BABADZHANIAN ARSHAK ARKADIEVICH (UA)
BABADZHANIAN ARSHAK ARKADIEVICH (UA)
| WO2018236330A1 | 2018-12-27 |
| CN103022199A | 2013-04-03 | |||
| CN201738472U | 2011-02-09 | |||
| US20010015220A1 | 2001-08-23 | |||
| RU2215100C2 | 2003-10-27 |
| МУ Л и . '2-? L? i и я 1. Способ изготовления остекленной строительной воздушной панели-теплообменника с интегрированными фотоэлементами, с дополнительной полостью над лицевой стороной несущей фотоэлементы, которую покрывают каленным стеклом «соляр-глас», скрепляют по контуру периметра стекла-покрытия герметиком с высокой адгезией со строительной панелью-теплообменником с интегрированными фотоэлементами, отличающийся тем, что стекло-покрытие скрепляют по всей поверхности дискретными распорными стенками и стойками с лицевой стороной, несущей фотоэлементы, в областях между фотоэлементами над опорными стенками первой полости, полимером герметиком с высокой адгезией, что создает балочную конструкцию повышенной жесткости. 2. Способ изготовления остекленной строительной воздушной панели-теплообменника с интегрированными фотоэлементами, согласно которому превращают полую панель из несущей стороны с ламинированными и скоммутированными на ней сверху фотоэлементами и тыльной несущей жесткой пластины равного размера, скрепленные герметично друг с другом изнутри по контуру лицевой стороны распорной рамкой и влагонепроницаемым полимером-герметиком с адгезивными свойствами и также по внешнему контуру периметра или части периметров каждого фотоэлемента или групп фотоэлементов непрерывными и/или дискретными распорными стенками и стойками, возможно прозрачными, с поверхностью лицевой и тыльной сторон полимером-герметиком, возможно прозрачным, с высокой адгезией и входным и выходным отверстиями для воздушного теплообмена; создают дополнительную полость над лицевой стороной несущей фотоэлементы путем покрытия стеклом «соляр-глас» скрепленную по контуру периметра стекла-покрытия и несущей фотоэлементы стороной герметиком с высокой адгезией, отличающийся тем, что стекло-покрытие скрепляют по всей поверхности дискретными распорными стойками, возможно прозрачными, с лицевой стороной, несущей фотоэлементы, полимером герметиком, возможно прозрачным, с высокой адгезией, в областях между фотоэлементами над опорными стенками первой полости, что создает балочную конструкцию повышенной жесткости. 3.Способ изготовления по п.п.1,2, отличающийся тем, что полость остекления повторяет количество тепловыводящих полостей строительной панели-теплообменника с интегрированными фотоэлементами. 4.Способ изготовления по п.п.1,2, отличающийся тем, что толщина стекла-покрытия от 0.5 мм. 5.0стекленная строительная панель-теплообменник с интегрированными фотоэлементами по п.1 или п.2, отличающаяся тем, что распорные стойки и скрепляющий их со стеклом- покрытием и абсорбером несущим фотоэлементы герметик с высокой адгезией - прозрачны. б.Остекленная строительная панель-теплообменник с интегрированными фотоэлементами по п.4, отличающаяся тем, что распорные стойки выполнены в виде призм, концентрирующих солнечную энергию. 5 % |
Изобретение относится к эко-строительству, в частности, к конструкции кровельных строительных панелей-теплообменников для прямых и скатных крыш и фасадов зданий со встроенными фотоэлементами.
Интегрированние фотоэлектрических PV-элементов (ФЭ) и тепловых коллекторов в строительные материалы и конструкции является быстро растущей областью «зеленной» строительной индустрии [1]. Преимуществом интегрированных систем по сравнению с неинтегрированными системами, помимо оптимизации площади для сбора солнечной энергии, является значительное снижение первоначальных затрат и сметной стоимости строительства/ремонта. Кроме того, поскольку интегрированные строительные конструкции являются неотъемлемой частью здания или сооружения, то они лучше согласуются с архитектурным обликом здания и эстетически более привлекательны, чем традиционные солнечные модули. На строительные конструкции с фотоэлементами и/или теплообменниками накладываются высокие прочностные требования - для нахождения на ней людей, материалов, механизмов и для сопротивления повышенным ветровым нагрузкам при больших фасадных конструкциях.
Сами стандартные PV-модули рассчитаны на давление не выше 50г/см.кв. (2-5 КПа) и не могут служить кровельным покрытием (давление веса человека доходит до 500 КПа) т.к. ФЭ инкапсулированные двойной пленкой ЕВА с лицевым стеклом и/или ламинированные пленкой в одно целое, будучи хрупкими, не выдерживают деформаций лицевого каленного стекла при больших нагрузках на его поверхность и разрушаются или покрываются микротрещинами, которые очень быстро приводят к их деградации.
Многие фирмы в производстве гибридных солнечных панелей (PVT-панелей) на кровлю используют готовые PV-модули (французские Systovi, Group Solution Energie).
Прототипом предлагаемого изобретения является патент UA116607 С2 как реализация способа изготовления полой строительной PVT- и Т- панелей выдерживающей большие нагрузки (до 5 МПа и выше). Патент UA116607 С2 излагает способ конструирования строительной PVT-панели как жесткого пакета: из листа лицевого светопропускающего материала любого размера (стекло или прозрачный материал, возможен цветной для фасадных панелей) с закрепленными ФЭ и тыльной жесткой пластины (цементосодержащие и магнезитовые плиты: шифер, фибролит; металл и сплавы, синтетические материалы, стекло), который передает лицевой стороне жесткость тыльной стороны, путем создания распорных стенок (ребер жесткости) или распорных скрепляющих стоек, закрепленных герметиком с высокой адгезией равномерно по всей поверхности лицевой и тыльной сторон по периметру каждого ФЭ или групп ФЭ (фиг.1-4 из [3]), а не только по всему контуру пакета, как в оконных стеклопакетах. Ребра жесткости могут быть сформованы непосредственно из материала тыльной стороны как 8 (Фиг.2) по части I (Фиг.1). После скрепления с лицевой светопропускающей стороной несущей ФЭ (в основном - каленное стекло «соляр-глас»), ребра жесткости превращаются в балки придающие дополнительную и большую жесткость т.е. создается балочная конструкция, жесткость которой зависит от толщины пакета и общей стыковой площади распорных ребер-стенок и распорных стоек с лицевой и тыльной сторонами, соединенные полимером-герметиком с высокой адгезией в одно целое. Уровень жесткости диктуется величиной давления на поверхность кровли - человеком на скатную кровлю или механизмом на прямую.
Сформованные распорные стойки 9 не являються ребрами жесткости, но после скрепления полимером с высокой адгезией, ряд расположенных в одной линии продольных и поперечных распорных столбцов превращается сразу в балки.
Лицевой стороной может выступать готовый коммерческий PV-модуль с любыми электрическими характеристиками, а как теплообменная часть - сформованная из материала тыльной стороны и с готовыми ребрами жесткости 8 и стойками 9 (Фиг.2), геометрия которых соответствует расположению фотоэлементов.
Таким образом в патенте UA116607C2, абсорбером в строительном воздушном PVT- теплообменнике выступают лицевая сторона - стекло с инкапсулированными EVA пленкой фотоэлементами, т.е. строительные PV-панели являются непокрытыми (неостекленными) воздушными тепловым коллекторами, которые как известно менее эффективны, чем остекленные
PVT-коллекторы, ввиду повышенной зависимости температуры выходящего потока воздуха от температуры внешней среды и скорости ветра, что особенно заметно в зимнее время (тепловые характеристики различных PVT-коллекторов даны в [2]).
В данной заявке на изобретение предлагается реализации способа изложенного в прототипе для получения остекленных (или покрытых) PVT- и Т-панелей с высокими прочностными характеристиками и к.п.д. тепловой эффективности.
Предлагаемые объекты - строительные панели-теплообменники с интегрированными фотоэлементами, имеют большие поверхности и требуют высоких прочностных характеристик и даже при наличии каленного стекла как покрытия, при давлении на его поверхность возможно соприкосновение стекла-покрытия и лицевой стороны PVT-модуля, что для стандартной PVT или непокрытых Т-панелей катастрофично. Каленное стекло-покрытие толщиной 2-Змм. и линейным размером 2 метра под давлением 3-5 МПа (что соответствует строительной норме давления на чердачное перекрытие промышленных зданий ) имеет амплитуду до 30-40см. при опоре на две стороны периметра, а при опоре на 4 стороны периметра с загерметизированными торцами опасная амплитуда частично остаётся и дополнительно появляется проблема отрыва герметика по всему контуру панели от стекла-покрытия , что приводит к разгерметизации панели и, следовательно, выходу ее из строя и также протечке поверхности крыши. При дополнительном покрытии (или остеклении) лицевой стороны объекта изобретения патента UA116607 С2 как на Фиг.1 (без элементов 6) эта амплитуда стекла-покрытия 1 не опасна т.к. распорные стенки и столбцы части I (Фиг.1) не допускают деформацию стекла несущего фотоэлементы, но всегда остается проблема разгерметизации стекла-покрытия при больших давлениях, а для иных конструкций, как в [2], покрытых PVT или Т-панелей обе проблемы катастрофичны. Целью предлагаемого изобретения является способ изготовления остекленных (покрытых) строительных панелей-теплообменников с интегрированными ФЭ для прямой и скатной кровли и фасадов зданий необходимой жесткости. Технический результат предлагаемой реализации - это создание покрытых (остекленных) воздушных PVT- и Т-панелей, выдерживающих большие нагрузки, а именно, вес людей и материалов при покрытии ими крыш и фасадов, а так же: а) существенное улучшение характеристики тепловой эффективности PVT-панели прототипа при остеклении - коэффицент удельной теплопередачи у остекленного PVT-коллектора с повышенной прочностью в 3 раза выше чем у неостекленного [2]; в) максимальное увеличение светопропускаемости остекления, следовательно, увеличение электрической и тепловой эффективности PVT-панелей за счет прочностных характеристик; с) удешевления конструкции воздушных PVT- и Т-панелей.
Всюду ниже, под строительной панелью-теплообменником с интегрированными фотоэлементами повышенной жесткости будем понимать прототип [3].
Фиг.1 (разрез А - А. Фиг.2) показывает суть конструкции остекления: строительные PVT- панели прототипа (часть I) путем добавления дополнительного остекления из каленного стекла «соляр- гласс» 1 с образованием второй полости или части II и упрочняющих полимерных распорных стоек 6, 7 - полиуретановый, силиконовый или MS-полимерный герметик с высокой адгезией и в необходимых случаях - прозрачный. Для хорошо известных покрытых Т-панелей на Фиг.1 каленное стекло несущее ФЭ просто заменяется на алюминиевый лист-абсорбер.
На Фиг.2 показана сформованная задняя (тыльная), тепловая часть 3 (Фиг.1) с ребрами жесткости 8 и распорными стойками 9, соответствующие геометрии расположения кремниевых монокристалических фотоэлементов 2. Такой вариант представления тепловой части с двумя параллельными полостями выбран для наглядности, тепловая часть может состоять из одной полости с входом и выходом и только распорных стоек 9. Аналогично может быть сформована тепловая часть для поликристалических ФЭ - путем простого увеличения промежутка между ФЭ на несущем ФЭ стекле фиг.2. соответственно ширине распорных стенок 8 и распорных столбцов 9. Фиг.З (разрез А - А) показывает дополнительную полость с несущей фотоэлементы абсорбирующей поверхностью 4 из листа стекла, полимера, металла с расположенными сверху фотоэлементами 2.
В обоих вариантах PVT- и Т-панелей Фиг.1, 3, возможна связь полостей т.е. переток воздуха из одной полости в другую или герметичность части II заполненной газом, по аналогии со стеклопакетами.
После скрепления полимером с высокой адгезией распорными стойками 6 стекла-покрытия с 1 - лицевой стороной несущей ФЭ (часть II, Фиг.1), затем в Фиг.З элемент 4 несущий ФЭ, распорные столбцы расположенные на одной линии, становятся балками жесткости в части II панели (Фиг.1, 3), одновременно, как в продольном так и в поперечном направлениях, тем самым увеличивают прочностные характеристики самой строительной PVT-панели (части I). В то же время элементы 9 и 6 выступают как элементы «возмущения» или смешивания потока воздуха для лучшего теплообмена.
3
% Pacnophmic 0 U 85 Jf любого полимера 6 имеют небольшую высоту ?и-Т У ™ м 2 ^* Ш н и иза ци и длины тени падающей на ФЭ, при использовании прозрачных распорных стоек и из стекла, высота их может быть увеличена, а в случае прозрачных распорных стенок и столбцов в части I для проникновения света внутрь при использовании бифокальных ФЭ.
В варианте покрытой PVT-панели Фиг.1, возможна установка меньшего или большего числа распорных элементов 6, чтобы не создавать лишние тени на фотоэлементы или придать необходимую жесткость PVT- и Т-панелям с покрытием.
В варианте Фиг.З решение установки ФЭ сверху несущей поверхности 4, преследует две цели: 1) увеличить светопоглощение ФЭ по сравнению с прототипом и вариантом Фиг.1, путем ламинирования тонкой пленкой т.е. увеличить и тепловую и электрическую эффективность по части I сравнительно с прототипом [3] без учета эффекта покрытия; 2) существенно удешевить PV- модуль, т.к. вместо дорогого несущего стекла «соляр-глас» используемого как абсорбер, используются дешевые стекла с высоким содержанием железа или листы из полимера или металла с изоляцией или иные с лучшими абсорбирующими свойствами. В этом случае несущая поверхность может быть перфорированной для равномерного перетока воздуха их верхней полости в нижнюю и наоборот.
На фиг.2 показаны две тепловыводящие полости прототипа (по части I Фиг.1 , 3), очевидно, что в вариантах Фиг.1 и 3 дополнительная полость II покрытия может быть герметичной или соединенной с обоими половинами тепловыводящей полости прототипа или разделенной как полость прототипа, т.е. в покрывающую полость II нужно разбить на две части и вставить, соответственно, непрерывную распорную стенку аналогичную первой полости.
Дополнительное наличие остекления для прототипа отрицательно влияет на светопоглощение ФЭ Фиг.1. В обоих вариантах Фиг.1,3 для максимального увеличения светопоглощаемости ФЭ, может быть уменьшена толщина лицевого остекления строительных PVT-панелей до 0.5-2мм. Тогда количество распорных стоек 6 скрепленных адгезивным герметиком регулируется прочностными требованиями на остекление и, не теряя необходимых прочностных характеристик, можно добиться более высокой PV эффективности покрытых панелей, чем у прототипа.
Повышение эффективности в этом варианте происходит без влияния на срок «жизни» изделия т.к. все функции (защиты от ультрафиолета, тепловой режим полости) берет на себя остекление. Указание конкретных численных величин в тексте преследует цель только пояснения изложения и рисунков и никак не ограничивает формулу изобретения.
Литература
[1] «Солнечные» кровли - перспективное направление повышения энергоэффективности при эксплуатации зданий. - http://autopower.pro/news/stat/conHe4Hbie-KPQBnH-nepcneKTHBH oe-Ha
[2] Zondag, Н. А. (2008). Flat-plate PV-Thermal collectors and systems: a review. Renewable and Sustainable Energy Reviews, 12(4), 891-959.
[3] Патент UA116607 C2 (WO2018236330A1)
Подпись
4
%