Способ компоновки и пространственной ориентации фотоэлектрических панелей в солнечной электрической станции без слежения за солнцем



Способ компоновки и пространственной ориентации фотоэлектрических панелей в солнечной электрической станции без слежения за солнцем
Способ компоновки и пространственной ориентации фотоэлектрических панелей в солнечной электрической станции без слежения за солнцем
Способ компоновки и пространственной ориентации фотоэлектрических панелей в солнечной электрической станции без слежения за солнцем
Способ компоновки и пространственной ориентации фотоэлектрических панелей в солнечной электрической станции без слежения за солнцем
Способ компоновки и пространственной ориентации фотоэлектрических панелей в солнечной электрической станции без слежения за солнцем
Способ компоновки и пространственной ориентации фотоэлектрических панелей в солнечной электрической станции без слежения за солнцем
F24J2/00 - Использование солнечного тепла, например солнечные тепловые коллекторы (дистилляция или выпаривание воды с использованием солнечной энергии C02F 1/14; кровельные покрытия с устройствами для сбора энергии E04D 13/18; устройства для использования солнечной энергии с целью получения механической энергии F03G 6/00; полупроводниковые устройства, предназначенные для преобразования солнечной энергии в электрическую, H01L 25/00;H01L 31/00; полупроводниковые приборы, содержащие средства для использования тепловой энергии H01L 31/058; генераторы, в которых световое излучение непосредственно преобразуется в электрическую энергию, H02N 6/00)

Владельцы патента RU 2640795:

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Донской государственный аграрный университет" (ФГБОУ ВО Донской ГАУ) (RU)

Использование: в области электротехники и энергетики. Технический результат – обеспечение графика выработки электроэнергии, соответствующего графику нагрузки без слежения за перемещением солнца по небосклону. Способ размещения панелей солнечных батарей состоит из установки панелей рядами друг за другом таким образом, чтобы ряды были размещены параллельно друг другу длинными торцами, а плоскостями - перпендикулярно или с максимально большим углом к направлению солнечных лучей в данном районе, и с технологическим интервалом между рядами таким, чтобы тень от предыдущего ряда панелей солнечных батарей при оптимальной высоте солнца не накрывала последующего ряда, а технологический интервал внутри рядов между панелями устанавливают не более 0,1…0,15L, где L - длина панели солнечной батареи, причем по высоте панели располагают над поверхностью земли, равной среднему росту обслуживающего персонала 1,6…2 м. Ряды солнечных панелей устанавливаются в направлении с севера на юг для исключения взаимного затенения панелей, а плоскости панелей имеют различную пространственную ориентацию относительно направления солнечных лучей в данном районе, которая одновременно с выбором мощности и количества солнечных панелей выбирается с целью обеспечения заданного почасового графика генерации исходя из критериев максимального значения часовой суммы суммарного солнечного излучения в момент времени t и максимума вырабатываемой электрической энергии за сутки. 3 ил.

 

Изобретение относится к солнечной энергетике, в частности к солнечным электростанциям, создаваемым на базе стационарно установленных солнечных панелей, без слежения за перемещением солнца по небосклону и может найти применение при проектировании или модернизации солнечных электростанций, в том числе для электроснабжения удаленных сельскохозяйственных потребителей.

Известен способ установки солнечных панелей при создании солнечных станций, в соответствии с которым все панели одинакового размера и соответственно одинаковой мощности расположены в один или несколько рядов, параллельных друг другу, под заданным углом наклона к горизонту с южной азимутальной ориентацией, который обеспечивает максимальную выработку электрической энергии за выбранный период времени (световой день, месяц, сезон или год). В солнечных станциях подобного типа панели устанавливаются стационарно, их повороты или перемещения не предусмотрены, а угол их ориентации по сторонам света и ориентация по отношению к небосклону выбираются одинаковыми для всех панелей. Такая компоновка солнечных панелей в солнечных электростанциях используется повсеместно, поскольку обеспечивает максимальное использование приходящей солнечной радиации [Vladislav Poulek, Martin Libra, Photovoltaics, theory and practice of solar energy utilization, Editor: ILSA (www.ilsa.cz), Prague, 1st edition, 168 pages, Printedat , Ltd., 190, 261 01 IV., Czech Republic, January 2010, ISBN 978-80-904311-2-6, р. 61 - аналог].

Недостатком такого способа размещения фотоэлектрических панелей является снижение эффективности работы в утренние и вечерние часы ввиду взаимного затенения, а также выработка электрической энергии по графику, соответствующему графику прихода солнечного излучения, который в большинстве случаев отличается от графика нагрузки.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому способу является способ размещения солнечных батарей в солнечной электростанции, заключающийся в установке панелей таким образом, чтобы они размещались друг за другом рядами, были параллельны друг другу длинными торцами, и с технологическим интервалом между рядами таким образом, чтобы тень от предыдущего ряда панелей фотоэлектрических модулей при оптимальной высоте Солнца не накрывала последующего ряда, а технологический интервал внутри рядов между панелями составлял не более 0,1…0,15 длины панели фотоэлектрического модуля [Бурков Л.Н. Способ размещения панелей солнечных батарей // Патент России №2285209 С1. 2006. Бюл. №28 - прототип].

Указанный способ имеет существенный недостаток, заключающийся в том, солнечная станция с установленными таким способом панелями никогда не сможет обеспечить график выработки электроэнергии, соответствующий графику нагрузки.

Предлагаемым изобретением решается задача разработки такого способа компоновки фотоэлектрических панелей в солнечной электрической станции, который обеспечивал бы генерацию электрической энергии согласно заданному графику потребления электрической энергии с учетом изменения величины и временного размещения максимума инсоляции при различной пространственной ориентации с использованием фотоэлектрических панелей различной мощности.

Достижение указанного технического результата осуществляется таким подходом к выбору мощности, количества и пространственной ориентации фотоэлектрических панелей, который предусматривает, что панели в солнечной электростанции устанавливаются стационарно; располагаются в ряд (или несколько рядов) в направлении с севера на юг; количество, мощность и пространственная ориентация панелей выбраны таким образом, чтобы электрическая энергия вырабатывалась с допустимым заданным отклонением от суточного графика нагрузки для конкретного дня года. При этом пространственная ориентация фотоэлектрических панелей (положение р) для каждого часа определяется исходя из критерия максимума значения часовой суммы суммарного солнечного излучения в момент времени t:

.

Количество фотоэлектрических панелей f-типа в p-положении , а также тип фотоэлектрической панели определяются исходя из критерия максимума вырабатываемой электрической энергии за сутки:

,

где: , , - соответственно часовые суммы прямой, рассеянной и отраженной составляющих солнечной радиации для n дня в момент времени t на наклоненную под углом β к горизонту и ориентированную по сторонам света по углом γ поверхность согласно положения p;

Sфп, ηфп - площадь (м2) и кпд фотоэлектрической панели f-типа

Ограничение в процессе решения данной задачи оптимизации включает следующее:

1. является целым и положительным.

2. Тип фотоэлектрической панели f варьируется в рамках ассортимента фотоэлектрических панелей, представленного на рынке.

3. Значение угла наклона принимающей поверхности относительно горизонта лежит в пределах 0°…90°.

4. Значение угла ориентации принимающей поверхности по сторонам света лежит в пределах -90°…90°.

5. С точки зрения технической возможности реализации полученных решений точность расчетов ограничивается целыми значениями величины β и γ.

6. Допустимое отклонение значений мощности, генерируемой и потребляемой для момента времени t должно лежать в пределах от 0…δ, % (δ задается проектировщиком согласно требованиям к режиму генерации).

В соответствии с предлагаемым способом фотоэлектрические панели устанавливаются в ряд в направлении с севера на юг. Каждая из выбираемых фотоэлектрических панелей имеет свой тип f, соответствующие ему мощность Р (Вт), размеры а×b (мм), КПД η (%), пространственную ориентацию, а именно: расположение относительно горизонта под углом β (град.) и сторон света под углом γ (град.).

Заявляемое техническое решение поясняется чертежами.

На фиг. 1 изображен вид с северо-востока на фотоэлектрические панели, установленные согласно предложенному способу.

На фиг. 2 - вид сверху на фотоэлектрические панели, установленные согласно предложенному способу.

На фиг. 3 в качестве примера представлен суточный график генерации и потребления электрической энергии для n=172, где кривая 1 - суточный график выработки электрической энергии фотоэлектрическими панелями, представленными на фиг. 1; 2 - график нагрузки за заданные сутки. Кривая 2 на фиг. 3 является графиком нагрузки перерабатывающего предприятия, форма которого характерна для сельскохозяйственного потребителя - имеет утренний и вечерний максимумы. Отклонение графика генерации (кривая 1) от графика потребления электрической энергии (кривая 2) в течение всего дня является допустимым и не превышает 6,7%, а количество генерируемой за сутки электроэнергии на 2,7% превышает суточную нагрузку. График выработки электрической энергии имеет два максимума, как и график нагрузки: в 11.00 и 18.00 часов, несмотря на то, что пик интенсивности инсоляции приходится на 13.00-14.00 часов.

Преимуществом использования заявляемого решения при проектировании и оценке производительности солнечной электростанции без слежения за Солнцем является то, что оно позволяет подобрать параметры и пространственную ориентацию фотоэлектрических панелей в составе электростанции так, чтобы выработка электрической энергии соответствовала заданному графику нагрузки конкретного объекта, что позволило бы исключить использование дополнительных устройств генерации или аккумулирования электрической энергии для компенсации разнородности таких графиков, а также повысить степень утилизации приходящегося солнечного излучения путем определения оптимального пространственного положения фотоэлектрических панелей для каждого часа.

Способ размещения панелей солнечных батарей, состоящий из установки панелей рядами друг за другом таким образом, чтобы ряды были размещены параллельно друг другу длинными торцами, а плоскостями - перпендикулярно или с максимально большим углом к направлению солнечных лучей в данном районе, и с технологическим интервалом между рядами таким, чтобы тень от предыдущего ряда панелей солнечных батарей при оптимальной высоте солнца не накрывала последующего ряда, а технологический интервал внутри рядов между панелями устанавливают не более 0,1…0,15L, где L - длина панели солнечной батареи, причем по высоте панели располагают над поверхностью земли, равной среднему росту обслуживающего персонала 1,6…2 м, отличающийся тем, что ряды солнечных панелей устанавливаются в направлении с севера на юг для исключения взаимного затенения панелей, а плоскости панелей имеют различную пространственную ориентацию относительно направления солнечных лучей в данном районе, которая одновременно с выбором мощности и количества солнечных панелей выбирается с целью обеспечения заданного почасового графика генерации исходя из критериев максимального значения часовой суммы суммарного солнечного излучения в момент времени t и максимума вырабатываемой электрической энергии за сутки:

где , , - соответственно часовые суммы прямой, рассеянной и отраженной составляющих солнечной радиации для дня n в момент времени t на наклоненную под углом β к горизонту и ориентированную по сторонам света по углом γ поверхность согласно положения p; - количество фотоэлектрических панелей f-типа в положение p; Sфп - площадь фотоэлектрической панели f-типа (м2); ηфп - КПД фотоэлектрической панели f-типа; углы β и γ ограничиваются целыми значениями, при этом угол β лежит в пределах 0°…90°, угол γ лежит в пределах -90°…90°; является целым и положительным, допустимое отклонение значений мощности, генерируемой и потребляемой для момента времени t, лежит в пределах от 0…δ, % (δ задается проектировщиком).



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к теплоэлектроэнергетике и может быть использовано для прямой трансформации тепловой энергии в электрическую. Теплотрубная гелиотермоэлектростанция включает поддон с отверстием в днище, закрытый сверху крышкой, покрытой фотоэлементами, внутренняя сторона которой покрыта решеткой, выполненной из полос пористого материала, отверстие поддона соединено с верхним торцом заглушенной снизу вертикальной трубы, погруженной в грунт на глубину Н, в центре которой помещена подъемная труба, заполненная также пористым материалом, между верхним и нижним торцами подъемной трубы и нижним торцом вертикальной трубы и внутренней поверхностью крышки поддона устроены щели шириной ∆, пространство которых заполнено пористым материалом, внутри каждого гофра вертикальной трубы размещены вертикальные пазы длиной L, в которые вставлены вертикальные термоэлектрические преобразователи, в массиве которых помещена контурная арматура, состоящая из термоэмиссионных элементов.

Изобретение относится к строительным конструкциям со сборно/разборными частями, предназначенными для быстрого монтажа/демонтажа и транспортировки. Способ установки контейнерной электростанции с выносным оборудованием в местах ее использования включает установку контейнера и выносного оборудования, состоящего из солнечных панелей (СП) и ветроэлектрогенераторов (ВЭГ), устанавливаемых на контейнер, и СП и ВЭГ, устанавливаемых на винтовых сваях на некотором расстоянии от контейнера.

Изобретение относится к теплоэлектроэнергетике и может быть использовано для утилизации возобновляемых, вторичных тепловых энергоресурсов и тепловой энергии природных источников.
Изобретение относится к летательным аппаратам легче воздуха. Привязной летательный аппарат с всепогодной комплексной ветровой и солнечной электростанцией выполнен с возможностью использовать горячий пар для создания подъемной силы и получения электроэнергии.

Изобретение относится к области солнечной фотоэнергетики, в частности к устройствам для прямого преобразования солнечной энергии в электрическую с использованием концентраторов солнечного излучения, и может быть использовано в солнечных энергоустановках для работы в условиях как высокой, так и низкой освещенности.

Использование – в области электротехники. Технический результат – повышение компактности и надежности.

Группа изобретений относится к средствам хранения и выдачи носителей информации (футляров) в особо оборудованных помещениях, к объединенным с этими средствами высотным источникам комбинированного лазерного освещения территорий и к носовым опорам светозащитных очков для работы на участках разной освещенности.

Изобретение относится к устройствам преобразования солнечной энергии в электрическую, в частности к конструкциям солнечных фотоэлектрических станций, размещенных на строительных конструкциях зданий (козырьки или навесы над крыльцом, балконом, террасой и т.д.).

Изобретение относится к области преобразования солнечной энергии в электрическую и тепловую, в первую очередь к конструкции солнечных электростанций с концентраторами.

Изобретение относится к гелиотехнике и к конструкции солнечных модулей с фотоэлектрическими и тепловыми приемниками солнечного излучения и концентраторами для получения электрической энергии и теплоты.

Изобретение относится к способам совместного использования солнечной энергии для системы горячего водоснабжения, солнечной и петротермальной энергии с помощью абсорбционного теплового насоса и инверторного парокомпрессорного теплового насоса для систем кондиционирования воздуха в теплый период и отопления в холодный период.

Изобретение относится к непосредственному использованию энергии лучей солнечной радиации для приготовления и подогрева пищи в полевых и стационарных условиях. Технический результат - повышение эффективности теплового нагрева варочной посуды.

Изобретение относится к опреснительным установкам и возобновляемым источникам энергии. Солнечно-ветровая опреснительная установка содержит трубопроводы для подвода опресняемой воды 35, патрубок с краном для слива рассола, циркуляционный насос 26, теплоэлектронагреватель (ТЭН) 30, круговой конусообразный солнечный коллектор 42, внешний полусферический купол 1, фотоэлектрические модули (ФЭМ) 2, внутренний полусферический купол 3, конфузор-диффузор 4, ветроэлектрическую установку 5, внешний вращающийся ротор 9, внутренний неподвижный ротор 6, полость 11, расположенную между внешним полусферическим куполом 1 и внутренним полусферическим куполом 3, круговой лоток 12, датчик температуры (ДТ) 13, датчик давления (разрежения) (ДЦ) 10, вакуумный насос 16, электроклапан 15, коллектор теплонагревателя 31, параболический круговой отражатель солнечной радиации 17, бак 19 теплообменника 18, предназначенного для опресненной воды, окна для забора воздуха 43, круговой завихритель 48, цилиндрический испарительный бассейн 27, решетку 34 коллектора теплонагревателя 31, сферическое дно 32, инвертор 36, электронный пульт управления (ЭПУ) 37, контроллер заряда-разряда (КРЗ) 38, теплоизоляцию, круглый лоток 29 для сбора рассола.

Наплавная микрогидросолнечная электростанция относится к возобновляемым источникам энергии и предназначена для снабжения электроэнергией малой мощности жилых и нежилых помещений, электрических и электронных приборов, устройств уличного освещения, а также объектов социально-бытового назначения и полевого базирования, расположенных вблизи равнинных текущих рек, ручьев, протоков, водосбросов.

Изобретение относится к способу извлечения углеводородов, содержащихся в нефтеносных песках. Способ включает подачу нефтеносных песков в устройство для нагревания и нагревание нефтеносных песков в устройстве для нагревания, где устройство для нагревания представляет собой экстракционную колонну, где нагревание обеспечивают посредством соответствующей текучей среды-переносчика, нагретой от солнечной энергии, собранной посредством оптических концентрирующих систем, образуя нагретую текучую среду-переносчик, которая действует как горячая экстрагирующая текучая среда.
Изобретение относится к строительной индустрии и может быть использовано для строительства зданий и сооружений промышленного и гражданского строительства в зонах, опасных по землетрясениям, ураганам, военным действиям.
Изобретение относится к строительной индустрии и может быть использовано для строительства зданий и сооружений. Способ состоит в том, что изготавливают мини-батареи наружных плиток, для чего из стеклобоя, получаемого при механической рассортировке бытовых отходов, выплавляют наружные плитки в виде коробов с двумя отверстиями для вывода упруго-растяжимых плюсового и минусового проводов солнечной мини-батареи плитки, на стенде собирают и электрически соединяют по габаритам наружной плитки фотоэлементы для создания солнечной мини-батареи наружной плитки, сборку фотоэлементов помещают в короб плитки наружного покрытия лицевой частью фотоэлементов наверх, герметизируют солнечную мини-батарею наружной плитки затвердевающим веществом, становящимся после затвердевания прозрачным, упруго-растяжимые электросоединители, после сборки каждого ряда, перед пенобетоном ряд за рядом соединяют между собой с образованием в конце концов солнечной батареи всего здания или сооружения, которую присоединяют к контроллеру и к аккумуляторной батарее всего здания или сооружения, при необходимости питания электроприемников напряжением 220 вольт систему электроснабжения присоединяют через инвертор.

Изобретение относится к области ветроэнергетики. Способ производства энергии, заключающийся в том, что выработку энергии производят за счет вращения рабочих лопаток ветром, ускоренным сооружением, выполненным в виде сопла Лаваля в верхней части, а в нижней - представляющей из себя плоскость, и за счет солнечных батарей, а также за счет солнечных лучей, которые попадают на батарею, за счет их отражения от внутренней плоскости сопла Лаваля.

Изобретение относится к получению спирта. Система аккумулирования возобновляемой энергии представляет собой блок источников возобновляемой энергии, подключенный к технологической схеме получения спирта.

Изобретение может быть использовано в химической промышленности, в системах производства топлива для транспорта и в стационарных энергоустановках. Способ преобразования солнечной энергии в химическую и аккумулирования ее в водородсодержащих продуктах включает производство биомассы с использованием солнечной энергии, которую подвергают реакции парокислородной каталитической конверсии с получением продуктов реакции, содержащих водород и диоксид углерода.

Изобретение относится к опреснению жидкости. Вакуумная опреснительная установка для воды с генерацией электроэнергии содержит герметичную камеру с водяной ванной (1), внутри которой ниже уровня жидкости размещен испаритель (2), подключенный к солнечному коллектору (3) через насос (13), систему насосов, содержащую, по меньшей мере, три вакуумных насоса (5), соединенных системой трубопроводов с установленными на них трехходовыми клапанами (6), (7), теплообменный аппарат (4), соединенный посредством трехходового клапана (8) с трубопроводом подачи исходной жидкости и со сборником дистиллята (9), который через обратный клапан (15) соединен с одним из вакуумных насосов, рекуперативный теплообменник (10), преобразователь тока (11) и электроаккумулятор (2), соединенные с системой насосов (5), насос (14) для подачи исходной воды. Изобретение обеспечивает снижение энергопотребления на опреснение воды за счет эффективности использования энергии Солнца, а также универсальность опреснительных установок. 1 ил.

Использование: в области электротехники и энергетики. Технический результат – обеспечение графика выработки электроэнергии, соответствующего графику нагрузки без слежения за перемещением солнца по небосклону. Способ размещения панелей солнечных батарей состоит из установки панелей рядами друг за другом таким образом, чтобы ряды были размещены параллельно друг другу длинными торцами, а плоскостями - перпендикулярно или с максимально большим углом к направлению солнечных лучей в данном районе, и с технологическим интервалом между рядами таким, чтобы тень от предыдущего ряда панелей солнечных батарей при оптимальной высоте солнца не накрывала последующего ряда, а технологический интервал внутри рядов между панелями устанавливают не более 0,1…0,15L, где L - длина панели солнечной батареи, причем по высоте панели располагают над поверхностью земли, равной среднему росту обслуживающего персонала 1,6…2 м. Ряды солнечных панелей устанавливаются в направлении с севера на юг для исключения взаимного затенения панелей, а плоскости панелей имеют различную пространственную ориентацию относительно направления солнечных лучей в данном районе, которая одновременно с выбором мощности и количества солнечных панелей выбирается с целью обеспечения заданного почасового графика генерации исходя из критериев максимального значения часовой суммы суммарного солнечного излучения в момент времени t и максимума вырабатываемой электрической энергии за сутки. 3 ил.

Наверх