PL237403B1 - Hybrydowy układ PV/T przeznaczony do suszenia biomasy roślinnej - Google Patents

Abstract

Przedmiotem zgłoszenia jest hybrydowy układ PV/T przeznaczony do suszenia biomasy roślinnej, który to układ stanowi urządzenie składające się z elementów takich jak układ PV/T (1), poprzeczny wentylator promieniowy (2), grzałka elektryczna (3), koncentrator promieniowania słonecznego o kształcie parabolicznym (4), izolowana termicznie dysza (5) oraz suszarka komorowa (6). Urządzenie generuje strumień podgrzanego powietrza na wylocie z układu PV/T, które następnie wtłaczane jest za pośrednictwem dyszy (5) do suszarki komorowej (6). Przepływ powietrza wymuszony jest w sposób mechaniczny przez poprzeczny wentylator promieniowy (2) umiejscowiony na wlocie układu PV/T.

Description

Opis wynalazku

Przedmiotem wynalazku jest urządzenie przeznaczone do suszenia biomasy roślinnej stanowiące innowacyjną konfigurację hybrydowego układu PV/T (z ang. photovoltaik/thermal hybrid) zintegrowanego z suszarką komorową.

Układ hybrydowy PV/T to urządzenie powstałe z połączenia modułu fotowoltaicznego i kolektora słonecznego: cieczowego lub powietrznego. Główną zaletą układu hybrydowego PV/T jest niwelowanie niekorzystnego zjawiska nagrzewania się krzemowych ogniw PV, co prowadzi do spadku ich wydajności, poprzez odbiór nagromadzonego w ich strukturze ciepła. Pozyskane w ten sposób ciepło odpadowe wykorzystane jest w procesie ogrzewania innej materii. Tym samym urządzenie produkuje energię elektryczną zdolną do zasilania odbiorników tejże energii oraz cieplną możliwą do zagospodarowania np. w suszarnictwie płodów rolnych, ogrzewnictwie mieszkaniowym, lub inwentarskim.

Znane są zmodyfikowane układy hybrydowe PV/T wyposażone w dodatkowy moduł koncentratora promieniowania słonecznego, o refleksyjnej powierzchni. Wynalazek CN102244479 to układ hybrydowy PV/T, w którym skoncentrowane, odbite promieniowanie słoneczne, pada bezpośrednio na krzemowe ogniwo PV, dzięki zastosowaniu wielu odblaskowych zwierciadeł o różnych ogniskowych. Układ posiada ponadto system śledzenia położenia tarczy słonecznej. Elementem charakterystycznym powyższego rozwiązania jest to, iż na tylną nieaktywną powierzchnię pojedynczego krzemowego ogniwa PV, umieszczonego w szczelnej obudowie, skierowany jest strumień powietrza. Wynalazek US2008302357 to połączenie dwóch modułów fotowoltaicznych, których powierzchnie czynne skierowane są w przeciwne strony, przy czym na jedną z nich pada promieniowanie słoneczne bezpośrednie, natomiast na drugą promieniowanie odbite od refleksyjnej obudowy w kształcie litery „W”. Pomiędzy nieaktywnymi ścianami paneli znajduje się radiator, przez który prowadzona jest wężownica transportująca płyn roboczy.

W odróżnieniu od wynalazku CN102244479 proponowane rozwiązanie charakteryzuje się tym, że koncentrator promieniowania słonecznego ma kształt paraboliczny, oraz że skoncentrowane promieniowanie słoneczne skierowane jest na absorber kolektora powietrznego. Ponadto, proponowane urządzenie jest modułem wielu krzemowych ogniw PV.

W odróżnieniu od wynalazku US2008302357 proponowane rozwiązanie charakteryzuje się tym, że zmodyfikowano jeden moduł fotowoltaiczny do postaci hybrydy PV/T, poprzez dodanie absorbera skoncentrowanego promieniowania słonecznego odbitego, w którym medium chłodzącym strukturę krzemowych ogniw PV jest powietrze.

Istota proponowanego rozwiązania polega na tym, że hybrydowy układ PV/T przeznaczony do suszenia biomasy roślinnej stanowi urządzenie składające się z elementów takich jak układ PV/T, poprzeczny wentylator promieniowy, grzałka elektryczna, koncentrator promieniowania słonecznego o kształcie parabolicznym, izolowana termicznie dysza oraz suszarka komorowa. Według wynalazku urządzenie generuje strumień podgrzanego powietrza na wylocie z układu PV/T, które następnie wtłaczane jest za pośrednictwem dyszy do suszarki komorowej. Przepływ powietrza wymuszony jest w sposób mechaniczny przez poprzeczny wentylator promieniowy umiejscowiony na wlocie układu PV/T.

Powietrze podgrzewa się dzięki odebraniu ciepła:

- ze struktury krzemowych ogniw PV,

- z absorbera promieniowania słonecznego odbitego od koncentratora,

- z grzałki elektrycznej umiejscowionej na wylocie układu PV/T.

Zarówno silnik prądu stałego wentylatora, jak i grzałka elektryczna są zasilane z zasobnika energii elektrycznej, który z kolei jest ładowany energią pochodzącą z baterii krzemowych ogniw PV. Układ elektryczny urządzenia wyposażony jest w regulator ładowania zasobnika energii elektrycznej.

Korzystnym jest, gdy promieniowanie słoneczne, które jest odbite od lustrzanej powłoki koncentratora, przenika przez przezroczyste tworzywo sztuczne i pada na powierzchnię absorbera, natomiast bateria krzemowych ogniw PV jest skierowana w kierunku tarczy słonecznej i pada na nią promieniowane słoneczne bezpośrednie.

Korzystnym jest, gdy strumień powietrza, generowany na wejściu układu przez poprzeczny wentylator promieniowy z silnikiem prądu stałego, jest wtłaczany na całej szerokości w dwa niezależne kanały powstałe pomiędzy absorberem i przezroczystym tworzywem sztucznym oraz absorberem pokrytym warstwą izolacyjną i tylną powłoką krzemowych ogniw PV. Korzystnym jest, gdy strumień podgrzanego powietrza uzyskany na wylocie układu PV/T jest bezpośrednio wtłaczany do dyszy łączącej urządzenie z suszarką komorową.

PL 237 403 B1

Korzystnym jest, gdy silnik wentylatora oraz grzałka elektryczna zasilane są z zasobnika energii elektrycznej, który z kolei jest ładowany energią pochodzącą z baterii krzemowych ogniw PV i układ elektryczny urządzenia wyposażony jest w regulator ładowania.

Korzyści, jakie można przypisać istocie wynalazku to:

- wzrost wydajności baterii krzemowych ogniw PV wynikający ze spadku ich temperatury wewnętrznej, co bezpośrednio przekłada się na ilość pozyskiwanej przez nie energii oraz dłuższą żywotność,

- możliwość pracy urządzenia bez zewnętrznego zasilania energia elektryczną,

- efekt synergii zaistniały dzięki połączeniu dwóch technik pozyskania energii elektrycznej i cieplnej z kogeneracji,

- brak konieczności magazynowania energii cieplnej, co podnosi sprawność urządzenia,

- mniejsza wymagana powierzchnia do uzyskania identycznego efektu jak w przypadku pracy kolektora powietrznego i modułu fotowoltaicznego osobno,

- możliwa efektywna praca urządzenia podczas zacienienia i w nocy dzięki grzałce elektrycznej oraz magazynowaniu energii elektrycznej w zasobniku.

Wynalazek znajduje zastosowanie w technice konfekcjonowania płodów rolnych, takich jak warzywa, owoce, trawy oraz pozyskiwania surowca biomasy roślinnej dla celów energetycznych. Docelowym miejscem stosowania urządzenia są ekologiczne przedsiębiorstwa rolno-spożywcze, przetwórstwa owocowo-warzywnego oraz indywidualne gospodarstwa rolne, gdzie występuje zapotrzebowanie na niskotemperaturowe źródło ciepła w postaci podgrzanego powietrza.

Przedmiot wynalazku jest uwidoczniony na rysunku, na którym fig. 1 przedstawia kompletne urządzenie w widoku z lewego boku, fig. 2 - układ PV/T, wentylator oraz koncentrator promieniowania w widoku od góry z lewego boku, fig. 3 - układ PV/T, wentylator oraz koncentrator promieniowania w widoku z lewego boku, fig. 4 - układ PV/T oraz koncentrator promieniowania w widoku wylotu układu PV/T, fig. 5 - schemat układu elektrycznego urządzenia.

Hybrydowy układ PV/T przeznaczony do suszenia biomasy roślinnej jest urządzeniem zbudowanym z elementów składowych takich jak układ PV/T 1, poprzeczny wentylator promieniowy 2, grzałka elektryczna 3, koncentrator promieniowania słonecznego o kształcie parabolicznym 4, izolowana termicznie dysza 5, suszarka komorową 6.

Układ PV/T 1 jest to jednolita konstrukcja w kształcie bryły prostopadłościennej, w której poziome ściany równoległe stanowią od góry bateria ogniw PV 7, a od dołu przezroczyste tworzywo sztuczne 8. Pomiędzy ścianami równoległymi znajduje się aluminiowa płyta - absorber 9, która rozdziela powstałą przestrzeń na dwa niezależne kanały 10 i 11. Absorber od strony baterii ogniw PV pokryty jest warstwą materiału izolacyjnego 12, natomiast od strony przezroczystego tworzywa, warstwą substancji absorbującej promieniowanie słoneczne. Boczne, prostopadłe ściany konstrukcji o dłuższym boku, są zabudowane. Na jednej ze ścian prostopadłych konstrukcji, o krótszym boku, zamontowany jest poprzeczny wentylator promieniowy 2, z silnikiem prądu stałego. Na przeciwległej, niezabudowanej ścianie prostopadłej o krótszym boku, zainstalowana jest grzałka elektryczna 3. W tym miejscu znajduje się wylot z układu PV/T. Koncentrator promieniowania słonecznego o kształcie parabolicznym 4, wykonany jest z tworzywa sztucznego, a jego wierzchnia warstwa pokryta jest materiałem o wysokim współczynniku albedo. Koncentrator jest umiejscowiony poniżej oraz jego krawędzie wystają poza szerokość gabarytową układu PV/T 1. Bateria krzemowych ogniw PV 7 skierowana jest w kierunku tarczy słońca i na nią pada promieniowanie słoneczne bezpośrednio. Na powierzchnię absorbera 9 pada promieniowanie odbite od lustrzanej powłoki koncentratora o kształcie parabolicznym 4, przenikające przezroczyste tworzywo sztuczne 8. Hybrydowy układ PV/T przeznaczony do suszenia biomasy roślinnej wyposażony jest w układ elektryczny, w którym energia elektryczna pozyskana z baterii krzemowych ogniw PV jest magazynowana w zasobniku 13. Pomiędzy baterią, a zasobnikiem, znajduje się regulator ładowania 14. Do regulatora podłączona jest grzałka 3 i silnik elektryczny wentylatora 2. Niniejszy projekt urządzenia jest rozwojowy. Przewiduje się wyposażenie urządzenia w układ nadążny za tarczą słoneczną.

Claims (14)

1. Zastrzeżenia patentowe

   1. Hybrydowy układ PV/T przeznaczony do suszenia biomasy roślinnej zbudowany z układu PV/T (1), poprzecznego wentylatora promieniowego (2), grzałki elektrycznej (3), koncentratora promieniowania słonecznego o kształcie parabolicznym (4), izolowanej termicznie dyszy (5), suszarki komorowej (6), znamienny tym, że promieniowanie słoneczne odbite od lustrzanej powłoki koncentratora (4), przenika przez przezroczyste tworzywo sztuczne (8) i pada na powierzchnię absorbera (9), natomiast bateria krzemowych ogniw PV (7) jest skierowana w kierunku tarczy słonecznej i pada na nią promieniowane słoneczne bezpośrednie.
2. 2. Urządzenie według zastrz. 1, znamienne tym, że strumień powietrza generowany przez wentylator promieniowy (2) jest wtłaczany na całej szerokości w dwa niezależne kanały (10, 11), powstałe pomiędzy absorberem (9) a przezroczystym tworzywem sztucznym (8) oraz warstwą izolacyjną (12) absorbera (9) a tylną powłoką baterii krzemowych ogniw PV (7).
3. 3. Urządzenie według zastrz. 1, znamienne tym, że strumień podgrzanego powietrza uzyskany na wylocie układu PV/T (1) jest bezpośrednio wtłaczany do dyszy (5) łączącej urządzenie z suszarką komorową (6).
4. 4. Urządzenie według zastrz. 1, znamienne tym, że silnik wentylatora (2) oraz grzałka elektryczna (3) zasilane są z zasobnika energii elektrycznej (13), który z kolei jest ładowany energią pochodzącą z baterii krzemowych ogniw PV (7), jak pokazano na fig. 5 rysunkami i układ elektryczny wyposażony jest w regulator ładowania (14).

   Wykaz oznaczeń na rysunkach

   1. Układ PV/T

   2. Wentylator poprzeczny promieniowy

   3. Grzałka elektryczna

   4. Koncentrator promieniowania słonecznego
5. 5. Izolowana termicznie dysza
6. 6. Suszarka komorową
7. 7. Bateria ogniw PV
8. 8. Przezroczyste tworzywo sztuczne
9. 9. Aluminiowa płyta absorbera
10. 10. Kanał powietrzny stanowiący przestrzeń pomiędzy materiałem izolacyjnym przytwierdzo- nym do absorbera, a tylną powłoką baterii ogniw PV
11. 11. Kanał powietrzny stanowiący przestrzeń pomiędzy absorberem, a przezroczystym two- rzywem sztucznym
12. 12. Materiał izolacyjny absorbera
13. 13. Zasobnik energii elektrycznej
14. 14. Regulator ładowania