Солнечное фотоэлектрическое устройство
Владельцы патента RU 2367852:
Открытое акционерное общество "Научно-исследовательский институт полупроводниковых приборов" (ОАО "НИИПП") (RU)
Изобретение относится к средствам преобразования солнечной энергии в электрическую и может быть использовано для автономного электроснабжения объектов различного назначения. Солнечное фотоэлектрическое устройство содержит один или несколько солнечных модулей, размещенных на механическом держателе. Новым является то, что держатель образован двумя разнонаправленными парами полукруглых арок, свободные концы которых закреплены по углам прямоугольных рам, одна из которых - базовая - устанавливается на неподвижном или вращающемся основании, а вторая рама, являющаяся посадочным местом солнечных модулей, подвешена к вершинам первой пары арок с возможностью вращения вокруг горизонтальной оси. Изобретение должно обеспечить создание солнечного фотоэлектрического устройства, характеризующегося простотой монтажа и демонтажа в полевых условиях и в состав которого входит механический держатель солнечных модулей пониженной материалоемкости, при сохранении достаточной устойчивости солнечного фотоэлектрического устройства к ветровым и снеговым нагрузкам. 2 з.п. ф-лы, 1 ил.
Изобретение относится к преобразованию солнечной энергии в электрическую, в частности конструкциям энергетических установок, предназначенных для автономного электроснабжения объектов различного назначения.
Известно солнечное фотоэлектрическое устройство, состоящее из вертикального вала с приводом его вращения, на верхнем конце которого установлен горизонтальный вал с приводом его вращения, при этом на горизонтальном валу закреплена солнечная фотобатарея с концентратором солнечного излучения (RU 2230395 С1).
Известное одноосное устройство можно эффективно использовать при сравнительно небольших площадях его фотоактивной поверхности, когда обеспечивается достаточная устойчивость всего устройства к ветровым нагрузкам. В свою очередь, это ограничивает и достижимую мощность вырабатываемой электроэнергии несмотря на использование концентраторов солнечной энергии. Дело в том, что повышение выходной электрической мощности фотоэлектрического устройства за счет увеличения уровня концентрации солнечного излучения более чем в 2 раза, при использовании наиболее распространенных кремниевых фотоэлементов, приведет к значительному уменьшению КПД фотопреобразователей из-за их саморазогрева, и все преимущества применения концентраторов могут сойти на нет. Кроме того, концентрированное солнечное излучение снижает срок службы фотоэлементов, и возрастает вероятность отказа устройства в целом.
Известно также солнечное фотоэлектрическое устройство (прототип), содержащее солнечную батарею с линзами Френеля, размещенную на механической поддерживающей системе, образованной двумя рамами - базовой и подвешенной (RU 2286517 С1) с возможностью ориентации на солнце в горизонтальном и вертикальном направлениях. Базовая рама имеет в плане вид равнобедренного треугольника, по вершинам которого расположены колеса, которыми базовая рама опирается на подстилающую поверхность и которые обеспечивают азимутальное вращение солнечного фотоэлектрического устройства вокруг неподвижной вертикальной оси. Подвешенная рама имеет в плане прямоугольную решетчатую конструкцию и установлена на горизонтальной оси, закрепленной на кронштейнах базовой рамы. Подвешенная рама снабжена двумя зубчатыми секторами, связанными с приводом, обеспечивающим зенитальное вращение рамы.
Механическая поддерживающая система упомянутого солнечного фотоэлектрического устройства в отличие от ранее приведенного примера обеспечивает большую устойчивость к ветровым и снеговым нагрузкам. Однако данное устройство характеризуется большим количеством металлических деталей, высокой материалоемкостью конструкции, а также сложностью монтажа и демонтажа (для мобильных установок).
Технический результат, на достижение которого направлено заявляемое решение, состоит в создании солнечного фотоэлектрического устройства, характеризующегося простотой монтажа и демонтажа в полевых условиях и в состав которого входит механический держатель солнечных модулей пониженной материалоемкости при сохранении достаточной устойчивости солнечного фотоэлектрического устройства к ветровым и снеговым нагрузкам.
Положительный результат достигается тем, что в солнечном фотоэлектрическом устройстве, содержащем один или несколько солнечных модулей, размещенных на механическом держателе, установленном на неподвижном или вращающемся вокруг своей оси основании, по данному предложению упомянутый держатель образован двумя разнонаправленными парами полукруглых арок, концы которых закреплены по углам прямоугольных рам, одна из которых - базовая - неподвижно устанавливается на упомянутом основании, а вторая, являющаяся посадочным местом солнечных модулей, подвешена к вершинам первой пары арок с возможностью вращения вокруг горизонтальной оси.
Целесообразно, в случае необходимости, оснастить устройство автоматической ориентацией фотоэлектрических модулей на солнце.
Целесообразно, в случае необходимости, установить на базовой раме накопитель электрической энергии и преобразователь напряжения.
Сущность предлагаемого технического решения поясняется чертежом для случая, когда фотоэлектрические модули солнечного фотоэлектрического устройства стационарно ориентированы в направлении максимальной выработки электроэнергии в течение светового дня.
К углам прямоугольной базовой рамы 1 жестко прикреплены (например, посредством резьбовых соединений) свободные концы полукруглых арок 2 и 2′. Вершины полукруглых арок 2 и 2′ соединены горизонтальной балкой 3, являющейся осью вращения подвешенной прямоугольной рамы 4, к углам которой жестко прикреплены свободные концы полукруглых арок 5 и 5′. Подвешенная рама 4 является посадочным местом 6 солнечных модулей. Постоянный наклон солнечных модулей по отношению к плоскости базовой рамы 1 обеспечивается фиксаторами 7 и 7′.
Разместив базовую раму 1 на вращающемся основании, обеспечив управление вращением вокруг оси 3 подвешенной рамы 4 с солнечными модулями 6 и воспользовавшись известными способами автоматической ориентации солнечных модулей (например, как у прототипа), можно обеспечить максимально возможный съем электроэнергии в течение светового дня.
На базовой раме 1 можно разместить, в случае необходимости, накопитель электроэнергии (например, аккумулятор и/или молекулярный накопитель), а также инвертор - преобразователь напряжения (например, постоянного в переменное). Это позволит также усилить устойчивость солнечного фотоэлектрического устройства ветровым нагрузкам.
Была изготовлена по данному предложению партия держателей солнечных модулей (3 штуки), на основе которых были собраны солнечные фотоэлектрические устройства напряжением 24 В и мощностью 250 Вт. Данные устройства были укомплектованы свинцово-кислотными аккумуляторами емкостью 190 А·ч, преобразователями напряжения 24 В - 220 В, 50 Гц и использованы для электропитания автономных метеостанций (2 шт.) и дачного домика.
В результате использования изобретения уменьшается материалоемкость устройства, оно не требует значительного времени на развертывание в рабочее состояние и складывание в компактный объем для транспортирования и может быть использовано в мобильных энергетических установках. Сборку и разборку устройства может выполнить один человек.
1. Солнечное фотоэлектрическое устройство, содержащее один или несколько солнечных модулей, размещенных на механическом держателе, установленном на неподвижном или вращающемся вокруг своей оси основании, отличающееся тем, что упомянутый держатель образован двумя разнонаправленными парами полукруглых арок, концы которых закреплены по углам прямоугольных рам, одна из которых - базовая, неподвижно устанавливается на упомянутом основании, а вторая, являющаяся посадочным местом солнечных модулей, подвешена к вершинам первой пары арок с возможностью вращения вокруг горизонтальной оси.
2. Солнечное фотоэлектрическое устройство по п.1, отличающееся тем, что упомянутое устройство оснащено блоком автоматической ориентации фотоэлектрических модулей на солнце.
3. Солнечное фотоэлектрическое устройство по п.1, отличающееся тем, что на базовой раме установлен накопитель электрической энергии и преобразователь напряжения.
