Фотоэлектрический тепловой модуль с составной металлополимерной конструкцией теплового абсорбера
PHOTOELECTRIC THERMAL MODULE WITH COMPOSITE METAL-POLYMER STRUCTURE OF HEAT ABSORBER

Изобретение относится к области гелиотехники и предназначается для энергоснабжения объектов сельскохозяйственного и бытового назначения.
Известен солнечный коллектор, представляющий собой абсорбер с трубками для протока теплоносителя, на передней поверхности которого располагаются фотоэлектрические преобразователи (патент РФ №2485417 МПК F24J2/24, опубл. 2013 г.).
Недостатком известного устройства является неравномерное по площади охлаждение фотоэлектрических преобразователей и, как следствие, снижение эффективности фотопреобразования. Кроме того, при изготовлении таких абсорберов необходимо применение меди или ее сплавов для эффективного охлаждения фотоэлектрических преобразователей, что увеличивает стоимость гелиоустановки.
Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому изобретению (прототипом) является жидкостный солнечный коллектор, теплообменник которого состоит из лучепоглощающей панели и части в виде теплоизоляции с углублениями (патент РФ №2134846 МПК F24J2/04, опубл. 1999 г.). При этом часть теплообменника из теплоизоляции выполнена из водонепроницаемых полимеров. Коллектор снабжен светопрозрачной изоляцией, располагаемой с зазором по отношению к панели.
Недостатком известного коллектора является тот факт, что в таком коллекторе не используются фотоэлектрические преобразователи, позволяющие установке дополнительно вырабатывать электрическую энергию. В конструкции прототипа также используется водонепроницаемая изоляция, изготовленная из вспененных полимеров, однако на практике такие материалы, как правило, обладают некоторой степенью водопоглащения, что особенно нежелательно для устройств, предполагающих промораживания в случае консервации в холодное время года. Солнечный коллектор не имеет разборной конструкции теплообменника, что снижает ремонтопригодность конструкции.
Задачей предлагаемого изобретения является возможность выработки как тепловой, так и электрической энергии в сочетании с высокой эффективностью отвода тепловой энергии от фотоэлектрических преобразователей, в повышение надежности и ремонтопригодности предлагаемого фотоэлектрического теплового модуля.
Техническим результатом предлагаемого изобретения является расширение функциональной возможности за счет выработки как тепловой, так и электрической энергии, а также повышение эффективности отвода тепловой энергии от фотоэлектрических преобразователей за счет того, что теплота отводится равномерно от всей площади фотопреобразователя за счет выполнения проточной части теплового абсорбера одним сплошным каналом. Применение невспененного полимерного корпуса вместо теплоизоляции из вспененных полимеров увеличивает срок службы и повышает надежность коллектора. Сборно-разборная конструкция дает возможность проводить полноценное техническое обслуживание установки, повышает ремонтопригодность конструкции, что также увеличивает срок его службы.
Вышеуказанный технический результат достигается тем, что в предлагаемом фотоэлектрическом тепловом модуле с составной металлополимерной конструкцией, содержащем светопрозрачное защитное изоляционное покрытие, наполняемый жидким теплоносителем тепловой абсорбер, состоящий из полимерного корпуса и герметично соединенной с ним металлической приемной панелью, согласно изобретению, на передней стороне приемной панели расположены фотопреобразователи, при этом проточная часть теплового абсорбера выполнена одним сплошным каналом, а корпус выполнен из невспененного полимера.
В другом варианте герметизация металлической панели и полимерного корпуса выполнена с помощью замкового или крепежного соединения с применением по меньшей мере одной прокладки из эластичного материала с рядом пазов под нее.
В другом варианте заполняемый жидкостью объем абсорбера имеет форму, образуемую выступами или ребрами на металлической панели с одной стороны и выступами и углублениями в полимерном корпусе с другой стороны.
В другом варианте герметизация металлической панели и полимерного корпуса выполнена с помощью замкового или крепежного соединения с применением по меньшей мере одной прокладки из эластичного материала с рядом пазов под нее.
В другом варианте заполняемый жидкостью объем абсорбера имеет форму, образуемую выступами или ребрами на металлической панели с одной стороны и выступами и углублениями в полимерном корпусе с другой стороны.
В другом варианте тыльные и боковые поверхности модуля покрыты теплоизоляцией.
Сущность предлагаемого изобретения поясняется чертежами.
На фиг. 1 представлена общая схема фотоэлектрического теплового модуля, на фиг. 2 представлен поперечный разрез фотоэлектрического теплового модуля, на фиг. 3 представлен узел стыковки металлической панели и полимерного корпуса фотоэлектрического теплового модуля, на фиг. 4 представлен поперечный разрез фотоэлектрического теплового модуля с металлической панелью, выполненной с теплоотводящими ребрами, на фиг. 5 представлен поперечный разрез фотоэлектрического теплового модуля с металлической панелью с теплоотводящими ребрами и одной из разновидностей формы полимерного корпуса, на фиг. 6 представлен поперечный разрез фотоэлектрического теплового модуля с теплоизоляцией.
Предлагаемый фотоэлектрический тепловой модуль с составной металлополимерной конструкцией содержит металлическую приемную панель 1, полимерный корпус 2, фотопреобразователь 3, светопрозрачное защитное изоляционное покрытие 4, патрубки 5, прокладку из эластичного материала 6, теплоизоляцию 7 и каркас 8.
Металлическая приемная панель 1 и полимерный корпус 2 образуют тепловой абсорбер фотоэлектрического теплового модуля, где на лицевой стороне металлической приемной панели 1 располагаются фотопреобразователи 3 со светопрозрачным защитным изоляционным покрытием 4. Металлическая приемная панель 1 с тыльной стороны может быть снабжена ребрами различной формы, повышающими жесткость конструкции и площадь поверхности теплоотдачи к жидкости. К тыльной стороне металлической приемной панели 1 прилегает полимерный корпус 2, в котором имеются патрубки 5 для подвода и отвода теплоносителя. Металлическая приемная панель 1 герметично соединена с полимерным корпусом 2 различными способами, такими как соединение на клею, замковое или крепежное соединение и т.д. Замковое соединение или соединение с применением крепежа выполняется с помощью, по меньшей мере, одной прокладки из эластичного материала 6, располагаемой в предназначенных для нее пазах. Внутренняя поверхность полимерного корпуса 2 может выполняться различной формы для создания необходимой конфигурации заполняемого жидкостью пространства с целью оптимизации ее движения в абсорбере и интенсификации теплообмена. Для обеспечения равномерного отвода теплоты от фотоэлектрических преобразователей металлическая панель 1 и полимерный корпус 2 образуют один сплошной канал для циркуляции жидкости через тепловой абсорбер. Тыльная и боковые стенки теплового абсорбера могут иметь теплоизоляцию 7, размещенную в каркасе 8. Светопрозрачное защитное изоляционное покрытие 4 может размещаться с некоторым зазором параллельно фотопоглощающей поверхности абсорбера.
Предлагаемый фотоэлектрический тепловой модуль работает следующим образом.
Солнечное излучение, проходя через прозрачную изоляцию 4, поглощается в фотоэлектрических преобразователях 3. В фотоэлектрических преобразователях 3 часть солнечной энергии преобразуется в электрическую энергию, оставшаяся часть преобразуется в тепловую энергию. Теплота за счет теплопроводности металлической приемной панели 1 передается жидкости, протекающей в абсорбере. Движение жидкости в абсорбере через патрубки 5 полимерного корпуса 2 может происходить либо за счет принудительной циркуляции, либо за счет конвективного движения в гелиоустановках термосифонного типа. Светопрозрачное защитное изоляционное покрытие 4 и теплоизоляция 7 сокращают теплопотери модуля, обеспечивая высокую тепловую эффективность устройства. Каркас 8 связывает основные элементы модуля в единую жесткую конструкцию, защищая его от различного рода механических воздействий.
В предлагаемом фотоэлектрическом тепловом модуле нет необходимости в применении фотопоглощающих покрытий на тепловом абсорбере гелиоустановки, в качестве такого покрытия выступают фотоэлектрические преобразователи.