Гелиоэнергетический модуль для преобразования электромагнитного излучения от удаленного объекта

Изобретение относится к области солнечной энергетики и может быть использовано для прямого преобразования солнечной энергии в электрическую энергию. Гелиоэнергетический модуль включает порядно закрепленные на несущей конструкции солнечные панели. Панели сгруппированы попарно тыльными сторонами навстречу друг к другу и смонтированы на стойках, предусмотренных на несущей конструкции, а боковые отражатели выполнены в виде набора зеркальных прямоугольных пластин, каждая из которых закреплена на поворотном элементе П-образной формы. С помощью предлагаемого изобретения достигается технический результат, заключающийся в повышении эффективности преобразования электромагнитного излучения в электрическую энергию и уменьшении габаритов изделия. 3 з.п. ф-лы, 3 ил.

 

Предлагаемое техническое решение относится к солнечной энергетике и может быть использовано для прямого преобразования солнечного излучения в электрическую энергию.

Известны устройства, содержащие солнечные панели, закрепленные на несущей конструкции, которые осуществляют прямое преобразование солнечной энергии в электрическую, см. например, Пат. 5647915, США, МПК Е04D 13/18; 1997 г.; Пат. №2127008 РФ, МПК Н01L 31/05, 1999 г.

Наиболее близким техническим решением (прототипом) по технической сущности к предлагаемому является гелиоэнергетический модуль для преобразования принимаемого электромагнитного излучения, включающий порядно расположенные на несущей конструкции солнечные панели прямоугольной формы с боковыми отражателями, см. Пат. №2270964 РФ, МПК F24J 2/16, 2/40, публ. Бюл. №6 2006 г.

Недостатком всех приведенных технических решений является относительно невысокая эффективность преобразования электромагнитного излучения в электрическую энергию, обусловленная низкой плотностью излучения на фоточувствительной поверхности солнечных панелей и относительно большие габариты гелиоэнергетического модуля.

При использовании предлагаемого технического решения достигается технический результат, заключающийся в повышении эффективности преобразования электромагнитного излучения в электрическую энергию и уменьшении габаритов устройства.

В соответствии с предлагаемым решением, указанный выше технический результат достигается тем, что в гелиоэнергетическом модуле, включающем порядно закрепленные на несущей конструкции N солнечных панелей с боковыми отражателями, дополнительно содержится N солнечных панелей, при этом все панели сгруппированы попарно тыльными сторонами навстречу друг к другу и смонтированы на стойках, предусмотренных на несущей конструкции, а боковые отражатели выполнены в виде набора зеркальных прямоугольных пластин, каждая из которых закреплена на поворотном элементе П-образной формы.

Кроме того, зеркальные пластины установлены вдоль перемычек поворотных элементов П-образной формы.

Кроме того, зеркальные пластины выполнены в виде отрезков эластичных лент со светоотражающим покрытием.

Кроме того, стойки под солнечные панели выполнены в виде балок двутаврового сечения.

На фиг. 1 схематически изображен общий вид гелиоэнергетического модуля, на фиг. 2 схематически представлен поворотный элемент, сопряженная с ним солнечная панель и элементы крепления их на несущей конструкции, на фиг. 3 показан ход солнечных лучей, через зеркальные прямоугольные пластины бокового отражателя.

Гелиоэнергетический модуль содержит несущую конструкцию 1, закрепленные на ней 2N солнечных панелей 2 и боковые отражатели 3.

Все солнечные панели 2 сгруппированы попарно тыльными сторонами навстречу друг к другу и смонтированы на стойках 4, предусмотренных на несущей конструкции 1. Боковые отражатели 3 выполнены в виде набора зеркальных прямоугольных пластин 5, каждая из которых закреплена на поворотном элементе 6 П-образной формы.

Поворотный элемент 6 П-образной формы шарнирно связан своими концами с возможностью наклона и фиксации положения в плоскости, перпендикулярной продольной оси солнечной панели 2, со стержнями 7, закрепленными на несущей конструкции 1 под стойками 4 в плоскости их торцов.

Зеркальные пластины 5 установлены вдоль перемычек 8 поворотных элементов 6 П-образной формы. Зеркальные пластины 5 для повышения технологичности могут быть выполнены в виде отрезков эластичных лент со светоотражающим покрытием.

Стойки 4 под солнечные панели 2 выполнены в виде балок двутаврового сечения (см. фиг. 1 и фиг. 2).

Работа гелиоэнергетического модуля осуществляется следующим образом.

Предварительно на объекте монтажа производится юстировка боковых отражателей 3, для этого каждый поворотный элемент П-образной формы 6 с закрепленной на нем зеркальной прямоугольной пластиной 5 наклоняют в плоскости, перпендикулярной продольной оси солнечной панели 2 до тех пор, пока расстояние B_iO между центральными точками зеркальной прямоугольной пластины 5 и солнечной панели 2 станет равным расстоянию C_iO от центра солнечной панели 2 до шарнира поворотного элемента 6 (В_iО=С_iO на фиг. 2), и фиксируют его в этом положении, например, с помощью фиксирующей тяги 9, длина которой равна расстоянию C_iO.

Фиксирующие тяги 9 соединяют центральные оси каждой солнечной панели 2 и зеркальной пластины 5, образуя таким образом треугольники жесткости ΔOB_iC_i, которые придают дополнительную устойчивость всей конструкции гелиоэнергетического модуля.

Блок слежения (в графических материалах условно не показан) осуществляет ориентацию гелиоэнергетического модуля на Солнце, которая состоит в совмещении оси визирования гелиоэнергетического модуля с направлением прихода солнечных лучей, которые обозначены на фиг. 2 пунктирными вертикальными линиями A_iB_i.

После выполнения ориентации и юстировки боковых отражателей 3 обеспечивается равномерная засветка фоточувствительной поверхности солнечной панели 2 от всех зеркальных пластин 5, поскольку солнечный луч, падающий в центр зеркальной пластины 5, попадает в центр солнечной панели 2, а ширина зеркальных пластин 5 согласована с шириной солнечной панели 2 на этапе проектирования.

Из фиг. 2 видно, если наклон i-го поворотного элемента 6 после юстировки равен углу α_i, угол наклона линии В_iO, соединяющей центры зеркальной пластины 5 и солнечной панели 2, к плоскости этой панели равен (180°-2α_i). Угол падения солнечного луча АВ_i на i-ю зеркальную пластину 5 равен (90°-α_i), поэтому после отражения он пойдет под углом (180°-2α_i), т.е. попадет в центр солнечной панели 2 (см. фиг. 2).

Кроме того, ширина s_i каждой зеркальной пластины 5 выбрана такой, чтобы ее проекция на плоскость солнечной панели 2 была равна ширине b этой панели 2:

Суммарная плотность излучения на фоточувствительной поверхности солнечной панели 2 от набора зеркальных пластин 5, образующих боковой отражатель 3, определяется из следующих соотношений.

Плотность входного солнечного излучения Р_вх и плотность излучения P_i на солнечной панели 2, отраженного от i-й зеркальной пластины 5, связаны соотношением:

где m_i - ширина входного солнечного пучка, попадающего на i-ю зеркальную пластину 5, равна:

Учитывая уравнения (1, 2 и 3), получим выражение для плотности засветки солнечной панели 2 от одной зеркальной пластины 5:

и выражение для суммарной плотности излучения Р_∑:

где К - количество зеркальных пластин 5, образующих один боковой отражатель 3.

Выражение (4) показывает, что предложенное техническое решение имеет преимущество по сравнению с известным, а именно, за счет увеличения количества зеркальных пластин К, переотражающих входной световой поток на одну солнечную панель, повышается суммарная плотность излучения на ее фоточувствительной поверхности при одновременном повышении ее равномерности, что повышает эффективность преобразования электромагнитного излучения в электрическую энергию.

Кроме того, за счет вертикального расположения сгруппированных попарно солнечных панелей на несущей конструкции уменьшаются общие габариты гелиоэнергетического модуля.

Следовательно, при использовании предложенное решение дает технический результат, заключающийся в повышении эффективности преобразования электромагнитного излучения в электрическую энергию при одновременном уменьшении габаритов изделия.

По материалам заявки на предприятии в настоящее время изготовлен макетный образец, испытания которого подтвердили достижение указанного технического результата.

1. Гелиоэнергетический модуль для преобразования электромагнитного излучения от удаленного источника, включающий порядно закрепленные на несущей конструкции N солнечных панелей с боковыми отражателями, отличающийся тем, что он дополнительно содержит N солнечных панелей, при этом все панели сгруппированы попарно тыльными сторонами навстречу друг к другу и смонтированы на стойках, предусмотренных на несущей конструкции, а боковые отражатели выполнены в виде набора зеркальных прямоугольных пластин, каждая из которых закреплена на поворотном элементе П-образной формы,

2. Гелиоэнергетический модуль по п. 1, отличающийся тем, что зеркальные пластины установлены вдоль перемычек поворотных элементов П-образной формы.

3. Гелиоэнергетический модуль по п. 1 или 2, отличающийся тем, что зеркальные пластины выполнены в виде отрезков эластичных лент со светоотражающим покрытием.

4. Гелиоэнергетический модуль по п. 1, отличающийся тем, что стойки под солнечные панели выполнены в виде балок двутаврового сечения.