ГЕЛИОЭНЕРГЕТИЧЕСКАЯ УСТАНОВКА
HELIO-POWER PLANT

Изобретение относится к области гелиотехники, в частности к установкам с использованием солнечной энергии для нагрева теплоносителя в действующих и проектируемых системах теплоснабжения с естественной и принудительной циркуляцией жидкости в контуре солнечных коллекторов, и предназначено для повышения эффективности работы гелиоэнергетической установки.
Известен солнечный коллектор (патент №2330217, RU, МПК F24J 2/04, опубл. 27.07.2008). Входящий в его состав коллектор-распределитель изготовлен из цветных металлов (алюминий, медь и др.) методом литья под давлением, а подсоединение его к теплособирающим трубкам и трубам системы передачи теплоносителя к потребителям производится соединением стыкуемых деталей по контактируемым поверхностям путем изолирования друг от друга клеевой пленкой толщиной от 0,1 до 0,5 мм.
Основной недостаток данного коллектора - невозможность изменения схемы соединения теплособирающих трубок для нагрева теплоносителя до необходимой температуры при низких мощностях солнечного излучения.
Наиболее близкой по технической сущности является солнечная водонагревательная установка (http://www.solarhome.ru/), принятая за прототип.
Солнечная водонагревательная установка (СВУ) состоит из солнечного коллектора и теплообменника-аккумулятора. Через солнечный коллектор циркулирует теплоноситель (специальный антифриз). Теплоноситель нагревается в солнечном коллекторе энергией солнца и отдает затем тепловую энергию воде через теплообменник, (обычно вмонтированный в бак-аккумулятор, но может быть и отдельным). В баке-аккумуляторе хранится горячая вода до момента ее использования, поэтому он должен иметь хорошую теплоизоляцию. В первом контуре, где расположен солнечный коллектор, может использоваться естественная или принудительная циркуляция теплоносителя.
Основной недостаток водонагревательной установки - невозможность изменения схемы соединения солнечных коллекторов в зависимости от мощности солнечного излучения для обеспечения эффективной работы гелиоэнергетической установки.
Задачей данного изобретения является создание гелиоэнергетической установки с возможностью управления потоком теплоносителя путем автоматического изменения схемы соединения солнечных коллекторов в зависимости от мощности солнечного излучения для обеспечения ее эффективной работы.
Это достигается тем, что в предлагаемой установке, содержащей солнечные коллекторы, соединенные трубопроводами с теплообменником-аккумулятором, в отличие от прототипа для управления потоком теплоносителя путем изменения схемы соединения солнечных коллекторов между собой дополнительно установлены электромагнитные клапаны в гидравлическом контуре солнечных коллекторов, и блок управления ими, включающий реле, соединенные через фоторезисторы с источником питания, работающие при различных уровнях солнечного излучения, и дополнительный фоторезистор в цепи питания катушек электромагнитных клапанов для их отключения при отсутствии или малой мощности солнечного излучения. В качестве источника питания блока управления и катушек электромагнитных клапанов может быть использована солнечная батарея, при этом реле подключаются к ней через резисторы с постоянным сопротивлением.
Использование электромагнитных клапанов позволяет произвести изменение схемы соединения солнечных коллекторов дистанционно и быстро и, тем самым, снизить трудоемкость и уменьшить время переключения, применение реле позволяет произвести переключение необходимых клапанов одновременно, а применение фоторезисторов - управлять процессом переключения в зависимости от мощности солнечного излучения.
Гелиоэнергетическая установка может работать с любым количеством солнечных коллекторов. Для примера рассмотрим установку с 4 солнечными коллекторами.
На фиг. 1 представлена предлагаемая схема соединения солнечных коллекторов с использованием электромагнитных клапанов.
На фиг. 2 представлен блок управления переключениями схемы соединения солнечных коллекторов.
На фиг. 3 представлен блок управления переключениями схемы соединения солнечных коллекторов с использованием солнечной батареи в качестве источника питания.
Гелиоэнергетическая установка содержит солнечные коллекторы СК1-СК4, соединенные между собой трубопроводами, электромагнитные клапаны 1-9, расположенные в гидравлическом контуре солнечных коллекторов, и блок управления, включающий промежуточные реле КМ1 и КМ2, обмотки которых включены в сеть 220 В последовательно с фоторезисторами R1 и R2, и фоторезистор R3 в цепи питания катушек электромагнитных клапанов для их отключения при отсутствии или малой мощности солнечного излучения.
Гелиоэнергетическая установка работает следующим образом: при отсутствии или малой мощности солнечного излучения сопротивление фоторезистора R3 велико и напряжение на катушках электромагнитных клапанов 2, 5, 8 недостаточно для их открытия. Все клапаны закрыты, что исключает обратную циркуляцию теплоносителя. При достижении определенной величины мощности солнечного излучения сопротивление фоторезистора R3 падает, катушки электромагнитных клапанов получают питание, и клапаны 2,5 и 8 открываются, а клапаны 1, 3, 4, 6, 7, 9 остаются закрытыми и все солнечные коллекторы СК1-СК4 соединяются последовательно. При дальнейшем росте мощности солнечного излучения сопротивление фоторезистора R1 падает и катушка КМ1 получает питание, электромагнитные клапаны 4 и 6 открываются, клапан 5 закрывается. Получается смешанное соединение солнечных коллекторов - параллельно две цепочки (контура), в каждом из которых два солнечных коллектора СК1 и СК2, СК3 и СК4 соединяются последовательно. При дальнейшем росте мощности солнечного излучения, падает сопротивление фоторезистора R2 и катушка КМ2 получает питание, электромагнитные клапаны 1, 3, 7, 9 открываются, клапаны 2, 8 закрываются, и все солнечные коллекторы СК1-СК4 соединяются параллельно. При уменьшении мощности солнечного излучения процесс переключения происходит в обратном порядке.
Параметры фоторезисторов R1 и R2 подбираются так, чтобы реле КМ1 срабатывало при одном определенном значении мощности солнечного излучения, а КМ2 при другом, большем значении.
Для достижения автономной работы гелиоэнергетической установки в качестве источника питания блока управления и катушек электромагнитных клапанов может быть использована солнечная батарея. При этом катушки электромагнитных клапанов, промежуточных реле, а также резисторы рассчитаны на номинальное напряжение солнечной батареи (фиг. 3).
В этом случае гелиоэнергетическая установка будет работать следующим образом: при малой мощности солнечного излучения напряжение солнечной батареи СБ низкое, напряжение на катушках КМ1, КМ2 и электромагнитных клапанов недостаточно для их срабатывания. Все электромагнитные клапаны закрыты, что исключает обратную циркуляцию теплоносителя. При увеличении мощности солнечного излучения напряжение солнечной батареи СБ растет, и при достижении определенной величины мощности солнечного излучения электромагнитные клапаны 2, 5 и 8 открываются, клапаны 1, 3, 4, 6, 7, 9 остаются закрытыми и солнечные коллекторы соединяются последовательно. При росте мощности солнечного излучения напряжение на катушке КМ1 оказывается достаточным для ее срабатывания, электромагнитные клапаны 4 и 6 открываются, клапан 5 закрывается. Получается смешанное соединение солнечных коллекторов - параллельно две цепочки (контура), в каждом из которых два солнечных коллектора соединяются последовательно. При дальнейшем росте мощности солнечного излучения и напряжения солнечной батареи, катушка КМ2 получает питание, электромагнитные клапаны 1, 3, 7, 9 открываются, клапаны 2, 8 закрываются, и солнечные коллектора соединяются параллельно. При уменьшении мощности солнечного излучения процесс переключения происходит в обратном порядке.
В результате осуществляется автоматическое изменение схемы соединения солнечных коллекторов для повышения эффективности работы гелиоэнергетической установки без дорогостоящей регулирующей аппаратуры.
Техническим результатом использования установки является поддержание параметров теплоносителя за счет автоматического изменения схемы соединения солнечных коллекторов при изменении мощности солнечного излучения, что ведет к повышению эффективности работы гелиоэнергетической установки.