RS58101B1 - Ventil za ispuštanje vazduha - Google Patents

Description

Solarni kolektori i fotonaponski paneli

(solarni konvertori) sa pojačanim sunčevim zračenjem i

automatskim praćenjem sunca

OBLAST TEHNIKE U KOJU SPADA PRONALAZAK

Pronalazak spada u oblast korišćenja solarne energije putem solarnih kolektora ili fotonaponskih solarnih ćelija (u daljem tekstu solarnih konvertora), a posebno radi zagrevanja vode i proizvodnju električne energije za korišćenje u domaćinstvima i javnim objektima, kao i u druge svrhe. Prema MKP pronalazak bi mogao da se svrsta u G02B5/08; G02B7/198; E04B2/74; E04H12/18; E04D13/18.

TEHNIČKI PROBLEM

Tehnički problem koji se rešava ovim pronalaskom jeste što intenzivnije osunčanje solarnih konvertora energije, prevashodno termalnih solarnih kolektora koji su postavljeni na krovovima objekata radi zagrevanja vode i fotonaponskih panela za lokalnu proizvodnju električne energije radi različitih primena.

STANJE TEHNIKE

U određenim klimatskim zonama bogatim suncem, masovno se koriste solarni kolektori postavljeni na krovove koji služe za zagrevanje vode do temperatura pogodnih za korišćenje u domaćinstvima i ugostiteljskim objektima, bolnicama i si. Oni se sastoje od pravougaonih plitkih kutija od lima čije je dno presvučeno crnom bojom radi bolje apsorpcije sunčevog zračenja, a gornja površina pokrivena staklom. Kroz kutiju struji voda kao medijum za apsorpciju toplote. Ovakvi kolektori montirani su na odgovarajuće konstrukcije pod određenim uglom u odnosu na horizontalu, i obično su orijentisani su prema jugu za severnu zemljinu hemisferu. Kod nekih tipova kolektora u kutijama su postavljene cevi. Te cevi su ispunjene vodom i povezane u sistem cevi i rezervoara koji omogućuju da voda cirkuliše kroz sistem, odnosno skladišti se u rezervoarima do upotrebe.

Fotonaponski paneli neposredno pretvaraju sunčevu energiju u električnu struju kojom se pune akumulatori, što omogućava da se ona koristi i u vreme kada nema sunčevog zračenja ili je ono slabog intenziteta. Ovi solarni kolektori i paneli, koriste samo ono zračenje koje direktno pada na njihovu površinu. Da bi se povećala količina energije koja u toku dana dođe na fotonaponski panel, ove panele bilo je moguće postaviti na pokretna postolja kakva se koriste za satelitske antene i posebnim mehanizmom i odgovarajućim senzorom obezbediti da panel stalno bude postvljen upravno na pravac maksimalnog zračenja. Ovakva rešenja mogu se već naći na tržištu.

U prošlosti je bilo napora da se ovo zračenje intenzivira korišćenjem refleksije sunčevih zraka, tako što su izvan solarnih konvertora, na njihove ivice ili i van njih, postavljani paneli visoke, ogledalske reflektivnosti, sa kojih je reflektovano zračenje usmeravano na površinu solarnog konvertora [1-10]. Pošto su ovi reflektori bili fiksirani, reflektovano zračenje je samo u određenim trenucima padalo na tu površinu tako da ukupno pojačanje nije bilo dovoljno veliko da bi skrenulo značajniju pažnju korisnika ovakvih solarnih konvertora. Bilo je predloga i da se načine pokretni reflektori, koji bi pratili sunce i stalno reflektovali njegovo zračenje na željenu površinu [11-13]. Smatralo se, međutim da to u tolikoj meri poskupljuje solarne konvertore da takvo povećanje energetske efikasnosti nema ekonomsko opravdanje, tako da do sada nisu našli praktičnu primenu.

IZLAGANJE SUŠTINE PRONALASKA

Ovaj pronalazak omogućuje da se pojača snaga zračenja koja pada na površinu solarnog konvertora (kolektora ili panela) i time, za istu potrošnju vode i temperaturu, odnosno električnu energiju, smanje dimenzije osnovnog uređaja koji obično imaju visoku cenu, čime se smanjuju investiciona ulaganja. Alternativno, za iste, već postojeće uređaje, ovaj pronalazak omogućuje veću proizvodnju tople vode, odnosno višu temperaturu ili veću količinu električne energije.

Pronalazak se sastoji u tome da se kombinuju tri elementa, koji zajedno omogućuju dobijanje znatno veće snage, odnosno količine energije u toku dana, meseca i godine, nego što se dobija iz solarnog konvertora iste veličine. Tri elementa su: a) korito na čijem dnu se nalazi solarni konvertor, b) nosač koji omogućuje da solarni konvertor prati kretanje sunca i c) programski paket koji se ugrađuje u mikroračunar i koji obezbeđuje automatsko upravljanje uređajem.

Izgradnja ovakvog uređaja zasnovana je na uverenju da je njegova ekonomičnost po jedinici dobijene energije, bolja od ekonomičnosti klasičnog fiksnog solarnog konvertora, s obzirom da je u ovom i predstojećem vremenu cena elektronskih uređaja i programskog paketa, potrebnih za pokretanje solarnih konvertora, znatno manja nego cena klasičnog solarnog konvertora iste snage, ili istog energetskog kapaciteta, naročito kada su u pitanju fotonaponski paneli ili hibridni solarni konvertori.

KRATAK OPIS SLIKA NACRTA

Pronalazak će bliže biti prikazan u opisu i na slikama nacrta gde:

Slika 1-prikazuje sklopni crtež konstrukcije;

Slika 2-prikazuje korito sa ugrađenim konvertorom;

Slikaj -prikazuje nosač korita za automatsko praćenje kretanja sunca;

Slika 4-prikazuje horizontalno ležište podizača korita;

Slika 5-prikazuje primer izvedenog solarnog konvertora - fotoelektričnog

panela kvadratnog oblik sa osmougaonim koritom;

Slika 6-prikazuje primer izvedenog hibridnog solarnog konvertora -

fotoelektričnog panela i termalnog kolektora sa pravougaonim koritom.

DETALJAN OPIS PRONALASKA

Konstrukcija solarnog konvertora koja je predmet zaštite, sastoji se iz dva osnovna dela:

a) Korita na čijem dnu se nalazi solarni konvertor i

b) Postolja na koje je postavljeno korito sa solarnim konvertorom a koje

omogućuje podešavanje položaja korita, kako bi se dno korita u svakom trenutku

nalazilo u ravni upravnoj na pravac sunčevog zračenja.

Celokupna konstrukcija solarnog konvertora prikazana je na sklopnom crtežu (slika la, lb).

Korito sa solarnim konvertorom se sastoji od ravnog dna u koje je ugrađen solarni konvertor (1) i većeg broja strana (2) postavljenih pod određenim uglom u odnosu na dno, čija je unutrašnja površina tako obrađena do visokog sjaja da u najvećem stepenu reflektuje zračenje koje na njih pada (reflektori). Korito može da bude četvorougaono, osmougaono ili neke druge konfiguracije strana, pod uslovom da strane obuhvataju ivice solarnog konvertora.

Na slici 2, prikazan je detalj korita. Dno korita učvršćeno je poprečnim nosačima (3) za polugu (4) vezanu za osovinu (5) preko zgloba (6). Na jednom kraju osovine nalazi se zupčanik (7) za obrtanje korita na levu i desnu stranu do ugla od 90° u odnosu na horizontalnu ravan. I na jednom i na drugom kraju, osovina (5) ulazi u ležišta (8) i (9) vezana za nosač. Na sredini osovine (5) nalazi se mehanizam za naginjanje korita, koji je detaljno prikazan na sl.4. Nagib reflektujućih stranica korita se podešava tako da svaka strana da željeni doprinos osunčanosti dna. Optimalni ugao stranica nalazi se između 120° i 134°. Pošto nije pogodno da korito bude isuviše duboko, jer strane sprečavaju dostup dela difuznog nebeskog zračenja, visina strana u odnosu na ravan dna korita, odn. solarnog konvertora, je parametar koji bira konstruktor prema proceni maksimalne efikasnosti. Procenjeno je da optimalna visina za konvertor uobičajene veličine, reda 1 m<2>, iznosi 60 cm. Pošto ta visina i ugao pod kojim su strane nagnute određuju i širinu reflektora, ograničena je i širina sunčevog zraka koji pada na svaki reflektor, pa samim tim i doprinos refleksije ukupnom zračenju koje pada na solarni konvertor.

Parametri konstrukcije mogu da se izračunaj u na sledeći način:

Ako je izabrana visina reflektorap,širina reflektora, /, zavisiće od te visine i nagiba reflektora u odnosu na dno, a. Ona će biti:

Relativna širina (u odnosu na dimenziju strane solarnog konvertoraa)sunčevog zraka koji pada na reflektor, a uzeto upravno u odnosu na ravan dna je:

Pošto se celokupno zračenje reflektuje na solarni konvertor udeo ove refleksije sa toga reflektora u ukupnom zračenju koje primi solarni konvertor bide: Ukoliko se želi da se postigne izvesna veličinax,na pr. 0.5, onda to određuje nagib reflektora prema jednačini

Postolje na koje je postavljeno korito prikazano je na si.3. Ono se sastoji od jednog stabilnog rama (10) fiksiranog za tlo i dva nosača korita (11) i (12).

Nosači (11) i (12) imaju na vrhu fiksna ležišta (8) i (9), za osovinu (5), za koju je vezano korito i koja omogućuje da se korito obrće do 90° u odnosu na horizontalu, na jednu i drugu stranu.

Uređaj za naginjanje korita prikazan je u detalju na si.4. On se sastoji iz dva dela (13) i (14). Deo (13) je nepokretan i učvršćen za osovinu (5). Deo (14) cilindričnog je oblika i na obodu je nazubljen tako da čini spoj (reduktor) sa pužastim zupčanikom (15) koji se nalazi na osovini elektromotora (16). Cilindrični deo (14) ima okrugao otvor u centru koji je iznutra pužasto narezan. Kroz otvor prolazi, odgovarajuće pužasto narezan, dizač korita (17). Ovakav uređaj omogućuje da se obrtanjem osovine elektromotora (16) preko pužastog spoja obrće i pokretni cilindrični deo (14) u nepokretnom delu (13) kao ležištu. NJegovim obrtanjem dizač korita (17) kreće se gore-dole i naginje korito ili ga spušta na osovinu (5).

Korito se obrće na osovini (5) na taj način što je zupčanik (7) spojen sa pužastim zupčanikom (18) koji se nalazi na osovini drugog elektromotora (19)

Elektromotori (16) i (19) omogućavaju da se, prema određenom programu, nagib korita podešava tako da sunčevi zraci od jutra do večeri padaju upravno na površinu solarnog konvertora i reflektuju se na svim reflektorima tako da padaju na solarni konvertor.

Elektromotori su vezani za mikroračunar u koji je ugrađen program za podešavanje nagiba solarnog konvertora u toku dana, za svaki dan u godini, pomoću astronomskih podataka o kretanju sunca za datu lokaciju.

PRIMERI IZVOĐENJA KONSTRUKCIJE

U daljem tekstu navedeno je nekoliko primera izvođenja konstrukcije koja je predmet ovog pronalaska, što ne znači da ona u detaljima ne može i unekoliko drukčije da se izvede, pa da se ne izađe iz okvira ovog pronalaska.

Primer 1.

Komercijalni fotonaponski panel kvadratnog oblika, dimenzija 30 x 30 cm, prikazan na sl.5, ugrađen je u osmougaono korito sa stranama visine 20 cm u odnosu na ravan dna. Ako se izabere vrednostx- 0,5, dobija se: tan(2a -180) = 2.25 odnosno 2a -180 = 66.0 ili a = 123°.

Pošto korito ima 4 identične pravougaone strane i 4 trougaone strane koje reflektuju 1/2 vrednosti zračenja koje pada na pravougaone strane, solarni konvertor, koji je u svakom trenutku tako postavljen da sunčevi zraci padaju upravno na njegovu površinu, osim direktnog zračenja, prima još 3 puta toliko reflektovanog zračenja, tako da je faktor povećanja insolacije ovog solarnog konvertora 4, odnosno iznosi 400% direktno primljenog zračenja. Ako se uzme u obzir da konvertori koji prate kretanje sunca, već dobijaju više od 2 puta veću količinu energije nego fiksni konvertori kakvi se danas koriste, konvertori koji su predmet ovog pronalaska treba da primaju oko 8 puta veću količinu energije od prethodnih.

Solarni konvertor zajedno sa reflektorima zauzima 4 puta veću površinu tla nego što je površina samog solarni konvertora.

Solarni konvertor je, zajedno sa reflektorima koji ga okružuju i sa njime predstavljaju čvrstu celinu, postavljen na nosač opisan u gornjem tekstu. Solarni konvertor je povezan sa mikroračunarom koji se napaja električnom energijom iz spoljnjeg izvora . Računar je sadržao programski paket za automatsko praćenje suncakao / podatke opoložaju sunca za zadatu lokaciju,te je po njegovom uključenju, ceo uređaj stavljen u funkciju boljeg iskorišćenja (sakupljanja) solarne energije.

Primer 2.

Komercijalni fotonaponski panel pravougaonog oblika, dimenzija 90 x 30 cm, postavljen je na dno kutije termalnog kolektora, pa je taj sklop postavljen na dno korita istog oblika sa stranama visine 20 cm u odnosu na ravan stakla koje pokriva temalni kolektor.Ova konstrukcija prikazana je na si.6. Pošto je izabrano da i u ovom primeru x bude 0.5, reflektori na dužim ivicama treba da budu pod nagibom od 123° a njihova dužina 23.8 cm. Ako visina reflektora na kraćim stranama treba dabude ista kao na dužoj strani, tj 20 cm, onda se može izračunati da nagib strana na kraćim ivicama dna treba da bude 130° u odnosu na dno korita, a dužina reflektora koji predstavlja stranu 33.9 cm. Sa ovakvim koritom svaka njegova duža strana prima po 1/2 zračenja koje prima dno, a kraća strana po 0.1666. Prema tome, sa njegove 4 strane hibridni konvertor treba da prima 1.333 puta više reflektovanog zračenja od direktnog. Ukupna količina zračenja treba da bude 2.3333 puta veća. S obzirom da ovde nije uračunata refleksija sa trougaonih površina koje obrazuju sučeljene strane, nađeno je da je zračenje znatno veće od ove vrednosti.

Izgrađeni hibridni konvertor, priključen je na sistem za cirkulaciju vode, kako bi, osim električne energije proizvodio i toplu vodu.

Claims (4)

1. Solarni konvertor sa pojačanim sunčevim zračenjem i automatskim prac'enjem sunca naznačen time da je aktivni deo konvertora (1) postavljen na dno korita sa stranama (2) iskošenim tako da reflektuju celokupno primljeno sunčevo zračenje na dno, i korito postavljeno na složenu konstrukciju koja omogućuje da se njegovo dno, na kome leži konvertor (1), postavlja uvek upravno na pravac iz koga u datom trenutku treba da dolazi sunčevo zračenje.

2. Solarni konvertor (1) prema zahtevu 1, naznačen time da se korito nalazi vezano za polugu (4) koja je leži na osovini (5) tako da poluga omogućuje promenu nagiba korita, a osovina njegovo obrtanje na jednu ili drugu stranu do ugla od 90° u odnosu na horizontalu.

3. Solarni konvertor prema zahtevu 1, naznačen time da osovina (5) ulazi u ležišta (8) i (9) koja se nalaze na nosačima (11) i (12 ) postavljenim na osnovu (10).

4. Solarni konvertor prema zahtevu 1, naznačen time time da se poluga (4) diže i spušta, a osovina (5) obrće, posebnim mehanizmima koje pokreću elektromotori (16) i (19), vezani za mikroprocesor koji sadrži program sa podacima o kretanju sunca tokom cele godine te omogućuje da se konvertor u svakom trenutku postavi upravno na sunčevo zračenje.