АВТОНОМНЫЙ СОЛНЕЧНЫЙ ИСТОЧНИК ЭЛЕКТРОЭНЕРГИИ Российский патент 1994 года по МПК H01L31/04 F24J2/18 

Изобретение относится к гелиотехнике и может использоваться как источник питания для необслуживаемых объектов электросвязи.

Наиболее близким по технической сущности является автономный солнечный источник электроэнергии (АСИЭ), содержащий концентратор солнечного излучения (линзы), многоволоконный оптический кабель, фотоэлементы на основе пассивного воздушного охладителя [1].

Однако известное устройство имеет следующие недостатки [2]. В случае неточной работы системы слежения происходит смещение фокального пятна (световое пятно) с поверхности фотоэлемента (ФЭ). Высокотемпературное (свыше 500^оС) пятно, оказываясь на поверхности контактного соединения между ФЭ может привести к ее разрыву.

Воздушно-конвекционный способ охлаждения не обеспечивает поддержание рабочей температуры фотоэлемента (превышение на 10-15%).

Эти недостатки значительно снижают надежность установки.

Цель изобретения - повышение надежности АСИЭ за счет создания условий независимости надежности контактных соединений между ФЭ от смещения светового пятна и повышение эффективности использования фотоэлементов посредством герметизации поверхности ФЭ и лучшего теплосъема.

На фиг. 1 приведена схема единичного энергомодуля, где 1 - линза Френеля, 2 - солнечные лучи, 3 - приемник солнечного излучения, 4 - привод азимутального слежения, 5 - привод зенитального слежения, 6 - многоволоконный оптический кабель, 7 - металлическая рама, 8 - конец оптического кабеля, 9 - соединительная герметизирующая муфта, 10 - фотоэлемент.

На фиг. 2 приведен один из вариантов выполнения солнечной энергетической установки, состоящей из шестнадцати линз Френеля и шестнадцати фотоэлементов, где 11 - опора-мачта, 12 - бункер, 13 - изолирующая прокладка, 14 - металлическая плата, 15 - аккумуляторная батарея, 16 - объект питания, 17 - почвенная масса.

На фиг. 3 приведена схема последовательно соединенных фотоэлементов (согласно [1] , где показана возможность разрушения контактного соединения 18 смещенным солнечным излучением.

На фиг. 4 приведен вариант концевой разделки оптического кабеля, где 19 - площадь, состоящая из волокон, плотно опрессованных специальной эпоксидной массой, 20 - сферическая поверхность концевой разделки волокон кабеля. Сферическая форма необходима для снижения адгезии пыли с этой поверхности.

АСИЭ работает следующим образом.

В режиме слежения за солнцем поверхность линзы Френеля 1 (фиг. 1) перпендикулярно направлена солнечным лучам 2, последние концентрируются в световое пятно диаметром, соответствующим диаметру ФЭ 10 (d = 10 мм). Приемник солнечного излучения 3, являясь концом многоволоконного оптического кабеля 6, расположен в фокусе линзы 1 и жестко закреплен на раме 7, изготовленной из дюрали. Точность наведения светового пятна на приемник излучения зависит от надежности работы азимутального 4 и зенитального 5 устройств слежения. Многоволоконный оптический кабель 6 переносит световое пятно (оптические потери составляют порядка 0,01-0,05 дБ/м) с фокуса линзы на поверхность ФЭ 10, расположенного на плоскости, не зависящей от системы ориентации линз на Солнце. При таком исполнении исключается попадание высокотемпературного светового пятна на контактное соединение 18 последовательно соединенных ФЭ (фиг. 3). Стыковка конца 8 многоволоконного оптического кабеля с ФЭ 10 производится соединительной герметизирующей муфтой 9, исключающей воздействие на ФЭ внешних факторов (влага, пыль и т.п.).

На фиг. 2 приводится вариант применения солнечного источника электроэнергии в качестве источника электроснабжения необслуживаемых объектов (усилительные или регенерационные пункты) системы связи. На опоре-мачте 11 высотой Н установлена двуосная система наведения линз (как и в [1] - 16 штук линз площадью 1 м², практически можно использовать n_ЛФ-ое количество линз Френеля) на Солнце, с фокуса каждой линзы концевым приемником 3 оптического волокна (фиг. 4), состоящий из плотно уложенных стекловолокон 19, имеющих сферообразную поверхность 20, сконцентрированное излучение через оптический кабель 6 передается на поверхность каждого ФЭ (практически можно использовать n_ФЭ-ое количество ФЭ) 10, расположенных в бункере 12 на металлической основе 14, с целью улучшения теплоотвода, изолирующая прокладка 13 оберегает ФЭ от замыкания p-n-переходе. Обычно бункеры устанавливаются под землей на глубине 2,5 м. В помещении бункера располагаются работающие в буферном режиме аккумуляторные батареи 15 и объект питания 16.

Пассивное охлаждение ФЭ почвенной массой 17 позволяет поддерживать рабочую температуру лучепоглощающей поверхности ФЭ (порядка 100^оС) и температуру в помещении бункера от +19^оС для зимнего периода года до +27^оС для летнего периода, являющимся нормальными условиями для эксплуатации фотоэлементов, аккумуляторных батарей и объекта питания.

Использование: в гелиотехнике как источник питания для необслуживаемых объектов электросвязи. Сущность изобретения: в режиме слежения за Солнцем поверхность линзы Френеля перпендикулярно направлена солнечным лучам, последние концентрируются в световое пятно диаметром, соответствующим диаметру фотоэлементов (ФЭ). Приемник солнечного излучения, являясь концом многоволоконного оптического кабеля, расположен в фокусе линзы и жестко закреплен на раме. Многоволоконный оптический кабель переносит световое пятно (оптические потери поставляют порядка 0,01 - 0,05 дБ/м) с фокуса линзы на поверхность ФЭ, расположенного на плоскости, не зависящей от системы ориентации линз на Солнце. При таком исполнении исключается попадание высокотемпературного светового пятна на контактное соединение последовательно соединенных ФЭ. Стыковка конца многоволоконного оптического кабеля с ФЭ производится соединительной герметизирующей муфтой, исключающей воздействие на ФЭ внешних факторов (влага, пыль и т.п.). ФЭ, аккумуляторная батарея и объект питания размещены в бункере, расположенном в грунте, служащем пассивным радиатором. 4 ил.

АВТОНОМНЫЙ СОЛНЕЧНЫЙ ИСТОЧНИК ЭЛЕКТРОЭНЕРГИИ, содержащий концентрирующие устройства с двухосной системой слежения, фотоэлементы, имеющие пассивный радиатор, расположенные в бункере на металлической подложке через изолирующие прокладки и связанные с объектом питания, при этом концентрирующие устройства соединены с фотоэлементами посредством многоволоконного оптического кабеля, отличающийся тем, что, с целью улучшения теплосъема и повышения надежности соединения оптического кабеля с фотоэлементами, последнее выполнено в виде герметизирующих муфт, расположенных на конце кабеля, фотоэлементы связаны с объектом питания через аккумуляторную батарею, последние размещены также в бункере, который установлен на грунте, служащем пассивным радиатором.