УСТРОЙСТВО ОБОГРЕВА ЛОПАСТИ ВЕТРОЭНЕРГЕТИЧЕСКОЙ УСТАНОВКИ НА ОСНОВЕ ЭНЕРГОПИТАНИЯ ОТ СОЛНЕЧНОГО МОДУЛЯ

Настоящая полезная модель относится к устройствам обогрева лопастей ветроэнергетической установки.
Целью полезной модели является устройство обогрева лопасти ветроэнергетической установки, представляющее собой резистивный плоский электронагреватель, помещенный в стенку лопасти и питающийся от аккумулятора, получающего заряд от гибкого пленочного солнечного модуля (фотоэлектрического преобразователя), наклеенного на наружную поверхность лопасти. Цель достигается за счет применения устройства, работающего на основе преобразования солнечной энергии в электрическую с помощью солнечного модуля с дальнейшим аккумулированием электроэнергии и преобразованием ее в тепловую энергию с помощью резистивного плоского электронагревателя, выделяющего тепло на поверхность лопасти ветроэнергетической установки и предотвращающего образование льда и инея на ней.
Лопасть ветроэнергетической установки (ВЭУ) представляет собой плоский или объемный профиль, являющийся рабочим органом ВЭУ и предназначенный для преобразования кинетической энергии потока ветра в кинетическую энергию вращательного движения ротора (ветроколеса) ВЭУ. Во влажном климате или при влажной погоде при снижении температуры от +1°…0°C до -2°…-10°С (С - градусы по Цельсию), на поверхности лопастей образуется иней, который со временем при повторяемости таких циклов приводит к полному обледенению поверхности лопасти, изменению аэродинамического профиля и, как следствие, к появлению дисбаланса ротора, ухудшению параметров рабочих органов и выходу из строя отдельных компонентов или всей установки, а в отдельных случаях даже ее разрушению. Аналогичные физические процессы могут происходить при мокрых снегопадах, в тумане, наличии мелкодисперсных капель воды в окружающем воздухе и т.д.
Существует ряд технических решений, направленных на осуществление обогрева лопастей ВЭУ. Известен ряд патентов в области плоских гибких солнечных элементов и систем обогрева поверхностей с помощью различных принципов нагрева - RU2403686C1 (Н05В 3/34) от 22.01.2008, RU2416056C1 (F24J 2/42) от 17.12.2009, RU2393590C2 (H01L 31/05) от 22.02.2007, RU2379544 C1 (F03D 5/00) от 01.09.2008, RU94041312 A1 (H05B 3/16) от 18.11.1994, RU2413394 C1 (H05B 3/36) от 11.01.2010, RU74170U1 (F03D 1/04) от 20.06.2008 и т.д. Полезная модель (патент RU74170U1) наиболее близка к заявляемой модели по целям и способам их достижения и может являться прототипом для настоящей модели. Изобретение относится к области ветроэнергетики и представляет собой ветродвигатель с электрогенератором, тепло которого используется для предотвращений обледенения лопастей ветроколеса (ротора):
1. Ветродвигатель, содержащий кольцевой обтекатель и ветроколесо, центральное тело которого представляет собой тело вращения диаметром 0,4-0,6 диаметра кольцевого обтекателя и состоит из носовой части в виде эллипсоида, цилиндрической части и параболического хвостового обтекателя, с лопастями на боковой поверхности цилиндрической части, с электрическим генератором внутри центрального тела, отличающийся тем, что, с целью охлаждения генератора и предотвращения обледенения лопастей ветроколеса и кольцевого обтекателя, носовая часть центрального тела ветроколеса имеет входное отверстие со скругленными кромками (воздухозаборник) диаметром 0,1-0,2 максимального диаметра центрального тела, с выдувом воздуха, обтекающего генератор, через выходные отверстия на концах полых лопастей.
2. Ветродвигатель по п.1, отличающийся тем, что, с целью устранения срыва потока с хвостовой части центрального тела и повышения КПД ветродвигателя, в центральном теле ветроколеса выполнен сквозной проток с выдувом воздуха, обтекающего генератор, через отверстие (отверстия) в хвостовой части центрального тела.
Прототип может являться одним из компонентов заявляемого устройства. Недостатком прототипа является низкая эффективность системы обогрева лопасти в связи с рассеиванием тепла по всему объему, ограниченному внутренними поверхностями центрального тела и лопастями ветродвигателя. Кроме этого в прототипе практически невозможно применение используемых на данный момент всеми производителями полиэфирных смол для изготовления лопастей из стеклопластика, поскольку он обладает малой теплопроводностью, а значит, будет служить неэффективно в такой системе распределения тепла.
Цель настоящей полезной модели достигается тем, что для предотвращения обледенения лопасти применяется устройство обогрева, состоящее из фотоэлектрического преобразователя, преобразующего солнечную энергию в электрическую, аккумулятора электроэнергии и резистивного плоского электронагревателя, выделяющего тепло на поверхности лопасти ветроэнергетической установки. При этом рассеивание тепла фактически отсутствует, а покрытию подлежит в большинстве случаев только носовой участок профиля лопасти, наиболее подверженный обледенению.
Подробное описание конструкции иллюстрируется фиг.1 (внешний вид лопастей горизонтально-осевой ветроэнергетической установки (А) и вертикально-осевой ветроэнергетической установки (Б) с наклеенным пленочным фотоэлектрическим преобразователем) и фиг.2 (разрез сегмента лопасти, представленный в ее горизонтальном положении по отношению к фиг.1).
Устройство состоит из солнечного модуля 1, представляющего собой гибкий пленочный фотоэлектрический преобразователь, наклеенный на наружный слой (или поверхность) 2 лопасти горизонтально-осевой или вертикально-осевой ветроэнергетической установки, проводников 3, по которым при наличии солнечного света и возникновении напряжения на выходе на фотоэлектрического преобразователя 1 ток через прерыватель 4 поступает на аккумуляторную батарею 5, проводников 6, по которым ток через прерыватель 7 поступает на плоский электронагреватель 8, вклеенный между наружным слоем лопасти 2 и внутренним слоем 11, при этом работой прерывателей управляет система управления 9 через коммуникационную шину 10. Датчик наличия обледенения 12 оповещают систему управления 9 по коммутационной шине 13 о наличии льда.
Устройство работает следующим образом:
При воздействии солнечного света на солнечный модуль (фотоэлектрический преобразователь) 1 на проводниках 3 образуется разность потенциалов и, в случае замкнутой цепи, генерируется электрический ток. При неполной зарядке аккумуляторной батареи 5 система управления 9 дает по коммуникационной шине 10 команду прерывателю 4 на открытие и замыкание цепи, и ток поступает в аккумуляторную батарею 5, заряжая ее. При полной зарядке аккумулятора 5 система управления 9 блокирует прерыватель 4 и размыкает цепь, препятствуя перезарядке аккумуляторной батареи.
При образовании льда на поверхности лопасти 2 датчик обледенения 12 дает по коммуникационной шине 13 извещение системе управления 9, система управления 9 открывает прерыватель 7 и ток поступает на нагревательный элемент 8. При разогреве нагревательного элемента 8 температура поверхности лопасти 2 возрастает и лед тает. При отсутствии льда система управления 9 блокирует прерыватель 7 и заряжает аккумулятор до полной зарядки.