PL220165B1 - Płyta absorbera solarnego z tworzywa polimerowego - Google Patents

Description

Opis wynalazku

Przedmiotem wynalazku jest płyta absorbera solarnego z tworzywa polimerowego, znajdująca zastosowanie jako element do pozyskiwania energii ze źródeł odnawialnych, zwłaszcza absorbowania promieniowania słonecznego z wykorzystaniem samonośnych pokryć dachowych w postaci kolektorów słonecznych termicznych i paneli fotowoltaicznych.

Znane są płyty komorowe, wykonane z blend politlenku fenylu, poliwęglanu lub innych polimerów, wykorzystywane jako elementy paneli fotowoltaicznych, kolektorów słonecznych termicznych, względnie kolektorów pomp ciepła w formie samonośnych pokryć dachowych lub elewacyjnych.

Z prawa ochronnego chińskiego CN 201 411 839 znana jest płyta falista z laminatu drewna stanowiąca połączenie absorbera termicznego i absorbera fotowoltaicznego. Na wypukłych fragmentach pofałdowań płyty nałożone są diody fotowoltaiczne, na wklęsłych fragmentach pofałdowań nałożona jest warstwa odbijająca promieniowanie słoneczne, które skupiane jest na zewnętrznej rurce przytwierdzonej do płyty. Płyta nie posiada wewnętrznych kanalików umożliwiających przepływ czynnika grzejnego. Konstrukcja płyty jest skomplikowana i nie daje możliwości jednoczesnego wykorzystania całej powierzchni jako absorbera termicznego i absorbera fotowoltaicznego. Płyta, pomimo budowy falistej nie zapewnia kompensacji rozszerzalności termicznej wzdłuż osi przepływu czynnika grzejnego, co może stanowić znaczne utrudnienie włączeniu obiegu hydraulicznego.

Znana jest, na przykład z chińskiego wzoru użytkowego CN 201 695 587 wielowarstwowa płyta falista z polimeru, zawierająca blachę aluminiową, pełniąca funkcję panelu fotowoltaicznego.

Konstrukcja ta nie ma budowy komorowej, a zatem nie daje możliwości wykorzystania ciekłego medium grzewczego.

Z opisu patentowego niemieckiego DE 19800777 A1 znana jest transparentna warstwa izolacji cieplnej w formie płyty wielowarstwowej z wewnętrzną strukturą falistą każdej z warstw. Zadaniem takiej płyty jest zatrzymywanie ciepła słonecznego i ogrzewanie pokrytej nią elewacji. Konstrukcja płyty nie umożliwia kompensacji rozszerzalności termicznej.

Z patentu US 5338369 A1 znana jest komorowa płyta polimerowa stanowiąca podłoże panelu fotowoltaicznego. Konstrukcja panelu w opinii autorów wynalazku umożliwia wykonanie nieprzemakalnego pokrycia dachowego mogącego zastąpić tradycyjne dachówki lub gonty. Jednak w warunkach otoczenia, arkusze płyt o wskazanych wymiarach będą ulegały bardzo znaczącym deformacjom termicznym. Brak możliwości kompensacji rozszerzalności termicznej płyt jak we wskazanym rozwiązaniu, z pewnością doprowadzi do powstania uszkodzeń samego panelu PV jak i połączeń elektrycznych oraz konstrukcyjnych. W praktyce nawet stosunkowo niewielkie płyty paneli fotowoltaicznych przytwierdzane są do podłoża skomplikowanym systemem mocowań. Znane są liczne rozwiązania dotyczące takich systemów, na przykład z patentów: US 20090320907 A1, US 7774998 B2, EP 2434230 A2, US 20110138711 A1. Elementy te podnoszą koszt instalacji PV, przez co znacząco wpływają na jednostkową cenę energii elektrycznej.

W przypadku zastosowania dużych formatów płyt polimerowych jako samonośnych pokryć dachowych w postaci kolektorów słonecznych lub paneli BIPV, mocowanie do konstrukcji wsporczej stanowi jeszcze większy problem. Wynika on ze znacznej rozszerzalności termicznej płyt polimerowych, przez co wymagane są specjalnej konstrukcji elementy złączne i mocujące, jak na przykład znane ze zgłoszenia wynalazku polskiego P.392278. Jednak przy dużych różnicach temperatur oddziałujących na płyty, szczególnie w przypadku oblodzenia stykających się powierzchni, dotychczas stosowane systemy połączeń często bywają awaryjne.

Celem wynalazku jest opracowanie uniwersalnej konstrukcji płyty przydatnej do budowy paneli fotowoltaicznych lub kolektorów słonecznych termicznych, która przy prostej budowie zapewni samoczynną kompensację wydłużeń termicznych, umożliwiając wykonanie pokryć solarnych o różnych możliwościach konfiguracji i prostym mocowaniu do podłoża.

Istota wynalazku polega na tym, że płyta absorbera o postaci arkusza wielobocznego, zasadniczo czworobocznego, z tworzywa polimerowego z co najmniej jedną warstwą kanalików ma w części centralnej kształt falisty, utworzony przez co najmniej dwa wygięcia rozciągające się na całej jego szerokości, przy czym oś wzdłużna tych wygięć usytuowana jest poprzecznie względem osi wzdłużnych kanalików.

Najlepiej jest, gdy arkusz płyty ma na swojej długości regularnie rozmieszczone wygięcia, tworzące zarys fali o powtarzalnych okresach.

PL 220 165 B1

Dla rozszerzenia możliwości kompozycyjnych pokryć solarnych z płyt celowym jest takie wykonanie poszczególnych arkuszy, w którym osie wzdłużne wygięć, pokrywające się z przebiegiem szczytów wygięć, usytuowane są względem osi wzdłużnych kanalików pod kątem od 60° do 120°.

W najprostszym wykonaniu kąt tego nachylenia wynosi 90°.

Najbardziej pożądanym jest, aby wygięcia rozmieszczone na długości arkusza miały w widoku bocznym zarys sinusoidy, dzięki czemu następuje łagodne zginanie kanalików na ich długości bez załamań, które w przypadku wykorzystania płyty do budowy kolektorów cieczowych utrudniałyby przepływ cieczy przez kanaliki.

Możliwym jest również takie ukształtowanie tych wygięć, w którym w widoku z boku na arkusz tworzą zarys trapezowy, lub trójkątny, niewiele odbiegający własnościami od sinusoidalnego.

Najkorzystniejszym zastosowaniem płyt z wygięciami są kolektory słoneczne i/lub panele fotowoltaiczne.

Zasadniczą zaletą płyt według wynalazku jest możliwość pełnej kompensacji odkształceń termicznych poprzez zwiększenie strzałki wygięć, co umożliwia sztywne mocowanie płyt do podłoża niezależnie od ich długości. Odpowiednie ukształtowanie arkuszy pozwala na zastosowanie najprostszych technik montażu, identycznych jak dla arkuszy z dachówek blaszanych, czy też polimerowych wykładzin elewacyjnych typu siding. Przy czym możliwe jest wykonanie tych arkuszy na wymiar odpowiadający założonej kompozycji architektonicznej, temu również służą różne kształty w widoku bocznym wygięć arkuszy. Płyty według wynalazku mogą znaleźć pełne zastosowanie zarówno jako kolektory słoneczne termiczne, względnie kolektory pomp ciepła, jak i panele BIPV, będące jednocześnie samonośnymi pokryciami dachowymi lub elewacyjnymi. Dodatkową zaletą płyt według wynalazku jest możliwość budowy paneli BIPV z obiegiem cieczy chłodzącej, umożliwiających synergiczną absorpcję energii słonecznej w postaci ciepła i elektryczności.

Wynalazek został bliżej objaśniony w przykładzie wykonania na rysunku, gdzie na fig. 1 pokazano widok perspektywiczny fragmentu płyty z wygięciami sinusoidalnymi, na fig. 2 widok perspektywiczny fragmentu płyty z różnymi usytuowaniami wygięć w stosunku do przebiegu kanalików, na fig. 3

- fragment płyty według wynalazku z wygięciami trapezowymi w widoku perspektywicznym, a na fig. 4

- fragment pyty według wynalazku z wygięciami trójkątnymi, również w widoku perspektywicznym.

Płyta (fig. 1) wykonana jest w postaci arkusza 1 z tworzywa polimerowego o zarysie czworoboku z jedną warstwą kanalików 2, przez które może być przeprowadzana ciecz, względnie mogą być wypełnione powietrzem. Na swej długości L arkusz 1 ma rozmieszczone regularnie wygięcia 3 na całej szerokości S, układające się w widoku z boku w kształt zarysu sinusoidalnego, przy czym osie wzdłużne O₁ wygięć 3 usytuowane są pod kątem α prostym względem osi wzdłużnych O₂ kanalików 2. Jak pokazano na fig. 2 wygięcia 3 mogą mieć różny przebieg w stosunku do kanalików 2. Może być zatem sytuacja, szczególnie w wykonaniu odpowiadającym pokryciom dachowym, w której osie wzdłużne O₁ wygięć 3 są nachylone do osi wzdłużnych O₂ kanalików 2 pod kątem α mieszczącym się w przedziale od 60° do 120°. Przy czym wygięcia 3 mogą w widoku z boku mieć kształt trapezu (fig. 3), natomiast w innym wykonaniu mogą w widoku z boku mieć kształt trójkątny (fig. 4).

Opisane powyżej przykładowe wykonania płyty absorbera nie wyczerpują wszystkich możliwości ich ukształtowania, które może być dobierane w zależności od potrzeb. Profil wygięć może być zbliżony do zarysu owalnego lub wielokątnego, jednakże te wygięcia zawsze winny być odpowiednio usytuowane względem kanalików płyty.

Claims (7)

1. Płyta absorbera solarnego z tworzywa polimerowego, mająca postać arkusza wielobocznego, zasadniczo czworobocznego, z kanalikami pomiędzy powierzchniami górną i dolną, znamienna tym, że arkusz (1) w części centralnej ma kształt falisty utworzony przez co najmniej dwa wygięcia (3) rozciągające się na całej jego szerokości (S), przy czym osie wzdłużne (O1) tych wygięć (3) usytuowane są poprzecznie względem osi wzdłużnych (O₂) kanalików (2).

2. Płyta według zastrz. 1, znamienna tym, że arkusz (1) ma na swej długości (L) regularnie rozmieszczone wygięcia (3), tworzące zarys fali o powtarzalnych okresach.

3. Płyta według zastrz. 1 albo 2, znamienna tym, że osie wzdłużne (O1) wygięć (3) usytuowane są pod kątem (α) względem osi wzdłużnych (O₂) kanalików (2) w zakresie kątowym od 60° do 120°.

PL 220 165 B1

4. Płyta według zastrz. 3, znamienna tym, że osie wzdłużne (O1) wygięć (3) usytuowane są względem osi wzdłużnych (O₂) kanalików (2) pod kątem (α) równym 90°.

5. Płyta według zastrz. 3, znamienna tym, że wygięcia (3) tworzą w widoku bocznym zarys zbliżony do sinusoidy.

6. Płyta według zastrz. 3, znamienna tym, że wygięcia (3) tworzą w widoku bocznym zarys zbliżony do trapezu, względnie trójkąta.

7. Płyta według jednego z zastrz. 1 do 6, znamienna tym, że znajduje najkorzystniejsze zastosowanie w kolektorach termicznych słonecznych i/lub w panelach fotowoltaicznych.