RU2738738C1 - Planar roof panel with corrugated thermal photodetector - Google Patents

Planar roof panel with corrugated thermal photodetector Download PDF

Info

Publication number
RU2738738C1
RU2738738C1 RU2020127742A RU2020127742A RU2738738C1 RU 2738738 C1 RU2738738 C1 RU 2738738C1 RU 2020127742 A RU2020127742 A RU 2020127742A RU 2020127742 A RU2020127742 A RU 2020127742A RU 2738738 C1 RU2738738 C1 RU 2738738C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
panel
corrugated
thermal
roof
photodetector
Prior art date
Application number
RU2020127742A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Владимир Анатольевич Панченко
Original Assignee
Федеральное государственное бюджетное научное учреждение "Федеральный научный агроинженерный центр ВИМ" (ФГБНУ ФНАЦ ВИМ)
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Федеральное государственное бюджетное научное учреждение "Федеральный научный агроинженерный центр ВИМ" (ФГБНУ ФНАЦ ВИМ) filed Critical Федеральное государственное бюджетное научное учреждение "Федеральный научный агроинженерный центр ВИМ" (ФГБНУ ФНАЦ ВИМ)
Priority to RU2020127742A priority Critical patent/RU2738738C1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2738738C1 publication Critical patent/RU2738738C1/en

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02S—GENERATION OF ELECTRIC POWER BY CONVERSION OF INFRARED RADIATION, VISIBLE LIGHT OR ULTRAVIOLET LIGHT, e.g. USING PHOTOVOLTAIC [PV] MODULES
    • H02S10/00—PV power plants; Combinations of PV energy systems with other systems for the generation of electric power
    • H02S10/30—Thermophotovoltaic systems
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02B—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO BUILDINGS, e.g. HOUSING, HOUSE APPLIANCES OR RELATED END-USER APPLICATIONS
    • Y02B10/00—Integration of renewable energy sources in buildings
    • Y02B10/10—Photovoltaic [PV]
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02B—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO BUILDINGS, e.g. HOUSING, HOUSE APPLIANCES OR RELATED END-USER APPLICATIONS
    • Y02B10/00—Integration of renewable energy sources in buildings
    • Y02B10/20—Solar thermal
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E10/00—Energy generation through renewable energy sources
    • Y02E10/50—Photovoltaic [PV] energy

Abstract

FIELD: construction.SUBSTANCE: invention relates to construction, in particular to corrugated thermal photodetector built into structural elements of roofs of buildings and serves to convert solar radiation into thermal energy. Corrugated thermal photoreceiver has inclination angle of corrugated surface equal to 90°, and selective coating for reduction of optical losses, is a guiding cavity for heat carrier flow. Panel body made of polymer material, in form of roof with locks and hydraulic nozzles for direct connection of panels to each other, has face glazing for gas heat insulation, rear heat insulation in the form of an air gap, a heat carrier flow divider, a thin slot along the entire length of the panel housing for the corrugated thermal photodetector attachment.EFFECT: technical result consists in providing complete hydraulic protection of roof.1 cl, 2 dwg

Description

Изобретение относится к сельскому хозяйству, в частности к теплоснабжению объектов сельскохозяйственного и индивидуального назначения в автономном режиме или параллельном с существующей тепловой сетью, служит для преобразования солнечного излучения в тепловую энергию и встраивается в конструкционные элементы крыш зданий и сооружений.The invention relates to agriculture, in particular to heat supply of agricultural and individual objects in an autonomous mode or parallel to the existing heating network, serves to convert solar radiation into thermal energy and is embedded in structural elements of roofs of buildings and structures.

Известна кровельная панель с солнечным модулем, в состав которой входит корпус в виде криволинейной поверхности, фотоэлектрические преобразователи и кабель токосъема (патент РФ № 2194827, МПК E04D 13/18, 20.12.2002 г.). Фотоэлектрические преобразователи, скоммутированные в фотоэлектрический модуль, размещаются на утопленном относительно верхней поверхности панели основании на глубине 20 мм и защищены до верхней поверхности основания герметизирующей отверждающей композицией, уровень пропускания солнечного излучения которой не менее 30% в диапазоне работы фотоэлектрических преобразователей. Known roofing panel with a solar module, which includes a body in the form of a curved surface, photoelectric converters and a current collection cable (RF patent No. 2194827, IPC E04D 13/18, 20.12.2002). Photovoltaic converters connected to a photovoltaic module are placed on a base recessed relative to the upper surface of the panel at a depth of 20 mm and protected to the upper surface of the base with a sealing curing composition, the level of solar radiation transmission of which is not less than 30% in the range of operation of photovoltaic converters.

Недостатком известной кровельной панели с солнечным модулем является отсутствие возможности использования тепловой энергии, эффективность преобразования которой из солнечной энергии значительно выше, чем преобразование в электрическую энергию, что ведёт к необходимости дополнительной установки солнечного теплового модуля для горячего водоснабжения и отопления зданий. Также важным недостатком известной кровельной панели является отсутствия крепления к конструкционным элементам кровли и использования в качестве корпуса материал, отличающийся от вторичного пластика, что удорожает изготовление панели.The disadvantage of the known roof panel with a solar module is the lack of the possibility of using thermal energy, the conversion efficiency of which from solar energy is much higher than conversion to electrical energy, which leads to the need for additional installation of a solar thermal module for hot water supply and heating of buildings. Also an important disadvantage of the known roofing panel is the lack of attachment to structural elements of the roof and the use of a material as a body that differs from recycled plastic, which increases the cost of manufacturing the panel.

Известна гибридная кровельная солнечная панель, в которой наряду с электрической энергией на выходе из панели потребитель получает и тепловую энергию в виде нагретого теплоносителя (патент РФ № 2612725, МПК H02S 10/30, 13.03.2017 г.). Количество фотоэлектрических преобразователей в известной кровельной солнечной панели снижено благодаря использованию концентратора солнечного излучения, а отводимое от фотоэлектрических преобразователей тепло нагревает теплоноситель, который протекает через металлопластиковую трубку, которая размещена в корпусе кровельной панели непосредственно за фотоэлектрическими преобразователями.A hybrid roofing solar panel is known, in which, along with electrical energy at the exit from the panel, the consumer also receives thermal energy in the form of a heated coolant (RF patent No. 2612725, IPC H02S 10/30, 03/13/2017). The number of photovoltaic converters in the known roofing solar panel is reduced due to the use of a solar radiation concentrator, and the heat removed from the photovoltaic converters heats the heat carrier, which flows through a metal-plastic tube, which is located in the roofing panel housing directly behind the photovoltaic converters.

Недостатками известной гибридной кровельной солнечной панели являются высокие материалоёмкость и вес, что увеличивает стоимость сооружения и массу, действующую на его крышу, что необходимо учитывать при проектировании здания, большая глубина модуля ограничивает область применения известных кровельных панелей ввиду специфичности требований к конструкционным и нестандартным элементам крыши, низкая надёжность крепления кровельных панелей, так как при ветровой нагрузке есть риск отрыва, смещения и деформации кровельных панелей, что необходимо учитывать при их большой массе, низкая температура теплоносителя, высокой величины которой будет сложно добиться из-за плохого теплового контакта с фотоэлектрическими преобразователями, а также низкого коэффициента теплопроводности используемых металлопластовых труб и материала корпуса, что будет являться причиной высоких тепловых потерь и низкой температуры нагрева теплоносителя. Также недостатками солнечных панелей является сложность установки и крепления панелей при использовании единичной металлопластиковой трубы для всех панелей, отсутствие возможности использования термосифонного эффекта и движения теплоносителя под действие силы тяжести из-за горизонтального расположения теплосъёмных труб.The disadvantages of the well-known hybrid roofing solar panel are high material consumption and weight, which increases the cost of the structure and the weight acting on its roof, which must be taken into account when designing a building, the large depth of the module limits the scope of application of the known roofing panels due to the specific requirements for structural and non-standard roof elements, low reliability of fastening of roofing panels, since under wind load there is a risk of tearing, displacement and deformation of roofing panels, which must be taken into account with their large mass, low temperature of the coolant, a high value of which will be difficult to achieve due to poor thermal contact with photovoltaic converters, and also a low coefficient of thermal conductivity of the used metal-plastic pipes and body material, which will cause high heat losses and low heating temperature of the coolant. Also, the disadvantages of solar panels are the complexity of installing and fixing the panels when using a single metal-plastic pipe for all panels, the inability to use the thermosiphon effect and the movement of the coolant under the action of gravity due to the horizontal arrangement of heat removal pipes.

Наиболее близким по технической сущности к изобретению (прототипом) является солнечный коллектор, который используется как элемент кровли крыши здания и служит для нагрева теплоносителя и состоит из корпуса и тепловоспринимающего элемента, который представляет собой металлический лист с развитой поверхностью, обращенной к теплоносителю (патент РФ № 2183801, МПК F24J 2/04, F24J 2/22, 20.06.2002 г.). На корпусе солнечного коллектора имеются крепления для соединения коллекторов между собой, а также для крепления их к каркасу крыши. В составе известного солнечного коллектора используется устройство, тепловоспринимающий элемент которого занимает почти весь объем теплообменника, однако тепловоспринимающий элемент (трубы) занимает только часть поверхности крыши.The closest in technical essence to the invention (prototype) is a solar collector, which is used as an element of the roof of the building roof and serves to heat the coolant and consists of a body and a heat-absorbing element, which is a metal sheet with a developed surface facing the coolant (RF patent No. 2183801, IPC F24J 2/04, F24J 2/22, 20.06.2002). On the body of the solar collector there are fasteners for connecting the collectors to each other, as well as for attaching them to the roof frame. As part of the known solar collector, a device is used, the heat-sensing element of which occupies almost the entire volume of the heat exchanger, but the heat-sensing element (pipes) occupies only a part of the roof surface.

Недостатками известного солнечного коллектора являются отсутствие лицевой теплоизоляции коллектора, что ведёт к значительным тепловым потерям с лицевой поверхности солнечного коллектора, отсутствие теплоизоляции отводящих трубопроводов, что также ведёт к тепловым потерям у отводимого теплоносителя, большая материалоёмкость конструкции, что ведёт к увеличению стоимости и веса всей конструкции, необходимость использования под ним гидроизоляционного покрытия, так как конструкция коллектора не подразумевает полной защиты от осадков, непрезентабельный вид кровли, что особенно актуально после значительного времени работы и начала деградационных процессов незащищённой поверхности солнечного коллектора, необоснованность использования развитой поверхности коллектора, которая излишне усложнена, утяжелена, а использование материала только увеличивает общую массу, которая нагружает конструкционные элементы крыши и неравномерность омывания и теплосъёма с поверхности радиатора, что сложно организовать в представленной конструкции, как и использование термосифонного работы теплоносителя, а также течения теплоносителя под действием силы тяжести.The disadvantages of the known solar collector are the lack of front thermal insulation of the collector, which leads to significant heat losses from the front surface of the solar collector, the lack of heat insulation of the outlet pipelines, which also leads to heat losses from the removed coolant, high material consumption of the structure, which leads to an increase in the cost and weight of the entire structure , the need to use a waterproofing coating under it, since the design of the collector does not imply complete protection from precipitation, an unpresentable type of roof, which is especially important after a significant time of operation and the beginning of degradation processes of the unprotected surface of the solar collector, the unreasonableness of using the developed surface of the collector, which is unnecessarily complicated, weighted , and the use of material only increases the total mass, which loads the structural elements of the roof and uneven washing and heat removal from the radiator surface, which is difficult to organize in the presented design, as well as the use of thermosyphon operation of the coolant, as well as the flow of the coolant under the action of gravity.

Технической задачей предлагаемого изобретения является производство тепловой энергии для теплоснабжения объектов сельскохозяйственного и индивидуального назначения с помощью планарной кровельной панели, гофрированный тепловой фотоприёмник, которой имеет увеличенную оптическую и тепловую эффективность, а корпус имеет увеличенную тепловую изоляцию и выполняет защитную функцию кровли строений.The technical objective of the present invention is the production of thermal energy for heating objects of agricultural and individual use using a planar roof panel, a corrugated thermal photodetector, which has increased optical and thermal efficiency, and the body has increased thermal insulation and performs the protective function of the roof of buildings.

В результате использования изобретения появляется возможность автономного и параллельного с существующей тепловой сетью снабжения строений тепловой энергией с помощью строительного модуля в виде кровельной панели, которая вырабатывает тепловую энергию в виде нагретого до высокой температуры теплоносителя и одновременно с этим, благодаря использованию формы корпуса панели в виде кровли, выполняет защитные функции зданий от внешних воздействий. Использование вторичного пластика в корпусе панели положительно сказывается на экологии, а также стоимости изготовления и использования кровельных панелей. Гофрированная структура с селективным покрытием теплового фотоприёмника кровельной панели уменьшает оптические потери панели, а также увеличивает выработку тепловой энергии в утренние и вечерние часы. Лицевое остекление, а также тыльная теплоизоляция теплоносителя кровельной панели уменьшает также и тепловые потери теплоносителя.As a result of using the invention, it becomes possible to supply buildings with thermal energy autonomously and parallel with the existing thermal network using a building module in the form of a roofing panel, which generates thermal energy in the form of a heat carrier heated to a high temperature and at the same time, due to the use of the shape of the panel body in the form of a roof , performs the protective functions of buildings from external influences. The use of recycled plastic in the panel body has a positive effect on the environment, as well as the cost of manufacturing and using roofing panels. The corrugated structure with the selective coating of the roof panel's thermal photo detector reduces the optical loss of the panel and also increases the generation of thermal energy in the morning and evening hours. The front glazing, as well as the rear thermal insulation of the heat carrier of the roofing panel, also reduces the heat loss of the heat carrier.

Вышеуказанный технический результат достигается тем, что в предлагаемой планарной кровельной панели с гофрированным тепловым фотоприёмником, содержащей гофрированный тепловой фотоприемник с тыльной теплоизоляцией, согласно изобретению, тепловой фотоприёмник имеет угол наклона гофрированной поверхности равный 90°, селективное покрытие для уменьшения оптических потерь и является направляющей полостью для потока теплоносителя, а корпус панели, изготовленный из полимерного материала, в виде кровли с замками и гидравлическими штуцерами для непосредственного соединения панелей между собой без промежуточных трубопроводов, имеет лицевое остекление для газовой теплоизоляции, тыльную теплоизоляцию в виде воздушного зазора, разделитель потока для эффективного разделения потоков теплоносителя, тонкий паз по всей длине корпуса панели для крепления гофрированного теплового фотоприёмника, при этом корпус панели обеспечивает полную гидравлическую защиту крыши здания, надёжно крепится к балке крыши с помощью отверстий в корпусе и обеспечивает перемещение газообразного теплоносителя при термосифонной работе панели, а также жидкого теплоносителя под действием его силы тяжести, когда выход теплоносителя осуществляется из крайних кровельных панелей в ряду непосредственно в резервуар нагретого теплоносителя, установленный во внутридомовом пространстве.The above technical result is achieved by the fact that in the proposed planar roofing panel with a corrugated thermal photodetector, containing a corrugated thermal photodetector with rear thermal insulation, according to the invention, the thermal photodetector has an inclination angle of the corrugated surface equal to 90 °, a selective coating to reduce optical losses and is a guiding cavity for coolant flow, and the panel body made of polymer material, in the form of a roof with locks and hydraulic fittings for direct connection of the panels to each other without intermediate pipelines, has front glazing for gas thermal insulation, rear thermal insulation in the form of an air gap, a flow divider for efficient separation of flows coolant, a thin groove along the entire length of the panel body for attaching a corrugated thermal photodetector, while the panel body provides full hydraulic protection of the building roof, is securely attached to the roof beam with a by means of holes in the housing and ensures the movement of the gaseous coolant during the thermosyphon operation of the panel, as well as the liquid coolant under the influence of its gravity, when the coolant is released from the extreme roofing panels in a row directly into the heated coolant reservoir installed in the inner space.

Сущность предлагаемого изобретения поясняется чертежами, где на фиг. 1 показана общая схема планарной кровельной панели с гофрированным тепловым фотоприёмником в сборе (вид сверху, стекло показано полностью прозрачным), на фиг. 2 – чертёжи планарной кровельной панели с гофрированным тепловым фотоприёмником в сборе, где показаны вид спереди; три разреза, отображающих входные и выходные отверстия, теплоноситель и газовую прослойку; а также выносной разрез, показывающий гофрированный тепловой фотоприёмник с нанесённым селективным покрытием.The essence of the invention is illustrated by drawings, where Fig. 1 shows a general diagram of a planar roofing panel with a corrugated thermal photodetector assembled (top view, glass is shown completely transparent), FIG. 2 - Drawings of a planar roofing panel with a corrugated thermal detector assembly, showing a front view; three sections showing the inlet and outlet openings, the coolant and the gas layer; and also a detail section showing a corrugated heat detector with a selective coating applied.

Планарная кровельная панель с гофрированным тепловым фотоприёмником состоит из корпуса 1, форма которого в виде черепицы обеспечивает защитно-строительные функции здания, изготовлен из полимерного материала, например, вторичного пластика, имеет замки 2 для соединения панелей между собой и встроенные гидравлические штуцеры 3 в специальные верхние отверстия 4 для непосредственного поступления газообразного теплоносителя 5 при термосифонном эффекте из верхней части корпуса 1 одной панели в нижнюю часть корпуса 1 другой панели через соответствующие нижние отверстия 6. Использование, например, вторичного полиэтилена в конструкции корпуса 1 кровельной панели позволяет снизить общую стоимость панели и уменьшить загрязнение окружающей среды. Боковые грани корпусов 1 панелей образуют замки 2, благодаря которым в образованных рядах все кровельные панели находятся в одной плоскости, что позволяет производить коммутацию гидравлических штуцеров 3 без соединительных трубопроводов, что позволяет сократить до минимума потери при перемещении теплоносителя 5 из одной кровельной панели в другую. Перемещение жидкого теплоносителя 5 под действием силы тяжести происходит из нижней части корпуса 1 панели через нижние отверстия 6 в верхнюю часть корпуса 1 другой панели через встроенные гидравлические штуцеры 3 и верхние отверстия 4. Использование проточной системы, где жидкий теплоноситель 5 движется под действием силы тяжести сверху вниз, а соединение кровельных панелей между собой происходит без трубопроводов непосредственно в корпусах 1, упрощает и удешевляет конструкцию гидравлической системы и уменьшает тепловые потери при перемещении теплоносителя 5 между кровельными панелями. Для создания в системе кровельных панелей термосифонного эффекта применяется теплоноситель 5 в виде газов или легкокипящих фреонов, что позволяет обойтись без циркуляционных насосов. Гидравлические штуцеры 3 герметично вставляются в нижние отверстия 6 путем наложения нижней тыльной части кровельной панели на верхнюю лицевую часть другой кровельной панели таким образом, что лучевоспринимающие прозрачные части кровельных панелей остаются не затененными. Теплоноситель 5, благодаря разделителю потока 7 корпуса 1 омывает соответствующие области гофрированного теплового фотоприёмника 8, поверхность которого имеет угол наклона соседних граней в 90° и селективное покрытие 9, что уменьшает оптические потери, увеличивает выработку тепловой энергии в утренние и вечерние часы, благодаря нормальному падению лучей на поверхность гофрированного теплового фотоприёмника 8 (а не по касательной), а в дневные часы благодаря взаимному отражению солнечных лучей на его соседние грани, что уменьшает потери на отражение солнечного излучения в течение всего светового дня, а также обеспечивает направление потока теплоносителя 5 как при термосифонной работе, так и при охлаждении теплоносителем 5, перемещающего под действием силы тяжести. Также гофрированная поверхность теплового фотоприёмника 8 направляет теплоноситель 5 к выходу из корпуса 1 панели, что улучшает омывание самого гофрированного теплового фотоприёмника 8 и теплосъём теплоносителем 5. Также благодаря омыванию всей поверхности гофрированного теплового фотоприёмника 8 улучшается тепловой контакт теплоносителя 5 и внутренней части гофрированного теплового фотоприёмника 8, что увеличивает эффективность нагрева теплоносителя 5 и тепловую эффективность кровельной панели. Площадь лучевоспринимающей поверхности гофрированного теплового фотоприёмника 8 рассматриваемой кровельной панели больше по сравнению с плоским фотоприёмником, что обеспечивает нагрев большей поверхности теплового фотоприёмника 8. Гофрированный тепловой фотоприёмник 8 изготавливается из металлических материалов с высоким коэффициентом теплопроводности (алюминий, медь) и герметично устанавливается в специальный паз 10, который проходит по всей длине корпуса 1 панели, что обеспечивает его надёжную фиксацию и герметизацию теплоносителя 5. Благодаря газовой прослойке 11 между гофрированным тепловым фотоприёмником 8 и закалённым стеклом с уменьшенным содержание оксида железа и высокой оптической прозрачностью 12, тепловые потери через лицевую поверхность кровельной панели уменьшаются, а тепловые потери через тыльную поверхность корпуса 1 кровельной панели уменьшаются благодаря воздушному зазору 13 с его тыльной стороны, который также может быть заполнен материалом с малой теплопроводностью. Теплоизоляционная газовая прослойка 11 может быть заполнена различными прозрачными газами с низким коэффициентом теплопроводности и высокой оптической прозрачностью. Наряду с одинарным остеклением корпуса 1 кровельной панели может использоваться двойное остекление с двойной газовой прослойкой 11, что снизит ещё больше тепловые потери через лицевую поверхность кровельной панели. Благодаря низким тепловым и оптическим потерям температура теплоносителя 5 достигает высоких температур, который впоследствии можно использовать в теплоснабжении потребителей. Крепление корпуса 1 планарной кровельной панели с гофрированным тепловым фотоприёмником 8 к крыше жесткое с помощью отверстий 14 в верхней части корпуса 1, в которые закручиваются саморезы в деревянную балку крыши, что обеспечивает жёсткую фиксацию панелей от ветровой нагрузки. Долговечность планарных кровельных панелей с гофрированным тепловым фотоприёмником обеспечивается на уровне традиционных кровельных материалов. Нагретый теплоноситель 5 может использоваться потребителем. Охлаждение гофрированных тепловых фотоприёмников 8 кровельных панелей происходит сверху вниз благодаря силе тяжести жидкого теплоносителя 5. При использовании газообразного теплоносителя 5 охлаждение теплового фотоприёмника 8 достигается благодаря термосифонному эффекту – под воздействием солнечного излучения образуется восходящий конвективный поток нагретого теплоносителя 5, благодаря чему происходит естественная циркуляция теплоносителя 5 от нижней панели к верхней. Выход теплоносителя 5 из крайних кровельных панелей может происходить по двум направлениям непосредственно в резервуар нагретого теплоносителя во внутридомовом пространстве, что исключает протяжённые трубопроводы, которые являются источником тепловых потерь: через верхний ряд кровельных панелей при термосифонной работе теплоносителя 5 или через нижний ряд кровельных панелей при перемещении теплоносителя 5 под действием силы тяжести.A planar roofing panel with a corrugated thermal photodetector consists of a housing 1, the shape of which in the form of a tile provides the protective and construction functions of the building, is made of polymer material, for example, recycled plastic, has locks 2 for connecting the panels to each other and built-in hydraulic fittings 3 in special upper openings 4 for direct flow of gaseous heat carrier 5 with the thermosyphon effect from the upper part of the housing 1 of one panel to the lower part of the housing 1 of the other panel through the corresponding lower openings 6. The use, for example, of recycled polyethylene in the structure of the housing 1 of the roofing panel allows to reduce the total cost of the panel and reduce environmental pollution. The side edges of the housings 1 of the panels form locks 2, thanks to which all the roofing panels in the formed rows are in the same plane, which makes it possible to switch the hydraulic fittings 3 without connecting pipelines, which makes it possible to minimize losses when moving the coolant 5 from one roofing panel to another. The movement of the heat transfer fluid 5 under the action of gravity occurs from the lower part of the housing 1 of the panel through the lower openings 6 to the upper part of the housing 1 of the other panel through the built-in hydraulic connections 3 and the upper openings 4. Using a flow-through system where the heat transfer fluid 5 moves under the action of gravity from above down, and the connection of the roofing panels to each other occurs without pipelines directly in the buildings 1, simplifies and reduces the cost of the design of the hydraulic system and reduces heat losses when moving the coolant 5 between the roofing panels. To create a thermosyphon effect in the system of roofing panels, a coolant 5 is used in the form of gases or low-boiling freons, which makes it possible to do without circulation pumps. The hydraulic connections 3 are hermetically inserted into the lower openings 6 by superimposing the lower rear part of the roofing panel on the upper front part of another roofing panel so that the transparent parts of the roofing panels are not shaded. The coolant 5, thanks to the flow divider 7 of the housing 1, washes the corresponding areas of the corrugated thermal photodetector 8, the surface of which has an angle of inclination of the adjacent faces of 90 ° and a selective coating 9, which reduces optical losses, increases the production of heat energy in the morning and evening hours, due to normal fall rays on the surface of the corrugated thermal photodetector 8 (and not tangentially), and in the daytime due to the mutual reflection of the sun's rays on its neighboring faces, which reduces losses for reflection of solar radiation throughout the day, and also ensures the direction of the flow of the coolant 5 as in thermosiphon operation, and when cooled by the heat carrier 5, moving under the action of gravity. Also, the corrugated surface of the thermal photodetector 8 directs the coolant 5 to the exit from the housing 1 of the panel, which improves the washing of the corrugated thermal photodetector 8 itself and the heat removal with the coolant 5. Also, due to the washing of the entire surface of the corrugated thermal photodetector 8, the thermal contact of the coolant 5 and the inner part of the corrugated thermal photodetector 8 , which increases the efficiency of heating the coolant 5 and the thermal efficiency of the roofing panel. The area of the radiation-receiving surface of the corrugated thermal photodetector 8 of the considered roofing panel is larger in comparison with the flat photodetector, which provides heating of a larger surface of the thermal photodetector 8. The corrugated thermal photodetector 8 is made of metal materials with a high thermal conductivity coefficient (aluminum, copper) and is hermetically installed in a special groove 10 , which runs along the entire length of the panel body 1, which ensures its reliable fixation and sealing of the coolant 5. Due to the gas layer 11 between the corrugated thermal photodetector 8 and tempered glass with a reduced iron oxide content and high optical transparency 12, heat losses through the front surface of the roofing panel are reduced, and heat losses through the rear surface of the roofing panel body 1 are reduced due to the air gap 13 on the rear side, which can also be filled with a material with low thermal conductivity. The heat-insulating gas layer 11 can be filled with various transparent gases with a low coefficient of thermal conductivity and high optical transparency. In addition to the single glazing of the body 1 of the roof panel, double glazing with a double gas layer 11 can be used, which will further reduce heat losses through the face of the roof panel. Due to low thermal and optical losses, the temperature of the heat carrier 5 reaches high temperatures, which can subsequently be used in heat supply to consumers. Fastening the body 1 of a planar roofing panel with a corrugated thermal photodetector 8 to the roof is rigid with the help of holes 14 in the upper part of the body 1, into which self-tapping screws are screwed into a wooden roof beam, which provides rigid fixation of the panels against wind load. The durability of planar roofing panels with corrugated thermal photodetector is ensured at the level of traditional roofing materials. The heated heat carrier 5 can be used by the consumer. Cooling of corrugated thermal photodetectors 8 of roof panels occurs from top to bottom due to the gravity of the liquid heat carrier 5. When using a gaseous heat carrier 5, cooling of the thermal photodetector 8 is achieved due to the thermosiphon effect - under the influence of solar radiation, an ascending convective flow of the heated heat carrier 5 is formed, due to which the natural circulation of the heat carrier 5 from the bottom to the top. The outlet of the coolant 5 from the extreme roofing panels can occur in two directions directly into the reservoir of the heated coolant in the interior of the building space, which excludes lengthy pipelines that are a source of heat losses: through the upper row of roofing panels during the thermosiphon operation of the coolant 5 or through the lower row of roofing panels when moving coolant 5 by gravity.

Работает предлагаемая планарная кровельная панель с гофрированным тепловым фотоприёмником следующим образом.The proposed planar roofing panel with a corrugated thermal photodetector operates as follows.

Кровельная панель с гофрированным тепловым фотоприёмником 8 крепится на южном скате крыши здания с помощью саморезов через отверстия 14, которые располагаются в корпусе 1 кровельной панели. Между собой кровельные панели стыкуются с помощью боковых замков 2 на боковых поверхностях, а гидравлическое перемещение теплоносителя 5 обеспечивается с помощью нижних 6 и верхних 4 отверстий, причём в верхние отверстия 4 установлены гидравлические штуцеры 3. Солнечное излучение, падающее на поверхность кровельной панели, с помощью гофрированного теплового фотоприёмника 8 преобразует в тепло ту часть солнечного излучения, которое поглощает её селективное покрытие 9, а сохранение его высокой температуры обеспечивается прозрачной теплоизоляционной газовой прослойкой 11, которая образована с помощью закалённого стекла с уменьшенным содержание оксида железа и высокой оптической прозрачностью 12, которое также является защитным и герметизирующим компонентом для этой газовой прослойки 11. Нагретый гофрированный тепловой фотоприёмник 8, закреплённый в пазе 10 корпуса 1 панели, омывается теплоносителем 5, который поступает через нижние отверстия 6 корпуса 1 панели и омывает внутреннюю поверхность гофрированного теплового фотоприёмника 8, отбирая таким образом тепловую энергию. С помощью разделителя потока 7 и гофрированной поверхности теплового фотоприёмника 8 теплоноситель 5 при термосифонной работе направляется к выходным верхним отверстиям 4, в которые установлены гидравлические штуцеры 3, через которые теплоноситель 5 дальше перетекает в нижние отверстия 6 следующей кровельной панели по ходу движения теплоносителя 5. Тыльную теплоизоляцию теплоносителя 5 обеспечивает воздушный зазор 13, в который также может быть помещён материал с низкой теплопроводностью. При нагреве теплоносителя 5, который перемещается под действием силы тяжести теплоносителя 5, его движение происходит в обратном направлении – через нижние отверстия 6 верхней панели в гидравлические штуцеры 3 и верхние отверстия 4 нижней кровельной панели. После нагрева теплоносителя 5 и выхода его из кровельных панелей, он аккумулируется в теплоизолированном резервуаре внутри здания через верхний или нижний ряд кровельных панелей (в зависимости от типа теплоносителя и режима его работы), после чего может быть использован потребителем.The roofing panel with a corrugated thermal photodetector 8 is attached to the southern slope of the building roof using self-tapping screws through holes 14, which are located in the body 1 of the roofing panel. The roofing panels are joined together using side locks 2 on the side surfaces, and the hydraulic movement of the coolant 5 is provided using the lower 6 and upper 4 holes, with hydraulic fittings 3 installed in the upper holes 4. Solar radiation falling on the surface of the roofing panel using corrugated thermal photodetector 8 converts into heat that part of the solar radiation that absorbs its selective coating 9, and the preservation of its high temperature is ensured by a transparent heat-insulating gas layer 11, which is formed using tempered glass with a reduced iron oxide content and high optical transparency 12, which also is a protective and sealing component for this gas layer 11. The heated corrugated thermal photodetector 8, fixed in the groove 10 of the case 1 of the panel, is washed by the coolant 5, which flows through the lower holes 6 of the case 1 of the panel and washes the inner surface spine of the corrugated thermal photodetector 8, thus taking away thermal energy. With the help of the flow divider 7 and the corrugated surface of the thermal photodetector 8, the heat carrier 5 during thermosyphon operation is directed to the upper outlet openings 4, into which the hydraulic fittings 3 are installed, through which the coolant 5 further flows into the lower openings 6 of the next roofing panel in the direction of movement of the coolant 5. Rear thermal insulation of the heat carrier 5 is provided by the air gap 13, in which a material with low thermal conductivity can also be placed. When heating the coolant 5, which moves under the gravity of the coolant 5, its movement occurs in the opposite direction - through the lower holes 6 of the upper panel into the hydraulic fittings 3 and the upper holes 4 of the lower roofing panel. After heating the coolant 5 and leaving the roofing panels, it accumulates in a heat-insulated tank inside the building through the upper or lower row of roofing panels (depending on the type of coolant and its mode of operation), after which it can be used by the consumer.

Claims (1)

Планарная кровельная панель с гофрированным тепловым фотоприёмником, содержащая гофрированный тепловой фотоприемник с тыльной теплоизоляцией, отличающаяся тем, что тепловой фотоприёмник имеет угол наклона гофрированной поверхности, равный 90°, селективное покрытие для уменьшения оптических потерь и является направляющей полостью для потока теплоносителя, а корпус панели, изготовленный из полимерного материала, в виде кровли с замками и гидравлическими штуцерами для непосредственного соединения панелей между собой без промежуточных трубопроводов, имеет лицевое остекление для газовой теплоизоляции, тыльную теплоизоляцию в виде воздушного зазора, разделитель потока для эффективного разделения потоков теплоносителя, тонкий паз по всей длине корпуса панели для крепления гофрированного теплового фотоприёмника, при этом корпус панели обеспечивает полную гидравлическую защиту крыши здания, надёжно крепится к балке крыши с помощью отверстий в корпусе и обеспечивает перемещение газообразного теплоносителя при термосифонной работе панели, а также жидкого теплоносителя под действием его силы тяжести, когда выход теплоносителя осуществляется из крайних кровельных панелей в ряду непосредственно в резервуар нагретого теплоносителя, установленный во внутридомовом пространстве.A planar roof panel with a corrugated thermal photodetector, containing a corrugated thermal photodetector with rear thermal insulation, characterized in that the thermal photodetector has a slope angle of the corrugated surface equal to 90 °, a selective coating to reduce optical losses and is a guiding cavity for the coolant flow, and the panel body, made of polymeric material, in the form of a roof with locks and hydraulic fittings for direct connection of panels to each other without intermediate pipelines, has front glazing for gas thermal insulation, rear thermal insulation in the form of an air gap, a flow divider for efficient separation of coolant flows, a thin groove along the entire length panel housings for attaching a corrugated thermal photodetector, while the panel housing provides full hydraulic protection of the roof of the building, is securely attached to the roof beam using holes in the housing and ensures the movement of gaseous heat during the thermosyphon operation of the panel, as well as the liquid heat carrier under the influence of its gravity, when the heat carrier is released from the extreme roofing panels in a row directly into the heated heat carrier tank installed in the interior of the house space.
RU2020127742A 2020-08-20 2020-08-20 Planar roof panel with corrugated thermal photodetector RU2738738C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2020127742A RU2738738C1 (en) 2020-08-20 2020-08-20 Planar roof panel with corrugated thermal photodetector

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2020127742A RU2738738C1 (en) 2020-08-20 2020-08-20 Planar roof panel with corrugated thermal photodetector

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2738738C1 true RU2738738C1 (en) 2020-12-16

Family

ID=73835081

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2020127742A RU2738738C1 (en) 2020-08-20 2020-08-20 Planar roof panel with corrugated thermal photodetector

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2738738C1 (en)

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2183801C1 (en) * 2000-12-25 2002-06-20 Исачкин Анатолий Федорович Solar collector
RU2194827C2 (en) * 2001-01-24 2002-12-20 Государственное унитарное предприятие "Научно-производственное объединение машиностроения" Roof panel with solar battery
US20110168227A1 (en) * 2010-01-09 2011-07-14 Robert Wilfrid Carriere Single face corrugated plastic or aluminum solar collector
US20120167492A1 (en) * 2010-12-29 2012-07-05 Solarchange Llc Solar Panel Modules Having Structural Properties
RU2612725C1 (en) * 2016-03-28 2017-03-13 Дмитрий Семенович Стребков Hybrid roof solar panel

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2183801C1 (en) * 2000-12-25 2002-06-20 Исачкин Анатолий Федорович Solar collector
RU2194827C2 (en) * 2001-01-24 2002-12-20 Государственное унитарное предприятие "Научно-производственное объединение машиностроения" Roof panel with solar battery
US20110168227A1 (en) * 2010-01-09 2011-07-14 Robert Wilfrid Carriere Single face corrugated plastic or aluminum solar collector
US20120167492A1 (en) * 2010-12-29 2012-07-05 Solarchange Llc Solar Panel Modules Having Structural Properties
RU2612725C1 (en) * 2016-03-28 2017-03-13 Дмитрий Семенович Стребков Hybrid roof solar panel

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Michael et al. Flat plate solar photovoltaic–thermal (PV/T) systems: A reference guide
EP2069586B1 (en) Solar energy harvesting apparatus
US4020827A (en) Solar energy collecting system
US10461205B2 (en) Solar panel housing
WO2005090873A1 (en) Solar collector
US20090223511A1 (en) Unglazed photovoltaic and thermal apparatus and method
US10181815B2 (en) Receiver for PV/T solar energy systems
AU2009200544A1 (en) Roof tile or tiled solar thermal collector
US10804841B2 (en) Solar thermal energy collector
Tripanagnostopoulos New designs of building integrated solar energy systems
US20090293940A1 (en) Combination solar collector
JP7073340B2 (en) Roof panel equipment that functions as a heat collector
RU2738738C1 (en) Planar roof panel with corrugated thermal photodetector
ITTO20110777A1 (en) SOLAR PANEL WITH CONCENTRATION WITH BIAS TRACKING AND MANAGEMENT SYSTEM INCLUDING THIS PANEL
CN201330476Y (en) Novel Han tile integrating comprehensive utilization of solar energy and building
WO2015121607A2 (en) Modular double glazed long narrow solar collector and mounting means
RU188073U1 (en) Thermophotoelectric planar roofing panel
Marčič et al. Hybrid system solar collectors-heat pumps for domestic water heating
WO2002053990A1 (en) Covering element for roofs and walls of buildings
EP2144013A1 (en) Thermohydraulic system and operating methods thereof
RU2380623C1 (en) Converter of solar energy
ZA200902742B (en) Solar energy harvesting apparatus
RU2303753C1 (en) Solar house
Gorthala Tri-sol (Building-Integrated, three-in-one solar) technology development
Komilov et al. Evaluation of solar element and collector system efficiency under hot climate conditions