RS57261B1 - Hibridni kolektor - Google Patents

Description

OBLAST PRONALASKA

Pronalazak se odnosi na hibridni kolektor u skladu sa preambulom iz patentnog zahteva 1.

STANJE TEHNIKE

Hibridni kolektori su poznati u tehnici, koji iskorišćavaju efikasnije sunčevu svetlost od fotonaponskog modula ili termičkog solarnog kolektora (poznatog, takođe, kao solarni kolektor). Za fotonaponske module (FN moduli) generalno važi da njihov učinak opada sa rastućom temperaturom. Zbog toga se pokušava da se temperatura FN modula održava na što nižem nivou. Sinergistički efekat se kod hibridnih kolektora sastoji u tome da su u njima predviđeni izmenjivači toplote koji hlade FN module. Toplota, sprovođena pomoću nosača toplote, može se upotrebiti u svrhe zagrevanja vode, kao podrška grejanju ili kao podrška toplotnim pumpama. Ukupan stepen učinka hibridnih kolektora je, prema tome, viši od stepena učinka FN modula ili pojedinačnog solarnog kolektora.

Ono što se, međutim, pokazalo kao mana kod hibridnih kolektora jeste to da prenos toplote sa FN modula na izmenjivač toplote loše funkcioniše i time se pogoršava ukupni stepen učinka hibridnih kolektora. Pokušaj da se poboljša prenos toplote se sastoji u tome da se kod izmenjivača toplote upotrebe materijali koji su dobri termički provodnici, kao na primer bakar. Ovakvi materijali su, međutim, veoma skupi. Takođe, postoje i težnje da se fotonaponske ćelije laminiraju direktno za izmenjivač toplote i da se ova konstrukcija postavi u obično, ravno kućište kolektora. No takvi hibridni kolektori iziskuju velike troškove pri izradi i još su u veoma ranom stadijumu razvoja.

Patent WO 2009/061495 A1 opisuje jedan napredni solarni kolektor. Taj solarni kolektor obuhvata fotonaponsku ploču (panel) i kućište koje služi kao izmenjivač toplote za FN panel i povezano je sa njim. Kućište obuhvata jedan gornji i jedan donji zid od materijala koji je dobar termički provodnik, poželjno od aluminijuma. Zajedno sa bočnim zidovima, kućište gradi hermetički zatvoren prostor sa izgrađenim kanalima u sebi. Gornji zid je povezan sa FN panelom. U drugom primeru realizacije, između oba zida se vrši zaptivanje. Kako bi se poboljšala zaptivenost kućišta, gornji i donji zid se mogu spojiti vijkom. Između medijuma za razmenjivanje toplote i FN panela uvek se nalazi gornji zid koji, iako je napravljen od materijala koji je toplotni provodnik, pogoršava prenos toplote između medijuma za razmenjivanje toplote i FN panela. Kako bi se prenos toplote poboljšao u WO 2009/061495 se, takođe, predlaže da se između FN panela i gornjeg zida nanese termički provodljiva mast. Kao sledeća alternativa se predlaže da se formiraju kanali na donjoj strani FN panela ili na gornjoj strani donjeg zida. Tako se može ukloniti gornji zid. FN panel i donji zid se spajaju i zaptivaju adhezivom.

Patent DE 19803343 opisuje solarno-termički, fotonaponski krovni poločasti kolektor kod koga je donji deo napravljen od obojenog otpadnog stakla, a gornji deo od prozirnog otpadnog stakla. Pritom, apsorber, koji se nalazi ispod fotonaponske ćelije, može preuzeti ulogu hlađenja ćelije. Međusobna povezanost apsorbera se realizuje elastičnim crevima, sa prirubnicama sa obe strane. Krovni kolektor obuhvata osnovno telo kolektora, na koje se, zaptivanjem veštačkim materijalom, nanosi kućište kolektora. Osnovno telo kolektora i kućište kolektora su proizvedeni od stakla u postupku presovanja ili od plastike. Apsorber je proizveden od gume ojačanog tkanja i izrađuje se, slično vazdušnom jastuku, vulkanizacijom gornje i donje polovine. On obuhvata po jedan cevasti nastavak za dotok i odvod koji se nalaze na krajevima i oblikovani su kao prirubnice. Prema jednom načinu realizacije, apsorber je integrisan u kućište kolektora tako da većim delom naleže na fotonaponsku ćeliju. Mana ovog opisanog krovnog kolektora jeste njegova komplikovana konstrukcija.

US patentna prijava br. 2004/0025931 se odnosi na solarni panel za istovremenu proizvodnju struje i toplotne energije. Panel se sastoji od panela koji upija tečnost, izmenjivača toplote u obliku termnički provodljive ploče i FN panela. FN panel je adhezivom zalepljen za staklo i naleže na panel koji upija tečnost, odnosno zalepljen je sa njegove gornje strane. Za maksimizaciju upijanja sunčeve svetlosti postavljen je i reflektor na odstojanju od solarnog panela. Reflektor reflektuje nadolazeću sunčevu svetlost na solarni panel i tako omogućava eksploataciju većeg učinka.

Patent DE-A-101 21 850 je posvećen hlađenju fotonaponskih modula u cilju pospešivanja ekspoatacije većeg učinka. Predlaže se da se hladna voda sprovodi kroz neki međuprostor po zadnjoj strani nekog komercijalnog modula, dok bi se staklo lepilo silikonom za solarni modul. Tu se može ubaciti cevasti nastavak za dotok i oticanje u silikonski zaptivač. Ovo predloženo rešenje se ističe svojom jednostavnošću, budući da prednji zid prostora izmenjivača toplote sam obrazuje fotonaponski modul. Međutim, modul nije upotrebljiv u praksi jer predloženi silikonski zaptivač popušta u srednjoročnom periodu. Takođe se može desiti da izmenjivač toplote nije sposoban da podnosi preveliki pritisak.

PREDMET PRONALASKA

Predmet ovog pronalaska je stoga da predstavi hibridni kolektor koji omogućava poboljšani prenos toplote sa FN modula na izmenjivač toplote i, kao posledicu toga, poseduje viši, ukupan stepen učinka.

Dodatni cilj jeste da se prikaže hibridni kolektor koji je što jednostavnije građe i samim tim isplativiji za izradu. Još jedan cilj jeste da se predstavi hibridni kolektor čiji izmenjivač toplote može podnositi pritisak.

OPIS PRONALASKA

Pronalazak se odnosi na hibridni kolektor sa barem jednom, a poželjno sa većim brojem fotonaponskih ćelija koje su postavljene između dve noseće ploče, pri čemu se tako definiše jedan noseća podloga, poželjno napravljena od stakla. Noseće ploče mogu biti od stakla ili plastike ili nekog drugog prikladnog prozirnog ili neprozirnog materijala. Poželjno je da je noseća ploča, okrenuta prema suncu, napravljena od prozirnog stakla ili plastike. Strana noseće podloge, okrenuta prema nadolazećoj svetlosti, može se takođe realizovati kao folija ili premaz. U ovom slučaju, strana, okrenuta prema svetlosti, preuzima zadatak da štiti fotonaponske ćelije. Noseću funkciju u tom slučaju, većim delom, preuzima noseća ploča koja nije okrenuta prema svetlosti. Na zadnjoj strani noseće podloge je postavljen zadnji zid na odstojanju od noseće podloge. Ovu stranu noseće podloge, koja je okrenuta suprotno od sunčeve svetlosti, treba smatrati zadnjom stranom. Predviđa se marginalno zaptivanje između fotonaponskog modula i zadnjeg zida kako bi se obrazovao prostor izmenjivača toplote kroz koji može strujiti nosač toplote.

U skladu sa pronalaskom, zadatak se u uređaju prema patentnom zahtevu 1 rešava time što su noseća podloga i zadnji zid spojeni, nestandardno, velikim brojem pričvrsnih sredstava. Ovo je od prednosti jer izmenjivač toplote može da podnosi pritisak. Sredstva za učvršćivanje su u poželjnom slučaju podesivi i odvojivi pričvrsni elementi koji pričvršćuju noseću podlogu za noseću strukturu. Nosač toplote koji struji kroz prostor izmenjivača toplote, nalazi se u direktnom kontaktu sa nosećom podlogom. Time što se iz hibridnog kolektora mogu ukloniti dodatni zidovi, vidno je poboljšan prenos toplote između noseće podloge i nosača toplote. Ovaj poboljšani prenos toplote dovodi do ciljanog efekta da se FN (fotonaponske) ćelije brže hlade čime se povećava stepen njihovog učinka. Osim toga, poboljšani prenos toplote doprinosi povećanju temperature nosača toplote. I ovaj efekat je krajnje poželjan pri radu hibridnog kolektora, jer se takođe poboljšava i stepen učinka termičkog udela hibridnog kolektora. Budući da je moguće odreći se dodatnih zidova izmenjivača toplote, koji su doduše dobri toplotni provodnici, ali skupi i koji se moraju napraviti npr. od bakra, troškovi pri izradi hibridnog kolektora prema predmetnom pronalasku, znatno su niži.

Od prednosti je to što je noseća podloga, zaptivena da ne propušta tečnost, postavljen na zadnjem zidu koji obrazuje zadnji zid izmenjivača toplote. Zaptivanje se u idealnom slučaju vrši u bočnom predelu noseće podloge i duž celog obima. Nužno zaptivanje noseće podloge i zadnjeg zida se postiže na jednostavan i samim tim isplativ način. Zaptivač je u poželjnom slučaju elastičan, gumen i samostalan. Primenom gumenog zaptivača na ivičnim oblastima noseće podloge, prostor izmenjivača toplote gde je nosač toplote smešten, postaje dovoljno veliki. U ivičnoj oblasti noseće podloge ostaje dovoljno prostora izvan zaptivača za predviđena pričvrsna sredstva za spajanje noseće podloge sa zadnjim zidom. Budući da dimenzije noseće podloge i zadnjeg zida u najvećem broju slučajeva suštinski nisu jednake, zamislivo je da se zadnji zid prostire iznad noseće podloge. Tada se hibridni kolektor u predelu zadnjeg zida koji štrči može naročito jednostavno pričvrstiti za noseću podlogu npr. zid zgrade.

Prema poželjnom načinu realizacije zaptivač deluje zajedno sa nosećom podlogom i zadnjim zidom u cilju nepropuštanja tečnosti, tako da su međusobno spojeni većim brojem dodatnih pričvrsnih sredstava. Zaptivanje hibridnog kolektora se odvija na način kao što se krajnje uspešno pokazalo kod prirubnica i u skladu sa tim je u potpunosti razvijen.

Prema naročito poželjnom načinu realizacije, pričvrsna sredstva su vijci, koji se provlače kroz svaki od otvora za prolaz i rupa, predviđenih na nosećoj podlozi. Vijci mogu da se zavrću pomoću navojne košuljice ili pomoću matica kako noseća podloga i zadnji zid ne bi propuštali tečnost u predelu zaptivača. Ovaj zaptivač, koji se, takođe, primenjuje i kod prirubnica, ima tu prednost da se kontaktni pritisak može vrlo precizno podešavati pomoću vijaka. Time se, s jedne strane, postiže zaptivenost hibridnog kolektora, a sa druge strane, noseća podloga nije preopterećena zateznom silom.

Od velike prednosti se pokazuje to kada su otvori za prolaz, koji su predviđeni na nosećoj podlozi, postavljeni u predelu između zaptivača i bočne ivice noseće podloge, tj. izvan prostora izmenjivača toplote. Otvori za prolaz se u idealnom slučaju nalaze u oblasti noseće podloge koji ne mora biti zaptiven. U slučaju da su u hibridnom kolektoru, međutim, prisutni povećani pritisci tada je, takođe, zamislivo da se u oblasti prostora izmenjivača toplote mogu predvideti otvori za prolaz. Podrazumeva se da u ovom slučaju upotrebljeni vijci moraju da vrše funkciju zaptivanja.

Prednost je što je izmenjivač toplote pločasti izmenjivač toplote, dok je noseća podloga solarno staklo ili fotonaponski modul. Pod fotonaponskim modulom se u okviru ovog pronalaska podrazumeva jedna ili više fotonaponskih ćelija koje su postavljene između dve noseće ploče i hermetički su odvojene od okruženja. U idealnom slučaju, barem jedna od nosećih ploča je od stakla. Stoga je hibridni kolektor krajnje ravan i iziskuje sofisticiranu tehniku iz oblasti solarnih kolektora.

Prednost je što se hibridni kolektor može izlagati pritiscima od oblasti bez pritiska do otprilike 3 bara. To su pritisci koji se standardno pojavljuju u hibridnim kolektorima. Zamislivo je, takođe, kao što je detaljnije prethodno opisano, da se uvođenjem povećanog broja vijaka hibridni kolektor može izlagati i većim pritiscima.

Prema poželjnom načinu realizacije, hibridni kolektor se može pričvrstiti za neku noseću površinu, naročito za zid zgrade. U ovom slučaju, pričvrsna sredstva mogu da se probiju kroz svaki par međusobno poravnanih otvora za prolaz u nosećoj poldozi i zadnjem zidu i da se usidre u nosećoj površini. Budući da vijci pri ovom načinu realizacije preuzimaju ulogu kako zaptivača, tako i držača, ovaj hibridni kolektor se može veoma brzo i jednostavno montirati.

Prema jednom drugom poželjnom načinu realizacije na strani noseće podloge koja je okrenuta prema zadnjem zidu, predviđa se premaz za primanje energije zračenja. Ove mere za što veću eksploataciju su široko rasprostranjene i veoma dobro razvijene u solarnim termoelektranama. Kao premaz se mogu koristiti, na primer, crni premaz ili takozvani selektivni premaz.

Od prednosti je da kroz zaptivač ili zadnji zid prodiru dve cevi koje cirkulišućem nosaču toplote služe kao ulaz odnosno izlaz u/iz prostora izmenjivača toplote, koji obrazuju noseći substrat, zadnji zid i zaptivač. Funkcija izmenjivača toplote je tako, jednostavnim konstruktivnim sredstvima, integrisana u hibridni kolektor.

Time što se unutar prostora izmenjivača toplote mogu predvideti na dvema cevima jedan uređaj za raspodelu odnosno uređaj za sakupljanje nosača toplote, nosač toplote se raspoređuje veoma precizno po prostoru izmenjivača toplote. To dovodi do poboljšanog prenosa toplote jer se prenos toplote poboljšava stepenom turbulencije strujenja nosača toplote.

Prema naročito poželjnom načinu realizacije, zadnji zid se obrazuje odeljkom jedne noseće površine, poželjno zida zgrade, koji je u idealnom slučaju otporan na vlagu i može podnositi pritisak. Stoga se može odustati od odvojenog zadnjeg zida, što ima za posledicu ispativiju proizvodnju hibridnog kolektora. Naročito kada noseća površina ima ulogu skladištenja toplote, što je u toplim zemljama češći slučaj, hibridni kolektor se može upotrebiti i za hlađenje noseće površine tokom noći. Kod naročito velikog broja pojedinačnih hibridnih kolektora, kao što je na primer slučaj kod solarnih termalnih elektrana, ovaj način realizacije se pokazuje od velike prednosti jer se noseće podloge mogu pričvrstiti direktno za temeljne ploče. U cilju poboljšanja otpornosti na vlagu, zid zgrade može da se premaže, takođe, nekom veštačkom ili aluminijumskom folijom po strani koja je okrenuta prema prostoru izmenjivača toplote.

Prema jednom drugom načinu realizacije stakleno okno je barem delimično oslobođeno fotonaponskih ćelija. Tako se može staviti akcenat na solarno-termički aspekt. Ukoliko se u potpunosti odustane od FN ćelija, uređaj može da se koristi i kao radijator ili latentno skladište toplote.

Prema jednom drugom načinu realizacije, u prostoru izmenjivača toplote smešten je još jedan izmenjivač toplote. Ova realizacija je od značaja pre svega kada se upotrebljava još jedan medijum za transfer toplote koji ne sme da stupi u kontakt sa izmenjivačem toplote. Taj drugi izmenjivač toplote može biti i kondenzator kola toplotnih pumpi.

Prednost je kada je zadnji zid od betona, za koji se pričvrsna sredstva mogu jednim svojim krajem spojiti livenjem ili zavrtanjem. Takav zadnji zid je naročito jednostavan za gradnju. Zbog jednostavnog izlivanja negativnih kalupa u betonu uz prethodno postavljanje pričvrsnih sredstava, ovakvi zadnji zidovi su veoma ekonomični.

Ostale prednosti i karakteristike proizlaze iz opisa primera realizacije pronalaska u nastavku, uz osvrt na shematske prikaze. Na crtežima koji nisu u razmeri, prikazane su:

Slika 1: prikaz sa prednje strane hibridnog kolektora prema predmetnom pronalasku, prema prvom načinu realizacije;

Slika 2: presek hibridnog kolektora iz Slike 1 na mestu A-A;

Slika 3: prikaz sa prednje strane hibridnog kolektora, prema predmetnom pronalasku, prema drugom načinu realizacije;

Slika 4: presek hibridnog kolektora iz Slike 3 na mestu A-A;

Slika 5: prikaz sa prednje strane hibridnog kolektora, prema predmetnom pronalasku, prema trećem načinu realizacije;

Slika 6: presek hibridnog kolektora iz Slike 5 na mestu A-A;

Slika 7: prikaz sa prednje strane solarnog kolektora;

Slika 8: prikaz sa prednje strane hibridnog kolektora, prema predmetnom pronalasku, prema četvrtom načinu realizacije;

Slika 9: prikaz sa prednje strane hibridnog kolektora, prema predmetnom pronalasku, sa prvom varijantom pričvrsnih sredstava;

Slika 10: presek hibridnog kolektora iz Slike 9 na mestu A-A;

Slika 11: prikaz sa prednje strane hibridnog kolektora, prema predmetnom pronalasku, sa drugom varijantom pričvrsnih sredstava;

Slika 12: presek hibridnog kolektora iz Slike 11 na mestu A-A;

Slika 13: prikaz sa prednje strane hibridnog kolektora, prema predmetnom pronalasku, sa trećom varijantom pričvrsnih sredstava i

Slika 14: presek hibridnog kolektora iz Slike 13 na mestu A-A.

Slika 15: prikaz odozgo još jednog primera realizacije, prema predmetnom pronalasku, hibridnog kolektora sa FN modulom koji obuhvata veći broj fotonaponskih ćelija, postavljenih u jednoj rešetki;

Slika 16: poprečni presek hibridnog kolektora iz Slike 15.

Slike 1 i 2 prikazuju hibridni kolektor koji je u skladu sa predmetnim pronalaskom prema prvom načinu realizacije. Uopšteno, pod hibridnim kolektorom se podrazumeva fotonaponski modul koji je povezan sa termičkim solarnim kolektorom. Kao što je pomenuto na početku, hibridni kolektor poseduje povišen stepen ukupnog učinka nego zbir stepena učinka pojedinačnog fotonaponskog modula i termičkog solarnog kolektora.

Hibridni kolektor obuhvata noseću podlogu 1 sa velikim brojem integrisanih fotonaponskih ćelija 2. Noseća podloga 1 se obično sastoji od 2 pojedinačna staklena okna, između kojih su postavljene fotonaponske ćelije 2. Staklena okna su u idealnom slučaju međusobno zalepljena, tako da su fotonaponske ćelije zaštićene od uticaja iz okruženja. Poželjno je da noseća podloga 1 poseduje pravougaone dimenznije i da je izrađen od solarnog stakla. Zadnji zid 3 u obliku ploče je postavljen paralelno sa nosećom podlogom 1 i odvojen od njega zaptivačem 15. Noseća podloga 1, zadnji zid 3 i zaptivač 15 obrazuju prostor 4 izmenjivača toplote. Prostor 4 izmenjivača toplote služi za primanje cirkulišućeg nosača toplote, na primer, vode pri upotrebi u toplim zemljama ili mešavine vode i glikola pri upotrebi u zemljama u kojima spoljašnja teperatura može da padne ispod 0<0>C. Nosač toplote može se pokretati kako bez, tako i usled pritiska. Hibridni kolektor, usklađen sa ovim pronalaskom, prema tome omogućava da nosač toplote dolazi u direktan kontakt sa zadnjom stranom nosećeg supstrata 1, a da pritom nije odvojen od nje dodatnim površinama za razmenjivanje toplote. Ovaj direktan kontakt poseduje dva naročito poželjna efekta. S jedne strane fotonaponske ćelije 2 se bolje hlade ovim poboljšanim prenosom toplote, nego kada bi se između nosača toplote i nosećeg supstrata 2 nalazile još neke površine za razmenjivanje toplote. Budući da se stepen učinka fotonaponskih ćelija 2 pogoršava za 5% pri svakoj za 10<0>C povišenoj temperaturi pogona, stoga poboljšani prenos toplote direktno doprinosi poboljšanju stepena učinka fotonaponskih ćelija 2. S druge strane, temperatura nosača toplote se povećava poboljšanim prenosom toplote. Nosač toplote napušta hibridni kolektor, usklađen sa ovim pronalaskom, sa povišenom temperaturom u poređenju sa dosadašnjim praksama u tehnici. Nosač toplote dolazi kroz ulazni kanal 7, na primer u obliku prve cevi, u prostor 4 izmenjivača toplote. Kroz izlazni kanal 9, na primer druga cev, nosač toplote napušta prostor izmenjivača toplote sa povećanom temperaturom. Iz slike 2 se može uočiti da prva i druga cev 7, 9 bočno prodiru kroz zaptivač hibridnog kolektora. Hibridni kolektor poseduje, takođe, i funkciju odmrzavanja. Ukoliko je hibridni kolektor zimi pokriven snegom, onda se nosač toplote može koristiti kako bi se toplota prenela na noseću podlogu, prekriven snegom i/ili ledom. Snežni pokrivač i slojevi leda se tope čime se oslobađa spoljašnja strana noseće podloge. Tako se izbegava neželjeno uklanjanje snega i leda i hibridni kolektor je i nakon padanja snega odmah spreman za upotrebu zahvaljujući ovoj funkciji odmrzavanja.

Zaptivač 15 se prostire duž ivične oblasti noseće podloge 1 i zadnjeg zida 3 u pravcu kružnice i poželjno je da je samostalna (nezavisna) guma ili elastomerski zaptivač. U području između zaptivača 15 i bočnih ivica se predviđa na nosećoj podlozi 1 i zadnjem zidu 3 veliki broj parno poravnanih otvora 5 za prolaz. Kako bi se zaptivak uspešno utisnuo da zaptiva na noseću podlogu 1 i zadnji zid 3 kroz svaki od otvora 5 za prolaz se provlači jedan prednji vijak 21 odnosno zadnji vijak 23. Prednji vijak 21 i zadnji vijak 23, koji se međusobno ravnaju, svojim spoljašnjim navojem ulaze u interackiju sa unutrašnjim rukavcem 25 sa navojem. Noseća podloga 1 i zadnji zid 3 mogu se zavrtanjem prednjih i zadnjih vijaka međusobno privući. Kontaktni pritisak na zaptivač 15 se stoga može krajnje precizno podešavati. To je od velikog značaja jer se noseća podloga 1, s jedne strane, ne sme opterećivati, a s druge strane prelaz između zaptivača 15 i noseće podloge 1 odnosno zadnjeg zida 3 mora biti zaptiven. U slučaju pojave visokog pritiska, zamislivo je da se predvide u području prostora 4 izmenjivača toplote na nosećoj podlozi 1, kao i na zadnjem zidu 3 otvori 5 za prolaz. Noseća podloga 1 i zadnji zid 3 se tada mogu međusobno pridržavati na dodatnim mestima, na primer spojevima vijaka koji ne propuštaju fluide.

Noseća podloga 1 poseduje uobičajenu fotonaponsku razvodnu kutiju 13 i električni priključak 11 za sprovođenje proizvedene jednosmerne struje. Kako bi se postigla dobra raspodela nosača toplote u prostoru 4 izmenjivača toplote, predviđene su unutar prostora 4 izmenjivača toplote razdena cev 17 tj. cev 19 za sakupljanje, koje su u kontaktu sa prvom tj. drugom cevi 7, 9. Povećana turbulencija nosača toplote dovodi do poboljšanog prenosa toplote između noseće podloge i nosača toplote.

Na slikama 3 i 4 prikazan je način realizacije kod koga je noseća podloga pričvršćena direktno za neku noseću površinu ili strukturu kao što su zid 27 zgrade ili krov. Takođe je moguće pričvrstiti noseću podlogu 1 direktno za neku ploču, npr. od betona ili neku temeljnu ploču. Ova mogućnost montiranja je pre svega od interesa pri upotrebi hibridnog kolektora u solarnim elektranama. Za noseću površinu se u nastavku kao primer uzima zid 27 zgrade koji obrazuje zadnji zid 3 prostora 4 izmenjivača toplote. Noseća podloga 1 je odvojena zaptivačem 15 od zida 27 zgrade. Podrazumeva se da zid 27 zgrade mora biti otporan na vlagu i pritisak za ovakav način realizacije. Kao podesan materijal se može koristiti beton sa specijalnim zaštitnim premazom. Slika 4 pokazuje zatim da su pri ovom načinu realizacije ulazni i izlazni kanal 7, 9 provučeni kroz zid 27 zgrade. Pričvršćivanje noseće ploče tj. zaptivanje između zaptivača 15 i noseće podloge 1 sa jedne strane i zida 27 zgrade sa druge strane obavlja se pomoću prednjih vijaka 21. Prednji vijci 21 su provučeni kroz otvore 5 za prolaz noseće podloge 1 i spojeni sa zidom 27 zgrade putem sidrenja, na primer vijkom i tiplom.

Slike 5 i 6 prikazuju treći način realizacije kod koga je u prostoru 4 izmenjivača toplote smešten izmenjivač 35 toplote. Toplota nosača toplote se pri ovoj realizaciji prenosi na izmenjivač 35 toplote ili obrnuto. Ova realizacija ima smisla kada na primer kroz izmenjivač toplote protiče neki medijum koji se vodi u zatvorenoj cirkulaciji ili ne sme se pomešati sa nosačem toplote. Izmenjivač 35 toplote može, takođe, da se koristi kao kondenzator kola toplotne pumpe tako što se toplota prenosi sa izmenjivača 35 toplote na nosača toplote u prostoru 4 izmenjivača toplote. Prvi i drugi priključak 31, 33 izmenjivača 35 toplote su u idealnom slučaju predviđeni na zadnjem zidu 3.

Na slikama 7 i 8 je fotonaponski modul 1 potpuno odnosno delimično zamenjen običnim solarnim staklom bez fotonaponskih ćelija. Ovakav način realizacije ima smisla kada je akcenat na povećanju temperature nosača toplote i neophodan je više termički nego fotonaponski učinak. Realizacija sa slike 7 se može, takođe, koristiti kao radijator ili latentno skladište toplote. Pri ovakvim primenama ima svakako smisla da se noseća podloga 1 zameni materijalom sa boljim karakteristikama toplotne provodljivosti.

Na slikama 9 i 10, prikazan je primer realizacije kod koga je hibridni kolektor pričvršćen za zid 27 zgrade. Zid zgrade poseduje unutrašnju izolaciju 41 kako bi se unutrašnji prostor izolovao od visokih spoljašnjih temperatura. Ovakva postavka hibridnog kolektora ima naročito smisla u zemljama sa visokim spoljašnjim temperaturama. Zid 27 zgrade ima funkciju skladištenja toplote. Zid 27 zgrade predaje toplotu, sakupljenu preko dana, preko termički provodljivog zadnjeg zida 3 nosaču toplote. Prenos toplote sa zida 27 zgrade na termički provodljiv zadnji zid odvija se naročito brzo. Tako se zid zgrade preko noći dodatno hladi hibridnim kolektorom i može preko dana da ponovo primi više toplote.

Na slikama od 11 do 14, prikazani su primeri realizacije kako se hibridni kolektor može pričvrstiti za zid zgrade sa spoljašnjom izolacijom 37. Ukoliko je predviđeno između zadnjeg zida 3 i spoljašnje izolacije 37 neko odstojanje 43, onda treba upotrebiti relativno dugačke prednje vijke 21 koji su provučeni kroz poravnane parove otvora 5 za prolaz. Dužina prednjih vijaka kod ovog primera realizacije proizlazi iz zbira debljine hibridnog kolektora, odstojanja 43, debljine spoljašnje izolacije 37 i ispupčenja za sidrenje prednjih vijaka u zidu 37 zida. Sidrenje 29 može da se realizuje ponovo kao što je prethodno opisano. Zaptivanje hibridnog kolektora se odvija tako što na spoljašnoj strani zadnjeg zida 3 navojna košuljica 25 dolazi u interakciju sa prednjim vijcima 21. Kontaktni pritisak staklene podloge 1 odnosno zadnjeg zida 3 ka zaptivaču 15 se, takođe, i u ovom primeru realizacije može veoma precizno podešavati. Realizacija montiranja koja je prikazana na slikama 11 i 12 je od značaja ako se zadnji zid 3 treba provetravati.

Na slikama 13 i 14, prikazan je primer realizacije kod koga je hibridni kolektor u kontaktu sa spoljašnjom izolacijom 37. U ovom slučaju, kontaktni pritisak se može podešavati tako što se odstojanje između noseće podloge 1 i zadnjeg zida 3 podešava navojnom košuljicom 25. Navojna košuljice su zavrnute na prednje vijke 21 između noseće podloge 1 i zadnjeg zida 3 i služe zadnjem zidu kao zadrška. Kontaktni pritisak noseće podloge odnosno zadnjeg zida se, takođe, može veoma precizno podešavati pri ovom primeru montiranja zahvaljujući navojnim košuljicama 25. Spoljašnja izolacija 37 ne služi samo kao izolacija zida 27 zgrade, već takođe kao izolacija zadnjeg zida 3. Na slici 14 je prikazano kako je moguće da se na stranu noseće podloge, okrenutu prema prostoru 4 izmenjivača toplote, nanese premaz 45 za prijem energije zračenja. Premaz 45 uzrokuje to da noseća podloga 1 deluje kao apsorber.

U primeru realizacije u skladu sa slikama 15 i 16, zadnji zid 3 hibridnog kolektora 59 je izgrađen od betona ili nekog drugog materijala sa dobrim kapacitetom skladištanja toplote. Na strani zadnjeg zida 3, okrenutog prema nosećoj podlozi 1, napravljeni su kanali 47 po kojim nosač toplote može da cirkuliše tokom rada. Kanali 47 su u poželjnom slučaju međusobno paralelni i odvojeni uzvišenjima 49 sa zaravljenim delovima 51. Kanali 47 i samim tim put nosača toplote, koji on mora preći od ulaznog kanala 7 do izlaznog kanala 9, definisani su uzvišenjima 49. U ovom slučaju su uzvišenja 49 isprekidana prilazima 53 koji fluidno povezuju po dva susedna kanala 47. Prolazi 53 se naizmenično obrazuju na suprotnim stranama zadnjeg zida 3 tako da se odlazni i povratni put nosača toplote definiše, u idealnom slučaju, u meandrirajućoj formi. Drugačiji raspored kanala je, takođe, zamisliv i može se predvideti u skladu sa postavljenim kriterijumima.

U zaravljenim delovima 51 postavljena je zaptivna traka 55. Kako bi se napon noseće podloge 1 držao na što manjoj vrednosti, debljina zaptivne trake 55 iznosi najviše 3 do 4 mm. Sa ovom debljinom zaptivne trake 55 noseća podloga je dovoljno zaštićena od zaravljenih delova 51, a da pritom ne mora da preuzima pritisak od prevelike debljine zaptivne trake 55. Pričvrsni elementi 57, vijci u idealnom slučaju, spajaju noseću podlogu 1 sa zadnjim zidom 3, koji se nalazi ispod, u području zaravljenih delova 51. Na ovaj način se jednostavno može postići dobro zaptivanje. Načelno, kanali 47 mogu, takođe, biti izgrađeni odgovarajućim zaptivnim trakama npr. silikonom ili ravnim zaptivnim trakama. Ova varijanta bi bila od prednosti da se u zadnjem zidu 3 ne bi morali formirati kanali.

Na ulaznom i izlaznom kanalu 7, 9 može se predvideti po jedan odgovarajući cevasti nastavak za priključak. On se načelno može ubaciti ka napred tj. kroz noseću podlogu, ka nazad kroz zadnji zid 3 ili bočno uz zadnji zid 3.

Kako što se može videti na prikazanom primeru realizacije, FN modul obuhvata veliki broj fotonaponskih ćelija 2, raspoređenih u idealnom slučaju u formi rešetke i na međusobnom odstojanju. Njihov električni spoj nije predstavljen jer to nije od suštinske važnosti za pronalazak i zato što to poznato stručnjacima u tehnici. Zbog odstojanja između fotonaponskih ćelija 2 ima dovoljno prostora za pričvrsne vijke.

Za proizvodnju hibridnog kolektora, usklađenog sa ovim pronalaskom, mogu se upotrebiti konvencionalni FN paneli. Kroz njih dodatno prodiru, na unapred određenim mestima, otvori 5 za prolaz, naročito bušotine, za pričvrsne elemente. Tako se FN paneli mogu pričvrstiti za bilo koju noseću strukturu kao što je prethodno opisano.

Legenda:

1 Noseća podloga, stakleno okno

2 Fotonaponska ćelija

3 Zadnji zid

4 Prostor izmenjivača toplote

5 Otvori za prolaz

7 Ulazni kanal, prva cev

9 Izlazni kanal, druga cev

11 Električni priključak

13 Fotonaponska razvodna kutija

15 Zaptivač

17 Razdelna cev

19 Cev za sakupljanje

21 Prednji vijak

23 Zadnji vijak

25 Navojna košuljica

27 Zid zgrade

29 Sidrenje

31 Prvi priključak

Drugi priključak

Izmenjivač toplote

Spoljašnja izolacija

Unutrašnja izolacija

Odstojanje

Premaz za prijem energije zračenja Kanali

Zaravnjeni delovi pored kanala Prolazi

Zaptivna traka

Pričvrsni elementi, vijci

Claims (15)

Patentni zahtevi

1. Hibridni kolektor sa

- najmanje jednom fotonaponskom ćelijom (2), koja je postavljena između dve noseće ploče, izrađene od stakla ili plastike, čime je definisana noseća podloga (1),

- zadnjim zidom (3), postavljenim na zadnjoj strani noseće podloge (1) i na odstojanju,

- najmanje jednim zaptivačem (15), poželjno na ivici, koji je predviđen između noseće podloge (1) i zadnjeg zida (3) kako bi se obrazovao prostor (4) izmenjivača toplote kroz koji može da struji nosač toplote i

- velikim brojem pričvrsnih elemenata (21, 23, 57), koji spajaju zadnji zid (3) i noseću podlogu (1), naznačen time, što su pričvrsna sredstva vijci (21, 23, 57), koji su provučeni kroz svaki od parova poravnanih otvora (5) za prolaz, predviđenih na nosećoj podlozi (1) i zadnjem zidu (3).

2. Hibridni kolektor prema zahtevu 1, naznačen time, što zaptivač (15) deluje zajedno sa nosećom podlogom (1) i zadnjim zidom (3) kako bi ih učinio nepropusnim za tečnosti.

3. Hibridni kolektor prema zahtevu 1 ili 2, naznačen time, što je zaptivač (15) postavljen na odstojanju od ivice noseće podloge (1).

4. Hibridni kolektor prema nekom od zahteva od 1 do 3, naznačen time, što su vijci (21, 23, 57) predviđeni izvan i unutar prostora (4) izmenjivača toplote, definisanog zaptivačem (15).

5. Hibridni kolektor prema jednom od zahteva od 1 do 4, naznačen time, što je veliki broj vijaka (21, 23, 57) postavljen poželjno na pravilnom, međusobnom odstojanju.

6. Hibridni kolektor prema jednom od zahteva od 1 do 5, naznačen time, što su vijci (21, 23, 57) zavrnuti sa navojnom košuljicom (25) ili maticama.

7. Hibridni kolektor prema zahtevu 6, naznačen time, što su predviđeni otvori (5) za prolaz na nosećoj podlozi (1) u predelu između zaptivača (15) i bočne ivice noseće podloge (1).

8. Hibridni kolektor prema jednom od zahteva od 1 do 7, naznačen time, što je hibridni kolektor projektovan da se može izlagati pritiscima od stanja bez pritiska do približno 3 bara.

9. Hibridni kolektor prema jednom od zahteva od 4 do 8, naznačen time, što se hibridni kolektor može pričvrstiti za neku noseću površinu, naročito za zid (27) zgrade ili krov, tako što pričvrsna sredstva prodiru kroz svaki od parova otvora (5) na nosećoj podlozi (1) i zadnjem zidu (3) i usidrena su u nosećoj površini.

10. Hibridni kolektor prema jednom od zahteva od 1 do 9, naznačen time, što je na strani noseće podloge (1), okrenutoj prema zadnjem zidu (3), predviđen premaz (45) za apsorpciju energije zračenja.

11. Hibridni kolektor prema jednom od zahteva od 1 do 10, naznačen time, što kroz zaptivač (15) ili zadnji zid (3) prodiru dve cevi (7, 9) koje služe cirkulišućem nosaču toplote kao ulaz tj. izlaz u/iz prostora (4) izmenjivača toplote, koji je definisan nosećom podlogom (1), zadnjim zidom (3) i zaptivačem (15).

12. Hibridni kolektor prema zahtevu 11, naznačen time, što je unutar prostora (4) izmenjivača toplote na dvema cevima (7, 9) predviđen uređaj (17) za raspodelu odnosno uređaj (19) za sakupljanje nosača toplote.

13. Hibridni kolektor prema jednom od zahteva od 1 do 12, naznačen time, što je zadnji zid obrazovan od dela određene noseće povšine, naročito zida (27) zgrade koji je otporan na vlagu i podnosi pritisak.

14. Hibridni kolektor prema nekom od zahteva od 1 do 13, naznačen time, što je noseća podloga (1) barem delimično bez fotonaponskih ćelija (2).

15. Hibridni kolektor prema jednom od zahteva od 1 do 14, naznačen time, što je zadnji zid (3) od betona, u koji ulaze pričvrsna sredstva (21, 23, 57) jednim svojim krajem, livenjem ili zavrtanjem.