτό θα ευρίσκονται δεξαμενές αποθήκευσης νερού που θα λειτουργούν σαν σύστημα θερμικής αποθήκευσης.

 Ο περίκλειστος ηλιακός συλλέκτης περιβάλλεται από αεροστεγές τοίχωμα (1.2) και επικοινωνεί από την μία πλευρά του με την ηλιακή καμινάδα (1.1) που μπορεί να είναι στερεά ή αιωρούμενη. Στο άνοιγμα που συνδέει την ηλιακή καμινάδα με το θερμοκήπιο παρεμβάλλεται σύστημα ήλεκτρο μηχανικής φραγής του αέρα που διαφεύγει από την καμινάδα (2.2).

 Οι ηλεκτροπαραγωγικές μονάδες αποτελούμενες από σύστημα αεροστρόβιλωνηλεκτρογεννητριών του υβριδικού σταθμού τοποθετούνται σε κυκλικά ανοίγματα επί του αεροστεγούς τοιχώματος που περιβάλλει τον ηλιακό συλλέκτη και κάθε ένας αεροστρόβιλος (3.1) συνδέεται απευθείας με την αντίστοιχη ηλεκτρογεννήτρια του (3.2).

Στα ανοίγματα, αυτά θα υπάρχουν τηλεχειριζόμενα ηλεκτροκίνητα συστήματα φραγής του αέρα (3.3). Έτσι έχουμε την δυνατότητα να φράξουμε το άνοιγμά του αντίστοιχου αεροστροβίλου και να σταματήσουμε την λειτουργία του όποτε απαιτείται. Ταυτόχρονα με το κλείσιμο του θύρας φραγής του αέρα και την διακοπή λειτουργίας του αεροστροβίλου, απομονώνεται και η αντίστοιχη ηλεκτρογεννήτρια του από το ηλεκτρικό δίκτυο

Ο προτεινόμενος υβριδικός σταθμός χάρις την αποθηκευμένη θερμική ενέργεια του λοιπόν μπορεί να παράγει ηλεκτρισμό και μετά την δύση του ηλίου με τους αεροστρόβιλους του και τις συνδεδεμένες με αυτούς ηλεκτρογεννήτριες. Αυτό δίνει την δυνατότητα στον προτεινόμενο υβριδικό σταθμό να παράγει ηλεκτρισμό στην διάρκεια της ημέρας κυρίως με τα φωτοβολταΐκά πάνελ του και μετά την δύση του ηλίου, ή όποτε απαιτηθεί κατά την διάρκεια της ημέρας, με το σύστημα ηλεκτροπαραγωγής των αεροστροβίλων του περίκλειστου ηλιακού σταθμού.

 Δηλαδή κατά την διάρκεια της ημέρας, για όσο διάστημα απαιτείται, το σύστημα φραγής της ηλιακής καμινάδας (2.2) εμποδίζει τον αέρα του θερμοκηπίου να διαφύγει δια της καμινάδας ενώ τα συστήματα φραγής των αεροστροβίλων {3.3), εμποδίζουν τον αέρα του περιβάλλοντος να εισέλθει από τα ανοίγματα και να ενεργοποιήσει τα ηλεκτροπαραγωγικά συστήματα των αεροστροβίλων. Επειδή όταν συμβαίνει αυτό δεν εισέρχεται στο εσωτερικό του θερμοκηπίου ψυχρός αέρας από το περιβάλλον, ο οποίος θερμαινόμενος θα διέφευγε τελικά από την ηλιακή καμινάδα απάγοντας μέρος της αποθηκευμένης θερμικής ενέργειας του θερμοκηπίου, η εισερχόμενη ηλιακή ενέργεια αποθηκεύεται ως θερμότητα στο σύστημα θερμικής αποθήκευσης νερού και στο έδαφος του θερμοκηπίου. Η αποθηκευμένη θερμική ενέργεια είναι ελαττωμένη μόνον από τις σχετικά μικρές θερμικές απώλειες του περίκλειστου αεροστεγούς θερμοκηπίου.

 Η αποθηκευμένη αυτή θερμότητα χρησιμοποιείται, κατά την διάρκεια της νύχτας, ή και της ημέρας αν χρειαστεί, για ηλεκτροπαραγωγή από τις ηλεκτρογεννήτριες των αεροστροβίλων του που περιστρέφονται χάρις την συνεχή κυκλοφορία του ρεύματος αέρος που τις διαπερνά. Πράγματι ο αέρας μέσα στο θερμοκήπιο είναι μέρα και νύχτα θερμότερος του περιβάλλοντος αέρος και τείνει να εξέλθει από την ηλιακή καμινάδα και φυσικά αναπληρώνεται από φρέσκο αέρα του περιβάλλοντος που περιστρέφει τους αεροστροβίλους καθώς εισέρχεται από τα ανοίγματα των αεροστροβίλων.

 Έτσι ο προτεινόμενος υβριδικός σταθμός μπορεί να παράγει αδιάλειπτα ηλεκτρισμό 24 ώρες/ημέρα, καθ’ όλη την διάρκεια του έτους.

Επιπλέον ο προτεινόμενος υβριδικός σταθμός, με την βοήθεια των συστημάτων φραγής του αέρα, μπορεί να λειτουργεί έτσι ώστε να προσαρμόζει την συνολική παραγωγή ηλεκτρισμού του, από τα δύο ανεξάρτητα ηλεκτροπαραγωγικά του συστήματα, σε ένα δεδομένο προφίλ ζήτησης ανεξάρτητα από τυχαία μετεωρολογικά φαινόμενα που ελαττώνουν κατά διαστήματα την ηλιοφάνεια και επομένως και την ηλεκτροπαραγωγή από τα φωτοβολταϊκά του.

Τα φωτοβολταϊκά πάνελ του προτεινόμενου υβριδικού σταθμού απορροφούν ένα μικρό τμήμα της συνολικής ηλιακής ενέργειας που εισέρχεται στο περίκλειστο θερμοκήπιο από την διαφανή οροφή του, ενώ το μεγαλύτερο τμήμα της εισερχόμενης ηλιακής ενέργειας αποθηκεύεται ως θερμότητα στο σύστημα θερμικής αποθήκευσης και στο έδαφος κάτω από την διαφανή οροφή του. Επειδή η ημερήσια ηλεκτροπαραγωγή των αεροστροβίλων του υβριδικού σταθμού εξαρτάται από την συνολική ηλιακή ενέργεια που εισέρχεται στο θερμοκήπιο και αποθηκεύεται ως θερμότητα μέσα σε αυτό, η παρουσία των φωτοβολταΐκών πάνελ θα έχει μικρή επίδραση στην απόδοση του περίκλειστου σταθμού με ηλιακή καμινάδα.

 Δηλαδή τα δύο συστήματα μπορούν να συνυπάρχουν, αφού το πρώτο σύστημα χρησιμοποιεί μόνον ένα μέρος της άμεσης ηλεκτρομαγνητικής ακτινοβολίας του ηλιακού φωτός, ενώ το δεύτερο την θερμική ενέργεια της εισερχόμενης άμεσης και έμμεσης ηλιακής ακτινοβολίας στο θερμοκήπιο η οποία εν τέλει αποθηκεύεται στο σύστημα θερμικής αποθήκευσης νερού και το έδαφος του θερμοκηπίου .

  Με βάση αυτά που αναφέρθηκαν είναι φανερό ότι ο υβριδικός ηλιακός σταθμός με φωτοβολταϊκά πάνελ και ηλιακή καμινάδα θα έχει τα ακόλουθα πλεονεκτήματα:

        • Ο προτεινόμενος υβριδικός σταθμός θα έχει μικρότερο κόστος κατασκευής_από το άθροισμα κόστους των μονάδων του, δηλαδή του σταθμού με ηλιακή καμινάδα και του φωτοβολταΐκού πάρκου της γυάλινης οροφής του, αν αυτοί κατασκευαστούν ως ανεξάρτητοι σταθμοί, αφού χρησιμοποιούν από κοινού την ίδια διαφανή οροφή.

        • Η διατιθέμενη επιφάνεια εδάφους παράγει περισσότερη ηλεκτρική ενέργεια εάν σε αυτήν ανεγερθεί υβριδικός σταθμός αντί ενός σταθμού με απλά φωτοβολταϊκά

        • Η διάρκεια ενεργού ζωής της ηλιακής καμινάδας και μεταλλικής υποστήριξης της διαφανούς στέγης είναι αρκετές φορές μεγαλύτερες της ενεργού ζωής των φωτοβολταΐκών του σταθμού

       • Τα προηγούμενα συνεπάγονται ότι η παραγόμενη KWh από τον υβριδικό σταθμό θα έχει χαμηλότερο κόστος παραγωγής από έναν απλό σταθμό με φωτοβολταϊκά πάνελ.

       • Επιπλέον ο προτεινόμενος υβριδικός σταθμός θα παράγει ηλεκτρισμό αδιάλειπτα 24 ωρες/ημέρα, δηλαδή οι αεροστρόβιλοι μπορεί να λειτουργούν παράλληλα με τα φωτοβολταϊκά όποτε απαιτείται κατά την διάρκεια της ημέρας, ενώ μετά την δύση του ηλίου θα λειτουργούν μόνον οι αεροστρόβιλοι, χάρις την αποθηκευμένη θερμότητα στο παθητικό σύστημα του θερμοκηπίου.

       Η ηλεκτρική ενέργεια που παράγεται από τον προτεινόμενο υβριδικό σταθμό αποδίδεται σε παρακείμενο ηλεκτρικό δίκτυο μέσω κατάλληλου ηλεκτρικού υποσταθμού που μπορεί να τοποθετηθεί και στο εσωτερικό του θερμοκηπίου.

ΠΕΡΙΓΡΑΦΗ ΣΧΗΜΑΤΩΝ

Σχήμα 1. Ενδεικτικό σχήμα υβριδικού ηλεκτροπαραγωγικού σταθμού με διαφανή φωτοβολταϊκά στην οροφή του θερμοκηπίου, ηλιακή καμινάδα και τους αεροστροβίλους

                  1.1 Ηλιακή καμινάδα που συνδέεται με μια πλευρά του θερμοκηπίου 1.2 Αεροστεγές τοίχωμα που περιβάλλει το θερμοκήπιο

                  1.3 Αεροστρόβιλοι παραγωγής ηλεκτρισμού του σταθμού.

                 1.4 Διαφανής οροφή του Θερμοκηπίου

Σχήμα 2. Ενδεικτικό σχήμα τμήματος του εσωτερικού του θερμοκηπίου πλησίον της ηλιακής καμινάδας

                  2.1 Σύστημα φραγής εξερχόμενου αέρα από το θερμοκήπιο προς την είσοδο της ηλιακής καμινάδας

2.2 Σωλήνες θερμικής αποθήκευσης επί του εδάφους του θερμοκηπίου

Σχήμα 3. Ενδεικτικό σύστημα αεροστροβίλου με την ηλεκτρογεννήτρια του και το ηλεκτρομηχανικό σύστημα φραγής του εισερχόμενου αέρα

                    3.1 Αεροστρόβιλος

                    3.2 Ηλεκτρική γεννήτρια παραγωγής ηλεκτρισμού

                   3.3 Ηλεκτρομηχανικό σύστημα φραγής του ανοίγματος επί του οποίου είναι τοποθετημένος ο αεριοστρόβιλος.

Claims (1)

ΑΞΙΩΣΕΙΣ

      1. Υβριδικός ηλεκτροπαραγωγικός σταθμός με φωτοβολταϊκά και ηλιακή καμινάδα που χαρακτηρίζεται από το ότι:

            Περιλαμβάνει ηλιακή καμινάδα (1.1) και ηλιακό συλλέκτη που περιβάλλεται από αεροστεγές τοίχωμα (1.2) όπου υπάρχουν και κυκλικά ανοίγματα στα οποία τοποθετούνται συστήματα ηλεκτροπαραγωγής με αεροστρόβιλους (1.3) και σκεπάζεται από αεροστεγή διαφανή οροφή (1.4) στην οποία είναι ενσωματωμένα και διαφανή φωτοβολταϊκά ή απλά φωτοβολταϊκά αναρτημένα κάτω από αυτήν, ενώ στο έδαφος κάτω από την διαφανή οροφή του βρίσκεται σύστημα θερμικής αποθήκευσης αποτελούμενο από μαύρους σωλήνες (2.2), σάκους, ή δεξαμενές γεμάτα με νερό, και του οποίου ο ηλιακός συλλέκτης επικοινωνεί με άνοιγμα με ηλιακή καμινάδα και στο οποίο άνοιγμα υπάρχει και ηλεκτρομηχανικό σύστημα φραγής του αέρα (2.1) , ενώ στα κυκλικά ανοίγματα που είναι τοποθετημένοι οι αεροστρόβιλοι (3.1) του ηλιακού σταθμού, υπάρχουν ηλεκτρομηχανικά συστήματα φραγής του αέρα (3.3) που μπορούν να ανοίγουν ή να φράζουν τα ανοίγματα ενώ παράλληλα συνδέουν και αποσυνδέουν από το ηλεκτρικό δίκτυο τις αντίστοιχες ηλεκτρογεννήτριες (3.2) των αεροστροβίλων.