ФОТОЭЛЕКТРИЧЕСКАЯ ВОДОГРЕЙНАЯ УСТАНОВКА

Полезная модель относится к области гелиотехники и предназначена для электро и теплоснабжения бытовых потребителей, а также объектов сельскохозяйственного назначения.
Известна гелиоустановка, предназначенная для нагрева жидкости-теплоносителя в системах солнечного нагрева воды (солнечный коллектор «Сокол» НПО "Машиностроения" Реутов, Россия / http://solarhome.ru/solar/collector/sokol_manual.htm). На поверхности солнечного коллектора находится прозрачная изоляция из стекла, под которым имеется полое пространство; ниже расположена теплопоглощающая панель, в которой имеются каналы (трубки) по которым циркулирует теплоноситель. Вся эта конструкция помещена в металлический корпус, нижняя и боковая часть которого оснащена теплоизоляционным материалом. Корпус солнечного коллектора и поглощающая панель изготовлены из коррозионностойкого алюминиевого сплава. Конструкция крепления прозрачной изоляции обеспечивает ее замену без демонтажа солнечного коллектора. Теплоноситель, протекающий по каналам теплопоглощающей панели, нагревается солнечной энергией. Коллектор может работать в системе с естественной или принудительной циркуляцией теплоносителя. Недостатками данной гелиоустановки является преобразование солнечного излучения только в тепло.
Наиболее близкой по технической сущности к предлагаемой полезной модели является солнечная водогрейная установка (Б.А.Никитин. Солнечная водогрейная установка // Сельский механизатор, 2006 г, №8, стр.48). Установка содержит компактную стойку, в верхней части которой расположен напорный бак с холодной водой, в средней части размещен солнечный нагревательный элемент (своего рода аналог указанного выше солнечного коллектора), а несколько ниже установлен смеситель с кранами поступления теплой воды из солнечного нагревателя и холодной воды из напорного бака. Перечисленные узлы соединены между собой трубопроводами (шлангами).
Недостатком этой установки является также преобразование солнечного излучения только в тепло.
Задачей предлагаемой полезной модели является преобразование солнечного излучения одновременно в электрическую и в тепловую энергию в одной технологической установке, а также, возможность, использования установки в многоступенчатой системе нагрева воды, т.е. предлагаемая полезная модель, служит для подогрева воды, а нагрев подогретой воды происходит уже в другой установке (солнечный коллектор, тепловой насос).
В результате использования предлагаемой фотоэлектрической водогрейной установки появляется возможность производства более универсального вида энергии - электроэнергии за счет батареи фотоэлектрических преобразователей, и производства тепла за счет поглощающей панели (нагревательного элемента). И как результат более полное преобразование солнечной энергии и соответственно более высокая эффективность всей установки.
Вышеуказанный технический результат достигается тем, что фотоэлектрическая водогрейная установка содержит стойку, в верхней части которой расположен напорный бак, предназначенный для холодной воды, и связанный трубопроводом с размещенным в средней части стойки солнечным нагревательным элементом, представляющим собой, резервуар имеющий форму прямоугольного параллелепипеда, размещенный в теплоизоляционном пенале, а несколько ниже стойка оснащена смесителем, соединенным трубопроводом с патрубками поступления нагретой воды из резервуара солнечного нагревательного элемента и холодной воды из напорного бака, при чем на поглощающей солнечное излучение поверхности резервуара распложены солнечные элементы, соединенные в батарею, а с тыльной стороны поглощающей поверхности резервуара размещены пластины образующие гидравлические каналы для протекания теплоносителя.
Сущность предлагаемой полезной модели поясняется фиг.1, 2, 3, 4 и 5.
На фиг.1 показано расположение основных частей предлагаемой фотоэлектрической водогрейной установки с лицевой стороны.
На фиг.2 показано расположение основных частей предлагаемой фотоэлектрической водогрейной установки с тыльной стороны.
На фиг.3 изображен фотоэлектрический тепловой модуль (вид с лицевой стороны).
На фиг.4 изображен вид фотоэлектрического теплового модуля в поперечном разрезе, показывающий последовательное расположение основных элементов установки.
На фиг.5 изображены конструктивные особенности фотоэлектрического теплового модуля.
Предлагаемая фотоэлектрическая водогрейная установка содержит стойку 1, (фиг.1 и 2) в верхней части которой расположен напорный бак 2 предназначенный для холодной воды, в средней части расположен фотоэлектрический тепловой модуль 3 (фиг.1, 2, 3, 4 и 5). Фотоэлектрический тепловой модуль 3 выполнен в виде приемника солнечного излучения представляющего собой резервуар 4 (см. фиг.4 и 5), имеющий форму прямоугольного параллелепипеда и размещенный в теплоизоляционном пенале 5 (см. фиг.3, 4 и 5). Резервуар 4 имеет патрубки 6 и 7 для подвода холодной и соответственно отвода нагретой воды. На стойке 1 несколько ниже фотоэлектрического теплового модуля 3 установлен смеситель 8, который соединен шлангом с патрубком 7, предназначенным для отвода нагретой воды, смеситель 8 также соединен с напорным баком 2 для поступления холодной воды. На стороне резервуара 4 поглощающего солнечное излучение расположена батарея солнечных элементов 9, которая работает на зарядку аккумуляторных батарей (АБ) 10, установленных на полке в тени фотоэлектрического нагревательного модуля 3. Лицевая сторона резервуара 4 с батареей солнечных элементов образуют рабочую поверхность фотоэлектрического теплового модуля 3, которая является его поглощающей панелью. Внутри резервуара 4 на тыльной стороне поглощающей панели, перпендикулярно к ней, расположены пластины 11, образующие гидравлические каналы по которым протекает теплоноситель, отводя тепловую энергию. Эти пластины, имея хороший тепловой контакт с поглощающей панелью, ускоряют нагрев воды. Патрубок 7 вместе со шлангом, соединяющим его со смесителем 8, покрыты теплоизоляцией. В фотоэлектрическом тепловом модуле 3 непосредственно над батареей солнечных элементов 9 на некотором расстоянии от нее расположена светопрозрачная изоляция 12 (см. фиг.4 и 5).
В качестве материалов, из которых должны быть выполнены резервуар 4, патрубки 6 и 7, пластины 11, могут применяться металлы или различные полимеры, но наиболее подходящим материалом для их изготовления является коррозионностойкий алюминиевый сплав, стойкий к повышенной влажности, и воздействию термоударов. Параметры теплоизоляции фотоэлектрического теплового модуля 3, т.е. параметры теплоизоляционного пенала 5, а также возможность использования прозрачной изоляции выбираются исходя из необходимых значений температуры получаемой воды и выработки электроэнергии, которую следует получать. Вместо воды при необходимости могут использоваться другие теплоносители.
Работает полезная модель следующим образом.
Из напорного бака 2 холодная вода самотеком по шлангу через патрубок 6 поступает в резервуар 4 фотоэлектрического теплового модуля 3. В фотоэлектрическом тепловом модуле 3 под воздействием солнечного излучения (СИ) одновременно происходит два основных процесса. Первый процесс связан с прямым преобразованием солнечной энергии в электричество с помощью полупроводниковых солнечных элементов (СЭ). Второй связан с преобразованием солнечной энергии в тепло в структуре СЭ и на участках поглощающей панели, не покрытых СЭ. На не покрытых СЭ участках приемной панели, тепло образуется за счет поглощения солнечного излучения. В СЭ тепло возникает за счет рассеивания ими излишней энергии. Соединенные в электрическую цепь СЭ образуют батарею солнечных элементов 9, выработанная ими электроэнергия запасается в аккумуляторных батареях 10. Полезное тепло, т.е. нагрев воды, производится за счет теплообмена, возникающего между поглощающей солнечное излучение панелью модуля и водой в резервуаре 4 вследствие возникающего температурного градиента. Когда возникает потребность в теплой или горящей воде, благодаря смесителю 8, можно получать либо горящую воду, либо, разбавляя ее с холодной водой из напорного бака 2, получать воду с нужной температурой. При этом вода с напорного бака 2 по шлангу через патрубок 6 самотеком пополняет сливаемую из резервуара 4 фотоэлектрического нагревательного модуля 3 воду, благодаря разно уровневому размещению основных узлов установки.