RU219597U1 - Солнечный коллектор - Google Patents

Abstract

Полезная модель относится к солнечной энергетике и может найти свое применение в широком диапазоне использования в зависимости от рабочей площади тепловоспринимающей поверхности. Задачей технического решения является повышение КПД солнечного коллектора, упрощение и удешевление конструкции. Задача достигается тем, что в предлагаемом солнечном коллекторе, содержащем параболоцилиндрический концентратор солнечной энергии, размещенный с севера на юг, адсорбер и систему слежения за солнцем, установленные на раме и выполненные с возможностью регулировки винтовой парой, Новым является то, что водонесущий шланг абсорбера уложен параллельными рядами и закреплен на раме посредством вставок, а находящуюся под шлангом поверхность рамы покрывают отражающим материалом, причем рама выполнена поворотной за счет размещенных под ней эллипсовидных воздушных шлангов, давление воздуха в которых регулируют таким образом, чтобы прямая проходящая через ось вращения рамы и абсорбера была направлена на солнце в течение суток. Весь коллектор покрывают, со стороны солнца, прозрачным жестким материалом, пропускающим видимый и ближний инфракрасный спектр излучения, но отражающим обратно собственное излучение.

Description

Полезная модель относится к солнечной энергетике и может найти свое применение в широком диапазоне использования в зависимости от рабочей площади тепловоспринимающей поверхности, а именно: от получения горячей воды для обогрева и прочих бытовых нужд до аккумуляции солнечной энергии.

Известны схемы бытовых солнечных коллекторов для нагрева воды. Как правило, они рассчитаны на длительное облучение (от 8 до 12 часов в сутки) при ясной погоде (Р.А. Ильин, Н.Д. Шишкин, Комплексная оценка эффективности и создание экспериментальной солнечной водонагревательной установки Альтернативная энергетика и экология. №3, 2013).

Недостатком данных систем является отсутствие системы слежения за солнцем, что существенно снижает их КПД. Традиционно этот недостаток преодолевается фокусированием излучения солнца зеркально-линзовой оптикой. В случае бытового коллектора используют отражающую поверхность, собирающую солнечные лучи на тепловоспринимающей поверхности.

К сожалению, в приведенных аналогах либо не выполняется полное фокусирование солнечных лучей, т.е. он имеют низкий КПД, либо системы крайне сложны и дорогостоящи в основном из-за следящих за солнцем систем.

Известен солнечный фотоэлектрический коллектор с параболоцилиндрическим концентратором, содержащий приемник, расположенный в фокальной области с охлаждающим устройством, и систему слежения (Ж.И. Алферов. Фотоэлектрическое преобразование концентрированного солнечного излучения. Ленинград. Наука. 1989. с. 302).

Недостатком известного солнечного коллектора является сложность конструкций и малоэффективность слежения модуля за Солнцем, заключающаяся в том, что при значительном отклонении положения солнца от наивысшей точки подъема (восход и заход) значительная часть его лучей не попадает на тепловоспринимающую поверхность.

Наиболее близким к заявляемому является патент №2300058 «Параболоцилиндрический концентратор солнечной энергии с адсорбером и системой слежения за солнцем», в котором предлагается параболоцилиндрический концентратор солнечной энергии с абсорбером и системой слежения за солнцем, содержащий концентратор, расположенный в направлении с севера на юг, привод механизма поворота, обеспечивающего максимальную мощность концентратора независимо от склонения солнца, причем концентратор солнечной энергии выполнен таким образом, что размещенный в его фокусе абсорбер не создает тень в рабочей зеркальной зоне и позволяет разместить ось поворота концентратора в центре тяжести всей системы, при этом абсорбер представляет собой малый параболоцилиндрический концентратор с малым фокусным расстоянием, причем фокусы концентратора и малого параболоцилиндрического концентратора не совпадают; между ними расположен приемник с теплоносителем, а система слежения за солнцем по азимуту и углу места его, основанная на расчетно-постоянных характеристиках, которые соответствуют географическому месту установки концентратора и изменению высоты солнца в течение дня с учетом времени года, обеспечивает необходимую скорость вращения вокруг полярной оси и представляет собой реверсивный механический привод, вращающий винтовую пару, к гайке которой жестко закреплена зубчатая рейка, при перемещении которой поворачивается зубчатый сектор, закрепленный на оси поворота концентратора и одновременно поворачивающий штангу по копиру, который контролирует дневное изменение высоты солнца, а изменение высоты солнца по временам года обеспечивается винтовой парой, шарнирно установленной в опорных стойках, винт которой связан с копиром, для получения максимального количества энергии светового потока, повышения точности и надежности.

Недостатком данного технического решения является крайняя сложность конструкции и управления, которая снижает надежность данного устройства, а также низкий КПД. Кроме того, в силу выше означенного, данное устройство лишено прозрачного покрытия, которое защищает нагреваемую жидкость от конвективных потерь, т.е. не соблюдается эффект парника. Что серьезно снижает эффективность коллектора при ветре и дожде.

Задачей полезной модели является повышение КПД солнечного коллектора, упрощение и удешевления конструкции тепловоспринимающей поверхности.

Задача достигается тем, что в предлагаемом солнечном коллекторе, содержащем параболоцилиндрический концентратор солнечной энергии, размещенный с севера на юг, адсорбер и систему слежения за солнцем, установленные на раме и выполненные с возможностью регулировки винтовой парой. Новым является то, что водонесущий шланг абсорбера уложен параллельными рядами и закреплен на раме посредством вставок, а находящуюся под шлангом поверхность рамы, покрывают отражающим материалом, причем рама выполнена поворотной за счет размещенных под ней эллипсовидных воздушных шлангов, давление воздуха в которых регулируют таким образом, чтобы прямая проходящая через ось вращения рамы и абсорбера была направлена на солнце в течение суток. Весь коллектор покрывают, со стороны солнца, прозрачным жестким материалом, пропускающим видимый и ближний инфракрасный спектр излучения, но отражающим обратно собственное излучение.

Техническое решение поясняется чертежами.

На фиг. 1 представлен вид предлагаемого солнечного коллектора (вид сверху).

На фиг. 2 представлена схема солнечного коллектора с концентратором (вид в разрезе).

На фиг. 3 представлена схема падения и концентрации солнечных лучей на абсорбер (тепловоспринимающую поверхность до несущего шланга) солнечного коллектора в вариантах прямого положения (солнце в высшей точке эклиптики) и поворота вслед за солнцем отражающей поверхности и абсорбера (вид в разрезе).

Солнечный коллектор состоит из параболоцилиндрического концентратора солнечной энергии, размещенного с севера на юг, адсорбера и системы слежения за солнцем, установленные на вращающуюся раму 1. Система слежения представляет собой раму 1, размещенную на несущей платформе 2, которая устанавливается под углом 90 градусов к эклиптике, винтовой парой 3, регулирующей положение платформы2 в плоскости эклиптики в данное время года и в данной местности. На вращающейся раме 1 размещен водонесущий гибкий шланг 4 черного цвета, уложенный параллельными рядами на несущую поверхность этой рамы 1 в направлении с севера на юг и играющий роль абсорбера который крепится к этой раме тонкими вставками 5 из малотеплопроводного прочного материала (например, фанера). Находящаяся под шлангом поверхность вращающейся рамы 1, имеет параболоцилиндрическую форму, покрытую отражающим материалом, например алюминиевой фольгой, с расчетом отражения солнечных лучей на максимальную поверхность водонесущего шланга 4, т.е. является параболоцилиндрическим концентратором. Сама рама 1 выполняется из твердого, но легкого материала (например, из алюминия, дерева, пластика). Для слежения за солнцем в течение дня рама 1, к которой прикреплены абсорбер и концентратор, выполнена с возможностью наклона с помощью винтовой пары 3, относительно оси 6 и проложенных под ней эллипсовидных воздушных шлангов 7, давление воздуха в которых регулируется таким образом, чтобы прямая 8, проходящая через ось вращения рамы и абсорбера, была направлена на солнце, что достигается программой работы компрессора (установлен в отапливаемом помещении, на фигуре не показано) накачивающего, попеременно, в правый и левый шланги 7, воздух. Кроме того, для сведения практически к нулю потери тепла всем устройством за счет конвекции и обратного излучения, все устройство покрывается прозрачной, в видимом и ближнем инфракрасным диапазонах излучения, жестким покрытием 9 (например, поликарбонатом).

Работает предлагаемое устройство следующим образом.

Предварительно платформа 2, несущая вращающуюся раму 1, солнечного коллектора выставляется таким образом, чтобы оси вращения 6 поверхности рамы 1, покрытые отражающим материалом, были перпендикулярны эклиптике в данное время при помощи винтовой пары 3. По воздушным шлангам 7 пропускается воздух так, чтобы ось 8, проходящая через центр абсорбера (водонесущие шланги 4), была направлена на Солнце. Через водонесущие шланги 4 пропускается вода, а давление воздуха в воздушных шлангах 7 регулируется таким образом, что прямая 8, проходящая через ось вращения рамы и центр абсорбера была направлена на солнце, что достигается программой работы компрессора (на фигуре не показано) накачивающего, попеременно в них воздух, с заходом солнца система отключается, а вода из водонесущих шлангов 4 сливается.

Пример конкретного выполнения. Были проведены эксперименты по установке данного устройства на крышу дачного дома с прокачкой воды по водонесущим шлангам с потоком 5 литров в секунду. Водонесущие шланги выполнялись из резины черного цвета, диаметром 10 см. Поддерживающие их вставки изготовлены из пятислойной фанеры, толщиной 5 мм, расположенные через 25 см друг от друга. Поверхность рамы под водонесущим шлангом покрывалась алюминиевой фольгой. Также все устройство со стороны Солнца покрывалось поликарбонатом. Испытания проводились в солнечный день июля и в пасмурный день августа. При этом измерялась температура нагреваемой воды в начале и в конце светового дня. Данные представлены в таблице 1.

Таким образом, по сравнению с устройствами лишенными отражателей, фокусирующими излучение солнца на абсорбирующую поверхность, предлагаемое устройство обладает повышенным КПД, а по сравнению с устройствами, обладающими развитыми фокусирующими и наводящими на солнце приспособлениями, предлагаемое устройство проще и надежнее.

Claims (1)

1. Солнечный коллектор, содержащий параболоцилиндрический концентратор солнечной энергии, размещенный с севера на юг, адсорбер и систему слежения за солнцем, установленные на раме и выполненные с возможностью регулировки наклона с помощью винтовой пары, отличающийся тем, что водонесущий шланг уложен параллельными рядами и закреплен на раме посредством вставок, а находящуюся под шлангом поверхность рамы покрывают отражающим материалом, причем рама выполнена поворотной за счет размещенных под ней эллипсовидных воздушных шлангов, давление воздуха в которых регулируют таким образом, чтобы прямая проходящая через ось вращения рамы и абсорбера была направлена на солнце.

Images