RU2622142C1

RU2622142C1 - Helio-power plant

Info

Publication number: RU2622142C1
Application number: RU2016110385A
Authority: RU
Inventors: Сакен Койшибаевич Шерьязов; Арсен Халитович Доскенов; Алексей Сергеевич Чигак
Priority date: 2016-03-21
Filing date: 2016-03-21
Publication date: 2017-06-13

Abstract

FIELD: power industry.

SUBSTANCE: helio-power plant contains the solar collectors, connected by pipelines with a heat-exchanger-accumulator, in the hydraulic circuit of the solar collectors there are installed solenoid valves to control the coolant flow by changing the connection scheme of solar collectors between each other, the control unit, including the relay, connected through the photoelectric cells with the power source, operating at different levels of solar radiation, and the additional photoelectric cell in the supply citcuit of solenoid valve coils to turn them off if there is no or low solar radiation power.

EFFECT: maintaining the coolant parameters by automatically changing the solar collectors connection circuit, when changing the power of solar radiation, which improves the efficiency of the helio-power plant.

2 cl, 3 dwg

Description

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.The invention relates to the field of solar engineering, in particular to installations using solar energy for heating the coolant in existing and planned heat supply systems with natural and forced circulation of liquid in the solar collector circuit, and is intended to improve the efficiency of the solar energy installation.

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.Known solar collector (patent No. 2330217, RU, IPC F24J 2/04, publ. 07.27.2008). The collector-distributor included in it is made of non-ferrous metals (aluminum, copper, etc.) by injection molding, and it is connected to heat-collecting tubes and pipes of the heat transfer system to consumers by connecting mating parts along contact surfaces by insulating adhesive from each other film thickness from 0.1 to 0.5 mm.

Основной недостаток данного коллектора - невозможность изменения схемы соединения теплособирающих трубок для нагрева теплоносителя до необходимой температуры при низких мощностях солнечного излучения.The main disadvantage of this collector is the impossibility of changing the connection diagram of heat-collecting tubes for heating the coolant to the required temperature at low solar radiation powers.

Наиболее близкой по технической сущности является солнечная водонагревательная установка (http://www.solarhome.ru/), принятая за прототип.The closest in technical essence is a solar water heater (http://www.solarhome.ru/), adopted as a prototype.

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.The solar water heating system (IED) consists of a solar collector and a heat exchanger-accumulator. A coolant circulates through the solar collector (special antifreeze). The heat carrier is heated in the solar collector by the energy of the sun and then gives off thermal energy to the water through a heat exchanger (usually mounted in a storage tank, but it can also be separate). Hot water is stored in the storage tank until it is used, so it must have good thermal insulation. In the first circuit, where the solar collector is located, natural or forced circulation of the coolant can be used.

Основной недостаток водонагревательной установки - невозможность изменения схемы соединения солнечных коллекторов в зависимости от мощности солнечного излучения для обеспечения эффективной работы гелиоэнергетической установки.The main disadvantage of a water heating installation is the impossibility of changing the connection scheme of solar collectors depending on the power of solar radiation to ensure the efficient operation of a solar energy installation.

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.The objective of the invention is the creation of a solar energy installation with the ability to control the flow of coolant by automatically changing the connection diagram of the solar collectors depending on the power of solar radiation to ensure its effective operation.

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.This is achieved by the fact that in the proposed installation containing solar collectors connected by pipelines to a heat exchanger-accumulator, in contrast to the prototype for controlling the flow of heat carrier by changing the connection diagram of the solar collectors, electromagnetic valves are additionally installed in the hydraulic circuit of the solar collectors, and a control unit for them including relays connected through photoconductors to a power source operating at different levels of solar radiation, and are additional th photoresistor in the power supply circuit of the solenoid valve coils to turn them off in the absence or low power of solar radiation. A solar battery can be used as a power source for the control unit and solenoid valve coils, while the relays are connected to it through resistors with constant resistance.

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.The use of electromagnetic valves allows you to change the connection diagram of the solar collectors remotely and quickly and, thereby, reduce the complexity and reduce the switching time, the use of relays allows you to switch the necessary valves at the same time, and the use of photoresistors allows you to control the switching process depending on the power of solar radiation.

Гелиоэнергетическая установка может работать с любым количеством солнечных коллекторов. Для примера рассмотрим установку с 4 солнечными коллекторами.The solar power plant can work with any number of solar collectors. For example, consider an installation with 4 solar collectors.

На фиг. 1 представлена предлагаемая схема соединения солнечных коллекторов с использованием электромагнитных клапанов.In FIG. 1 shows the proposed connection diagram of solar collectors using solenoid valves.

На фиг. 2 представлен блок управления переключениями схемы соединения солнечных коллекторов.In FIG. 2 shows a switching control unit for a solar collector connection circuit.

На фиг. 3 представлен блок управления переключениями схемы соединения солнечных коллекторов с использованием солнечной батареи в качестве источника питания.In FIG. 3 shows a switching control unit for connecting a solar collector using a solar battery as a power source.

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.The solar energy installation contains solar collectors SK1-SK4 interconnected by pipelines, electromagnetic valves 1-9 located in the hydraulic circuit of the solar collectors, and a control unit including intermediate relays KM1 and KM2, the windings of which are connected to the 220 V network in series with the photoconductors R1 and R2, and the photoresistor R3 in the power supply circuit of the solenoid valve coils to turn them off in the absence or low power of solar radiation.

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.The solar power plant works as follows: in the absence or low power of solar radiation, the resistance of the photoresistor R3 is large and the voltage on the coils of the electromagnetic valves 2, 5, 8 is not enough to open them. All valves are closed, which eliminates reverse circulation of the coolant. When a certain amount of solar radiation power is reached, the resistance of the photoresistor R3 drops, the solenoid valve coils receive power, and the valves 2,5 and 8 open, and the valves 1, 3, 4, 6, 7, 9 remain closed and all the solar collectors SK1-SK4 are connected sequentially. With a further increase in the power of solar radiation, the resistance of the photoresistor R1 drops and the coil KM1 receives power, the electromagnetic valves 4 and 6 open, valve 5 closes. It turns out a mixed connection of solar collectors - in parallel two chains (circuits), in each of which two solar collectors SK1 and SK2, SK3 and SK4 are connected in series. With a further increase in solar radiation power, the resistance of the photoresistor R2 drops and the coil KM2 receives power, the electromagnetic valves 1, 3, 7, 9 open, the valves 2, 8 close, and all the solar collectors SK1-SK4 are connected in parallel. With a decrease in the power of solar radiation, the switching process occurs in the reverse order.

Параметры фоторезисторов R1 и R2 подбираются так, чтобы реле КМ1 срабатывало при одном определенном значении мощности солнечного излучения, а КМ2 при другом, большем значении.The parameters of the photoconductors R1 and R2 are selected so that the relay KM1 operates at one specific value of the power of solar radiation, and KM2 at another, higher value.

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).To achieve autonomous operation of the solar energy installation, a solar battery can be used as a power source for the control unit and solenoid valve coils. In this case, the coil of electromagnetic valves, intermediate relays, as well as resistors are designed for the nominal voltage of the solar battery (Fig. 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.In this case, the solar power installation will work as follows: at low solar radiation power, the voltage of the solar battery SB is low, the voltage on the coils KM1, KM2 and solenoid valves is not enough to operate. All solenoid valves are closed, which excludes reverse circulation of the coolant. With an increase in solar radiation power, the voltage of the solar battery SB increases, and when a certain value of solar radiation power is reached, the electromagnetic valves 2, 5 and 8 open, valves 1, 3, 4, 6, 7, 9 remain closed and the solar collectors are connected in series. With an increase in the power of solar radiation, the voltage on the coil KM1 is sufficient for its operation, the electromagnetic valves 4 and 6 open, valve 5 closes. It turns out a mixed connection of solar collectors - in parallel two chains (circuits), in each of which two solar collectors are connected in series. With a further increase in the power of solar radiation and the voltage of the solar battery, the coil KM2 receives power, the solenoid valves 1, 3, 7, 9 open, the valves 2, 8 close, and the solar collectors are connected in parallel. With a decrease in the power of solar radiation, the switching process occurs in the reverse order.

В результате осуществляется автоматическое изменение схемы соединения солнечных коллекторов для повышения эффективности работы гелиоэнергетической установки без дорогостоящей регулирующей аппаратуры.As a result, an automatic change in the connection scheme of solar collectors is carried out to increase the efficiency of the solar energy installation without expensive regulatory equipment.

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.The technical result of the use of the installation is to maintain the parameters of the coolant by automatically changing the connection diagram of the solar collectors when changing the power of solar radiation, which leads to an increase in the efficiency of the solar energy installation.

Claims

1. A solar energy installation containing solar collectors connected by pipelines to a heat exchanger-accumulator, characterized in that for controlling the flow of coolant by automatically changing the connection diagram of the solar collectors, electromagnetic valves are additionally installed in the hydraulic circuit of the solar collectors, and a control unit including a relay connected through photoresistors to a power source operating at different levels of solar radiation, and an additional phot resistor in the power circuit of the solenoid valve coils to turn them off in the absence or low power of solar radiation.

2. The solar energy installation according to claim 1, characterized in that a solar battery can be used as a power source for the control unit and solenoid valve coils, while the relays are connected to it through resistors with constant resistance.