SI25035A - Večfunkcijski samonastavljiv sončni koncentrator - Google Patents

Abstract

Predloženi izum se nanaša na nov proizvod, zasnovan kot naprava, koncentrirana za zbiranje sončne energije (a), ki prihaja skozi konveksno lečo (2) do samostojne enote izmenjevalca (1) s prevzemnim medijem sončne energije, ki je umeščen v gorišče leče (2). To smo dosegli tako, da smo izdelali nosilno konstrukcijo koncentratorskega sončnega kolektorja iz treh ključnih sestavov; nosilne konstrukcije leče (2), gibnega mehanizma z nosilnim ležajnim sistemom (7), (8.0) in (8.1), ki omogoča dvoosno gibanje leče (2), in zvezdastega podstavka, ki koncentriran sončni kolektor stabilizira oziroma utrjuje ter fiksira na mestu namestitve.

Description

Večfunkcijski samonastavljiv sončni koncentrator

Int. Cl.: H01L 31/52

Že od starodavnih časov skušamo ljudje ukrotiti ali (v svojo korist) izrabiti sončno svetlobo, da bi nam služila v določene namene, npr. za vojaške namene ali da zadovolji našo potrebo po osvetlitvi prostorov, in sicer z odbleskom sončnih žarkov s pomočjo sistema usmerjenega lomljenja svetlobe s postavitvijo več ogledal v zapovrstni vidni položaj. Tako v pričujoči patentni prijavi predstavljamo svojo izboljšavo stoletja znane tehnične rešitve lomljenja svetlobe v obliki koncentriranega svetlobnega kolektorja; spremenili smo nosilno konstrukcijsko koncepcijo sestava kot celote in mu dodali novo uporabno tehnično novost ter posledično tudi novo komercialno vrednost.

Izdelali smo in v nadaljevanju s skicami prikazali izvedbeno inačico nosilne samonastavljive konstrukcije, v katero smo umestili gibljiv tritočkovni sistem po horizontali in vertikali ter kotne nastavitve vertikalne osi mehanizma. Mehansko ohišje, konstrukcijsko zastavljeno na ta način, se poleg tega lahko kot celoten sestav premika po aplikativni osi z.

Dejansko takšen mehanizem predstavlja mikro nastavitev za sledenje slehernemu položaju sonca na dnevni časovni premici. Za ponazoritev izvedbenega primera smo uporabili mehanski sistem in konstrukcijo mehanizma, ki nam omogoča usmerjenost osrednjega dela (leče) pod kotom 90° proti soncu, leča svetlobne žarke zajema in jih na drugi strani zbira v eni točki. Prikazani mehanizem in celotna konstrukcija sta ročno vodljiva, izdelava oz. njena predelava na avtomatski sistem pa je enostavna in ni posebej predstavljena v tem patentnem • · spisu, saj so takšni polavtomatski ali avtomatski sistemi sledenja soncu na trgu prosto dostopni v različnih tehničnih izvedbah.

Osnovno mehansko konstrukcijo vpenjanja tanke plankonveksne, bikonveksne ali Fresnelove leče, ki sprejema sončne žarke, vpete v nosilno ogrodje (okvir), kije običajno povezano z vsaj dvema nosilnima prečkama, smo v našem izvedbenem primeru izboljšali ter zaradi boljše stabilnosti uporabili štiri nosilne prečke. Celoten sistem je povezan z manjšim kvadratastim ogrodjem, ki ima na sredini dveh nasprotnih stranic vgrajen mehanizem za višinsko nastavljanje celotnega sestava nosilne konstrukcije, leče, in sicer po osi y, kakor tudi vgrajen mehanizem kotnega pomika leče med vertikalo in horizontalo. Ta nastavitev razdalje in možnost reguliranja višinske nastavitve leče od osrednjega dela mehanske konstrukcije, v kateri je konstrukcijsko zastavljen izmenjevalec s pretvornim medijem, je bistvena in kot takšna pomeni inovativno rešitev naše naprave. Izmenjevalec je namreč hkrati gorišče leče in kot takšen postavljen v optimalno goriščno točko, goriščno razdaljo /, ki omogoča idealen prenos in koncentracijo energije sončnih žarkov v eni točki, kar nam omogoča premičnost sistema, v katerega je vpeta leča.

Če opišemo naš sončni kolektor od zgoraj proti horizontali ali tlom, stoji na tritočkovnem stojalu s kvadratnimi palicami ali prečkami, ki so postavljene v obliki črke Y, z enakomernimi kotnimi razmiki 120° med krakoma. V zvezdišču krakov je vertikalno pritrjen pravokotni nosilec, na katerega je na zgornjem delu vertikale umeščen poseben vležajni sestav - ležajni nosilni mehanizem celotne nosilne konstrukcije leče. Ležajni nosilni mehanizem na spodnji nosilni steni ima vsaj dve navojni luknji, v kateri se z vijaki privije ogrodje kolektorja, ki je izdelano iz kvadratnih cevastih debelostenskih prečk v obliki črke U, ki ima pravokotne stranice. Na obeh krakih ogrodja kolektorja, in sicer na njunih koncih, sta zmontirana enaka ležajna nosilna mehanizma, kot je osrednji nosilni mehanizem celotne konstrukcije našega sončnega kolektorja. Na ta dva ležajna mehanizma sta konstrukcijsko vezana dva stebra kvadratne oblike, ki sta v prostem delu vstavljena v sestav višinske nastavitve nosilne konstrukcije leče. Ta sestav nam omogoča dvigovanje in spuščanje nosilne konstrukcije leče, saj moramo imeti možnost nastavljanja optimalne stične točke gorišča leče in izmenjevalca.

V primeru avtomatske izvedbe nastavljanja goriščne razdalje / se na sestavu višinske nastavitve nosilne konstrukcije leče vgradi elektromotorni in krmilni pogon, na samem • · nosilcu pa se po njegovi celotni dolžini pritrdi zobato letev, ki omogoča enakomerno in natančno spuščanje ter dvigovanje nosilne konstrukcije leče.

Bistven pomen naše inovacije, to je koncepcije konstrukcije sončnega kolektorja izvedbenega primera, ki omogoča optimalno izkoriščanje ali koncentracijo sončnih žarkov v eni točki, je v tem, da je ne glede na položaj sonca na nebu naš izmenjevalec hkrati tudi gorišče vgrajene tanke konveksne leče. O lečah ne bomo veliko govorili, saj sta za naš sistem primerni samo dve izvedbeni različici konveksnih leč, ki jima lahko damo prefiks bi ali plan, ter tretja posebna izdelava leče, ki jo lahko uvrstimo v skupino Fresnelovih leč. Bikonveksna leča ima obe ploskvi zaobljeni, plankonveksna leča pa ima sprejemno ploskev ravno ter zbirno zaobljeno v konveksnost.

V posebno skupino leč uvrščamo oba sistema bikonveksnih ali plankonveksnih leč, ki imajo vsaj eno stran posebej nazobljeno. To je skupina Fresnelovih leč, ki ima te zareze ali zobe zelo majhne, da so videti kot zareze na gramofonskih ploščah. Bistvo tovrstnih leč je v tem, da njihova plošča z zobmi služi kot leča, ki ima lahko goriščno razdaljo kratko ali dolgo, odvisno od kotov zarez. Zareze so lahko na zgornji strani ali pa obrnjene za 180°, se pravi na spodnji strani.

Drugi bistven tehnični pokazatelj za uspešno uporabo našega koncentriranega sončnega kolektorja je v tem, da smo celotno konstrukcijo in koncepcijo vgradnje leče in zagotavljanja optimalnega izkoristka moči sončne energije izvedli s prosto dosegljivimi materiali ter s tem poenostavili celoten sestav. To smo dosegli tako, da smo nosilno konstrukcijo leče izdelali iz treh ključnih sestavov:

- nosilnega ogrodja - okvirja z lečo,

- nosilnih prečk in

- kvadratastega ogrodja s sestavom višinsko nastavljive nosilne konstrukcije leče.

• ·

Naslednja ali tretja bistvena tehnična lastnost našega koncentriranega sončnega kolektorja je v izvedbi osrednjega sestava, ki omogoča dvoosno gibanje nosilne konstrukcije leče. Najprej imamo možnost premikanja nosilne konstrukcije v smeri osi »x« do 180° in po osi »y« prav tako do 180°, s čimer naša inovacija omogoča prostorsko pokritost celotne poloble (zenita) vidne poti sonca, ki jo opravi v enem dnevu.

Četrta značilnost pričujoče inovacije se kaže v tem, da smo z uvedbo tehnične rešitve in sestava za višinsko nastavitev nosilne konstrukcije leče vpeljali sistem ročnega ali avtomatskega nastavljanja gorišča leče v točki odjema te energije, in sicer s postavitvijo izmenjevalca energije v to točko. Znano in teoretično dokazano je, da se v gorišču ustvarjajo zelo visoke temperature do nekaj tisoč stopinj Celzija, zaradi Cesarje alternativni vir energije, pridobljen iz sončnih žarkov, primeren za sleherno panogo proizvodnje in industrije, ki v svojih procesih potrebujejo toploto ali paro.

Izhajajoč iz navedenega smo z našo inovacijo ustvarili dve izvedenki koncentriranega sončnega kolektorja, in sicer eno za pridobivanje tople vode, drugo pa s preizkušanjem posebne izvedbe plankonveksne leče z malo površino leče tudi za proizvodnjo vodne pare. Z zamenjavo medijev v izmenjevalcu dosežemo bistveno višje temperature, in sicer ko dosežemo koncentrirano gorišče v eni točki. Medij v obliki termalnega olja nam omogoča doseganje temperatur med 300 in 400 °C in, pri čemer se pritisk v sistemu bistveno ne poveča, z uvedbo posebnih silicijevih soli, ki kristalizirajo pri visokih temperaturah, pa nam naš koncentrirani sončni kolektor omogoča temperature tudi do 900 °C. Vse to je odvisno od tehnične izvedbe leče in izmenjevalca, ki ga postavimo v gorišče, s čimer prilagodimo maksimalni temperaturni odvzem tako koncentriranih sončnih žarkov v eni točki.

Smo tudi v fazi preizkušanja in iskanja optimalne površine prejemnika svetlobnih žarkov pri prenosu svetlobe na razdaljo. V ta namen smo v konveksnem zbirniku žarkov, torej med izhodnim zbiralnikom leče in njegovim goriščem, vgradili svetlobni prejemnik žarkov ter takšno svetlobo prenesli na razdaljo, ki jo potrebujemo za osvetlitev temnega prostora ali drugih prostorov s takšnimi potrebami. Bistvo te tehnične rešitve sloni na iznajdbi hladnega zrcala, ki ima lastnost, da prepušča infrardeče (IR) svetlobne žarke, vidno svetlobo pa odbija do našega optičnega snopa, ki to svetlobo distribuira po svetlobnih vlaknih.

Ne izključuje se možnost umestitve navadnega zrcala, ki odbija celotno svetlobo z IR spektrom. Ta rešitev je ekonomske narave, ker je navadno zrcalo veliko cenejše od hladnih zrcal. Pri tem pa moramo biti zelo pozorni na temperature, ki se pojavljajo pri vhodu v optični snop.

Iz zgoraj navedenega sledi, da smo prav v tem smislu in zahtevi s postavljenim ciljem konstrukcija celotnega sončnega kolektorja in prilagojenost različnim namembnostim uporabe - iz osnovne idejne zasnove razvili ostale izvedenke, ki so našle široko uporabno vrednost v vseh vejah industrije in življenja.

Uporaba tople vode, pridobljene iz našega izmenjevalca, oz. pare za gretje prostorov ali potrebe predelovalne industrije in možnosti prenosa svetlobe na razdaljo so samo prve tehnične možnosti predlagane inovacije v pričujoči patentni prijavi.

Komercialni proizvajalci različnih sistemov zajemanja sončne svetlobe in nam znane tehnične rešitve, ki smo jih spoznali iz teorije svetlobnih teles, ki smo jih našli pri rešeržiranju naše inovativne ideje ali pri sorodnih patentnih prijavah, doslej v glavnem slonijo na uporabi konkavnih sistemov, ki svetlobo odbijajo s pomočjo ogledal ali drugih materialov, ki imajo lastnosti refleksije svetlobe.

Pri rešeržiranju nepatentiranih tehničnih izvedenk smo prišli do spoznanja, da se pojavlja na tržišču nekaj različnih izvedenk solarnih sistemov v obliki ravnih ali ukrivljenih plošč z vgrajenimi fotovoltaičnimi sistemi prenosa sončne energije na medij.

Najbolj razširjen je sistem sončnih kolektorjev, skozi katere se pretaka mediju voda, olje, protizmrzalna tekoča sredstva, plin in podobno. Našteti neposredno ujamejo toploto sonca in jo prenašajo do zalogovnikov, ki to toploto prenašajo na drugi medij.

Druga skupina naprav, za katere smo tudi našli patentirane zahteve, obsegajo parabolične okrogle ali pravokotne konkavne površine, prekrite z zrcali ali drugimi materiali, ki odsevajo svetlobo na izmenjevalec z medijem prevzema toplote. Običajno se pojavljajo kot ogromne parabolične antene, ki odbijajo svetlobo v goriščno točko. Ti sistemi so zelo togi in tehnično zahtevni, saj je njihova pomanjkljivost oz. temeljna napaka, da se mora celoten sistem premikati horizontalno proti sončevi poti ter tudi vertikalno za lovljenje najbolj ugodnih kotov sprejemanja sončnih žarkov.

Največja pomanjkljivost takšnih naprav je v gabaritih, ki potrebujejo veliko prostora, za doseganje optimalnih rezultatov pa zahtevajo zelo natančno in drago krmiljenje in upravljanje, saj imajo po navadi takšni sistemi fiksen fokus oziroma gorišče. To pomeni, da se pri minimalnem odstopanju od idealnega položaja spreminja tudi delovanje goriščne točke, ali drugače povedano, le-ta se prenaša na drugo mesto na odjemalcu oz. prevzemniku toplote sončnih žarkov.

Mi smo z našo patentno prijavo ta sistem spremenili in uvedli sistem uporabe bikonveksnih oz. plankonveksnih tankih leč ali Fresnelovih leč, skozi katere prodirajo sončni žarki ter se na izhodu v fokusu koncentrirajo v goriščno točko, ki je hkrati zunanji obod in sprejemnik teh temperatur.

V tem kontekstu smo izdelali konstrukcijske rešitve in dokumentacijo za vse tri inačice, ki jih bomo tudi opisali v nadaljevanju tega spisa. V glavnem gre za en osnovni tip, ki mu spreminjamo izmenjevalce in dodajamo druge potrebne sestavne dele, ki so neizogibni pri montaži teh izmenjevalcev ali svetlobnih ogledal in snopov optičnih kablov s sprejemniki pretvorniki svetlobe v optični signal.

Predloženi izum se nanaša na nov proizvod, sončni kolektor, ki ima zbirno lečo na izhodni strani in skozi katero se svetlobni žarki lomijo tako, da se na določeni goriščni razdalji vsa vhodna svetloba skoncentrira v eno svetlobno točko. V tej svetlobni točki, gorišču, ki ji rečemo tudi fokus, se lahko ustvarijo zelo visoki toplotni učinki. Če v središče gorišča vstavimo določen izmenjevalec in skozi njega pustimo teči medij, ki prenaša toplotno energijo na obod izmenjevalca, smo dobili alternativni vir energije, in sicer z določeno močjo, kije odvisna od tega, kolikšno površino sprejemne leče smo zagotovili. O teoriji in svetlobni pretvorbi sončne energije v toplotno ne bomo veliko pisali, ker so to splošno znane enačbe, primerjalno bomo navedli samo, da se na vhodu v lečo ustvari lkW/m² , kar povzroča v gorišču temperaturo okoli 2300 K.

Koncentriran sončni kolektor je v predloženi inačici patentne prijave zastavljen kot tri- ali večdelni posebej oblikovani in konstrukcijsko rešeni sestavi, ki so med seboj povezani v konstrukcijsko celoto z dvema osrednjima sestavoma.

To sta ogrodje, v katerega je vpeta leča s spodnjim mehanizmom, ki omogoča gibanje ogrodja z lečo po abscisi, in druga možnost gibanja, ki ga omogoča dvigovanje ogrodja z lečo od abscise do ordinate.

Drugi ključni sestav našega koncentriranega sončnega kolektorja je izmenjevalec z medijem, ki je umeščen v gorišče leče, v katerem se koncentrira vsa energija sonca, ki pride skozi lečo. Tretji del v izvedbenem primeru je predstavljeno stojalo - podstavek, ki je zgrajeno kot trije kraki oziroma med seboj v zvezdo spojene prečke. Lahko bi bilo kakršnokoli drugače oblikovano stojalo, okroglo ali kvadratno, pri čemer mora izpolnjevati osnovni pogoj zagotavljanja varnosti in stabilnosti celotne konstrukcije kolektorja.

Osnovni konstrukcijski skupini sestavov, ki tvorijo naš koncentrirani sončni kolektor, smo dodali dva varnostna sklopa, ki zagotavljata predvsem pravilen in varovan način prevzema sončnih žarkov, ki na gorišče prenašajo zelo visoke temperature, ter nadzorovan prevzem dnevne količine sončne svetlobe.

Zaradi zaščite same konstrukcije naprave in njenih inštalacij pri nepravilni postavitvi ali drugih tehničnih nedorečenosti ali napak pri usmeritvi žarkov na gorišče smo umestili zaščitne stranice, izdelane iz posebne pločevine, ki v popolnosti zapirajo del, v katerem se odvija koncentracija sončnih žarkov, od izhoda leče do gorišča. Prekomerno dovajanje toplote na gorišče reguliramo z odpiranjem in zapiranjem dostopa sončnih žarkov do leče s pomočjo posebnih žaluzij, ki smo jih umestili in kijih lahko odpiramo ali zapiramo.

V tej patentni prijavi gre torej za tehnično rešitev in za inovacijo, ki bo omogočala pretvorbo sončne energije v toplotno ali svetlobni prenos delno koncentrirane sončne svetlobe na daljavo.

• · · ·

Iz opisanega izvedbenega primera, v katerem smo opisali in konstrukcijsko zastavili koncentriran sončni kolektor, je razvidno, da se funkcijsko prilagajajo drug drugemu in po vseh tehničnih pravilih bi ta sistem moral delovati in v resničnem svetu tudi deluje.

Pri rešeržiranju inovativne ideje s področja prijavljenih patentov smo ugotovili, da obstaja veliko različnih patentnih prijav, ki se v glavnem nanašajo na različne izvedbe in konstrukcijske rešitve ravnih panelov za pridobivanje tople vode ali paraboličnih okroglih ali kvadratnih anten, ki imajo vgrajene zrcalne plošče iz ogledal ali drugih materialov, ki omogočajo konkavnost konstrukcije ter z odbojem sončnih žarkov od njihovih površin zagotavljajo zbiranje svetlobe v eni točki ali gorišču.

V ta namen bomo predstavili nekaj patentov, ki so po našem mnenju podobni naši rešitvi, ampak se bistveno razlikujejo po tehničnih karakteristikah in konstrukcijskih rešitvah glede na našo inovacijo, predloženo v tej patentni prijavi, saj predlagajo drugačen sistem in način zbiranja svetlobnih žarkov v gorišču ter tudi drugačne mehansko-konstrukcijske izvedbe celotnega sistema.

US 864288 B2 - predlaga uporabo paraboličnih konkavnih anten, ki so obdelane s polikristalno snovjo, ki odbija svetlobne žarke na sprejemnik, umeščen v gorišče. Ob tem ta patent med drugim predlaga še različne izvedenke prenosa svetlobe do medija s pomočjo zrcalnih tunelov, skozi katere potujejo in se lomijo svetlobni žarki, ali pa uporabo bikonkavne leče med sprejemnikom sončnih žarkov in izmenjevalcem. Prav tako je omogočil sledenje poti sonca, ampak so predlagali zelo tog in z ekonomskega stališča zelo drag sistem.

P 200150943 - predlaga osrednji sistem sledenja sončne poti iz osrednjega centralnega dela, ki se lahko giblje po horizontali v določenem številu krakov, a vertikalni nagib solarnih panelov je postavil tudi v koračni pogon, in sicer maksimalno do osem mest pozicioniranja solarnih panelov. Sistem je zelo zanimiv za fotovoltaične panele.

EP 1 613 861 BI - predlaga premično večnamensko in večfunkcijsko energetsko postajo, ki obsega od solarnih sistemov za gretje vode do fotovoltaičnih ravnih panelov za proizvodnjo električne energije.

• ·

Ti paneli so v eni točki pritrjeni na osnovno konstrukcijo, a dvigovanje in sledenje soncu je izvedeno s pomočjo ventilskih cilindrov, ki imajo lasten medij pod pritiskom ali so prisilno gnani s pomočjo hidravlične črpalke oz. zračnega kompresorja.

US 5203318 - kot sprejemno postajo prav tako predlaga krožničasto parabolično anteno, ki ima posebne izvode - lovilce svetlobe, ki so usmerjeni na žarišče. Sledenje soncu je izvedeno z zobniškim prenosom gibanja po horizontali, a za navpično gibanje antene je predlagal protiutežni sistem z motornim pogonom.

US 6142638A - tudi ta patent predlaga raven kvadraten sistem panela, ki ima delno konveksno ploščino za zbiranje svetlobnih žarkov in poseben sistem sledenja po vertikali. Uporabil je kotni ravni zobnik, nameščen na ogrodje panela, ki se dviguje ali spušča za toliko stopinj, kolikor je postavljena razlika med prvim in zadnjim zobnikom na ravni letvi.

US 6959993 B2 - postavlja množico konkavnih ogledal, ki usmerjajo žarek sonca v gorišče, ki je hkrati v vlogi izmenjevalca. Bistvo tega izuma je v tem, da ta množica manjših konkavnih plošč tvori en panel, ki je kot takšen vertikalno nastavljiv s posebnimi vijaki in velikim dvomatičnim regulatorjem višine spodnjega in zgornjega vijaka.

WO 2007057994 - predlaga množico pravokotnih ogledal, neenakomerno postavljenih na nosilno ogrodje, ki vsako posebej zbira in usmerja sončne žarke. Ta izum je namenjen predvsem za solarne panele za pridobivanje tople vode in fotovoltaične panele za proizvodnjo električne energije.

Na vseh spletnih posnetkih in skicah, izhajajoč iz opisov patentnih prijav zgoraj omenjenih sončnih sistemov, fotovoltaičnih panelov ali sistemov za sledenje poti sonca, ki so vsaj po klasifikaciji uvrščene blizu klasifikacije našega koncentriranega sončnega kolektorja, je lepo viden drugačen konstrukcijski pristop in drugačne rešitve, ki naši tehnični rešitvi niso niti podobne. Na tem mestu je bistveno izpostaviti, da imajo skoraj vsi sistemi, ki smo jih pri pregledovanju različnih baz podatkov ali oglasov proizvajalcev tovrstnih solarnih naprav lahko našli na medmrežju, nekaj skupnih tehničnih izhodišč, ki se kažejo kot:

• ·

- gre za sisteme, ki uporabljajo krožničast ali kvadratni parabolični koncept zbiranja in usmerjanja sončnih žarkov v odjemalca energije sončnih žarkov, skoraj vsi sistemi uporabljajo dva načina sledenja soncu, in sicer sledenje s pomočjo zveznih zobniških sistemov, ki so v kombinaciji z motornim pogonom, ali sledenje s pomočjo cilindričnih hidravličnih oz. pnevmatskih naprav.

Inovativna nota naše rešitve, ki se tehnično razlikuje od do sedaj znanih izdelanih, patentiranih in nepatentiranih tehničnih izvedenk in rešitev solarnih sistemov, fotovoltaičnih naprav, sončnih sistemov, ki so kot zbiralniki in preusmerjevalniki sončnih žarkov ipd., je v tem, da smo mi spremenili tehnologijo in sistem zbiranja sončnih žarkov ter nadalje njihovo koncentracijo v eni točki oz. gorišču - fokusu.

V ta namen smo napravili naslednje:

1. izdelali nosilno ogrodje, v katerega smo vgradili bikonveksno, plankonveksno ali Fresnelovo tanko lečo, ki je v funkciji zbirne leče,

2. nosilno ogrodje smo povezali z nosilnimi prečkami, ki so na drugem koncu pritrjene na kvadratno ogrodje,

3. na kvadratno ogrodje smo namestili posebej konstruiran sestav za višinsko nastavitev leče,

4. v sestav za višinsko nastavitev leče smo vstavili nosilca z zobato letvijo, po katerem se lahko premika celoten sestav nosilca leče,

5. na drugem koncu sta nosilca pritrjena na ležajna nosilna mehanizma, ki imata funkcijo horizontalnega gibanja do 180°,

6. ležajna nosilca sta zmontirana na ogrodje kolektorja, ki je v obliki črke U, s pravokotnimi linijami,

7. ogrodje kolektorja je na sredini nosilne ravninske letve privijačeno na osrednji nosilni ležaj, ki zagotavlja gibanje celotnega sestava nosilca leče tudi za 180°, vendar je to gibanje zamaknjeno za 90° od prvega gibanja kvadratnega ogrodja, na katerem je nosilno ogrodje leče,

8. osrednji nosilni ležaj je dvotočkovno vpet na zgornjem delu vertikalnega nosilca celotnega sistema leče, • · · ·

9. vertikalni nosilec je v spodnjem delu privarjen na trikraki zvezdasti nosilni podstavek,

10. izmenjevalec ali sestav, ki predstavlja gorišče oz. fokus leče, je samostojen element, ki je vstavljen pod kvadratnim ogrodjem in v njem se nahaja odvzemni medij,

11. v izvedenki za prenos svetlobe smo vsaj na eno nosilno prečko pritrdili odbojno hladno zrcalo, ki usmerja koncentrirano svetlobo do optičnega sprejemnika ter se tako prenaša po optičnem kablu,

12. prav tako smo konstrukcijsko zasnovali in predvideli možnost vgradnje lastnih pogonov na ležajne mehanizme ter uporabo obstoječih krmilnikov, ki omogočajo sledenje premikov sonca od vzhoda do zahoda,

13. nazadnje smo poskrbeli za varnost sistema, tako da smo s štirimi varnostnimi stranicami zaščitili vidni del, kjer se koncentrirajo svetlobni žarki do gorišča,

14. med drugim smo izdelali tudi zaščitne žaluzije, s katerimi smo dosegli regulacijo potrebnih temperatur na gorišču, in sicer z odpiranjem in zapiranjem dovoda sončnih žarkov do sprejemne leče.

Našega izdelka, to je koncentriranega sončnega kolektorja, ni mogoče primerjati z drugimi sistemi in kolektorji, namenjenimi za zbiranje ter pošiljanje sončne svetlobe do gorišča preko medija, saj našemu izdelku nobeden ni podoben. Zato smo izdelali prototipni vzorec in ga testirali v že opisane funkcijske in uporabne namene ter dokazali, da naš koncentrirani sončni kolektor izpolnjuje tehnične in kakovostne zahteve, ki smo si jih kot cilj zastavili že v fazi snovanja samega izdelka.

S temi preizkusi in opravljenimi testi smo dokazali, da lahko naš koncentrirani sončni kolektor gabaritno zmanjšujemo in povečujemo - predvsem dimenzijo leč, kar konstrukcijsko spreminja tudi gabarite ogrodja, pri čemer smo temu zastavljenemu standardu prilagodili vse konstrukcijske mere in tako prihranili tudi pri količini materiala. Še zlasti to velja za napravo oziroma izvedenko lovilca sončne svetlobe in njenega prenosa na daljavo. Na povečanje dimenzij leč za toplo in parno gretje medija vpliva predvsem kapaciteta porabnikov, ki uporabljajo tako segret medij.

Bistvo naše tehnične rešitve in v pričujoči patentni prijavi predloženega izuma je v tem, da smo s pridom izkoristili vsa nam znana tehnična in tehnološka dognanja ter jih vnesli v • · » · · · • · · · posamezne sklope samega koncentriranega sončnega kolektorja ali drugih izvedenk, izdelanih skladno z njegovo konstrukcijsko zasnovo.

Tako smo za kovinsko konstrukcijo in izdelano izvedenko uporabili debelostenske jeklene materiale, ki omogočajo zelo trdno in stabilno zgradbo, ter vse spoje slehernega elementa utrdili s tehnologijo CO2 varjenja. Spojna mesta, ki so potrebna zaradi zamenljivosti ter vzdrževanja, smo vijačili s posebnimi vijaki, ki imajo samovarovalno matico. Ali bomo vijačili ali varili posamezne dele konstrukcije, je odvisno tudi od same zasnove naprave in materialov nosilne konstrukcije, npr. aluminij, železo, beton ipd.

Posebej smo se posvetili konstrukcijski zasnovi integracije gibnih mehanizmov, ki vpenjajo toge mehanizme pri zagotavljanju in doseganju čim večjih kotov pokritosti sonca čez ves dan.

S tem smo poenostavili in poenotili izdelavo koncentriranega sončnega kolektorja, ki je sedaj sestavljen iz treh ključnih sestavov nosilne konstrukcije leče, gibnega mehanizma s stojalom in izmenjevalca. Pri tem moramo pripomniti, da je poenotenje izvedeno pri izboru jeklenih prečk, vijakov za montažo in nosilnega ležajnega mehanizma, kar proizvodnemu obratu omogoča lažji nadzor nad načrtovanjem in porabo materiala.

Po drugi strani smo z našo zasnovo koncentriranega sončnega kolektorja s tritočkovno postavitvijo nosilnega podnožja v zvezdasto oziroma Y izvedbo zmanjšali težo same naprave, saj je za ta zvezdasti sistem mogoče izdelati tudi zvezdasto betonsko podlago ali temeljenje, ki je potrebno, če ves sistem postavljamo na odprt prostor. Če ga montiramo na streho ali druge površine, zvezdasti nosilec ni potreben, še posebej če se vijači v tla ali beton. V primeru vijačenja v trde podlage je lahko naš kolektor tudi brez zvezdastega nosilca - pri tej izvedenki uporabimo ravne kovinske nosilne podlage, zaradi česar je celotna konstrukcija lažja.

Vse doslej zapisano z gotovostjo drži in trdimo lahko, da do danes ni še nihče izdelal takšne konstrukcijske zasnove ali tako izvedenega koncentriranega sončnega kolektorja, ki po eni strani predstavlja enostavnost izdelave, po drugi pa zagotavlja primemo in dolgotrajno uporabo v okoljih, v katerih se uporablja zmontiran na gradbeni objekt ali samostojno postavljen na odprt prostor.

Določene konstrukcijske rešitve na nosilni konstrukciji leče, gibnem mehanizmu s stojalom in izmenjevalcu bomo podrobneje opisali v nadaljevanju spisa, ko bomo opisovali posamezne » · · · · · • · · β · e dele, prikazane na sliki oz. skici 1, in detajlnejše poglede posameznih koncepcij vpetja leče na nosilnem ogrodju in razporeditve gibalnega sistema z nosilnimi ležajnimi mehanizmi in umestitve izmenjevalca, prikazanimi na naslednjih slikah.

Na drugi strani pa smo z rešeržiranjem znanih tehničnih rešitev podobnih zbirnih sončnih sistemov na svetovni ravni spoznali, da je naša rešitev enkratna in pomeni novost na tem področju, kar se odraža v tej patentni prijavi in njenih patentnih zahtevkih.

Novost je predvsem v drugačni zasnovi in posledično rešitvah tehničnih težav, ki so se pojavljale že v postopku snovanja, zaradi visoko zastavljenega cilja, kar je najpomembnejša lastnost samega postopka novega načina uporabe koncentriranega sončnega kolektorja z zbirno lečo, gibnim mehanizmom in izmenjevalcem, skozi katerega se pretaka medij odvzema sončne toplote. To se navzven kaže v izpopolnitvi ter doseganju zadanega cilja ter oblikovno in v tehnični namestitvi leče in nastavljivega mehanizma, ki v celoti omogoča dvigovanje in spuščanje leče in s tem izpolnjevanje pogoja, daje gorišče vedno na izmenjevalcu. Hkrati gre za visoko komercialen proizvod in kot takšen je široko uporaben v predelovalni in vzrejni kmetijski industriji, pri predelavi lesa ter zasebni uporabi.

Izum bomo prikazali s skico 1, ki predstavlja 3D pogled našega koncentriranega sončnega kolektorja v delovnem položaju, s prikazom obeh kotnih zamikov in postavitvijo leče v položaju, v katerem je zagotovljen pravokotni sprejem sončnih žarkov na lečo. Na prostorski sliki so ponazorjeni skoraj vsi ključni deli, ki jih lahko razvrstimo v tri osrednje sestave: nosilno ogrodje - prečke z okvirjem za lečo, kvadratno ogrodje s sestavom višinske nastavitve nosilne konstrukcije leče in ogrodje kolektorja z nosilnim ležajnim sistemom ter nosilcem in stojalom.

Izmenjevalec je samostojen sestav, umeščen sicer v prostor našega kolektorja, ampak ga bomo v skicah v nadaljevanju prikazovali kot nepovezan sestav glede na koncentriran sončni kolektor, kar v resnici tudi je.

Nadalje bomo na skici 2 prikazali stranski pogled na celotno konstrukcijo našega kolektorja, predstavljenega v pričujočem patentnem spisu, prav tako pa bomo na eni sliki prikazali bočni pogled tehnične rešitve prenosa svetlobe na daljavo. Na zadnji skici bomo predstavili varnostno zaščito proti pregretju in nekontrolirani nastavitvi goriščne točke.

·««··

Za boljše razumevanje zgoraj podanega kratkega opisa temeljnih skic naše inovativne ideje, ki se kaže v obliki konstrukcijske koncepcije koncentriranega sončnega kolektorja in njegovih temeljnih sestavov kot udarnega produkta, nastalega na temelju snovanja naše inovativne ideje, prikazane v tej patentni prijavi, in njegovih risb, ki jih bomo v nadaljevanju spisa opisali.

Slika 1: 3D pogled na koncentriran sončni kolektor, kije postavljen v delovni položaj

Slika 2: Pogled A-A, prerez vpetja višinske nosilne prečke na kvadratasto ogrodje

Slika 3: Stranski ali bočni pogled na koncentratorski sončni kolektor z vgrajenim sistemom za prenos svetlobe na daljavo

Slika 4: Pogled B-B, čelni presek nastavljivega nosilca za snop optičnih kablov in presek optičnih kablov kot sprejemnika svetlobe

Slika 5: Plankonveksna leča, ki ima ravninski del zobčast

Slika 6: Plankonveksna zbirna leča

Slika 7: Bikonveksna zbirna leča

Slika 8 : Prerez izmenjevalca z vodo kot medija za ustvarjanje pare

Slika 9: Prerez izmenjevalca, ki ima visokotemperatumi medij s prisilno cirkulacijo

Slika 10: Stranski ali bočni pogled na koncentriran sončni kolektor z vgrajenim sistemom za varovanje in regulacijo dotoka svetlobe

Slika 11: Prenos svetlobe in pretvorba skozi prizmo za namen usmerjanja v fotovoltaično celico za proizvodnjo elektrike

Za boljše razumevanje posameznih pojmov in sestavnih elementov posameznega sestava jih bomo v nadaljevanju strukturno prikazali in pomensko razložili ter s pomočjo kazala navedli posamezne številke in nanje vezan pomen ter imena za sleherni del in nanj vezano številko.

a Sončni žarki

Izmenjevalec v goriščni točki

1.1 Izhod segretega medij a

1.2 Vhod hladnega medija

1.3 Cevni odjemalec - kondenzator s prisilno cirkulacijo

1.4 Visokotemperatumo olje kot prevzemni medij

1.5 Voda kot prevzemnik temperature

1.5.1 Vodna para

Leča - bikonveksna ali plankonveksna

2.0 Zobati ravninski del plankonveksne leče 2.0.1 Gladka ravnina plankonveksne leče 2.0.2 Vhodni obli del bikonveksne leče

2.1 Nosilno ogrodje leče

2.2 Izhodni zbirni del plankonveksne leče, ki ima zobati ravninski vhodni del

2.2.1 Izhodni zbirni del plankonveksne leče z ravnim vhodnim delom

2.2.2 Izhodni zbirni del bikonveksne leče 3.0 Nosilna prečka podstavka

3.1 Prečka za stabiliziranje podstavka

3.2 Prečka za stabiliziranje podstavka

3.3 Osrednji nosilec konstrukcije

3.4 Ležajna os

3.5 Zgornja prečka nosilca

3.6 Pritrdilna prečka ležajnega mehanizma na nosilcu

Ogrodje kolektorja

4.1. Pritrdilni vijaki z maticami

Kvadratno ogrodje s sestavom za višinsko nastavitev nosilne konstrukcije leče

5.1 Pritrdilni vijaki nosilnih prečk

5.2 Sestav za višinsko nastavitev nosilne konstrukcije

5.2.1 Zategovalni vijak

5.3 Višinska nosilna prečka

5.3.1 Zobata letev na višinski nosilni prečki

6.0, 6.1, 6.2 in 6.3 Nosilne prečke okvirja z lečo

Nosilni ležajni mehanizem za horizontalni nagib

8.0 in 8.1 Nosilna ležajna mehanizma za vertikalni nagib

9.0 Nastavljiv nosilec za zrcalo

9.1 Nastavljiv nosilec za snop optičnih kablov

Zrcalo

10.1 Nosilec zrcala

Snop optičnih kablov

11.1 Sprejemnik svetlobe optičnih kablov

11.2 Prizma

11.3 Posamezen optični kabel ali vlakno za prevzem določenega optičnega spektra

11.4 Fotovoltaična celica

Varnostne žaluzije

12.1 Elektromotorni pogon

12.2 Žaluzije

12.3 Nosilni mehanizem za odpiranje in zapiranje žaluzij

12.4 Nosilna konstrukcija žaluzij

Zaščitne stranice

Pogled A-A, prerez vpetja višinske nosilne prečke na kvadratasto ogrodje

Pogled B-B, čelni presek nastavljivega nosilca za snop optičnih kablov

Ker smo do sedaj opisovali vertikalni pogled od zgoraj navzdol, bomo to načelo upoštevali tudi pri opisovanju priloženih skic in posameznih pogledov nanje. Izum, prikazan na sl. 1, predstavlja 3D pogled na koncentriran sončni kolektor, ki je postavljen v delovni položaj, sestavljen iz posameznih delov, ki tvorijo višje sestave, ki so med seboj funkcijsko in konstrukcijsko povezane na način, da tvorijo celovito napravo za zbiranje sončne energije a, ki prihaja skozi bikonveksno ali plankonveksno lečo 2, ki je vpeta v nosilno ogrodje - okvir

2.1.

Na sredino posameznih stranic okvirja 2.1 so pritrjene nosilne prečke 6.0, 6.1, 6.2 in 6.3, ki so v spodnjem delu privijačene z vijaki 5.1 na kvadratno ogrodje 5. To predstavlja povezovalni in hkrati nosilni sestavni del celotne nosilne konstrukcije leče 2, ki ima na dveh diametralnih stranicah zmontirana dva sestava za višinsko nastavitev nosilne konstrukcije 5.2 sl. 1 in 2 pogled A-A, ki imata skoznje pravokotni odprtini, v kateri sta vtaknjeni višinski nosilni prečki 5.3, z zobatima letvama 5.3.1, ki sta postavljeni na notranji stranski steni na višinski nosilni prečki 5.3.

Zobati letvi 5.3.1 sl. 2 pogled A-A sta koncipirani v primeru, ko želimo vgraditi elektromotorni pogon za dvigovanje in spuščanje nosilne konstrukcije z lečo 2. Pri ročnem dvigovanju in spuščanju nosilne konstrukcije z lečo 2 nam pomaga zatezni vijak 5.2.1 sl. 2, ki ga privijemo skozi matično luknjo na sestavu za višinsko nastavitev nosilne konstrukcije 5.2. in ki pritegne višinsko nosilno prečko 5.3, ko dosežemo gorišče na izmenjevalcu 1 sl.l.

Spodnja dela višinskih nosilnih prečk 5.3 sl. 1 in 3 sta vpeta v ležajni osi 3.3.1, ki je povezovalni element na nosilnih ležajnih mehanizmih 8.0 in 8.1, ki sta v funkciji spuščanja in dvigovanja nosilne konstrukcije z lečo 2 od vertikale k horizontali v obe smeri tako, da pokrivata kot gibanja 180°. Vsi nosilni ležajni mehanizmi 7, 8.0 in 8.1 sl. 1 in 2 so močnostne naprave z ležaji in celotnim reduktorskim sistemom, ki ima možnost zaustavitve v slehernem kotnem položaju ter tudi možnost vgraditve elektromotornega pogona z elektroniko za sledenje poti sonca od vzhoda do zahoda. Današnji sistemi torej, ki so na voljo v prosti trgovski mreži, omogočajo sledenje soncu po azimutu ter vertikalno, kar pomeni v vse smeri sončeve poti.

Nosilna ležajna mehanizma 8.0 in 8.1 sl.l sta zmontirana na ogrodje kolektorja 4, in sicer na prosta kraka ogrodja kolektorja 4, ki je zasnovan v obliki črke U, vendar s pravokotnimi stranicami. Prav vsi ležajni nosilni mehanizmi 7, 8.0 in 8.1, prikazani na sl. 1 in 3, imajo na spodnji nosilni steni vsaj dve navojni luknji, v kateri se z vijaki 4.1 privije ogrodje kolektorja 4, kije konstrukcijsko izdelano iz kvadratnih cevastih - debelostenskih prečk. Na obeh krakih ogrodja kolektorja 4 sl. 1 in 3, in sicer na njunih koncih, sta zmontirana enaka ležajna nosilna mehanizma 8.0 in 8.1, ki zagotavljata premike nosilne konstrukcije z lečo 2, kot smo opisali že zgoraj.

Na sredini povezovalne prečke krakov na ogrodju kolektorja 4 sl. 1 in 3 je prav tako zmontiran nosilni ležajni mehanizem 7, kije dvotočkovno vpet na ležajno os 3.3.1, s pomočjo dodatno ojačane konstrukcije osrednjega nosilca 3.3. Ta nosilec je osrednji nosilni in močnostni del, ki mora prenesti vse obremenitve in torzije pri premikanju in nastavljanju leče 2 in celotne nosilne konstrukcije, ki je nanj zmontirana. Zato smo ta element dodatno utrdili, in sicer z izborom močnejših, kvalitetnejših materialov ter gabaritov za vertikalni nosilec 3.3 sl. 1 in 3, kot tudi za zgornjo prečko 3.3.2 sl. 3 in pritrdilno prečko ležajnega mehanizma 3.3.3, prikazanega na sl. 3. Tako sestavljen in zvarjen sestav teh treh nosilcev 3.3 sl. 3, vertikalni ali osrednji nosilec konstrukcije, ki ima na vrhnji strani pod kotom 90° zvarjeno zgornjo prečko nosilca 3.3.2, na kateri je prav tako vertikalno tudi pod pravim kotom privarjena pritrdilna prečka ležajnega mehanizma 3.3.3, tvorijo osrednji nosilni sestav celotne konstrukcije naprave.

Vertikalni nosilec 3.3 sl. 3 in vertikalna pritrdilna prečka 3.3.3 imata izvrtini, v kateri se vstavi ležajna os 3.3.1, ki se dodatno vpne z vijaki ali z varjenjem in je med drugim fiksiran znotraj teh dveh prečk, kar dodatno utrjuje celotni sestav osrednjega nosilca konstrukcije. Ležajna os 3.3.1, podrobneje vidna na sl. 3, mora biti fiksna, ker je nanjo zmontiran nosilni ležajni mehanizem 7, ki prenaša vso težo in obremenitve celotne nosilne premične konstrukcije z lečo 2. Nadalje je v spodnjem delu osrednji nosilec konstrukcije 3.3 pritrjen s postopkom varjenja na nosilno prečko podstavka 3.0 sl. 1 in 3, in sicer v zvezdišče, ki ga tvori s prečkami za stabiliziranje podstavka 3.1 in 3.2.

Omenjene tri prečke 3.0, 3.1 in 3.2 namreč tvorijo nosilni podstavek, ki ima obliko črke Y, tako daje razmik med kraki 120°, kar omogoča podstavku maksimalno stabilnost in s tem tudi celotnemu sistemu koncentriranega sončnega kolektorja.

Odvisno od samega objekta namestitve našega koncentriranega sončnega kolektorja se lahko te tri prečke 3.0, 3.1 in 3.2 nadomestijo z drugačnim nosilcem, kije lahko kvadratne, okrogle ali ploščate oblike. Za montažo na stene objektov uporabimo posebej prilagojene nosilne konzole, pri postavitvi dveh ali več koncentriranih kolektorjev v linijo pa se izdela posebna nosilna konstrukcija. V primerih, ko direktno betoniramo osrednji nosilec konstrukcije 3.3, ne izključujemo torej možnosti, da vse tri nosilne prečke odpadejo, kar pomeni, da ta pritrdilni element prilagajamo terenu namestitve našega kolektorja.

Sliko 2 smo že opisali preko slike 1 ter posameznih sestavov in sestavnih delov našega koncentriranega sončnega kolektoija, zato je ne bomo več opisno ponazarjali, temveč bomo samo pripomnili, da je na njej vidna vsa inovativnost naše tehnične rešitve koncentriranega sončnega kolektorja, predstavljenega v tem spisu patentne prijave, ki nakazuje in predstavlja tehnično rešitev za nastavitev leče 2 sl. 1 v gorišče.

Plankonveksno lečo, ki ima ravninsko sprejemno površino nazobljeno oz. zobčasto, 2.0 sl. 5, in je vstavljena v nosilno ogrodje 2.1 leče 2, smo uporabili predvsem zato, da dobimo čim večjo sprejemno površino sončnih žarkov a sl. 1 in 3, da bi zagotovili čim večje temperaturne prenose na izmenjevalec 1 sl. 1, 8 in 9. Izhodni zbirni del 2.2 plankonveksne leče je oble, parabolične oblike, ki je v funkciji lomljenja sončne svetlobe a in njenega zbiranja v navidezni navpični stožčasti obliki, pri čemer vrh navideznega stožca predstavlja gorišče ali fokus.

V strojnem jeziku povedano je gorišče zbir vseh energij sončnih žarkov a v eni točki, ki prodrejo skozi ploščino tega navideznega stožca, ki so naše ploščine leč 2.0 sl. 5, 2.0.1 sl. 6 in 2.0.2 sl. 7. Usmerjanje svetlobe v gorišče pa izvede obla parabolična oblika naše plankonveksne ali bikonveksne leče 2.2, 2.2.1 in 2.2.2, prikazana na sl. 5, 6 in 7 v enakem številčnem zaporedju. V našem primeru in na prikazanih skicah 1, 8 in 9 predstavlja gorišče naš izmenjevalec 1.

Slika 6 ponazarja plankonveksno lečo, ki ima sprejemno površino 2.0.1 ravno in gladko, izhodno - zbirno površino 2.2.1 pa smo že opisali v zgornjem tekstu. Za bikonveksno lečo 2, prikazano na sl. 7, pa velja, da sta obe površini, sprejemna 2.0.2 in zbirna 2.2.2, enako ovalni ali polaroidne oblike in opravljata enaki funkciji kot že opisana leča, s to razliko, daje pri tej

leči goriščna razdalja / nekoliko manjša, kot je pri plankonveksnih lečah. Zaradi tega so lahko nosilne prečke krajše oblike, kar vpliva na nižjo ceno sistema kot celote.

V dosedanjem besedilu smo omenjali dve vrsti izmenjevalca 1, prikazanega na sl. 1, ki tudi uporabljata dva različna medija odvzema. Na sl. 8 je ponazorjen izmenjevalec 1, ki kot medij prevzema uporablja vodo 1.5, ki se dovaja skozi cevovod 1.2, pri čemer se vodna para 1.5.1 odvaja skozi parni odvodni cevovod 1.1. Slika 9 pa ponazarja izmenjevalec 1, ki ima med dovodnim cevovodom 1.2 in odvodnim 1.1 umeščen kondenzator 1.3 ali cevni odjemalec, ki prevzema toploto medija 1.4, ki se nahaja v izmenjevalcu 1, v obliki visokotemperatumih olj.

Za potrebe prenosa moči sončne svetlobe smo v naš sončni kolektor pred gorišče umestili odbojno zrcalo 10 sl. 3, ki je hladno zrcalo, izdelano na način tako, da prestreza sončno svetlobo a, pri čemer pa ne preprečuje prehoda IR žarkov, ampak samo odbija vidno svetlobo do snopa optičnih kablov. Tehnična lastnost tega zrcala 10 je v tem, da se IR žarki še vedno koncentrirajo v eni točki - gorišču na izmenjevalcu 1 sl. 1 in tako še naprej opravljajo funkcijo gretja medija v izmenjevalcu 1. Naloga odbojnega zrcala 10 sl. 3, ki je zmontirano preko nosilca zrcala 10.1 na eno, dve ali vse štiri nosilne prečke okvirja 6.0, 6.1, 6.2 in 6.3 sl. 1 in 3, je torej v tem, da prestreza delno koncentrirane sončne žarke a in jih usmerja do nasproti stoječega sprejemnika svetlobe 11.1, kar je v resnici odprti del optičnega snopa 11 sl.

3.

Svetloba a se od zrcala 10 sl. 3 odbije v optična vlakna 11 sl. 3, s katerimi jo distribuiramo na želeno mesto, torej v drug prostor, za namen razsvetljave ali dekoracije. Druga tehnična možnost, ki je sicer veliko cenejša, je v tem, da hladno zrcalo zamenjamo z navadnim ogledalom - zrcalom, ki odbija IR žarke v kable optičnega snopa. Pri tem pa moramo biti zelo previdni na območje vhoda svetlobe v optični snop 11.1, saj se lahko na tem mestu povišajo delovne temperature. Ponavadi ta del dodatno hladimo s pretokom zraka ali prisilno cirkulacijo hladilnega medija, vse v funkciji zagotavljanja normalnih delovnih temperatur na vhodu ll.lv optični snop 11.

Druga možnost prenosa svetlobe na daljavo je v primeru, ko na optična vlakna priključimo prizmo 11.2 sl. 11 in sestavimo barvo, ki ima na izhodu svetlobnih vlaken 11 usmerjeno svetlobo na prizmo 11.2, nato še enkrat usmerimo različne barve, vsako barvo v svoje optično

vlakno 11.3, ter jih nato spet sestavimo v želeno svetlobo a, z želeno močjo (mEV), ki je usmerjena na fotovoltaično celico 11.4 za proizvodnjo električnega toka. Nekateri fotovoltaični materiali 11.4 sl. 11 na primer potrebujejo le določeno moč, da izbijejo elektron in ustvarijo napetost. Če se usmeri svetloba a z večjo močjo, potem bo višek moči, ki presega določeno moč, povzročal segrevanje in nastale bodo izgube. Če sestavimo svetlobo, recimo modro ter zeleno prek optičnih vlaken 11.3 tako, da dobimo natančno določeno moč, potem tudi pri usmerjanju večkratne koncentrirane svetlobe na ta material pregrevanja ni.

Da bi boljše prikazali sistem prenosa sončne svetlobe a, smo na sl. 3 predstavili zasnovo odbojnega zrcala 10, kije preko nosilca zrcala 10.1 pritrjen z nastavljivim nosilcem zrcala 9.0 na eno od nosilnih prečk, v našem izvedbenem primeru je to prečka 6.2, ki je na diagonalni nasprotni strani prečke 6.0, na kateri je zmontiran snop optičnih kablov 11 s sprejemnim delom svetlobe 11.1 na optičnem snopu 11. Optični kabelski snop 11 je prav tako pritrjen na nosilno prečko 6.9 s pomočjo nastavljivega nosilca za snop optičnih kablov 9.1. Pogled B-B nam natančneje ponazarja konstrukcijsko rešitev zajemanja odbite svetlobe a z zrcala 10 na sprejemni del svetlobe 11.1 ali odrezano vhodno površino na snopu optičnih kablov 11, ki se nadalje prenese do želenega mesta. Celoten sestav optičnega kabla ali snopa 11 in prerezanih vhodov optičnih kablov 11.1 so vpeti v kovinsko pušo ali pritrdilno objemko 9.1, ki smo jo imenovali nastavljiv nosilec za snop optičnih kablov 9.1.

Za zagotovitev varnosti celotnega sistema proti pregrevanju in nenadzorovani usmeritvi fokusa koncentriranih žarkov, prikazani na sliki 10, smo izdelali varnostne žaluzije 12 kot samostojen sestav, kije s pomočjo nosilne konstrukcije žaluzije 12.4 sl. 10 vpet in postavljen na nosilno ogrodje leče 2.1 sl. 1, 5, 6 in 7 tako, daje kot sistem snemljiv. Njegova osnovna funkcija je, da deluje avtomatsko, in sicer sistem zazna približevanje mejni zgornji temperaturi, s pomočjo elektromotornega pogona 12.1 prične z zapiranjem žaluzij 12.2. Povezava elektromotornega pogona 12.1 in žaluzij 12.2 je izvedena s pomočjo nosilnega mehanizma za odpiranje in zapiranje žaluzij 12.3.

Stranska protitoplotna zaščita koncentriranega dela sončnih žarkov a je izvedena s štirimi zaščitnimi stranicami 13 sl. 10, ki preprečujejo nenadzorovan premik fokusa ali gorišča z

njegove točke, ter je hkrati mehanska prepreka za dostop oseb, živali, trdih predmetov, ki jih lahko nanese veter, in temu podobnega do koncentriranega snopa svetlobe.

Vse štiri zaščitne stranice 13 se oblikovno in gabaritno prilagajajo prizmastim stranicam in linijam, ki jih tvorijo stranice nosilnega ogrodja leče 2.1 s stranicami kvadratastega ogrodja 5 z vsaj dvema nosilnima prečkama 6.0, 6.1, 6.2 in 6.3 sl. 1.

Claims (15)

1. Večfunkcijski samonastavljiv sončni koncentrator sončne energije na pretvorni medij zasnovan tako, da je sestavljen iz posameznih sestavnih delov, ki tvorijo višje sestave, ki so med seboj funkcijsko in konstrukcijsko povezani na način, da tvorijo celovito napravo za zbiranje sončne energije (a), ki prihaja skozi lečo (2), vpeto v okvir (2.1), ter so na sredino posameznih stranic okvirja (2.1) pritrjene nosilne prečke (6.0), (6.1), (6.2) in (6.3), v spodnjem delu privijačene z vijaki (5.1) na kvadratasto ogrodje (5), ki predstavlja povezovalni in hkrati nosilni sestavni del celotne nosilne konstrukcije leče (2), ki ima na dveh diametralnih stranicah zmontirana dva sestava za višinsko nastavitev nosilne konstrukcije (5.2), ki imata skoznje pravokotni odprtini, v kateri sta vtaknjeni višinski nosilni prečki (5.3), z zobatima letvama (5.3.1), ki sta postavljeni na notranji steni višinskih nosilnih prečk (5.3) tako, da se prečki (5.3) pri ročnem dvigovanju in spuščanju nosilne konstrukcije z lečo (2) privijejo z zateznima vijakoma (5.2.2), v spodnjem delu višinskih nosilnih prečk (5.3), ki sta vpeti v ležajni osi (3.3.1), ki sta povezovalni element na nosilnih ležajnih mehanizmih (8.0) in (8.1), ki sta zmontirana na prosta kraka ogrodja kolektorja (4), a na sredini povezovalne prečke krakov na ogrodju kolektorja (4), je prav tako zmontiran nosilni ležajni mehanizem (7), ki je dvotočkovno vpet na ležajno os (3.3.1), s pomočjo dodatno ojačane konstrukcije osrednjega nosilca (3.3), z zgornjo prečko (3.3.2) in pritrdilno prečko ležajnega mehanizma (3.3.3), s tem da imata vertikalni nosilec (3.3) in vertikalna pritrdilna prečka (3.3.3) izvrtini, v kateri se vstavi in fiksira ležajna os (3.3.1), na katero je zmontiran nosilni ležajni mehanizem (7), ter je v spodnjem delu osrednji nosilec konstrukcije (3.3) pritrjen na nosilno prečko podstavka (3.0), in sicer v zvezdišče z razmikom po 120°, ki ga tvori s prečkami za stabiliziranje podstavka (3.1) in (3.2).

• · ·

2. Večfunkcijski samonastavljiv sončni koncentrator sončne energije na pretvorni medij, po zahtevku l, zasnovan tako, da sestavni in ključni del celovitega sistema koncentriranega sončnega kolektorja predstavlja izmenjevalec (1) kot samostojno - nepovezano napravo, nameščeno v gorišče leče (2).

3. Večfunkcijski samonastavljiv sončni koncentrator sončne energije na pretvorni medij, po zahtevku 1, zasnovan tako, da je lahko leča bikonveksna (2.0.2), plankonveksna (2.0.1) in Fresnelova leča z zobatim delom (2.0) ali (2.2).

4. Večfunkcijski samonastavljiv sončni koncentrator sončne energije na pretvorni medij, po zahtevku 1, zasnovan tako, da se sončni žarki (a) skozi bikonveksno (2.0.2), plankonveksno (2.0.1) ali Fresnelovo lečo z zobatim delom (2.0) ali (2.2) lomijo na izhodni strani (2.2), (2.2.2) in (2.2.1) ter ustvarjajo navidezno navpično viden stožec, katerega stična točka vseh sončnih žarkov a je gorišče ali fokus.

5. Večfunkcijski samonastavljiv sončni koncentrator sončne energije na pretvorni medij, po zahtevku 1, zasnovan tako, da je sistem koncipiran na ročno ali elektromotorno višinsko nastavljivost nosilne konstrukcije (5.2) in s tem nastavljanje gorišča koncentriranega svetlobnega kolektorja.

• ·

6. Večfunkcijski samonastavljiv sončni koncentrator sončne energije na pretvorni medij, po zahtevku 1, zasnovan tako, da je sistem zasnovan na ročno ali elektromotorno nastavljivost sledenja premikov sonca od vzhoda do zahoda in je izveden s pomočjo vsaj enega nosilnega ležajnega mehanizma za horizontalni nagib (7) in najmanj dveh nosilnih ležajnih mehanizmov (8.0) in (8.1) za vertikalni nagib koncentriranega svetlobnega kolektorja.

7. Večfunkcijski samonastavljiv sončni koncentrator sončne energije na pretvorni medij, po zahtevku 1, zasnovan tako, da je nosilni ležajni mehanizem za horizontalni nagib (7) fiksno pritrjen na vertikalni nosilec (3.3) in vertikalno pritrdilno prečko (3.3.3) s pomočjo fiksno pritrjene osi ležaja (3.3.1).

8. Večfunkcijski samonastavljiv sončni koncentrator sončne energije na pretvorni medij, po zahtevku 1, zasnovan tako, da je celotna konstrukcija kolektorja z lečo (2) vpeta preko osrednjega nosilca konstrukcije (3.3), ki je privarjen v zvezdišče podstavka, ki ga sestavljajo vsaj tri prečke, kot so nosilna prečka podstavka (3.0) in prečki za stabiliziranje podstavka (3.1, 3.2), ki sta nameščeni pod kotom 120° na nosilno prečko podstavka (3.0).

9. Večfunkcijski samonastavljiv sončni koncentrator sončne energije na pretvorni medij, po zahtevku 1, zasnovan tako, da se sončni žarki (a) skozi plankonveksno lečo (2.0), ki ima ravninsko sprejemno ploščo zobato, lomijo na izhodni - zbirni strani (2.2.) ter se s pomočjo zrcala (10), ki je lahko hladno ali navadno zrcalo, nameščenega med zbirnim delom leče (2.2) in goriščem, preusmerijo do snopa optičnih kablov (11), ki je spredaj prerezan, s čimer ta prerez predstavlja sprejemni del svetlobe (11.1), skozi katerega prihaja svetloba v optični snop (11) in po njem potuje.

10. Večfunkcijski samonastavljiv sončni koncentrator sončne energije na pretvorni medij, po zahtevku 1, zasnovan tako, da je zrcalo (10) s pomočjo nosilca zrcala (10.1) pritrjeno z nastavljivim nosilcem za zrcalo (9.0) vsaj v eni točki na nosilno prečko (6.2) okvirja z lečo (2), medtem ko je na nasprotno diametralno prečko zmontiran nastavljiv nosilec za snop optičnih kablov (9.1), na katerega je pritrjen snop optičnih kablov (11).

11. Večfunkcijski samonastavljiv sončni koncentrator sončne energije na pretvorni medij, po zahtevku 1, zasnovan tako, da je za varnost celotnega sistema proti pregrevanju zasnovan tako, da smo izdelali varnostne žaluzije (12) kot samostojen sestav, ki je s pomočjo nosilne konstrukcije žaluzije (12.4) vpet in postavljen na nosilno ogrodje leče (2.1) tako, da je kot sistem snemljiv ter da deluje avtomatsko, in sicer tako, da ko sistem zazna približevanje mejni zgornji temperaturi, se s pomočjo elektromotornega pogona (12.1) zaprejo žaluzije (12.2), s pomočjo nosilnega mehanizma za odpiranje in zapiranje žaluzij (12.3), ki povezuje elektromotorni pogon (12.1) in žaluzije (12.2).

• · · ·

12. Večfunkcijski samonastavljiv sončni koncentrator sončne energije na pretvorni medij, po zahtevku 1, zasnovan tako, da je stranska protitoplotna zaščita koncentriranega dela sončnih žarkov (a) izvedena s štirimi zaščitnimi stranicami (13), ki se oblikovno in gabaritno prilagajajo prizmastim stranicam in linijam, ki jih tvorijo stranice nosilnega ogrodja leče (2.1) s stranicami kvadratnega ogrodja (5) z vsaj dvema nosilnima prečkama (6.0), (6.1), (6.2) in (6.3).

13. Večfunkcijski samonastavljiv sončni koncentrator sončne energije na pretvorni medij, po zahtevku 2, zasnovan tako, da je lahko izmenjevalec (1) kot samostojna - nepovezana naprava postavljena v gorišče leče (2), konstrukcijsko zasnovan tako, da se skozi njega pretaka voda (1.5.0) kot medij, ki se pretvarja v vodno paro (1.5.1), in drugič, da je v izmenjevalcu zmontiran cevni odjemalec - kondenzator s prisilno cirkulacijo (1.3), ki prevzema toplotno energijo od segretega medija (1.4), ki je lahko visokotemperaturno olje.

14. Večfunkcijski samonastavljiv sončni koncentrator sončne energije na pretvorni medij, po zahtevku 9, zasnovan tako, da je s preusmeritvijo sončne svetlobe (a) do snopa optičnih kablov (11), ki je spredaj prerezan, s čimer ta prerez predstavlja sprejemni del svetlobe (11.1), skozi katerega prihaja svetloba (a) v optični snop (11) in po njem potuje do želenega mesta, kjer to svetlobo uporabimo za razsvetljavo.

15. Večfunkcijski samonastavljiv sončni koncentrator sončne energije na pretvorni medij, po zahtevku 9, zasnovan tako, da je s preusmeritvijo sončne svetlobe (a) do snopa optičnih kablov (11), ki je spredaj prerezan, s čimer ta prerez predstavlja sprejemni del svetlobe (11.1), skozi katerega prihaja svetloba (a) v optični snop (11) in po njem potuje do prizme (11.2), ki to svetlobo razčleni v barvni spekter, ki se nato prenaša po slehernem optičnem vlaknu (11.3) in se usmeri na fotovoltaično celico (11.4), s čimer proizvedemo električni tok, ob hkratnem zmanjševanju pregrevanja fotovoltaične celice (11.4), s čimer povečamo njen izkoristek.