Модуль солнечной электростанции
Владельцы патента RU 2437036:
Федеральное государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Азово-Черноморская государственная агроинженерная академия" (ФГОУ ВПО АЧГАА) (RU)
Изобретение относится к гелиоэнергетике и может быть использовано в солнечных электростанциях на основе фотоэлектрических преобразователей. Модуль солнечной электростанции содержит параболоцилиндрический концентратор солнечной энергии, несущую конструкцию с фотоэлектрическим датчиком и фотоэлектрическим преобразователем, расположенным по фокусной линии параболоцилиндрического концентратора, и поворотный механизм с возможностью поворота вокруг оси на угол не менее 180°, вход которого соединен с выходом фотоэлектрического датчика. Поворотный механизм соединен с затеняющей пластиной, имеющей форму и размеры входа параболоцилиндрического концентратора и снабженной отверстиями, равномерно расположенными по всей плоскости пластины, а ось поворотного механизма расположена в плоскости входа параболоцилиндрического концентратора. При этом отношение суммарной площади отверстий на затеняющей пластине к площади входа параболоцилиндрического концентратора может быть равно коэффициенту концентрации солнечного излучения. Изобретение позволяет увеличить надежность и КПД фотоэлектрических преобразователей благодаря исключению перегрева. 1 з.п. ф-лы, 2 ил.
Изобретение относится к гелиоэнергетике и может быть использовано в солнечных электростанциях на основе фотоэлектрических преобразователей.
Известна гелиоэнергетическая установка [1], содержащая несущую конструкцию с закрепленным на ней параболоцилиндрическим концентратором, выполненным из набора плоских зеркальных фацет, соединенную с выходом блока слежения за Солнцем, и протяженный фотоэлектрический преобразователь, расположенный по фокусной линии параболоцилиндрического концентратора. На несущей конструкции за параболоцилиндрическим концентратором соосно ему установлен эллиптический отражатель, один фокус которого совмещен с фокусом параболоцилиндрического концентратора, во втором фокусе которого установлен фотоэлектрический датчик, выход которого соединен с входом блока слежения за Солнцем, а с тыльной стороны каждой из зеркальных фацет на ее продольной оси перпендикулярно ее поверхности установлен обращенный к эллиптическому отражателю плоский отражающий элемент.
Недостатком гелиоэнергетической установки является перегрев полупроводников при высокой интенсивности солнечного излучения в ясную погоду, который приводит к снижению надежности фотоэлектрических преобразователей и уменьшению их КПД, вследствие чего происходит повышение стоимости установки из-за необходимости увеличения площади приемника.
Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому изобретению является модуль солнечной электростанции [2], содержащий параболоцилиндрический концентратор солнечной энергии, несущую конструкцию с фотоэлектрическим датчиком и фотоэлектрическим преобразователем, расположенным по фокусной линии параболоцилиндрического концентратора, который установлен на штанге поворотного механизма с возможностью поворота вокруг оси на угол не менее 180°, причем ось расположена в одной плоскости с активной поверхностью фотоэлектрического преобразователя, а вход поворотного механизма соединен с выходом фотоэлектрического датчика.
Недостатком модуля солнечной электростанции является громоздкость и большие затраты энергии на поворот концентратора на 180°.
Предлагаемым изобретением решается задача повышения КПД фотоэлектрических преобразователей, их надежности и уменьшения затрат энергии, используемой на собственные нужды.
Указанный технический результат достигается при помощи модуля солнечной электростанции, содержащего параболоцилиндрический концентратор солнечной энергии, несущую конструкцию с фотоэлектрическим датчиком и фотоэлектрическим преобразователем, расположенным по фокусной линии параболоцилиндрического концентратора, и поворотный механизм с возможностью поворота вокруг оси на угол не менее 180°, вход которого соединен с выходом фотоэлектрического датчика. Поворотный механизм соединен с затеняющей пластиной, имеющей форму и размеры входа параболоцилиндрического концентратора и снабженной отверстиями, равномерно расположенными по всей плоскости пластинки, а ось поворотного механизма расположена в плоскости входа параболоцилиндрического концентратора. Отношение суммарной площади отверстий на затеняющей пластине к площади входа параболоцилиндрического концентратора равно коэффициенту концентрации солнечного излучения.
Сущность изобретения поясняется схемами, которые представлены на чертеже. На фиг.1 представлен модуль солнечной электростанции, на фиг.2 - затеняющая пластина.
Модуль солнечной электростанции содержит несущую конструкцию 1, на которой закреплен фотоэлектрический преобразователь 2, имеющий активную поверхность 3. На границе входа параболоцилиндрического концентратора 4 установлен вал 5 с осью вращения 6, жестко соединенный с затеняющей пластиной 7. При помощи поворотного механизма 8, управляемого фотоэлектрическим датчиком 9 интенсивности солнечного излучения, происходит поворот затеняющей пластины 7, которая имеет n отверстий 10, диаметр d которых выбран таким, чтобы при полном повороте затеняющей пластины 7 их суммарная площадь FOTB равнялась площади активной поверхности 3 фотоэлектрического преобразователя 2 FПР
где FПР - площадь активной поверхности;
n - количество отверстий.
Модуль солнечной электростанции работает следующим образом. При недостаточной интенсивности солнечного излучения (например, до 500 Вт/м2) затеняющая пластина 7 находится вне входа параболоцилиндрического концентратора 4, что является исходным положением. При ясной погоде и повышении интенсивности солнечного излучения до 500 Вт/м2 фотоэлектрический датчик 9 интенсивности солнечного излучения подает сигнал на вращение двигателя поворотного механизма 8, который вращает вал 5 вокруг оси вращения 6 на угол 180°. Жестко соединенная с валом 5 затеняющая пластина 7 также поворачивается на угол 180° и закрывает входное отверстие параболоцилиндрического концентратора 4. В результате солнечное излучение поступает на активную поверхность 3 фотоэлектрического преобразователя 2 только через отверстия 10 затеняющей пластины 7, что позволяет получить общий коэффициент концентрации, равный единице. На активную поверхность 3 фотоэлектрического преобразователя 2 поступает неконцентрированное солнечное излучение. Таким образом, обеспечивается повышение коэффициента использования солнечного излучения за счет работы концентратора, повышение надежности вследствие работы фотоэлектрического преобразователя с номинальным КПД без перегрева и уменьшение потребляемой энергии за счет исключения поворота концентратора.
При последующем снижении интенсивности солнечного излучения (менее 500 Вт/м2) фотоэлектрический датчик 9 интенсивности солнечного излучения подает сигнал на возврат поворотного механизма 8, который возвращает затеняющую пластину 7 в исходное положение.
Источники информации
1. Патент Российской Федерации №2222755, опубл. 27.01.2004.
2. Патент Российской Федерации №2331822, опубл. 20.08.2008. Бюл.23 - прототип.
1. Модуль солнечной электростанции, содержащий параболоцилиндрический концентратор солнечной энергии, несущую конструкцию с фотоэлектрическим датчиком и фотоэлектрическим преобразователем, расположенным по фокусной линии параболоцилиндрического концентратора, и поворотный механизм с возможностью поворота вокруг оси на угол не менее 180°, вход которого соединен с выходом фотоэлектрического датчика, отличающийся тем, что поворотный механизм соединен с затеняющей пластиной, имеющей форму и размеры входа параболоцилиндрического концентратора и снабженной отверстиями, равномерно расположенными по всей плоскости пластины, а ось поворотного механизма расположена в плоскости входа параболоцилиндрического концентратора.
2. Модуль солнечной электростанции по п.1, отличающийся тем, что отношение суммарной площади отверстий на затеняющей пластине к площади входа параболоцилиндрического концентратора равно коэффициенту концентрации солнечного излучения.
