Универсальная комбинированная солнечно-энергетическая преобразовательная установка с портативным зарядным устройством на солнечных батареях

Изобретение относится к гелиотехнике, а именно к комбинированным солнечно-энергетическим преобразовательным установкам, удовлетворяющим потребности человека в электричестве, в питьевой воде и в тепле. Оно может быть использовано в приморских районах, в чрезвычайных ситуациях - на судах, в армии, в госпиталях, в условиях изоляции, а также в индивидуальных хозяйствах.

Комбинированное солнечно-энергетическое устройство содержит установленные на несущей конструкции внешний светопрозрачный слой, помещенные под ним последовательно и контактирующие между собой узел дистилляции солевого раствора с патрубками входа и выхода и узел проточного теплообменника с патрубками входа и выхода. Узел дистилляции солевого раствора выполнен мембранным, многоступенчатым и с передней и задней сторон покрыт теплопроводными слоями. Устройство дополнительно снабжено узлом фотоэлектрического преобразователя в виде батареи солнечных элементов, размещенных на поверхности переднего теплопроводного слоя узла дистилляции.

Составляющие слои и узлы устройства могут быть осуществлены как в плоском, так и в цилиндрическом исполнении, а несущая конструкция может быть выполнена в виде зеркального параболического цилиндра или зеркального параболоида или линзы Френеля.

Повышается универсальность и КПД устройства.

Изобретение относится к гелиотехнике, а именно к комбинированным солнечно-энергетическим преобразовательным установкам, удовлетворяющим потребности человека в электричестве, в питьевой воде и в тепле. Оно может быть использовано в приморских районах, в чрезвычайных ситуациях - на судах, в армии, в госпиталях, в условиях изоляции, а также в индивидуальных хозяйствах.

Известно комбинированное солнечно-энергетическое устройство, содержащее установленные на несущей конструкции внешний светопрозрачный слой и помещенные под ним узел фотоэлектрического преобразователя и узел дистилляции воды с патрубками входа и выхода (US 2011/0120854, B01D 3/00, 2012). Известное устройство дает на выходе лишь электрическую энергию и дистиллированную воду.

Известны комбинированные солнечно-энергетические устройства, содержащие установленные на несущей конструкции внешний светопрозрачный слой и помещенные под ним последовательно узел фотоэлектрического преобразователя и узел проточного теплообменника (RU 2382953, F24J 2/42, 2010: US 20110132434, F24J 2/40, 2011). Это направление в мировой практике получило название PVT технологий (Photovoltaie Thermal technology). Устройства этой группы обеспечивают получение лишь электрической и тепловой энергий.

Наиболее близким по назначению и по конструктивным признакам аналогом заявляемого устройства является солнечный опреснитель, содержащий установленные на несущей конструкции внешний светопрозрачный слой, помещенные под ним последовательно и контактирующие между собой узел дистилляции солевого раствора с патрубками входа и выхода и узел проточного теплообменника с патрубками входа и выхода, причем узел дистилляции солевого раствора выполнен мембранным многоступенчатым и с передней и задней сторон покрыт теплопроводными слоями (RU 109753 U, C02F 1/00, 2011).

Общим недостатком указанных выше аналогов является низкий уровень их универсальности. При использовании любого из них, дополнительно необходимо еще и отдельное устройство для полноты обеспечения человека жизненно важными: питьевой водой, теплом и электроэнергией.

Задачей предложения является повышение универсальности и КПД устройства.

Поставленная задача решается тем, что комбинированное солнечно-энергетическое устройство, содержащее установленные на несущей конструкции внешний светопрозрачный слой, помещенные под ним последовательно и контактирующие между собой узел дистилляции солевого раствора с патрубками входа и выхода и узел проточного теплообменника с патрубками входа и выхода, причем узел дистилляции солевого раствора выполнен мембранным многоступенчатым и с передней и задней сторон покрыт теплопроводными слоями, согласно предложению, дополнительно снабжено узлом фотоэлектрического преобразователя в виде батареи солнечных элементов, размещенных на поверхности переднего теплопроводного слоя узла дистилляции.

Сущность предложения состоит также в том, что составляющие слои и узлы устройства осуществлены как в плоском, так и в цилиндрическом исполнении с однослойным или двухслойным внешним светопрозрачным слоем.

Сущность предложения состоит еще и в том, что несущая конструкция выполнена в виде зеркального параболического цилиндра или зеркального параболоида или линзы Френеля.

Сущность предложения поясняется чертежами.

На фиг.1 показан общий вид устройства в плоском исполнении составляющих его слоев и узлов, а на фиг.2 - его разрез.

На фиг.3 показан фрагмент устройства с двухслойным исполнением светопрозрачного слоя.

На фиг.4 показано поперечное сечение устройства в цилиндрическом исполнении его слоев и узлов.

На фиг.5, 6 и 7 показаны примеры осуществления несущей конструкции устройства в виде зеркального параболического цилиндра.

На фиг.8 и 9 показаны примеры осуществления несущей конструкции устройства в виде зеркального параболоида.

На фиг.10 показан пример осуществления несущей конструкции устройства в виде усеченной пирамиды с плоскими зеркальными внутренними поверхностями.

На фиг.11 показан пример осуществления несущей конструкции устройства в виде линзы Френеля.

Предлагаемое устройство 1 содержит установленные на несущей конструкции 2 внешний светопрозрачный слой 3 и помещенные под ним последовательно и контактирующие между собой узел фотоэлектрического преобразователя 4, узел дистилляции 5 солевого раствора и узел проточного теплообменника 6.

Узел фотоэлектрического преобразователя 4 выполнен в виде батареи солнечных элементов, размещенных на поверхности переднего теплопроводного слоя (абсорбера) 7 узла дистилляции 5. Узел снабжен выводами 8 для передачи электрической энергии в систему ее накопления и распределения. Между абсорбером 7 и светопрозрачным слоем 3 имеется зазор 9.

Узел дистилляции 5 солевого раствора выполнен мембранным многоступенчатым и составлен из слоев последовательных одинаковых ступеней. Каждая ступень включает слой микропористой мембраны 10, которая с обеих сторон покрыта фиксирующим сетчатым слоем 11. Ступени разделены между собой конденсирующими пластинами 12. На фиг.2 в качестве примера показана трехступенчатая конструкция узла дистилляции в плоском исполнении слоев, а на фиг.4 - двухступенчатая конструкция узла дистилляции в цилиндрическом исполнении слоев. Каждая из ступеней узла дистилляции снабжена входным патрубком 13 солевого раствора, выходным патрубком 14 дистиллята и выходным патрубком 15 концентрата солевого раствора. Соответственные патрубки об'единены коллекторами (на фиг.2 и 4 не показаны). С передней, обращенной к падающим солнечным лучам, стороны узел дистилляции ограничен абсорбером 7, у которого сторона, обращенная к первой ступени узла, выполнена развитой (рифленной), как это показано на фиг.2 и 4. С задней, обращенной к узлу теплообменника 6, стороны узел дистилляции ограничен теплопроводной конденсирующей пластиной 16, конструкция которой аналогична конструкции абсорбера 7.

Узел проточного теплообменника 6 ограничен пластинами 16 и 17 и снабжен входным 18 и выходным 19 патрубками для связи с системой горячего водоснабжения.

Контактирующие между собой поверхности узлов устройства склеены теплопроводным клеем, а зазоры между краями слоев герметизированы, например, силиконовым герметиком 20.

Предлагаемое устройство может быть осуществлено как в плоском (фиг.1, 2, 5), так и в цилиндрическом (фиг.4, 6, 7) исполнении слоев и узлов. В цилиндрическом исполнении слои и узлы соосны.

Конструкция светопрозрачного слоя 3 включает также возможность выполнения его двухслойным с вакуумированным зазором 21 между слоями, что позволяет уменьщить потери тепловой энергии (фиг.3). Такое исполнение в равной мере относится как к плоскому, так и к цилиндрическому вариантам осуществления устройства.

При плоском исполнении устройства задняя пластина 17 узла теплообменника 6 теплоизолирована слоем 22.

В одном из примеров осуществления несущая конструкция 2 выполнена в виде зеркального параболического цилиндра (фиг.5 и 6). При этом, пакет последовательных слоев и узлов устройства как в плоском (фиг.5), так и в цилиндрическом (фиг.6) исполнении посредством кронштейнов 23 установлен вдоль фокусной оси параболического цилиндра. В целях повышения производительности устройства, оно может быть составлено из набора примыкающих друг к другу модулей, как это показано на фиг.7.

В другом примере осуществления несущая конструкция 2 выполнена в виде зеркального параболоида, как это показано на фиг.8 и 9.

В упрощенном по конструкции примере осуществления несущая конструкция 2 выполнена в виде усеченной пирамиды (фиг.10). В этой конструкции использована система плоских зеркал.

В случаях, когда требуется уменьшение габаритной высоты устройства, несущая конструкция 2 может быть выполнена в виде линзы Френеля (фиг.11).

Как формы выполнения с плоскими узлами, так и формы выполнения с цилиндрическими узлами работают по одинаковому принципу. Работа устройства основана на максимально полном использовании солнечной энергии, попавщей на его приемную поверхность. Энергия, не использованная в фотоэлектрическом преобразователе 4, передается через абсорбер 7 на первую ступень узла дистилляции 5 и далее на последующие ступени. Энергия, не использованная в последней ступени узла дистилляции, передается через теплопроводную конденсирующую пластину 16 в рабочую жидкость, протекающую через теплообменник 6. Понятно, что при этих переходах температурный потенциал падает от узла к узлу и теплообменник обладает самым низким температурным потенциалом. Однако, широко известны методы регулирования температуры теплоносителя.

Малая боковая поверхность устройства обуславливает минимальные потери тепловой энергии через боковую поверхность.

Конструкция устройства позволяет снабдить его узлом слежения за Солнцем.

Предлагаемое устройство обладает высокой степенью универсальности, - в одном компактном и транспортабельном устройстве об'единены узлы получения питьевой воды, тепловой и электрической энергии. Устройство обладает также и высоким КПД, благодаря эффективному использованию падающей солнечной энергии и сведению потерь к минимуму.

1. Комбинированное солнечно-энергетическое устройство, содержащее установленные на несущей конструкции внешний светопрозрачный слой, помещенные под ним последовательно и контактирующие между собой узел дистилляции солевого раствора с патрубками входа и выхода и узел проточного теплообменника с патрубками входа и выхода, причем узел дистилляции солевого раствора выполнен мембранным многоступенчатым и с передней и задней сторон покрыт теплопроводными слоями, отличающееся тем, что устройство дополнительно снабжено узлом фотоэлектрического преобразователя в виде батареи солнечных элементов, размещенных на поверхности переднего теплопроводного слоя узла дистилляции.

2. Комбинированное солнечно-энергетическое устройство по п.1, отличающееся тем, что внешний светопрозрачный слой и помещенные под ним последовательные узлы выполнены плоскими.

3. Комбинированное солнечно-энергетическое устройство по п.1, отличающееся тем, что внешний светопрозрачный слой и помещенные под ним последовательные узлы выполнены цилиндрическими соосными.

4. Комбинированное солнечно-энергетическое устройство по любому из пп.1-3, отличающееся тем, что внешний светопрозрачный слой выполнен двухслойным с зазором между слоями.

5. Комбинированное солнечно-энергетическое устройство по п.1 или 2, отличающееся тем, что с задней стороны узла проточного теплообменника имеется слой теплоизоляции.

6. Комбинированное солнечно-энергетическое устройство по п.1, отличающееся тем, что несущая конструкция выполнена в виде зеркального параболического цилиндра.

7. Комбинированное солнечно-энергетическое устройство по п.1, отличающееся тем, что несущая конструкция выполнена в виде зеркального параболоида.

8. Комбинированное солнечно-энергетическое устройство по п.1, отличающееся тем, что несущая конструкция выполнена в виде линзы Френеля.