ГИБРИДНЫЙ СОЛНЕЧНЫЙ КОЛЛЕКТОР.

Изобретение относится к энергетике и может быть применено для преобразования солнечных лучей в электрическую и тепловую энергии.
Гибридный солнечный коллектор (ГСК) содержит фотоэлектрический модуль и коллектор с трубопроводом, установленными на стальной опоре. На опоре установлен металлический параболический концентратор. В средней нижней части концентратора вмонтированы в виде прямо-угольной призмы водяной коллектор, выполнен-ный из прозрачного стекла. ГСК имеет два воз-душных коллектора, первый из которых расположен между водяным коллектором и фотоэлектрическим модулем модели ARCOSolar-ASI-16-2300-20. Под модулем размещен второй воздушный коллектор. К водяному коллектору посредством трубопровода присоединен бак. Установлено устройство со стальной пружиной и фикса-тор, регулируемое посредством отверстий угол наклона фотоэлектрического модуля и коллекторов к горизонтальной плоскости в зависимости от времени (сезона) года. Длина стальной пружины фиксатора подобрана так, чтобы в исходном состоянии угол наклона гибридного коллектора был бы максимальным.

Изобретение относится к энергетике и может быть применено для преобразования солнечных лучей в электрическую и тепловую энергии.
Известна солнечная фотоэлектрическая станция с системой слежения, содержащая основные и дополнительные модули, установленные на вращающемся основании, электрический двигатель постоянного тока [1]. В данной электрической станции основные и дополни-тельные модули установлены под тупым углом, а именно 165-175о.
Недостатки данной станции следующие: во-первых, станция вырабатывает только электрическую энергию; во-вторых, часть выработанной электроэнергии (5%-10%) потребляется системой слежения, что в целом снижает эффективность станции.
Известна многоцелевая солнечная батарея, содержащая матрицу фотоэлектрических пре-образователей (ФЭП), преобразующих солнечную энергию в электрическую и тепловую, устройство для передачи энергии от ФЭП к внешним потребителям [2].Солнечная батарея выполнена многомодульной, ФЭП каждого модуля размещены на несущей подложке, имеющей каналы для хладагента, а модули за-креплены и загерметизированы в общих силовых подводящем и отводящем коллекторах.
Недостатки солнечной батареи следующие:
- ФЭП каждого модуля размещены на не-сущей подложке имеющие каналы для хладоагента, которые отбирают тепло от модулей;
- система модули-каналы усложнена конструктивно, вследствие чего повышается стоимость батареи.
Известен гибридный солнечный коллектор (ГСК), содержащий фотоэлектрический модуль, с тыльной стороны которого установлен трубчатый водяной коллектор [3]. ГСК производит электрическую и тепловую энергии с одной и той же поверхности, позволяя сократить общую площадь, используемую модулем и коллектором (в отдельности) в два раза.
Недостаток ГСК заключается в установке трубчатого водяного коллектора с тыльной стороны фотоэлектрического модуля, вследствие чего фотоэлектрический модуль перегревается не только видимым солнечным излучением, но и инфракрасным излучением, что не приводит к генерированию электрической энергии, снижающему эффективность установки.
Наиболее близким аналогом к заявленному изобретению является ГСК [4], содержащий наружное остекление, фотоэлектрический модуль, медный коллектор с трубопроводом и термоизоляционный материал, установленными на опоре. ГСК производит электрическую и тепловую энергии с одной и той же поверхности, также позволяя сократить общую площадь, используемую модулем и коллектором.
Прототип имеет следующие недостатки:
во-первых, имеет низкую выходную мощности как электрической, так и тепловой энергии, так как не используется концентратор солнечного излучения;
во-вторых, тепловую энергию производит только в виде теплой воды, т.к. используется водяной коллектор;
в-третьих, выходная мощность как электрической, так и тепловой энергий существенно зависят от времени года, т.к. угол наклона модуля и встроенного к нему коллектора постоянны.
Целью является повышение эффективности работы ГСК при производстве электрической и тепловой энергии.
Технический результат достигается установкой компаундного параболического концентратора с коэффициентом концентрации 3-5, водяного и воздушного коллекторов, совмещенных в одном корпусе, установкой устройства для изменения угла наклона коллектора к горизонту в пределах ±11о к широте местности.
Заявленное изобретение поясняется следующими графическими изображениями,
где приведены:
на Фиг. 1 - схематическая конструкция ГСК(вид сбоку -разрез в вертикальной плоскости);
на Фиг. 2 - схематическая конструкция устройства для изменения угла наклона кол-лектора к горизонту;
на Фиг. 3 - фотография ГСК (вид спереди);
на Фиг. 4 – фотография ГСК (вид сбоку);
на Фиг. 5 и Фиг. 6 - вольтамперная характеристика и зависимость мощности от напряжения в полдень (12-00 час).
ГСК (Фиг.1) состоит из стальной опоры 1, на которой установлен металлический параболический концентратор 2, служащий для концентрации солнечного излучения. В средней нижней части параболического коллектора 2 вмонтированы водяной коллектор 3 для нагрева воды, два воздушных коллектора 4 для нагрева воздуха и фотоэлектрический модуль 5 (модели ARCOSolar-ASI-16-2300-20 производства США), вырабатывающий электрическую энергию, выполненные в виде прямоугольной призмы. Водяной коллектор 3 выполнен из прозрачного стекла. Первый воздушный коллектор 4 расположен между водяным коллектором 3 и фотоэлектрическим модулем 5. Второй воз-душный коллектор размещен под фотоэлектрическим модулем 5. К водяному коллектору 3 посредством трубопровода 6 присоединен бак 7. Угол наклона фотоэлектрического модуля 5 и всех коллекторов (Фиг. 2), к горизонтальной плоскости посредством отверстий 8, может изменяться с помощью устройства 9 со сталь-ной пружиной (на чертежах не показаны) и фиксатора 10, позволяющего повысить эффективность модуля 5 в зависимости от времени (сезона) года по его максимальному выходному току. На Фиг. 2 показаны положения фиксатора 10 при изменении угла наклона модуля 5 и коллекторов 3 и 4 в зимний период, осенью и весной. Длина сталь-ной пружины фиксатора 10 подобрана так, чтобы в исходном состоянии угол наклона гибридного коллектора был бы максимальным (β = +11о, где β - широта местности. Установка меньших углов наклона легко осуществляется прижиманием коллектора вниз под воздействием силы тяжести лица, использующего установку.
ГСК работает следующим образом. Солнечные лучи концентрируются параболическим концентратором 2 и направляются в сторону водяно-го коллектора 3, который поглощает инфракрасное излучение и нагревает воду. Далее видимое солнечное излучение проходит через первый воз-душный коллектор 4 и поглощается фотоэлектрическим модулем 5, который генерирует электрическую энергию. Воздух, проходящий через первый воздушный коллектор 4, соприкасаясь с дном водяного коллектора 3 и поверхностью фотоэлектрического модуля 5, тоже нагревается. Т.к. в процессе поглощения солнечных лучей модуль 5 также нагревается, то и нагревается воздух во втором воздушном коллекторе 4.Поток теплого воздуха, циркулирующего через воздушные коллекторы 4, может использоваться для обогрева помещения или нагрева воды. Теп-лая вода водяного коллектора 3 накапливается в баке 7 и может использоваться для бытовых нужд. Использование в ГСК водяного 3 и двух воздушных коллекторов 4 позволяет избежать перегрева фотоэлектрического модуля 5, что в свою очередь повышает его эффективность.
Установлено, что оптимальный коэффициент концентрации параболического концентратора 2 не должен быть выше 5, чтобы избежать перегрева модуля. Вместе с тем отпала необходимость в установке системы слежения модуля за солнцем: положение концентратора 2 фиксированное. Все это в целом позволило повысить эффективность и упростить ГСК.
Угол наклона коллектора к горизонтальной поверхности устанавливается оптимальным с помощью устройства для изменения угла наклона 6 по максимальному току фотоэлектрического модуля 5.
Также установлено, что средняя эффективность модуля 5, водяного коллектора 3 и воз-душных коллекторов 4 ГСК в естественных условиях равна соответственно 9%, 44% и 12-16%.
Использование параболического концентра-тора 2 позволит повысить мощность электрической энергии и эффективность модуля 5. Ввиду небольшого значения коэффициента концентрации (3-5) перегрев модуля 5 будет незначительным.
Водяной 3 и воздушные коллекторы 4, совмещенные в одном корпусе, позволят получать тепловую энергию в виде теплого воздуха для обогрева здания и теплую воду для бытовых нужд с низкими потерями тепловой энергии.
Установка устройства для изменения угла наклона коллектора к горизонту в пределах ±11о к широте местности (в зависимости от времени года) позволит увеличить мощность и энергию ГСК примерно на 20%.

1. Малый патент Республики Таджикистан TJ № 721.
2. SU № 1330417