Солнечная энергоустановка



Солнечная энергоустановка
Солнечная энергоустановка
Солнечная энергоустановка

 


Владельцы патента RU 2548244:

Бондаренко Сергей Валерьевич (RU)
Власьевский Станислав Васильевич (RU)

Изобретение относится к гелиотехнике, в частности к конструкциям солнечных энергетических установок с фотоэлектрическим датчиком слежения за Солнцем и системами азимутального и зенитального поворотов плоскости солнечной энергоустановки. Энергоустановка содержит принимающую солнечную энергию плоскость, систему управления приводами азимутального и зенитального поворотов плоскости и разворота ее с запада на восток, валы приводов, систему слежения за Солнцем. Система слежения включает в себя два фотоэлектрических модуля, закрепленных на выносной платформе, которая установлена параллельно принимающей солнечную энергию плоскости энергоустановки. Первый фотоэлектрический модуль представляет собой датчик положения Солнца по азимуту, в конструкции которого размещены два фотоэлемента слежения за Солнцем и командный фотоэлемент разворота принимающей солнечную энергию плоскости солнечной энергоустановки с запада на восток. Второй фотоэлектрический модуль представляет собой датчик положения Солнца по зениту, содержащий два фотоэлемента слежения за Солнцем. Конструкция каждого фотоэлектрического модуля содержит монтажную площадку, на верхней стороне которой размещены два фотоэлемента, разделенные перегородкой, служащей в свою очередь разделителем направлений освещенности последних и опорой для крепления зеркального цилиндра. Командный фотоэлемент разворота плоскости энергоустановки с запада на восток находится на нижней стороне монтажной площадки фотоэлектрического модуля, следящего за положением Солнца по азимуту. Применение данного изобретения обеспечивает высокую точность слежения по азимуту и зениту за положением Солнца и повышенную надежность работы энергоустановки. 3 ил.

 

Изобретение относится к гелеотехнике, в частности к конструкциям солнечных энергетических установок с фотоэлектрическим датчиком слежения за Солнцем, системами азимутального и зенитального поворотов солнечных коллекторов, рефлекторов или фотоэлектрических модулей (солнечных батарей). Данное изобретение относится также к системам автоматического слежения за положением Солнца и предназначено для автоматической ориентации принимающей солнечную энергию плоскости энергоустановки перпендикулярно солнечным лучам.

Общеизвестно, что ориентация солнечных энергоустановок в направлении Солнца обеспечивает увеличение получаемой солнечной энергии такими энергоустановками в течение всего светового дня по сравнению со стационарными солнечными энергоустановками.

Известна солнечная энергоустановка (RU 2280918), которая содержит фотоэлектрические модули, систему слежения за Солнцем, блок управления и привод азимутального поворота фотоэлектрического модуля. Фотоэлектрический модуль разделен на две части продольной перегородкой с отражающими боковыми поверхностями и служит не только приемником солнечной энергии, но и датчиком слежения за положением Солнца. На обратной стороне фотоэлектрического модуля расположен командный датчик в виде фотоэлемента, предназначенный для возврата фотоэлектрического модуля с запада на восток. Основным недостатком данного устройства является невысокая точность слежения за положением Солнца при появлении разности температур между разделенными продольной перегородкой поверхностями фотоэлектрического модуля под влиянием ветра. Также система слежения за Солнцем, реализованная в данной установке, не может быть использована в управлении положением солнечных модулей типа тепловых коллекторов.

Известно также поворотное устройство для солнечного энергомодуля в виде солнечной батареи (RU 2381426), которое относится к системам автоматического слежения за источником света и предназначено для автоматической ориентации плоскости солнечной батареи за источником света (Солнцем) по максимальной ее освещенности. В конструкцию поворотного устройства введен специальный датчик освещенности, устройство обработки сигнала и электронный таймер. Датчик освещенности включает в себя два фотодиода, закрепленных на несущей пластине, установленной параллельно плоскости солнечной батареи, и отражатель, представляющий собой пластину с белой матовой поверхностью, установленную параллельно оси вращения батареи и перпендикулярно ее плоскости таким образом, чтобы не попадать в тень солнечной батареи при любом положении Солнца. Электронный таймер через заданные промежутки времени выдает устройству обработки сигнала команду на измерение значений освещенности каждого из двух фотодиодов. При первом измерении после включения питания или в случае, когда знак разности этих значений изменился по сравнению с прошлым измерением, устройство обработки сигнала выключает таймер и подключает напряжение с выхода солнечной батареи к электродвигателю с целью поворота солнечной батареи в сторону более освещенного фотодиода до тех пор, пока не изменится знак разности значений освещенности фотодиодов. После изменения знака разности устройство обработки сигнала выключает электродвигатель и включает таймер. Изобретение позволяет упростить конструкцию системы слежения и уменьшить затраты электроэнергии, потребляемой поворотным устройством. Однако данное устройство обладает большой сложностью обработки сигналов, что приводит к увеличению числа элементов схемы измерения, а значит к снижению надежности его работы. Кроме того, в нем имеется возможность разной степени нагрева фотодиодов (влияние Солнца и ветра), что снижает точность работы всего устройства.

Известна также солнечная энергоустановка (RU 2459156) прототип, содержащая солнечные модули, систему слежения за Солнцем, блок управления, вал и привод азимутального поворота модулей. Кроме поворота модулям необходимо осуществлять и разворот с запада на восток. По данному предложению упомянутая система слежения включает компактный фотоэлектрический датчик положения Солнца, состоящий из каркаса в форме прямой трехгранной призмы. На двух боковых гранях призмы, выполненных под углом 15-25°, размещены фотоэлементы слежения за Солнцем, а на третьей грани установлен командный фотоэлемент разворота модулей с запада на восток.

Система слежения за солнцем, реализованная в прототипе, имеет ряд недостатков. Так в системе слежения имеется возможность перегрева фотоэлементов, так как они постоянно находятся под сильным облучением Солнца. Это ведет к резкому снижению их срока службы. Кроме того, система слежения обладает невысокой точностью работы, что сильно скажется при использовании такой системы слежения за Солнцем в составе солнечных энергоустановок типа концентратор. Неточность работы системы слежения обусловлена тем, что расположенные на двух боковых гранях прямой трехгранной призмы фотоэлементы слежения за Солнцем в номинальном режиме, т.е. при перпендикулярном расположении плоскости модуля к солнечным лучам, равноосвещены, а в случае отклонения Солнца до 10° от перпендикуляра разница в освещенности этих фотоэлементов будет крайне незначительной, что ведет к неустойчивости в работе и нечеткому определению истинного положения Солнца. Так же вследствие разностного нагрева фотоэлементов, находящихся на боковых гранях трехгранной призмы, под влиянием солнца происходит возникновение дополнительных погрешностей в работе системы слежения за Солнцем.

Задача, решаемая изобретением, заключается в разработке солнечной энергоустановки, в состав которой входит более простая по функциональному назначению, точная и надежная по работе система слежения за Солнцем.

Для решения поставленной задачи солнечная энергоустановка, содержащая принимающую солнечную энергию плоскость, систему управления приводами азимутального и зенитального поворотов плоскости и разворота ее с запада на восток, валы приводов, систему слежения за Солнцем, включающей в себя два фотоэлектрических модуля, закрепленных на выносной платформе, которая установлена параллельно принимающей солнечную энергию плоскости солнечной энергоустановки, причем первый фотоэлектрический модуль представляет собой датчик положения Солнца по азимуту, в конструкции которого размещены два фотоэлемента слежения за Солнцем и командный фотоэлемент разворота принимающей солнечную энергию плоскости солнечной энергоустановки с запада на восток, а второй фотоэлектрический модуль представляет собой датчик положения Солнца по зениту, в конструкции которого размещены только два фотоэлемента слежения за Солнцем, дополнительно содержит в конструкции каждого фотоэлектрического модуля содержит монтажную площадку, на верхней стороне которой размещены два фотоэлемента, разделенные перегородкой, служащей в свою очередь разделителем направлений освещенности последних и опорой для крепления зеркального цилиндра.

Заявляемое решение отличается от прототипа введением новых элементов и новых связей между элементами, а именно тем, что солнечная энергоустановка дополнительно в конструкции каждого из двух фотоэлектрических модулей содержит монтажную площадку, на верхней стороне которой размещены два фотоэлемента, разделенные перегородкой, служащей в свою очередь разделителем направлений освещенности последних и опорой для крепления зеркального цилиндра. Наличие отличительного существенного признака в совокупности существенных признаков, характеризующих устройство, свидетельствует о соответствии заявляемого решения критерию патентоспособности изобретения «новизна».

Введение в солнечную энергоустановку новой конструкции каждого из двух фотоэлектрических модулей, состоящей из монтажной площадки, на верхней стороне которой размещены два фотоэлемента, разделенные перегородкой, выполняющей функции разделителя направлений освещенности последних и опоры для крепления зеркального цилиндра, приводит как к повышению точности слежения за положением Солнца по азимуту и зениту, так и к надежности работы солнечной энергоустановки. Это обусловлено тем, что режим: работы фотоэлементов, во время движения принимающей солнечную энергию плоскости энергоустановки (слежение за Солнцем), связан с резким переходом: фотоэлементов из режима освещенности в режим не освещенности (тень) и наоборот. Например, при падении солнечных лучей с западной стороны относительно перегородки, фотоэлемент соответствующего направления выходит из тени зеркального цилиндра и подает через систему управления приводами команду на поворот энергоустановки в западную сторону. Как только фотоэлемент снова окажется в тени, команда на поворот энергоустановки прекращается. Когда плоскость энергоустановки устанавливается точно перпендикулярно лучам Солнца, фотоэлементы фотоэлектрического модуля, оказавшись в тени своего зеркального цилиндра, переходят в режим не освещенности (в тень) и управляющие команды от них на поворот энергоустановки прекращаются, приводы системы слежения останавливаются и энергоустановка переходит в положение максимального приема солнечной энергии, что является следствием точной работы системы слежения. Как только Солнце сместится по азимуту или зениту на 1-2°, так сразу соответствующие фотоэлементы, вследствие своего перехода из тени в режим освещенности, подадут сигналы в систему управления приводами на корректировку направленности энергоустановки на Солнце. Этим достигается высокая точность и надежность работы системы слежения за Солнцем. Наличие нового результата, неизвестного в уровне техники, свидетельствует о соответствии заявляемого решения критерию «изобретательский уровень».

На фиг.1, 2 и 3 показан вариант исполнения устройства, который полно характеризует существо предлагаемого изобретения. На фиг.1 представлена схема солнечной энергоустановки. На фиг.2 изображено устройство фотоэлектрического модуля, служащего устройством датчика слежения за Солнцем. На фиг.3 показаны положения фотоэлектрического модуля относительно перемещения Солнца с запада на восток (положения а, б, в) и с востока на запад (положения г, д).

Солнечная энергоустановка, изображенная на фиг.1, состоит из плоскости 1, принимающей солнечную энергию, системы управления 2 приводами азимутального 3 и зенитального 4 поворотов плоскости 1 и разворота ее с запада на восток, валов 5 приводов, системы слежения 6 за Солнцем, содержащей фотоэлектрический модуль 7 слежения за Солнцем по азимуту и фотоэлектрический модуль 8 слежения за Солнцем по зениту.

Основой построения фотоэлектрического модуля 7 слежения за Солнцем по азимуту на фиг.2 является монтажная площадка 9, на верхней стороне которой размещены два фотоэлемента 10 и 11. Между этими элементами установлена разделительная перегородка 12, служащая в свою очередь разделителем направлений освещенности фотоэлементов 10, 11 и кронштейном (опорой) для зеркального цилиндра 13. На нижней (обратной) стороне монтажной площадки 9 установлен командный фотоэлемент 14 разворота солнечной энергоустановки с запада на восток. Модуль 8 имеет аналогичную конструкцию, но без командного фотоэлемента на нижней стороне монтажной площадки.

Принцип работы солнечной энергоустановки поясняется фиг.3. В начале дня на восходе солнца (см. фиг.3, а) командный фотоэлемент 14 разворота солнечной энергоустановки освещается и подает сигнал в систему управления 2 азимутальным приводом 3 на разворот плоскости 1 энергоустановки с запада на восток. В это время фотоэлементы 10 и 11 фотоэлектрических модулей слежения 7 и 8 находятся в тени, так как лучи света не попадают на зеркальные цилиндры 13. Фотоэлемент 10 предназначен для подачи сигнала по управлению движением энергоустановки на запад, фотоэлемент 11 - на восток. По мере разворота плоскости 1 вместе с системой слежения 6 на некоторый угол на восток, лучи света начинают попадать на зеркальный цилиндр 13 модуля 7 (см. фиг.3, б) и отражаться на фотоэлемент 11, который подает сигнал в систему управления 2 на продолжение движения плоскости 1 энергоустановки на восток. При дальнейшем продвижении плоскости 1 на восток лучи Солнца продолжают освещать зеркальный цилиндр 13 и отражаться от него, а так же освещать непосредственно фотоэлемент 11 и не освещать фотоэлемент 10 (см. фиг.3, в). В этом случае фотоэлемент 11 подает сигнал в систему управления на продолжение движения плоскости 1 на восток. При выходе плоскости 1 перпендикулярно солнечным лучам зеркальный цилиндр 13 отражает падающие на него лучи Солнца, фотоэлементы 10 и 11 фотоэлектрического модуля 7 находятся в тени своего зеркального цилиндра (см. фиг.3, г) и система управления прекращает подачу команды на движение плоскости 1. По мере продвижения солнца на запад через некоторое время засвечивается фотоэлемент 10, который подает сигнал в систему управления 2 на движение плоскости 1 на запад, а фотоэлемент 11 продолжает оставаться в тени (см. фиг.3, д). Движение плоскости 1 на запад происходит до тех пор, пока фотоэлемент 10 снова не окажется в тени (см. фиг.3, г). Подобные циклы движения и остановок плоскости 1 энергоустановки осуществляется весь световой день. Ориентация плоскости 1 по зениту с участием фотоэлементов 10 и 11 фотоэлектрического модуля 8 происходит по таймеру в течение 4-х часов в середине дня, когда Солнце находится наиболее близко к зениту. Тогда в утренние и вечерние часы сигналы управления от фотоэлектрического модуля 8 блокируются таймером и не участвуют в работе системы управления приводом 4. Корректировка угла наклона плоскости 1 энергоустановки к положению Солнца в зените происходит в малых пределах в течение времени года.

Так как большую часть времени при работе энергоустановки фотоэлементы 10 и 11 фотоэлектрических модулей 7 и 8 находятся преимущественно в тени, то срок их службы возрастает, что обуславливает повышенную надежность работы энергоустановки.

Данное устройство, выполненное в виде опытного образца, показало высокую точность слежения за положением Солнца по азимуту и зениту за счет резкого перехода режима работы фотоэлементов модулей из режима освещенности в режим не освещенности (тень). Относительная погрешность слежения составляет всего 1-2%.

Солнечная энергоустановка, содержащая принимающую солнечную энергию плоскость, систему управления приводами азимутального и зенитального поворотов плоскости и разворота ее с запада на восток, валы приводов, систему слежения за Солнцем, включающую в себя два фотоэлектрических модуля, закрепленных на выносной платформе, которая установлена параллельно плоскости солнечной энергоустановки, причем первый фотоэлектрический модуль представляет собой датчик положения Солнца по азимуту, в конструкции которого размещены два фотоэлемента слежения за Солнцем и командный фотоэлемент разворота плоскости солнечной энергоустановки с запада на восток, а второй фотоэлектрический модуль представляет собой датчик положения Солнца по зениту, в конструкции которого размещены только два фотоэлемента слежения за Солнцем, отличающаяся тем, что конструкция каждого фотоэлектрического модуля состоит из монтажной площадки, на верхней стороне которой размещены два фотоэлемента, разделенные перегородкой, служащей в свою очередь разделителем направлений освещенности последних и опорой для крепления зеркального цилиндра, а на нижней стороне монтажной площадки фотоэлектрического модуля слежения за Солнцем по азимуту размещен командный фотоэлемент разворота принимающей солнечную энергию плоскости солнечной энергоустановки с запада на восток.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к гелиотехнике, в частности к солнечным энергетическим модулям для получения электричества и тепла. Техническим результатом является повышение эффективности преобразования солнечной энергии, снижение удельных затрат на получение электроэнергии и тепла.

Мобильная автономная солнечная электростанция (МАСЭС) предназначена для снабжения электроэнергией боевых позиций и командных пунктов ракетно-артиллерийских подразделений, пограничных застав, блокпостов и других удаленных объектов полевого базирования различного назначения.

Фотоэлектрический модуль солнечного концентрированного излучения относится к гелиотехнике и касается создания солнечных модулей с фотоэлектрическими и тепловыми приемниками и концентраторами солнечного излучения в виде параболоидов.

Система автономного электро- и теплоснабжения жилых и производственных помещений. Источником электроэнергии является фотоэлектрическая батарея (16), бесперебойность питания обеспечивается аккумуляторной батареей (21) и ветрогенераторной установкой (17), заряд батареи (21) от них происходит через коммутатор (20); источниками тепла являются блок солнечных коллекторов (10) и ветрогенераторная установка (17), соединенная с электронагревателем (19) в тепловом аккумуляторе (3), нагреваемый в коллекторе (10) воздушный поток передает теплоту через контур (12) в помещение и/или в теплообменник (13) в аккумуляторе (3) с водой, подача тепла в отопительные приборы помещения регулируется вентилями (34) и (35), насосом (25) и тепловым насосом (1), который поддерживает температуру на выходе его конденсатора, а поток теплоносителя регулируется насосом (25) и вентилями (34) и (35), контроль подачи тепла потребителям ведется датчиками температуры.

Изобретение относится к регулирующей/контрольной аппаратуре автоматического отслеживания солнечной энергии системы генерирования солнечной энергии. Заявленная регулирующая/контрольная аппаратура содержит опорный узел, опорное седло, расположенное на одном конце опорного узла; несущую платформу, закрепленную на опорном седле посредством шарнирного узла вращения с возможностью поворота в двух направлениях, по меньшей мере, один модуль генерирования солнечной энергии, расположенный на несущей платформе для преобразования солнечной энергии в электрическую энергию.

Изобретение относится к возобновляемым источникам энергии и, в частности, к устройству для производства электроэнергии из возобновляемого источника энергии, включающего шарнирное сочленение, имеющее подшипник.

Изобретение относится к устройствам преобразования солнечной энергии в электрическую, в частности к конструкциям солнечных энергетических установок, которые могут использоваться в быту, например, в усадьбах индивидуальных жилых домов (коттеджей, сельских жилых домов), на садовых участках, в парках, городских скверах, остановках транспорта (особенно загородом, где нет централизованного электроснабжения) и т.д.

Фотоэлектрический модуль солнечного концентрированного излучения относится к гелиотехнике и касается создания солнечных модулей с фотоэлектрическими и тепловыми приемниками и концентраторами солнечного излучения в виде параболоидов.

Изобретение относится к гелиотехнике, в частности к солнечным модулям с концентраторами для получения электрической и тепловой энергии. В солнечном модуле с концентратором, содержащем прозрачные фокусирующие призмы с треугольным поперечным сечением, с углом входа лучей β0 и углом полного внутреннего отражения α = arcsin 1 n , где n - коэффициент преломления призмы, имеющей грань входа и грань переотражения излучения, образующие общий двугранный угол φ, грань выхода концентрированного излучения с приемником излучения и устройство отражения в виде зеркального отражателя, образующего с гранью переотражения острый двугранный угол ψ, который расположен однонаправленно с острым двугранным углом φ фокусирующей призмы.

Изобретение относится к гелиотехнике, а именно к приводным устройствам для ориентации гелиоустановки, и может быть использовано для ориентации любого коллектора лучевой энергии, облучаемого перемещаемым источником тепловой радиации.

Изобретение относится к солнечным теплоустановкам и может быть использовано в целях теплоснабжения жилых и производственных помещений и других объектов, а также для иных бытовых и технологических нужд.

Изобретение относится к гелиотехнике и может быть использовано в качестве устройства поворота приемников солнечной энергии (следящей системы) в установках, преобразующих энергию излучения Солнца в другие виды энергии.

Изобретение относится к устройствам солнечной энергетики и может найти применение при конструировании и изготовлении установок с фотоэлектрическими модулями, требующими как одноосного, так и двухосного слежения за солнцем.

Изобретение относится к области гелиотехники, в частности к устройствам, которые используются для ориентации рабочей поверхности солнечных модулей, водонагревателей (гелиосистем) и т.д.

Изобретение относится к солнечным установкам с функциями подогрева и выработки электроэнергии, включающим в себя, по меньшей мере, солнечный концентратор, приспособленный к приведению в действие механизмов, способных ориентировать себя к солнцу в течение дня таким образом, чтобы получать максимальное количество солнечной энергии для нагревания и аккумулирования жидкостей для различных применений и для выработки электрической энергии с высокими энергетическими КПД.

Изобретение относится к области использования солнечной энергии и может быть применено в устройствах солнечных батарей и предназначено для теплоснабжения домов, коттеджей, предприятий, зданий сельскохозяйственного и другого назначения.

Изобретение относится к установке для выработки электроэнергии, а именно к установке для выработки электрической энергии с использованием солнечной энергии. .

Группа изобретений относится к области энергетики и может быть использована для выработки электроэнергии, горячей воды и пара. Способ получения тепловой и электрической энергии включает фокусирование солнечных лучей концентратором на неподвижную тепловоспринимающую поверхность и последующее передвижение по ней фокуса в соответствии с перемещением солнца, нагрев через тепловоспринимающую поверхность теплоносителя и преобразование полученной тепловой энергии в электрическую. В качестве концентратора используют вогнутое зеркало, которое перемещают путем слежения за солнцем, при этом тепловоспринимающую поверхность размещают на пересечении вертикальной и горизонтальных осей, вокруг которых осуществляют поворот концентратора при слежении. Для поворота концентратора вокруг вертикальной оси включают первый электродвигатель, в результате чего червяк 5 начинает вращаться и поворачивать зубчатое колесо 2 вместе с платформой 1. При достижении концентратором нужного положения (азимута) выключают первый электродвигатель. Для поворота концентратора вокруг горизонтальной оси включают второй электродвигатель, благодаря чему начинают вращаться вал 14 с червяком 13, который посредством зубчатого колеса 12 и связанного с ним червяка 10 поворачивает зубчатый сектор 9 с осью 6 и колесом 7. При этом за счет цепной передачи 8 происходит поворот ведомого колеса 15 с горизонтальной осью 17 и концентратором до требуемого положения, после чего производят его фиксирование путем выключения двигателя. При этом на нижней части тепловоспринимающей поверхности сферы 19 формируется световое пятно сконцентрированных солнечных лучей, которое перемещается по этой поверхности в процессе слежения за солнцем в течение светового дня. Изобретение должно обеспечить повышение стабильности параметров энергоносителей, повышение КПД, а также улучшение эксплуатационных характеристик. 2 н. и 8 з.п. ф-лы, 3 ил.
Наверх