SK6928Y1 - Systém a spôsob chladenia fotovoltického panela - Google Patents

Abstract

Teplo sa odoberá z fotovoltického panela (1) prostredníctvom vzduchu, ktorý prúdi cez teleso fotovoltického panela (1) s chladičom (2). Teleso má vstup (3) a výstup (4) vzduchu a pohyb vzduchu je vynútený prirodzeným ťahom komína (5), s ktorým je teleso fotovoltického panela (1) prepojené. Aspoň časť komína (5) je vystavená slnečnému žiareniu. Do jedného komína (5) môžu byť zaústené výstupy (4) viacerých telies fotovoltických panelov (1), výhodne cez zberné kolektory (6) a potrubia. Slnečným žiarením zohrievame vzduch v komíne (5), vzduch stúpa nahor k ústiu komína (5) a takto vzniknutým ťahom komína (5) vytvárame prúdenie vzduchu v telese fotovoltického panela (1). Súčasťou systému môže byť aj chladič (2) nasávaného vzduchu, výhodne vo forme zemného výmenníka (9). Komín (5) môže byť vybavený tepelno-absorpčným povrchom a môže tiež mať podporný veterný prostriedok premieňajúci energiu vetra na ťah v komíne (5).

Description

Oblasť techniky

Technické riešenie sa týka systému a spôsobu chladenia fotovoltického panela, ktorý chladíme na dosiahnutie vyššej účinnosti článkov. Systém chladenia je energeticky nezávislý od okolia a účinok chladenia je úmerný množstvu dopadajúceho slnečného žiarenia. Technické riešenie tiež opisuje spôsob inštalácie systému.

Doterajší stav techniky

Účinnosť fotovoltických článkov a panelov, najmä kremíkových, je závislá od teploty, a to tak, že s rastúcou teplotou fotovoltického článku klesá jeho účinnosť. Pokles účinnosti predstavuje 0,2 % až 0,48 % na 1 °C. Pri celkovo nízkej účinnosti premeny slnečného žiarenia na elektrickú energiu (15 - 18 %) má vplyv teploty na dosahovanú účinnosť podstatný význam. Sú známe návrhy chladenia fotovoltických panelov ako napríklad podľa DE 102006060786, kde sa opisuje použitie výmenníka tepla v telese fotovoltického panela. Podobne tiež riešenie podľa DE 10207852 opisuje chladenie fotovoltického panela pomocou chladiaceho média a externých výmenníkov tepla. Tieto riešenia podobne, ako sa uvádza v spisoch DE 19604356, DE 102009027258, DE 202006016108, WO 2009/111017, WO 2009/124575, CN 201074372, WO 2010/000240, EP 2093808, GB2452754, používajú prenosné teplovodné médium na odvod tepla z fotovoltického panela, pričom táto chladiaca sústava je na svoj pohon zásobovaná energiou zvonka. Riešenie podľa KR 20090071895, WO 2011009993 používa na chladenie povrchu fotovoltických panelov striekajúcu alebo stekajúcu vodu, ktorá zároveň povrch článkov čistí. Toto riešenie nie je praktické s ohľadom na vysokú spotrebu vody.

Viaceré technické riešenia využívajú teplo odvádzané z fotovoltického panela ako účelový zdroj tepla. Toto usporiadanie však kladie protichodné požiadavky na teplotu článku. Na účinné získavanie tepla je vhodné zvyšovať teplotu, pre účinnosť získavania elektrickej energie je vhodné teplotu článku a panelu znižovať. Teplo získané z fotovoltických panelov v prípade samostatne stojacich elektrárni je v podstate nevyužiteľné, keďže ho nie je kam odvádzať a dostatok tepla je hlavne mimo zimného obdobia.

Zverejnené riešenie podľa SK UV 5973 používa na chladenie sorpčný chladiaci stroj, ktorý je poháňaný teplom z tepelného solárneho panelu nezávislého od fotovoltického panelu. Takéto riešenie má požadované účinky, má však množstvo súčastí, ktoré si môžu vyžadovať kontrolu a údržbu, čo spolu s nákladmi na zložitejšie zapojenie znižuje ekonomický efekt.

Je žiadané jednoduché, dlhodobo prevádzkovateľné riešenie, ktoré zaistí odvod tepla z telesa fotovoltického článku a panelu, a to bez akýchkoľvek nárokov na zvonka dodanú energiu. Nové riešenie by malo mať jednoduché zapojenie a malo by byť bezúdržbové. Riešenie by sa malo dať aplikovať aj na už existujúce fotovoltické elektrárne.

Podstata technického riešenia

Uvedené nedostatky v podstatnej miere odstraňuje systém chladenia fotovoltického panela, pri ktorom sa odoberá teplo prostredníctvom vzduchu prúdiaceho popri tele a/alebo cez telo, a/alebo pozdĺž tela fotovoltického panela podľa tohto technického riešenia, ktorého podstata spočíva v tom, že telo fotovoltického panela má vzduchový chladič nachádzajúci sa v uzavretom telese, ktoré je prispôsobené na prúdenie vzduchu, a má aspoň jeden vstup a aspoň jeden výstup. Vzduchový chladič môže mať podobu kovových rebier alebo kovovej plochy na zadnej strane fotovoltických článkov. V inom prípade môže byť chladič tvorený len samotnou zadnou plochou fotovoltického článku. Uzavreté teleso, ktoré prekrýva chladič, môže mať podobu napríklad plechovej skrine alebo sústavy U profilov vedených zdola nahor, pričom plechová skriňa alebo U profily sú pripevnené k zadnej stene fotovoltického panelu.

Výstup vzduchu z telesa je pripojený ku komínu, ktorý vytvára prirodzený ťah. Na tento účel je aspoň časť komína vystavená slnečnému žiareniu. Ústie komína je nad úrovňou výstupu vzduchu z telesa a výstup vzduchu z telesa je pripojený k spodnej časti komína odspodu, aby sa dosiahla čo najväčšia účinná výška komína, pripojenie ku komínu je napríklad vo výške výstupu vzduchu z telesa.

Energia potrebná na vynútené prúdenie chladiaceho vzduchu v telese s chladičom bude v predloženom riešení získavaná z prirodzeného ťahu komína, teda využijeme fyzikálny jav, ktorý si nevyžaduje pohyblivé časti ani elektrické napájanie alebo riadenie.

Bude vhodné, ak komín je vybavený povrchom na čo najvyššie zohrievanie jeho vnútra od dopadajúceho slnečného žiarenia. Komín môže byť napríklad vybavený čiernym tepelno-absorpčným náterom.

Komín môže mať tiež čiastočne priehľadný plášť, a to v časti, na ktorú dopadá slnečné žiarenie. Neslnečná strana plášťa komína by bola v takom prípade nepriehľadná a zvnútra vybavená čiernym povrchom. Slnečné žiarenie prechádza do komína, kde dopadá na tmavý povrch, a prehrievaný vzduch stúpa nahor. Po

SK 6928 Υ1 dobný efekt môžeme vytvoriť tak, že komín má aspoň v slnečnej časti dvojitý plášť, prvý zvonka je priehľadný a druhý je teplo-absorpčný. V podstate komín týmto získava vlastnosti tepelného solárneho panelu, čím zvyšujeme prietok vzduchu v sústave.

Z hľadiska efektívnosti konštrukcie pri viacerých fotovoltických paneloch bude výhodné, ak telesá so vzduchovými chladičmi viacerých panelov alebo aj viacerých polí budú prepojené do spoločného zberného kolektora, ktorý bude viesť do spoločného komína.

Komín môže mať výškovo meniaci sa prierez na optimalizovanie prietokových pomerov, napríklad v tvare rotačného hyperboloidu. Výška komína môže zohľadňovať predpokladané svetelné pomery a výšku tienenia komína okolitých predmetov, najmä samotných fotovoltických panelov.

Bude výhodné, ak sa pri návrhu komína využijú princípy rozmerového návrhu chladiacich veží typu Itterson, pričom však nebude potrebné vytvárať výmenník voda/vzduch, čo zjednoduší návrh komína. Zároveň nie je potrebné vytvárať spodnú konštrukciu stojok, ktorá zvyčajne nesie chladiacu vežu, keďže komín nebude nasávať vzduch z okolia, ale len vzduch privedený potrubím z telies.

Pri zapojení viacerých panelov do jedného komína bude vhodné, ak sú kolektor a sústava prípojok jednotlivých telies optimalizované na dosiahnutie rovnakého prietoku vzduchu v paneloch. Potom môžeme umiestniť jeden dostatočne dimenzovaný komín za fotovoltickými panelmi a odstupňovaným potrubím a zbernými kolektormi prepojiť komín rovnocenne so všetkým vzduchovými chladičmi. Vyváženie prietokovej rovnosti vo vetvách môžeme dosiahnuť vhodným dimenzovaním prierezov potrubia a zberného kolektora alebo neskôr tiež nastaviteľnými škrtiacimi prvkami, ktorými môžeme na mieste a podľa merania prietokov vyregulovať celú sústavu. Prípojky a všetky vedenia vzduchu z telesa vo výhodnom usporiadaní majú stúpanie alebo sú aspoň bez klesania. V prípade, že by zberné kolektory vzduchu alebo iné potrubia mali pri stúpavom umiestnení tieniť samotným panelom, môžu byť príslušné časti rozvodov z priehľadného materiálu.

Vyváženie prietokov vzduchu môžeme dosiahnuť aj usporiadaním, kedy sú telesá zapojené ako výmenníky v krížovom registri. V takom prípade sú telesá fotovoltických panelov jednej skupiny napojené hore jedným výstupným zberným kolektorom a sú napojené dole jedným vstupným zberným kolektorom, pričom vstupný zberný kolektor má otvor nasávania vzduchu umiestnený protiľahlo oproti ústiu výstupného zberného kolektora, ktorým je pripojený ďalej smerom ku komínu. Tým sa dosiahne stav, kedy dĺžka a približne aj hydraulické straty vo všetkých vetvách od vstupného otvoru vstupného zberného kolektora po ústie výstupného zberného kolektora sú rovnaké pre každé teleso fotovoltického telesa.

Komín bude pritom umiestnený predovšetkým za panelmi pri pohľade v smere dopadu slnečného žiarenia, aby netienil samotným panelom. Tým vznikne možnosť postaviť aj relatívne vysoký komín, ktorý má vysoký samovoľný ťah vzduchu.

Pri určitej výške komína, kedy prúdenie vetra nie je ovplyvnené terénnymi prekážkami (napr. aj samotnými panelmi), môže mať komín podporný veterný prostriedok premieňajúci energiu vetra na ťah v komíne, výhodne v podobe veternej turbínovej hlavice na ústi komína. Tento prostriedok z vodorovného, aj nepatrného prúdenia vzduchu vo výške ústia komína vytvorí dodatočný zvislý ťah vzduchu.

Predložené technické riešenie je konštrukčne jednoduché, nemá žiadne pohyblivé alebo opotrebujúce sa časti. V podstate sa na chladenie využíva dopadajúce slnečné žiarenie, ktoré spôsobuje aj zohrievanie fotovoltických panelov. Táto fyzikálna väzba spôsobuje rast prietoku chladiaceho vzduchu pri predpokladanom náraste teploty fotovoltických panelov, čím odpadá potreba osobitej regulácie chladenia.

Komín môže byť vytvorený z plastovej rúry alebo z plechu, alebo z iných materiálov. Komín môže byť zabezpečený proti pôsobeniu vetra kotviacimi lankami. Jednoduchá konštrukcia komína môže byť doplnená o jeho kĺbové uloženie. KÍb je orientovaný tak, aby pri skladaní komína nadol nezasiahol zónu s fotovoltickými panelmi. KÍby sú zaistené poistkami, napríklad v podobe strižných kolíkov. Komín môže mať napríklad tri kĺby, ktoré umožňujú jeho sklopenie do troch kvadrantov s výnimkou kvadrantu, v ktorom sú umiestnené fotovoltické panely. Pri nadmernom vetre dôjde ku kontrolovanému pádu komína mimo fotovoltických panelov podľa smeru vetra do niektorého z troch polôh. Komín sa môže pomocou kĺbu zložiť na zem pri príchode zimného obdobia, kedy chladenie nebude potrebné.

S cieľom zjednodušiť výstavbu väčších komínov alebo s cieľom optimalizovať jeho tvar môže byť komín vytvorený z plachtoviny, látky, impregnovaného textilu a podobne. Plachtovina obopína kostru z vytvarovaných kovových alebo plastových prútov prichytených do zeme. Plachtovina je z jednotlivých častí zošitá a napnutá na kostru. Príslušné časti plachtoviny môžu byť priehľadné, aby slnečné žiarenie dopadalo do komína, kde bude tmavý povrch. Plášť takto zostrojeného komína môže mať aj dvojitú alebo sendvičovú podobou, čím dosiahneme vhodnú tepelnú izoláciu komína a posilnenie prirodzeného ťahu. Plášť komína z plachtoviny je možné na zimné obdobie stiahnuť dole. V inom riešení môže byť plachtovina napnutá smerom nahor vnútri kostry z prútov, plachtovina má v takom prípade výstužné kruhy, ktoré udržujú prierez komína. Komín z plachtoviny má tiež výhodu v tom, že v prípade jeho kolapsu následkom vetra padajúca plachtovina nepoškodí fotovoltické panely.

Komín z plachtoviny alebo podobného materiálu môže byť postavený tak, že vystužujúca kostra je pripevnená k zavŕtaným zemným skrutkám, čo si nevyžiada žiadne betonárske práce. Spodná časť plachtoviny

SK 6928 Υ1 je zakopaná a zasypaná zeminou, čo vytvorí vzduchotesné utesnenie plášťa. Vnútri komína je vytvorená štrková vrstva, ktorá predstavuje trativod pre vodu napršanú do komína.

Uzavreté teleso na spodnej časti fotovoltického panela môže byť vo výhodnom usporiadaní vytvorené ako skriňa s obvodovým rámom, ktorý má rovnaké rozmery a pripoj ovácie prvky, ako má samotný fotovoltický panel. Potom je možné použiť rovnaké podporné konštrukcie, ako sú používané doteraz. Rovnako sa budú dať v už existujúcich fotovoltických elektrárňach dodatočne pripevniť telesá do pôvodných podporných konštrukcií. V jednom z možných vyhotovení môže byť vonkajšia, spodná stena telesa vytvorená plachtovinou napnutou do rámu telesa. Pohyb plachtoviny v prípade vetra môže podporovať pohyb vzduchu v telese. Odopnutie plachtoviny zozadu tiež umožní prípadný servis a čistenie chladiacich plôch pri panely namontovanom na podpornej konštrukcii. Použitie plachtoviny na zadnej stene telesa zmenší materiálovú náročnosť úpravy pôvodných fotovoltických panelov.

Technické riešenie umožňuje chladiť fotovoltické panely k teplote okolitého vzduchu. Na zvýšenie chladiaceho účinku môže byť systém vo výhodnom usporiadaní doplnený ešte chladičom nasávaného vzduchu na ochladenie vzduchu pod teplotu okolia. Chladič vzduchu je pripojený k vstupu vzduchu do telesa. Chladičom môže byť zemný vzdušný tepelný výmenník, ktorý bude pozostávať z potrubia položeného aspoň 1 m pod povrchom zemného terénu, výhodne aspoň 1,5 - 2,5 m pod povrchom zemného terénu. Pod potrubím je potrebné rozumieť akékoľvek vedenie, rúru, hadicu, ktorou bude prúdiť vzduch. Hĺbka konkrétneho uloženia môže byť navrhnutá podľa údajov z hydrometeorologických údajov pre danú lokalitu. Vo všeobecnosti pri hĺbkach väčších ako 1,5 m je relatívne stabilná teplota zeme aj v horúcich letných mesiacoch.

Potrubie zemného výmenníka môže byť hadovito rozložené aj priamo v zemi pod držiakmi panelov s fotovoltickými panelmi. Tam môžeme očakávať aj menšie prehrievanie povrchu zeme, keďže povrch bude zatienený práve panelmi s fotovoltickými panelmi. Nasávacia hlavica potrubia je umiestnená nad úrovňou terénu, najlepšie na tienenom mieste, a môže byť vybavená ľahko vymeniteľným filtrom nasávaného vzduchu.

S cieľom dosiahnuť menšie tlakové straty môžeme použiť zapojenie vzdušného zemného výmenníka s dvomi registrami. Registre sú vytvorené dvoma v podstate rovnobežnými rúrami, ktoré sú prepojené sústavou priečnych rúr, zvyčajne s menším priemerom, pričom vstup registra a výstup z registra sú na protiľahlých stranách. V takomto usporiadaní sa prietok v registri rozdelí na sústavu priečnych rúr, kde je pomalé prúdenie s malými stratami. Tým, že je zapojenie vstupu a výstupu zemného výmenníka protiľahlé, dosiahneme rovnakú dĺžku a tlakové straty prúdenia vo všetkých možných dráhach pre jednotlivé priečne rúry.

Keďže vo vzdušnom zemnom výmenníku môže dochádzať ku kondenzácii vody z nasávaného vzduchu, môže byť potrubie v zemi vyspádované k miestu, kde je potrubie vybavené otvorom spojeným s malým vsakovacím trativodom. Na rozdiel od použitia zemných výmenníkov pri predohreve vzduchu nasávaného do obytných miestností, nemusí byť potrubie v zemi v tomto technickom riešení obmedzované požiadavkou na vylúčenie prípadných zápachov.

Môže byť tiež výhodné, ak spojenie medzi zemným výmenníkom a vstupmi do telies fotovoltických panelov je vybavené bypassovým ventilom, ktorý odpojí zo zapojenia tepelný vzdušný výmenník a vtedy komín nasáva chladiaci vzduch z okolia. Bypassový ventil môže byť termostaticky ovládaný ventil. Ten v prípade, že teplota zeme najmä v zime a v prechodných ročných obdobiach je vyššia ako teplota okolia, umožní nasávanie okolitého vzduchu bez toho, aby sa tento zohrieval v zemnom tepelnom výmenníku. Bypassové zapojenie môžeme dosiahnuť aj ručne nastaviteľnou klapkou, ktorú obsluha v určenom intervale kontrol presunie do vhodnej polohy (leto, zima). Pri zimnej prevádzke obsluha týmto ventilom odstaví funkciu zemného výmenníka.

Bypassový ventil môže byť tiež ovládaný tlakom, napr. v podobe tlakovej klapky, kedy pri nízkom ťahu komína bude zo zapojenia vyradený vzdušný tepelný výmenník, aby sa prúdenie vzduchu cez tepelné výmenníky v paneloch nezastavilo.

Dĺžka a priemer potrubia sú pritom dimenzované tak, aby ťah komína pokryl všetky tlakové straty v celom zemnom vzdušnom výmenníku a tiež v ostatnom vedení až ku komínu.

V inom vyhotovení môže byť chladič vytvorený potrubím uloženým v tečúcej vode v blízkosti panelov.

Nasávanie vzduchu môže byť vybavené filtrom nasávacieho vzduchu. Ten môže byť vybavený čistiacim prvkom, ktorý bude poháňaný vetrom a bude z filtra stierať alebo striasať nazbierané nečistoty. Nielen komín, ale aj nasávací vstup zemného výmenníka môže byť vybavený podporným prostriedkom ťahu z vetra. Môže ísť napríklad o jednoduché natáčanie nasávacieho kolena vždy proti smeru vetra pomocou páky zakončenej smerovkou.

V prípade umiestnenia fotovoltických panelov na strechách budov môže byť studený vzduch vedený nahor v potrubí k fotovoltickým panelom a komín môže byť vhodne zakomponovaný na streche. Tlakový rozdiel a účinky vetra závislé od výšky budovy môžu podporovať prúdenie vzduchu. Komín by mohol byť vytvorený aj v zapojení pred vstupom do telies za predpokladu, že vzduch sa v ňom neohreje natoľko, aby nebol schopný chladiť fotovoltické panely. Komín by bol napríklad tvorený rúrou na fasáde budovy a výstup z neho by vchádzal do vstupu z telies. V takom prípade by však bolo vhodné zabezpečiť ochranu pred prípadným vstupom prehriateho vzduchu z komína do telies, napríklad termostatickým ventilom. V inom prípade

SK 6928 Υ1 budú na fasáde alebo v rámci budovy tri rúry, jedna - ožiarená slnkom bude tvoriť komín, druhá zatienená alebo izolovaná bude tvoriť spojenie medzi zemným výmenníkom a vstupom do telies s chladičmi a tretia bude tvoriť pripojenie komína z výstupu telies.

Nový je aj samotný spôsob chladenia fotovoltického panela, kedy slnečným žiarením zohrievame vzduch v komíne, vzduch stúpa nahor k ústiu komína a takto vzniknutým ťahom komína vytvárame prúdenie vzduchu v telese fotovoltického panela. Chladiaci vzduch nasávaný do telesa fotovoltického panela môžeme chladiť pod teplotu okolia, výhodne tak, že ho vedieme cez teplovýmenné potrubie uložené v zemi alebo vo vodnom zdroji.

Podľa tohto technického riešenia je možné znižovať teplotu fotovoltických článkov aj pod úroveň teploty okolia, pričom sa využívajú len dostupné tepelné potenciály prírody bez náročného spracovania a bez zložitej regulácie. Servis zariadenia podľa tohto technického riešenia sa zužuje len na udržiavanie tesnosti rozvodov a ich vnútornej čistoty. Po prípadnom zanesení prachu do rozvodov sa rozvody môžu prečistiť stlačeným vzduchom alebo tlakovou vodou.

Nový je aj spôsob inštalácie systému podľa uvedeného opisu, ktorého podstata spočíva v tom, že v prípade výstavby novej fotovoltickej elektrárne sa najskôr položí do zeme sústava vedení chladiaceho vzdušného zemného výmenníka a až následne sa osadia podporné konštrukcie na fotovoltické panely. Keďže stavba fotovoltickej elektrárne je zvyčajne spojená s odhrnutím a odvozom ornice, je na stavbe dostatok zemných strojov, ktoré môžu slúžiť aj na uloženie zemného výmenníka.

V prípade už existujúcich fotovoltických elektrárni sa môžu využiť uličky medzi jednotlivými poľami s fotovoltickými panelmi. Uličky sú dostatočne široké na pohyb mechanizácie, aby sa dala tráva kosiť strojom.

V uličke sa strojom postupne vykope ryha, do ktorej sa uloží rúra alebo viaceré rovnobežné rúry chladiaceho vzdušného zemného výmenníka. Podľa pôdorysného usporiadania môže byť jedna rúra alebo viaceré rúry v príslušnej uličke určené pre všetky panely daného radu s pripojením do komína, kde pre každý rad panelov je určený vlastný komín. Konkrétne priestorové usporiadanie rúr a komína alebo komínov bude závislé od rozlohy a tvaru pozemku.

V inom postupe môže byť kopanie rýh pre rúry zemného výmenníka nahradené vŕtaním zvislých vrtov, do ktorých sa vloží rúra zemného výmenníka. Ak chceme použiť bežne dostupné zemné vrtáky, bude ich hĺbka obmedzená, a potom sa použijú viaceré vrty, napríklad v uličke bude jeden vrt pre každý stĺpec panelov.

Predložený postup inštalácie umožní nasadiť systém v nových aj existujúcich fotovoltických elektrárňach.

V prípade už postavených elektrárni môže byť zvolený nasledovný postup. Každý panel sa postupne vymontuje z držiaka a zo zadnej strany sa k nemu pripne teleso. Teleso má zo spodnej časti rovnaké pripojovacie prvky ako samotný panel, čo umožní každý panel následne vložiť naspäť na pôvodné miesto v podpornej konštrukcii. Následne sa prepoja vstupy a výstupy telies do zvolenej konfigurácie.

Prehľad obrázkov na výkresoch

Technické riešenie je bližšie vysvetlené pomocou obrázkov 1 až 10. Použité pomery veľkostí a rozmerov, počty a množstvá panelov sú zvolené s cieľom zvýšiť prehľadnosť obrázkov, zvolená mierka, množstvá a znázornené pomerné rozmery nie je možné vysvetľovať ako zužujúce rozsah požadovanej ochrany. Šípky znázorňujú dopadajúce slnečné žiarenie a smer prúdenia vzduchu.

Na obrázku 1 je zobrazená schéma zapojenia komína a rez vzdušného chladiča s nasávaním vzduchu z okolia vstupu fotovoltického panela.

Obrázok 2 znázorňuje pohľad zhora na zapojenie komína k trom radom fotovoltických panelov so zbernými kolektormi a vedením ohriateho vzduchu.

Na obrázku 3 je vyobrazený systém s jedným komínom a jedným zemným výmenníkom vzduch - zem, ktorý je hadovito uložený v teréne pod panelmi. Dĺžka vzdušného výmenníka je naznačená len ilustratívne.

Obrázok 4 znázorňuje horný pohľad na zapojenie vzduchových chladičov ku komínu a k zemnému výmenníku s hadovito položeným potrubím v zemi. Zem je znázornená v hĺbke uloženia zemného výmenníka.

Na obrázku 5 je detailný pohľad na zemný výmenník s krížovo zapojeným registrom. Zem je znázornená v hĺbke uloženia zemného výmenníka.

Obrázok 6 zobrazuje príklad vyhotovenia komína s čiastočne priehľadným povrchom orientovaným na slnečnú stranu.

Na obrázku 7 je znázornená konštrukcia komína s plášťom z plachtoviny, na obrázku 8 detail založenia komína v teréne so štrkovým vnútrom základu komína.

Obrázok 9 vyobrazuje v pôdoryse rúru zemného výmenníka zakopanú v uličke medzi panelmi a komín pre jeden rad panelov.

Na obrázku 10 je vyobrazený vrt so vzdušným výmenníkom pre jeden stĺpec panelov.

SK 6928 Υ1

Príklady uskutočnenia

Príklad 1

V príklade podľa obrázka 1, 2 a 6 je systém a spôsob chladenia použitý na malej fotovoltickej elektrárni, ktorá má tri rady panelov 1 s ôsmimi panelmi 1 v každom rade. Každý panel 1 má teleso, v ktorom sú vzduchové chladiče 2. Chladiče 2 majú podobu hliníkových rebier zo zadnej strany fotovoltických článkov. V spodnej časti má teleso vstup 3 chladiaceho vzduchu, na hornej strane zozadu má výstup 4 vzduchu. Vstup 3 chladiaceho vzduchu je vybavený sieťkou proti vnikaniu hmyzu do telesa.

Výstup 4 z telesa je prepojený do spoločného zberného kolektora 6 pre jeden rad panelov J. Každý z troch kolektorov 6 je potom prepojený samostatným vedením 7 ohriateho vzduchu s odlišným priemerom do komína 5. Potrubie tvoriace vedenie 7 ohriateho vzduchu prvého a druhého raduje priesvitné a je vedené východnou stranou.

Komín 5 je v severovýchodnom rohu elektrárne. Je vyrobený zakružovaním z oceľového pozinkovaného plechu, má nahor sa zužujúci prierez a má načierno natretý povrch z východnej, južnej a západnej strany. Na vrchole komína 5 je veterná otáčavá ružica.

Príklad 2

V príklade podľa obrázka 3 a 4 je systém podľa predchádzajúceho príkladu doplnený o tepelný zemný výmenník 9 typu vzduch - zem .10. Zemný výmenník 9 je zložený z viacerých 6 m dlhých plastových rúr s priemerom 400 mm. Rúry sú pomocou kolien pospájané a vytvárajú cca 60 m dlhú trasu, na ktorej sa nasávaný vzduch ochladzuje. Vedenie 8 chladiaceho vzduchu spája vstupy 3 so zemným výmenníkom 9.

Zemný výmenník 9 je uložený v zemi 10 pod fotovoltickými panelmi 1. Bol zakopaný do zeme 10 ešte pred osadením fotovoltických panelov J. Vstup vzduchu do zemného výmenníka 9 je vyvedený nad úroveň terénu na severnej strane a je vybavený vymeniteľným filtrom.

Príklad 3

V príklade podľa obrázku 5 má zemný výmenník 9 podobu registra, v ktorom dosiahneme rozdelenie prietokov vzduchu, a tým aj zníženie rýchlosti a tlakových strát. V princípe je možná aj kombinácia rôznych zapojení zemného výmenníka 9.

Príklad 4

V príklade podľa obrázka 7 a 8 je komín 5 vyhotovený z UV odolnej plachtoviny. Tá je nastrihaná do strihov tak, aby po zošití a napnutí na kostru vytvárala približne tvar rotačného hyperboloidu. Kostra je tvorená zvislými prehnutými prútmi a zvislými kruhmi z prútov. Konštrukcia môže byť zvarená a prevezená v dvoch polškrupinách na miesto inštalácie. Na mieste osadenia komína 5 sa vykope kruhová jama s rozmerom podľa základne komína 5. Zvislé prúty sa pri zemi pripevnia pomocou zemných skrutiek. Plachtovina sa v spodnej časti zakope do zeme, čím sa teleso komína utesní pri základni. Vykopaný kruh v komíne 5 sa zasype hrubým štrkom, čo vytvorí trativod pre vodu napršanú do komína 5. Plachtovina sa natiahne nahor na kostru a cez priechodku sa do komína 5 zaústi prívod ohriateho vzduchu. Plachtovina môže mať dvojitú vrstvu s všitou tepelne izolačnou vrstvou. V časti, ktorá je priamo ožiarená slnkom, je namiesto bežnej plachtoviny použitá priehľadná vrstva.

Použitie plachtoviny prispieva k lepšej vizuálnej akceptácii komína 5 v okolí. Použitie pevných komínov z klasických materiálov môže viesť u verejnosti k mylnému dojmu o podstate zariadenia a následne k nepriateľskému postoju k elektrárni.

Príklad 5

Komín 5 je vyhotovený z impregnovaného textilu, vystuženého kruhovými obručami s odstupňovanými priemermi. Spodná časť je pripevnená k zemi. Komín zahrňuje aj zvislú konštrukciu, napríklad z troch k sebe sklonených stĺpov, ktoré nesú kladky. Cez ne sa lankami vytiahne a pridržiava horná obruč komínového plášťa. Týmto spôsobom sa vytvorí komín, ktorý je možné v prípade potreby jednoducho zložiť. V prípade, že komín 5 tieni fotovoltické panely v čase s nižšou okolitou teplotou - napr. zavčasu ráno, môže sa výška komína meniť spúšťaním laniek pomocou elektricky ovládaného navijaka. K spusteniu komína môže dôjsť aj automaticky pri prekročení nastavenej sily vetra. V takom prípade budú prietok chladiaceho vzduchu podporovať veterné ružice.

Príklad 6

V príklade podľa obrázka 9 je zemný výmenník 9 osadený v zemi 10 tak, že jedno vedenie s troma rúrami zakopanými v uličke je určené na chladenie jedného radu fotovoltických panelov 1 s vlastným komínom 5.

SK 6928 Υ1

Príklad 7

V príklade podľa obrázka 10 je zemný výmenník 9 osadený v zemi 10 tak, že pre každý stĺpec fotovoltických panelov! v danom rade je vyvŕtaný jeden otvor, do ktorého je vložená rúra s prepážkou, ktorá oddeľuje vstup a výstup tak, aby vzduch v rúre prúdil popri dne rúry.

Priemyselná využiteľnosť

Podľa tohto technického riešenia je možné priemyselne a opakovane zostavovať chladiacu zostavu, ktorá chladí teleso fotovoltického panela, pričom chladenie je poháňané prirodzeným ťahom komína a môže byť navyše posilnené chladiacim účinkom zeme vo vrstve pod úrovňou terénu.

Claims (23)

1. NÁROKY NA OCHRANU

   1. Systém chladenia fotovoltického panela (1), pri ktorom sa odoberá teplo prostredníctvom vzduchu prúdiaceho popri paneli (1) a/alebo cez panel (1), a/alebo pozdĺž panelu (1), vyznačujúci sa tým, že fotovoltický panel (1) má vzduchový chladič (2) umiestnený v uzavretom telese prispôsobenom na prúdenie vzduchu, teleso má vstup (3) a výstup (4) vzduchu, výstup (4) vzduchu je pripojený ku komínu (5) na vytvorenie prirodzeného ťahu, pričom aspoň časť komína (5) je vystavená slnečnému žiareniu na podporu prirodzeného ťahu komína (5) a ústie komína (5) je nad úrovňou výstupu (4) vzduchu.
2. 2. Systém chladenia fotovoltického panela (1) podľa nároku 1,vyznačujúci sa tým, že aspoň časť komína (5) je vybavená tepelno-absorpčným povrchom.
3. 3. Systém chladenia fotovoltického panela (1) podľa nároku 1 alebo 2, vyznačujúci sa tým, že komín (5) má aspoň časť plášťa na slnečnej strane priehľadnú a výhodne je zvyšná časť plášťa zvnútra vybavená tepelno-absorpčným povrchom.
4. 4. Systém chladenia fotovoltického panela (1) podľa ktoréhokoľvek z nárokov laž 3, vyznačujúci sa tým, že komín (5) má aspoň v slnečnej časti dvojitý plášť, prvý zvonka je priehľadný a druhý je vybavený tepelno-absorpčným povrchom.
5. 5. Systém chladenia fotovoltického panela (1) podľa ktoréhokoľvek z nárokov laž 4, vyznačujúci sa t ý m, že komín (5) má tvar rotačného hyperboloidu.
6. 6. Systém chladenia fotovoltického panela (1), podľa ktoréhokoľvek z nárokov 1 až 5, vyznačujúci sa tým, že komín (5) má v spodnej časti aspoň jeden kĺb, kĺb je zaistený poistkou, pričom kĺb je orientovaný tak, aby pri nadmernom vetre došlo k aktivácii poistky a ku kontrolovanému pádu komína (5) mimo zóny s fotovoltickými panelmi (1).
7. 7. Systém chladenia fotovoltického panela (1) podľa ktoréhokoľvek z nárokov laž 6, vyznačujúci sa t ý m , že komín (5) má kostru z prútov a plášť z ohybnej vrstvy, výhodne plášť z plachtoviny alebo impregnovanej látky, pričom požadovaný tvar komína je určený kostrou z prútov.
8. 8. Systém chladenia fotovoltického panela (1) podľa ktoréhokoľvek z nárokov laž 7, vyznačujúci sa t ý m , že do jedného komína (5) sú zaústené výstupy (4) viacerých telies fotovoltických panelov (1), výhodne cez zberné kolektory (6) a cez vedenia (7) ohriateho vzduchu, ktorých potrubia sú na dosiahnutie rovnakého prietoku vzduchu v telesách fotovoltických panelov (1) svojou veľkosťou postupne odstupňované a/alebo zapojené do protiľahlého zapojenia.
9. 9. Systém chladenia fotovoltického panela (1) podľa ktoréhokoľvek z nárokov laž 8, vyznačujúci sa t ý m , že zahrňuje podporný veterný prostriedok premieňajúci energiu vetra na ťah v komíne (5), výhodne v podobe veternej turbínovej hlavice na ústi komína (5).
10. 10. Systém chladenia fotovoltického panela (1) podľa ktoréhokoľvek z nárokov 1 až 9, vyznačujúci sa tým, že teleso má zo spodnej strany rovnaké pripevňovacie prvky, ako má samotný fotovoltický panel (1), ku ktorému je teleso pripevnené.
11. 11. Systém chladenia fotovoltického panela (1) podľa ktoréhokoľvek z nárokov 1 až 10, vyznačujúci sa tým, že zahrňuje chladič vzduchu, ktorý je pripojený do vetvy so vstupom (3) vzduchu do telesa.
12. 12. Systém chladenia fotovoltického panela (1) podľa nároku 11,vyznačujúci sa tým, že vstup (3) vzduchu do telesa je k chladiču pripojený cez vedenie (8) chladiaceho vzduchu a cez dvojcestný ventil alebo cez bypass, ktorým sa nasáva vzduch z okolia panela (1).
13. 13. Systém chladenia fotovoltického panela (1) podľa nároku 11 alebo 12, vyznačujúci sa tým, že chladič vzduchu je tvorený tepelným zemným výmenníkom (9) typu vzduch - zem (10), kde potrubie zemného výmenníka (9) je uložené v zemi (10), výhodne v hĺbke aspoň 1 m, obzvlášť výhodne v hĺbke aspoň 1,5 m.
14. 14. Systém chladenia fotovoltického panela (1) podľa nároku 13, vyznačujúci sa tým, že

    SK 6928 Υ1 potrubie zemného výmenníka (9) je hadovito uložené a/alebo zahrňuje krížovo zapojený register a potrubie zemného výmenníka (9) je vyspádované k miestu odtoku kondenzátu, výhodne k miestu odtoku kondenzátu s trativodom.
15. 15. Systém chladenia fotovoltického panela (1) podľa ktoréhokoľvek z nárokov 11 až 14, vyznačujúci sa tým, že vstup (3) vzduchu do telesa a/alebo nasávanie zemného výmenníka (9) je vybavené vymeniteľným filtrom vzduchu.
16. 16. Systém chladenia fotovoltického panela (1) podľa ktoréhokoľvek z nárokov 13ažl 5, vyznačujúci sa tým, že zemný výmenník (9) je vybavený tlakovou klapkou na odpojenie zemného výmenníka (9) pri nízkom tlaku nasávania.
17. 17. Systém chladenia fotovoltického panela (1) podľa ktoréhokoľvek z nárokov 13ažl 6, vyznačujúci sa tým, že potrubie zemného výmenníka (9) je uložené v zemi (10) v uličke medzi radmi fotovoltických panelov (1).
18. 18. Systém chladenia fotovoltického panela (1) podľa ktoréhokoľvek z nárokov 13 až 16, v y z n a č u júci sa tým, že potrubie zemného výmenníka (9) je uložené v zemi (10) pod fotovoltickými panelmi (1).
19. 19. Systém chladenia fotovoltického panela (1) podľa ktoréhokoľvek z nárokov 13 až 17, v y z n a č u júci sa tým, že rúra alebo viaceré rovnobežné rúry chladiaceho vzdušného zemného výmenníka (9) sú uložené v ryhe vykopanej v zemi (10) v uličke medzi radmi inštalovaných polí fotovoltických panelov (1).
20. 20. Systém chladenia fotovoltického panela (1) podľa ktoréhokoľvek z nárokov 13až 17, vyznačujú c i sa tým, že rúra chladiaceho vzdušného zemného výmenníka (9) je uložená v otvore vyvŕtanom v zemi (10), výhodne v uličke medzi radmi inštalovaných polí fotovoltických panelov (1).
21. 21. Systém chladenia fotovoltického panela (1) podľa nároku 18,vyznačujúci sa tým, že rúry chladiaceho vzdušného zemného výmenníka (9) sú v zemi (10) položené ešte pred inštaláciou fotovoltických panelov (1).
22. 22. Spôsob chladenia fotovoltického panela (1), pri ktorom sa odoberá teplo prostredníctvom vzduchu prúdiaceho popri paneli (1) a/alebo cez panel (1), a/alebo pozdĺž panelu (1), vyznačujúci sa tým, že slnečným žiarením zohrievame vzduch v komíne (5), vzduch stúpa nahor k ústiu komína (5) a takto vzniknutým prirodzeným ťahom komína (5) vytvárame prúdenie vzduchu v telese fotovoltického panela (1).
23. 23. Spôsob chladenia fotovoltického panela (1) podľa nároku 22, vyznačujúci sa tým, že chladiaci vzduch nasávaný do telesa fotovoltického panela (1) chladíme pod teplotu okolia, výhodne tak, že ho vedieme cez teplovýmenné potrubie uložené v zemi (10) alebo vo vodnom zdroji.