Download to read offline
28732ip
- 1. РЕСПУБЛИКА КАЗАХСТАН (19) KZ(13) A4 (11) 28732 (51) F24J 2/42 (2006.01) КОМИТЕТ ПО ПРАВАМ ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ СОБСТВЕННОСТИ МИНИСТЕРСТВА ЮСТИЦИИ РЕСПУБЛИКИ КАЗАХСТАН ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ К ИННОВАЦИОННОМУ ПАТЕНТУ (21) 2013/1194.1 (22) 11.09.2013 (45) 15.07.2014, бюл. №7 (72) Самсоненко Анатолий Иванович; Актаев Эркин Тулкунович; Дараев Абдулмажит Масимович (73) Самсоненко Анатолий Иванович (56) RU №2286517, 2006 (54) СОЛНЕЧНАЯ ФОТОЭЛЕКТРИЧЕСКАЯ УСТАНОВКА (57) Изобретение относится к солнечной энергетике и служит для преобразования солнечной энергии в электрическую, и предназначено для солнечных коллективных электростанций, в том числе расположенных на компактных, ограниченных территориях, а так же может применяться в индивидуальных хозяйствах. Солнечная фотоэлектрическая установка, содержащая солнечную батарею, двухосевую систему слежения с фотодатчиком ориентации на Солнце, фотоэлектрические преобразователи, размещенные на механической системе, образованной - азимутальной рамой и зенитальной рамой. Азимутальная рама установлена с возможностью вращения вокруг вертикальной оси с углом поворота в секторе 90°, а зенитальная рама установлена с возможностью вращения вокруг горизонтальной оси с углом поворота в секторе 90°, при этом установленные на зенитальной раме фотоэлектрические преобразователи выполнены в виде поворотных фацет с собственными осями вращения с углом поворота в секторе 90°. Преимуществом предлагаемого изобретения является повышение суммарной эффективности солнечных коллективных электростанций, при плотном размещении следящих установок на ограниченных территориях. (19)KZ(13)A4(11)28732
- 2. 28732 2 Изобретение относится ксолнечной энергетике и служит для преобразования солнечной энергии в электрическую, и предназначено для солнечных коллективных электростанций, в том числе расположенных на компактных, ограниченных территориях, а так же может применяться в индивидуальных хозяйствах. Известна гелиоэнергетическая установка, содержащая несущую конструкцию с параболическим концентратором, выполненным из плоских зеркальных фацет, соединенную с выходом блока слежения за Солнцем, а также протяженный фотоэлектрический преобразователь (ФЭП), расположенный по фокусной линии параболического концентратора. На несущей конструкции за параболическим концентратором, соосно ему установлен эллиптический отражатель, один фокус которого совмещен с фокусом параболического концентратора, во втором фокусе, которого установлен фотоэлектрический датчик, выход которого соединен с входом блока слежения за Солнцем. С тыльной стороны каждой из зеркальных фацет на ее продольной оси перпендикулярно ее поверхности установлен обращенный к эллиптическому отражателю плоский отражающий элемент (Патент RU N2222755, МПК F24J 2/14, F24J2/42, опубликовано 27.01.2004г.) Недостатком известной установки, является то, что при изменении места положения установки потребует перепрограммирования контроллера. Известна так же солнечная фотоэлектрическая установка IHCPV, которая содержит батарею ФЭП (фотоэлектрические преобразователи) с линзами Френеля, размещенную на механической поддерживающей системе и оснащенной системой ориентации на Солнце. 168 фотоэлектрических преобразователей с линзами Френеля размещены в прямоугольной перфорированной металлической раме площадью 159 м2 , с возможностью двухосевого механического перемещения, закрепленной на вертикальном несущем столбе. В следящей системе используется электродвигатель азимутального вращения и механизм с винтовым домкратом для вертикального поворота. Двигатель может поворачивать систему на ±180° по азимуту и на 90° по углу места. Следящая система автоматического регулирования с разомкнутым контуром, построена на базе микропроцессора, который рассчитывает направление на Солнце по астрономическому времени и широте местности. Нужное положение контролируется при помощи датчиков Холла, закрепленных на оси мотора азимутального и вертикального приводов. По числу оборотов от известного нулевого положения с учетом параметров привода, система контроля может ориентировать следящую систему на Солнце с точностью 0,05°. См. ("Оценка стоимости интегрированной высококонцентраторной фотовольтаики для масштабных применений, связанных с сетями централизованного электроснабжения". Материалы 25-й конференции Американского института инженеров по электротехнике и электронике. Вашингтон; 13-17 мая 1996, с.1373-1376). Недостатками данной солнечной фотоэлектрической установки являются большие габариты ФЭП; размещенные ФЭП в одной плоскости установка IHCPV подвергается значительной ветровой нагрузке; монтаж установки трудоемкий из-за необходимости строго вертикальной фиксации в грунте несущего столба механической поддерживающей системы; алгоритм слежения микропроцессорной системы, непрерывно перемещает ФЭП даже если Солнце находится за облаками. Известна так же солнечная энергетическая установка, включающая солнечную батарею, размещенную на механической системе ориентации концентраторных фотоэлектрических модулей на Солнце в виде горизонтальной рамной конструкции. Концентраторные фотоэлектрические модули расположены на механической системе параллельными рядами вплотную друг к другу в каждом ряду. Каждый модуль батареи включает панель гелиоконцентраторов и панель фотоэлементов. Механическая система ориентации фотоэлектрических модулей поддерживает перпендикулярное положение солнечной батареи к направлению на Солнце с привязкой к географической широте, и включает приводы зенитального и азимутального вращения. Рамная конструкция опирается на подстилающую поверхность, с помощью колес, одно из которых соединено с приводом азимутального вращения, который является общим для всех модулей (Патент RU №2377472, МПК F24J 2/42, опубл. 27.12.2009г.) Каждый ряд концентраторных фотоэлектрических модулей может быть снабжен индивидуальным приводом зенитального вращения. Привод зенитального вращения может быть общим, по меньшей мере, для двух рядов концентраторных фотоэлектрических модулей. Данная установка имеет хорошую ветроустойчивость, однако задействует большое количество зенитальных приводов для каждого ряда ФЭП, что повышает стоимость, а так же может осложнять эксплуатацию и ремонт, а значит снижать надежность. Не решена проблема взаимного затенения модулей при низких углах Солнца над горизонтом утренние и вечерние часы. Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому изобретению является Солнечная фотоэлектрическая установка, которая содержит солнечную батарею с линзами Френеля и принимающими излучение ФЭП, размещенную на механической системе, образованной - базовой рамой и подвешенной рамой. Базовая рама катится на колесах вокруг вертикальной оси, а подвешенная рама установлена с возможностью вращения вокруг горизонтальной оси от электропривода. Система слежения двухосевая с фотодатчиком ориентации на Солнце. Солнечная батарея состоит из модулей с солнечными концентраторами, расположенными на подвешенной раме в виде ступеней (Патент RU
- 3. 28732 3 №2286517, МПК F24J2/42, опубликовано 27.10.2006г.). Солнечная фотоэлектрическая установка имеет простую конструкцию механической системы, не сложную технологию монтажа и значительную ветроустойчивость, а слежение за положением Солнца происходит только при наличии прямого солнечного излучения. Общий недостаток предыдущих конструкций становится заметным в солнечных коллективных электростанциях. Установки могут затенять друг друга в утренние и вечерние часы, когда тени от Солнца достаточно длинны. Чтобы избежать затенения и сохранить собираемость солнечной энергии подобные установки необходимо разносить дальше друг от друга, что увеличит занимаемую территорию. Снижение плотности размещения ФЭП уменьшает суммарную эффективность солнечных коллективных электростанций, особенно на ограниченных территориях, например на крышах высотных городских зданий, или арендуемых территориях. Таким образом теряется главное достоинство следящих ФЭП- высокая собираемость солнечной энергии в течение всего дня. Задача изобретения - создание надежной в эксплуатации и эффективной солнечной фотоэлектрической установки, позволяющей сохранить высокую собираемость солнечной энергии в течение всего солнечного дня при использовании в солнечных коллективных электростанциях, особенно на ограниченных территориях. Технический результат изобретения - повышение суммарной эффективности солнечных коллективных электростанций, за счет сохранения высокой собираемости солнечной энергии солнечной фотоэлектрической установкой в течение всего солнечного дня вследствие уменьшения взаимного затенения ФЭП при плотном размещении следящих установок, а так же сохранение достаточной ветроустойчивости установок при размещении их на компактных, ограниченных территориях. Кроме того, такая конструкция предлагаемого устройства обеспечивает надежность эксплуатации коллективных электростанций в аварийных ситуациях, при неисправности одной установки соседние установки работают в обычном режиме. Для достижения технического результата, солнечная фотоэлектрическая установка, содержащая солнечную батарею, фотоэлектрические преобразователи, размещенные на механической системе, образованной -базовой (азимутальной) рамой и подвешенной (зенитальной) рамой, двухосевую систему слежения с фотодатчиком ориентации на Солнце, в соответствии с изобретением, базовая (азимутальная) рама установлена с возможностью вращения вокруг вертикальной оси с углом поворота в секторе 90°, а подвешенная (зенитальная) рама установлена с возможностью вращения вокруг горизонтальной оси с углом поворота в секторе 90°, при этом установленные на подвешенной (зенитальной) раме фотоэлектрические преобразователи выполнены в виде поворотных фацет с собственными осями вращения с углом поворота в секторе 90°. Сущность изобретения поясняется рисунками 1-5. Фиг.1. - Общая схема фотоэлектрической установки в утреннее время при восходе Солнца (изометрический вид сзади). Фиг.2 - Схема засветки трех фотоэлектрических установок в утренние часы в случае коллективной компоновки (вид сверху). Фиг.3 - Схема засветки трех установок в 11 часов дня (вид сверху). Фиг.4 - Схема засветки трех установок в полдень (вид сверху). Фиг.5 - Схема засветки трех установок в вечерние часы (вид сверху). На фиг.2,3,4,5 условно показаны три установки в шахматном порядке. Следящая солнечная фотоэлектрическая установка содержит - Каскад ФЭП - 1, виде поповоротных фацет с собственными осями вращения - 7 закрепленных на зенитальной раме - 2, азимутальную раму - 3 с четырьмя колесами - 6, которая катится по поверхности, зенитальный электропривод домкратного типа - 4, азимутальный электропривод - 5 с автоматикой слежения, кулисную систему - 8 дополнительного поворота ФЭП- фацет, которая связана с азимутальным приводом карданной передачей - 12, комбинированный двухосевой фотодатчик ориентации на Солнце - 9 расположенный на передней кромке одного из ФЭП. Комбинированный фотодатчик системы слежения содержит основной двухосевой фотодатчик ориентации щелевого типа и дополнительные утренний и вечерний азимутальные фотоэлементы. Оригинальная конструкция фотодатчика ориентации щелевого типа позволила расширить пеленгационную характеристику до 175°, реализовать значительно большую линейность характеристики и большую защищенность от ложных засветок и отражений на физическом уровне не прибегая к усложнению программной обработки в контроллере. Установка работает следующим образом. Под действием утренних лучей Солнца фотодатчик ориентации - 9 вырабатывает сигналы рассогласования и автоматика слежения посредством азимутального электропривода - 5 и приводного колеса -6 разворачивает азимутальную раму - 2 в позицию, изображенную на фиг.1. Одновременно азимутальный электропривод - 5 через карданную передачу- 12 дополнительно доворачивает каскад ФЭП на собственных осях-7 до достижения азимутальной нормали к Солнцу. С помощью кулисной системой - 8, действие распространяется на все ФЭП. Одновременно зенитальный электропривод - 4, получающий сигналы рассогласования от фотодатчика ориентации доводит зенитальную раму - 2 и соответственно каскад ФЭП до зенитальной нормали к Солнцу. При этом установка становится
- 4. 28732 4 под 45° понаправлению к солнечным лучам (фиг.1 и фиг.2). Карданная передача - 12, позволяет доворачивать ФЭП при разных зенитальных углах. Фиг.2 иллюстрирует, ситуацию, когда в утренние часы тени -11 от панелей ФЭП особенно длинны, но в предложенной компоновке не затеняют другие ФЭП. В течение дня установка совершит поворот на 90° в секторе - 10. Фиг.5 иллюстрирует положение установки на закате Солнца. Движение установки за пределами сектора - 10 ограничено концевыми выключателями, входящими в состав системы слежения. Если какая - то установка из-за неисправности остановится в произвольном положении, механических коллизий не произойдет, потому что траектории движения соседних установок не пересекаются. Разборный каркас рамы выполнен из пустотелых профилей для облегчения транспортировки. В азимутальной раме - 3 предусмотрены «карманы», которые можно заполнить балластом, щебнем песком, для придания установке большей устойчивости. Для унификации в кулисной системе - 8 применены рулевые тяги с шаровыми узлами автомобилей, в карданной передаче - 12, соответственно крестовые узлы. Преимуществом предлагаемого изобретения является повышение суммарной эффективности солнечных коллективных электростанций, при плотном размещении следящих установок на ограниченных территориях. ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ Солнечная фотоэлектрическая установка, содержащая солнечную батарею, двухосевую систему слежения с фотодатчиком ориентации на Солнце, фотоэлектрические преобразователи, размещенные на механической системе, образованной - азимутальной рамой и зенитальной рамой, отличающийся тем, что азимутальная рама установлена с возможностью вращения вокруг вертикальной оси с углом поворота в секторе 90°, а зенитальная рама установлена с возможностью вращения вокруг горизонтальной оси с углом поворота в секторе 90°, при этом установленные на зенитальной раме фотоэлектрические преобразователи выполнены в виде поворотных фацет с собственными осями вращения с углом поворота в секторе 90°.
- 5.
- 6.