Saules enerģijas kolektors ar divdaļīgu absorberi Izgudrojuma aprakstsDESCRIPTION OF THE INVENTION
Izgudrojums attiecās uz individuālām, Saules kustībai sekojošām saules enerģijas kolektoru ierīcēm ar enerģijas koncentratoriem (spoguļu atstarotājiem), kuras absorbē koncentrētu Saules enerģiju un pārvērš to siltumā, piemēram, sasildot ūdenī. Šāda tipa ierīcēs saules enerģijas kolektora absorbers tiek griezts Saules kustības virzienā tā, lai Saules stari kristu vienmēr perpendikulāri uz tā virsmas, tādā veidā panākot, ka iekārta visu dienas laiku darbojas ar maksimāli iespējamo jaudu un saražo maksimāli iespējamo siltuma enerģijas daudzumu.The invention relates to individual solar collector devices that follow the movement of the sun and incorporate energy concentrators (mirror reflectors) that absorb concentrated solar energy and convert it into heat, for example by heating in water. In this type of device, the absorber of the solar collector is rotated in the direction of the sun's motion so that the rays of the sun always fall perpendicular to its surface, thus ensuring that the unit operates at maximum power and produces the maximum amount of heat energy throughout the day.
Ir zināmas Saules kustībai sekojošas saules enerģijas kolektora ierīces ar atstarotājiem, piemēram, iekārta LR patentā LV 13549, kura sastāv (Fig.la un Fig.lb) no taisnstūra veida rāmja 1, kura vienā galā starp sānu sijām perpendikulāri rāmja plaknei iestiprināts plakans, abpusējs saules kolektors 2, bet otrā galā - rāmja sānos, uz abām pusēm izvietoti atstarotāji (spoguļi) 3. Divu rāmja šķērssiju 4 viduspunktos izveidoti gultņi, kuros ievietoti ass 5 gali 6. Ass 5 tās viduspunktā nostiprināta uz reduktora 7 sekundārās vārpstas 8 nekustīgi un ir tai perpendikulāra. Reduktors savukārt nostiprināts uz cilindriskas statnes 9 tā, lai sekundārās vārpstas slīpuma leņķis attiecībā pret horizontu būtu vienāds ar vietas platuma grāda leņķi. Lai griežoties ap slīpu asi kolektors un spoguļi nesasvērtos uz sāniem, rāmis iestiprināts dakšā, kuras gredzens 10 uzmaukts uz statnes 9, bet zaru 11 augšējie gali uzmaukti uz rāmja sanu sijās iestiprinātām asīm 12. Ierīces rāmja griešanai, tas ir, kolektora un spoguļu orientēšanai uz Sauli, kalpo rāmja stāvokļa sensors 13 un automātikas bloks (Fig.l nav parādīts).Solar collector devices with reflectors following the movement of the sun are known, for example, a device in the patent LV 13549 of the Republic of Latvia consisting of (Figs. La and Fig. Lb) rectangular frame 1 with a flat, reciprocal solar collector 2 and reflectors (mirrors) on both sides of the frame at the other end 3. Bearings formed at the center of two frame cross members 4 with axle 5 ends 6. Axle 5 at its center fixed on gear unit 7 secondary shaft 8 perpendicular to it. The gear unit, in turn, is mounted on a cylindrical rack 9 so that the angle of inclination of the secondary shaft relative to the horizon is equal to the angle of the latitude. In order to prevent the collector and mirrors from rotating about an oblique axis sideways, the frame is mounted on a fork whose ring 10 is mounted on a rack 9 and the upper ends of the tines 11 are mounted on axles 12 mounted on the side rails of the frame. The sun is served by the frame position sensor 13 and the automation unit (Fig. 1 not shown).
Pētot apskatītās ierīces tehniskos rādītājus (Fig.2) noskaidrojās, ka izvietojot katrā rāmja pusē vairākus spoguļus, to darbības efektivitāte samazinās ar katru nākošo spoguli. Tam par iemeslu ir arvien pieaugošais staru krišanas leņķis (leņķis starp kolektora absorbera virsmas normāli un staru), kā rezultātā, liela starojuma enerģijas daļa atstarojas no kolektora stikla un vairāku spoguļu uzstādīšana rindā kļūst nelietderīga. Protams, staru krišanas leņķi var samazināt, palielinot rāmja garumu, bet tas palielina ierīces svaru un gabarītus, prasa augstāku orientēšanas precizitāti, un samazina darbības stabilitāti ārējo faktoru (vēja) iedarbības rezultātā.Examining the technical characteristics of the examined device (Fig.2), it is clear that placing several mirrors on each side of the frame decreases their efficiency with each subsequent mirror. This is due to the ever increasing incident angle of the beam (the angle between the normal and the beam of the collector absorber surface), which results in a large amount of radiation energy reflecting from the collector glass and rendering multiple mirrors rowless. Of course, the angle of incidence of the beams can be reduced by increasing the length of the frame, but this increases the weight and dimensions of the device, requires higher orientation accuracy, and reduces operational stability due to external factors (wind).
Tehniskais uzdevums, ko risina piedāvātais izgudrojums, ir palielināt enerģijas koncentrāciju uz absorbera virsmas, šim nolūkam palielinot atstarojošo spoguļu skaitu un laukumu. Tādējādi izgudrojuma mērķis ir uzlabot ierīces tehniskos rādītājus.The technical problem solved by the present invention is to increase the energy concentration on the absorber surface by increasing the number and area of the reflecting mirrors. Thus, the object of the invention is to improve the technical characteristics of the device.
Piedāvātā izgudrojumā izvirzītais mērķis tiek sasniegts sekojoši. Saules enerģijas kolektors ar divdaļu absorberi (Fig.3) veidots no rāmja 1, kolektora 2, abpusēja absorbera 3, pārseguma (stikla) 4, sijas 5, atstarotājiem (spoguļiem) 6 un piedziņas mehānisma 7. Piedziņas mehānisms griež rāmi orientējot kolektoru un spoguļus uz Sauli. Šī kolektora absorbers izveidots no divām daļām, kuras kolektorā viena attiecībā pret otru novietotas zem noteikta leņķa (Fig.3, leņķis A) un to darba virsmas vērstas uz atstarotāju (spoguļu) pusi. Leņķis starp absorbera daļam izvēlēts tā, lai no spoguļiem atstarotie stari uz šo lokšņu virsmām kristu zem iespējami mazāka leņķa. Piemēram, ja uz katru pusi rindā novietoti 3 spoguļi, tad leņķis A izvēlēts tā, lai no otrā spoguļa stari atstarotos perpendikulāri uz attiecīgā absorbera loksnes virsmas.The object of the present invention is achieved as follows. Solar energy collector with two-part absorber (Fig.3) consists of frame 1, collector 2, double absorber 3, cover (glass) 4, beams 5, reflectors (mirrors) 6 and drive mechanism 7. The drive mechanism rotates the frame by orienting the collector and mirrors to the sun. The absorber of this manifold is made up of two parts, which are arranged at a certain angle (Fig. 3, angle A) with respect to each other and facing the reflectors (mirrors) of their working surfaces. The angle between the parts of the absorber is chosen such that the rays reflected from the mirrors fall to the lowest possible angle on the surfaces of these sheets. For example, if 3 mirrors are placed on each side, the angle A is chosen so that the rays of the second mirror are reflected perpendicularly to the surface of the respective absorber sheet.
Kolektora un absorbera daļu priekšpuse vērsta uz Sauli un tās stari krīt perpendikulāri uz absorbera priekšējās virsmas. Saules staru atstarojums no stikla virsmas ir minimāls. Izejot cauri stiklam, saules stari nonāk uz absorbera virsmas, kas attiecībā pret staru vērsta zem noteikta leņķa. Pateicoties tam, ka absorbera virsmas absorbcijas koeficients parasti ir 95 % un lielāks, tad no absorbera daļu virsmām atpakaļ uz stiklu atstarojas neliels enerģijas daudzums, kas savukārt,atstarojoties no stikla, nonāk atpakaļ uz absorbera otras daļas virsmas. Tādējādi enerģijas zudumi, kas rodas divu lokšņu absorbera frontālajā pusē,ir niecīgi, salīdzinot ar ieguvumu, ko dod spoguļu skaita un to virsmas laukumu palielināšana.The front of the collector and absorber parts face the Sun and its rays fall perpendicular to the front surface of the absorber. The sun's reflection from the glass surface is minimal. As it passes through the glass, the sun's rays reach the surface of the absorber, which is directed at a certain angle to the beam. Due to the fact that the absorption coefficient of the absorber surface is usually 95% and higher, a small amount of energy is reflected from the surfaces of the absorber parts back to the glass, which in turn is reflected back to the other part of the absorber. Thus, the energy losses on the front side of the two-sheet absorber are negligible compared to the benefits of increasing the number of mirrors and their surface areas.