МОБИЛЬНАЯ ГЕЛИОСИСТЕМА Российский патент 2018 года по МПК H02S10/30 

Изобретение относится к автономным гелиосистемам для получения, накопления и использования электрической и тепловой энергии в местах временной дислокации людей и с использованием транспортных средств. Известна гелиотепловая энергосистема (см. Инновационный патент на изобретение KZ №27346 от 16.09.2013, бюл. № 9, «Гелиотепловая энергосистема» [1]). Эта гелиосистема содержит замкнутый гидроконтур в составе солнечного коллектора, теплового аккумулятора, гидронасоса и потребителей тепловой энергии. Это стационарная система, которая обеспечивает конверсию энергии солнечной радиации в тепловую, накопление и утилизацию тепловой энергии потребителями. Существенными недостатками этого прототипа являются громоздкая материалоемкая конструкция, отсутствие электрического выхода конвертируемой энергии и отсутствие мобильности для ее размещения в местах временного пребывания людей, в том числе во время движения транспортных средств. Наиболее близким известным техническим решением получения электрической энергии от энергии солнечной радиации являются гибридные солнечные коллекторы PVT (см. Гибридные солнечные коллекторы PVT, сайт: http:iik_altenergo.ukr [2]). Это устройство предназначено для одновременного производства электричества и горячей воды, в котором тепло поглощается в размещенном за фотомодулем теплообменнике в виде медной трубки с внутренним объемом 1,2 л, включенном в гидроконтур. По гидроконтуру циркулирует вода под давлением 10 Бар со скоростью 65 л в час. Недостатками прототипа являются сложная и материалоемкая конструкция, которая не позволяет проектировать, изготавливать и применять мобильные гелиосистемы для получения, накопления и использования электрической и тепловой энергии как в транспортном положении, так и в местах временной дислокации людей.

Технической задачей изобретения является создание варианта построения мобильной гелиосистемы для получения, накопления и использования электрической и тепловой энергии как в местах временной дислокации людей, так и в процессе движения транспортных средств.

Для решения технической задачи солнечный конвертер выполнен со снабженной выходными проводниками фотоэлектрической поверхностью в виде верхней стенки теплового аккумулятора, корпус которого снабжен введенной в систему эластичной липучей, вакуумной или магнитной, съемно закрепленной к прилегающей к поверхности крыши транспортного средства, солнечный конвертер снабжен лобовым и тыловым спойлерами, а также выполнен в виде теплового аккумулятора с передней и задней торцевыми стенками, причем нижняя внутренняя стенка теплового аккумулятора выполнена упругоэластичной. Кроме того, выходные проводники фотоэлектрической поверхности солнечного конвертера подключены через адаптивное зарядное устройство к введенному в устройство электрическому аккумулятору, размещенному в пространстве под тыловым спойлером теплового аккумулятора.

Вид сверху на мобильную гелиосистему показан на фиг. 1, на верхней части фиг. 2 показан вид сбоку, а в нижней части фиг. 2 показан вид снизу на эту конструкцию. На фиг. 3 показан разрез по оси симметрии (вид сбоку) теплового аккумулятора с полностью заполненным водой внутренним объемом, а на фиг 4 - в состоянии с внутренним объемом без воды. Мобильная гелиосистема содержит верхнюю обтекаемую стенку 1 теплового аккумулятора с примыкающими к стенке 1 лобовым 2 и тыловым 3 спойлерами. В верхнюю стенку 1 врезан солнечный конвертер 4 с фотоэлектрической поверхностью, снабженной выходными проводниками 5 и 6, подключенными к входам контроллера солнечного конвертора 7 [3], выход которого подключен к электрическому аккумулятору 8, к клеммам которого подключен выходной электрический разъем 9.

Внутренняя полость теплового аккумулятора может быть заполнена водой через впускной клапан 10, а через выходной вентиль 11 вода может подаваться потребителям через выходной патрубок 12. Внутренняя полость теплового аккумулятора герметично закрыта нижней упругоэластичной внутренней стенкой 13, которая при отсутствии в ней воды прижата упругими силами к внутренней поверхности солнечного конвертера 4 (см. фиг. 3) и отходит от этой поверхности до крыши автомобиля на уровне поджатой к эластичной липучей прокладки 14 под давлением воды, которая заполняет внутреннюю полость 15 теплового аккумулятора (см. фиг. 4). Введенная в систему эластичная липучая прокладка 14 размещена по нижнему контуру верхней крышки 1 теплового аккумулятора, прилегающего к поверхности крыши транспортного средства. Конфигурация нижнего контура теплового аккумулятора и прилегающей к нему эластичной липучей прокладки 14 изготовлены по конфигурации крыши транспортного средства (например, автомобиля), что обеспечивает их надежное удержание как при стоянке, так и в процессе движения автомобиля. Эластичная внутренняя стенка 13 теплового аккумулятора герметично присоединена по контуру к верхней обтекаемой крышке 1, а также к передней 16 и тыловой 17 торцевым стенкам. Под давлением воды, подаваемой через входной клапан 10, эластичная внутренняя стенка 13 теплового аккумулятора отходит от верхней обтекаемой стенки 1 и солнечного конвертера 4, создавая небольшое избыточное давление воды во внутреннем объеме теплового аккумулятора. При расходе воды 15 из внутреннего объема теплового аккумулятора через выходной вентиль 11 и патрубок 12 упругоэластичная внутренняя стенка 13 частично или полностью возвращается в исходное состояние, показанное на фиг. 4. Собственно солнечный конвертер в виде фотомодуля 4 соединен с крышкой 1 по контуру герметизирующим эластичным окаймлением 18 и 19. Для ограничения выхода упругоэластичной внутренней стенки 13 за границы контура липучей эластичной прокладки 14 в системе предусмотрена нижняя решетка 21.

Мобильная гелиосистема может функционировать на крыше транспортного средства (автомобиля) как при его стоянке, так и в процессе движения, кроме того, система может быть снята с автомобиля, наклонно установлена у дерева или у наклонного щита или у обращенной на Юг стены любого строения на высоте, позволяющей с удобством пользоваться подогретой водой через выходные вентиль 11 и патрубок 12. В транспортном положении внутренняя полость теплового аккумулятора может быть частично (до 30% от максимального объема) заполнена водой для ее нагрева в процессе движения и использования при кратковременной остановке.

Падающий на поверхность солнечного конвертера 4 солнечный поток преобразуется в электрическую энергию, которая накапливается в электрическом аккумуляторе 8. Одновременно энергия солнечного потока нагревает воду во внутренней полости 15 теплового аккумулятора через поверхности солнечного конвертера 4 и обтекаемую стенку 1 теплового аккумулятора. Накопленные в течение светлого времени суток в системе тепловая и электрическая энергия могут применяться потребителями в вечернее и ночное время.

Габаритные размеры теплового аккумулятора и энергетические характеристики гелиосистемы можно оценить с учетом имеющихся размеров солнечного фотомодуля 1200×600 мм [2] и габаритов легкового автомобиля скорой помощи, например. При полезной площади солнечного конвертера около 0,84 м² номинальная выходная электрическая мощность фотомодуля близка к 80 Вт. Верхняя обтекаемая стенка 1 может иметь размеры 1200×700 мм при средней высоте 120 мм, при этом максимальный внутренний объем теплового аккумулятора составит около 100 л. Тепловая производительность за светлое время суток (10 ч) составит около 4000 килокалорий, что эквивалентно повышению температуры на 40°С внутри полностью заполненного водой внутреннего объема теплового аккумулятора. В электрическом аккумуляторе 8 за это же время будет накоплена электрическая энергия около 0,8 кВт/ч, достаточная для питания электрических потребителей общей мощностью 140 Вт в течение 5 ч. Снижение аэродинамического сопротивления устройства при движении автомобиля возможно выбором конфигурации спойлеров 2 и 3 и двухпараметрового солнечного конвертера 4, а также конфигурацией верхней обтекаемой крышки 1 гелиосистемы.

За счет благоприятного теплового обмена с поверхности фотомодуля в воду его температура не превысит 80°С, что благоприятно скажется на энергетической эффективности фотомодуля в светлое время суток. По сравнению с прототипом предложенный вариант мобильной гелиосистемы максимально упрощен конструктивно, позволяет его использовать как на стоянке, так и в транспортном положении.

ИСТОЧНИКИ ИНФОРМАЦИИ

1. Гелиотепловая энергосистема. Инновационный патент на изобретение KZ №27346 от 16.09.2013, бюл. №9.

2. Гибридные солнечные коллекторы Solimpex VOLTHER PV-T. Сайт: https://www.youtube.com.

3. Харитонов П.Т. и др. Контроллер солнечной энергии оптимизирующий. Международный журнал прикладных и фундаментальных исследований. С.Петербург, №10, 2015, с. 444-449.

Изобретение относится к автономным гелиосистемам для получения, накопления и использования электрической и тепловой энергии. Солнечный конвертер выполнен со снабженной выходными проводниками фотоэлектрической поверхностью, совмещенной с верхней крышкой теплового аккумулятора, корпус которого снабжен введенной в систему эластичной липучей, вакуумной или магнитной присоской, а также с лобовым и тыловым спойлерами, передней и задней торцевыми стенками теплового аккумулятора. Нижняя внутренняя стенка теплового аккумулятора выполнена упругоэластичной и поджата в исходном состоянии силами упругости к внутренней поверхности верхней крышки, выходные проводники фотоэлектрической поверхности солнечного конвертера подключены через зарядное устройство к электрическому аккумулятору, размещенному в пространстве под тыловым спойлером теплового аккумулятора. Технический результат – упрощение конструкции. 4 з.п. ф-лы, 4 ил.

1. Мобильная гелиосистема, содержащая двухпараметровый солнечный конвертер в составе фотомодуля с электрическими выводами и помещенный в корпус теплообменник с жидким теплоносителем, отличающаяся тем, что корпус выполнен в виде теплового аккумулятора с входным клапаном и выходным вентилем, верхняя крышка которого выполнена обтекаемой к набегающему ветровому потоку, совмещена с фотомодулем, причем к внутреннему контуру теплового аккумулятора герметично присоединена введенная в систему упругоэластичная внутренняя стенка, поджатая в исходном состоянии силами упругости к внутренней поверхности обтекаемой верхней крышки корпуса и фотомодуля.

2. Мобильная гелиосистема по п. 1, отличающаяся тем, что электрические выводы фотомодуля подключены к выводам электрического аккумулятора через введенный в систему контроллер солнечного конвертера.

3. Мобильная гелиосистема по п. 1, отличающаяся тем, что обтекаемая верхняя крышка корпуса снабжена лобовым и тыловым спойлерами, причем на лобовом спойлере размещен входной водозаборный клапан, а на тыловом спойлере размещен выходной вентиль.

4. Мобильная гелиосистема по п. 1, отличающаяся тем, что электрический аккумулятор и контроллер солнечного конвертора размещены под тыловым спойлером корпуса.

5. Мобильная гелиосистема по п. 1, отличающаяся тем, что конфигурация фотомодуля выполнена обтекаемой к набегающему ветровому потоку.