СОЛНЕЧНАЯ ФОТОЭЛЕКТРИЧЕСКАЯ СТАНЦИЯ Российский патент 1999 года по МПК H01L31/45 

Изобретение относится к преобразованию солнечной энергии в электрическую, в частности, конструкциям солнечных энергетических установок.

Известны солнечные фотоэлектрические станции, состоящие из плоских фотоэлектрических модулей, в которых жесткость обеспечивается использованием лицевого стеклянного покрытия, окантованного рамой из специального металлического профиля, и опорной конструкции, проектируемой индивидуально для каждого конкретного случая применения и изготавливаемой, как правило, из стандартного металлического проката (Проспекты фирм "Siemens Solar GmbH", "Neste", "Helios Technology").

Недостатками известных конструкций являются:
большая масса на единицу фотоприемной поверхности;
сложность транспортирования из-за хрупкости стеклянного покрытия модулей и, как правило, больших линейных размеров деталей опорной конструкции;
трудность и продолжительность монтажа и демонтажа (для мобильных установок);
высокие требования к плоскостности поверхности крепления модулей и ее жесткости, обусловленные использованием в модулях стекла.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому изобретению является солнечная фотоэлектрическая станция, состоящая из блоков солнечных батарей на основе стеклянных газонаполненных модулей и опорной конструкции, составленной из унифицированных элементов (два типоразмера стержней и унифицированного узлового элемента). (Энергоактивные здания /Н.П. Селиванов, А. И. Мелуа, С.В. Зоколей и др.; Под ред. Э.В. Сарнацкого и Н.П. Селиванова. - М.; Стройиздат, 1988. - 376 с.: ил. с. 114 - 116, 138 - 139).

Недостатками данного устройства являются:
большая масса опорной конструкции на единицу фотоприемной поверхности, связанная с тем, что с целью обеспечения высокой степени унификации стержни, работающие на растяжение и сжатие, имеют одинаковое поперечное сечение;
фиксированная пропорция между продольными и поперечными стержнями, образующими плоскость установки блоков солнечных батарей (1:1 или 1: накладывает определенные ограничения на соотношение длины и ширины фотоэлектрических блоков и модулей, которое, как правило, трудно осуществить, имея небольшую номенклатуру фотопреобразователей и их строго определенное количество, обеспечивающее одно из стандартных напряжений станции, а это ведет к низкому коэффициенту заполнения фотоприемной поверхности электрогенерирующими элементами.

Задачей данного изобретения является снижение массы на единицу фотоприемной поверхности, обеспечение возможности многократной сборки, разборки и транспортирования станции.

В результате использования изобретения уменьшается материалоемкость станции, она не требует значительного времени на развертывание в рабочее состояние и складывание в компактный объем для транспортирования и может быть использована в мобильных энергетических установках.

Вышеуказанный результат достигается тем, что фотоэлектрическая станция комплектуется облегченными модулями, в которых отсутствуют окантовочная рама и защитное стекло, а с целью сохранения жесткости фотоприемной поверхности последняя выполнена гофрированной или создается с помощью натяжения модулей, имеющих форму ленты; в опорной конструкции для создания жесткости использован принцип предварительного напряжения структурных элементов, причем те из них, которые работают на растяжение, выполнены в виде струи, а сжатые состоят из стержней.

Указанная конструкция обеспечивает:
существенное снижение массы станции на единицу фотоприемной поверхности, поскольку гофрированная форма модулей обладает высокой жесткостью вдоль гофр, а поперечная жесткость обеспечивается за счет крепления к натянутым струнам опорной конструкции, что делает лишним использование в модулях окантовочной рамы, при этом сплошное лицевое стекло заменено прозрачным пленочным покрытием и относительно тонкими подложками, располагаемыми под единичным или группами фотопреобразователей; еще более легкими являются ленточные модули, т. к. обеспечение жесткости за счет натяжения, например, при использовании гибких аморфных фотопреобразователей не требует подложки; малую массу на единицу фотоприемной поверхности имеет и опорная конструкция, в которой стержней меньше, чем струн в раз,
где п - число пролетов (секций) фермы;
возможность создания унифицированного ряда станций различной мощности благодаря секционности фермы;
использовать ее в качестве мобильной установки поскольку обладает малыми затратами времени на сборку и разборку опорной конструкции, состоящей из одинаковых стержней, натяжного устройства и комплекта струи, которые могут быть заранее сочленены в узлы, а также удобством транспортирования, т.к. модули и опорная конструкция могут быть трансформированы в компактную упаковку;
возможность повышения коэффициента заполнения фотоприемной поверхности электрогенерирующими элементами изменением длины продольных и поперечных струн при постоянной длине стержней, что позволяет иметь их одинаковыми при использовании в различных установках;
осуществлять, например, сезонное изменение угла наклона фотоприемной поверхности при горизонтальном расположении оси фермы путем соответствующего изменения длины растяжек, а при наклонном расположении оси - осуществлять слежение за Солнцем, например, в полярной системе координат.

Сущность предлагаемого изобретения поясняется чертежом, на котором приведен общий вид фотоэлектрической станции.

Она состоит из фотоэлектрических модулей 1 и опорной конструкции, объединяющей опоры 2, растяжки 3 и ферму, силовая схема которой включает разжимной узел 4, стержни 5, продольные 6 и поперечные 7 струны. Модули гофрированного типа 1а крепятся к продольным или поперечным струнам в зависимости от положения оси фермы (горизонтальном или наклонном), например, с помощью клиновых запоров 8, а модули ленточного типа 1б могут пришнуровываться к струнам.

Для удобства сборки и разборки фермы ее составные части могут быть предварительно объединены в узлы, например, три стержня 5, сочлененные в одной точке на шарнирах, и поперечные струны 7 в виде замкнутого кольца, закрепленные на противоположных концах стержней 5, позволяют складывать их в компактную транспортную упаковку.

Станция работает следующим образом.

Собирается первая секция фермы, для чего:
между двумя тройками стержней 5 вставляется разжимной узел 4, позволяющий в исходном положении иметь максимально близкое расположение вершин углов, образованных стержнями;
противоположные углам концы стержни раздвигаются до положения, обеспечивающего треугольное расположение поперечных струн 7;
углы, образованные двумя поперечными струнами 7 и концами стержней 5, принадлежащих разным тройкам, соединяются попарно продольными струнами 6;
с помощью разжимного узла 4 посредством раздвижения троек стержней 5 осуществляется натяжение продольных 6 и поперечных 7 струн, приводя секцию в жесткое состояние.

Далее к углам собранной секции присоединяется следующая тройка стержней 5, разжимной узел 4, тройка стержней, объединенная с поперечными струнами 7, и продольными струнами 6 соединяются углы собранной секции с монтируемой. Разжимным узлом 4 следующая секция, уже сочленная с предыдущей, приводится в жесткое состояние и т.д.

Как видно из описания сборка фермы с любым числом секций может осуществляться одним человеком.

Собранная ферма устанавливается на опорах 2, предварительно зафиксированных в соответствующих местах, например, посредством заглубления их нижней части в грунт.

Затем с помощью растяжек 3 ферма фиксируется в положение, обеспечивающее необходимую ориентацию поверхности, в плоскости которой устанавливаются фотоэлектрические модули.

Модули гофрированного типа 1а фиксируются, например, с помощью клиновых запоров 8, вставляемых между струной и плоским углом модуля.

Модули ленточного типа 16, которые могут быть заранее скоммутированы между собой в количестве, соответствующем заполнению одной секции, крепятся к опорной конструкции, например, посредством шнуровки 9, обеспечивающей их натяжение.

Если высота опор 2 или расположение оси фермы не обеспечивают удобства монтажа модулей 1, они могут быть смонтированы на ферме до установки ее в рабочее положение.

Разборка станции осуществляется в обратном порядке.

Использование: в преобразовании солнечной энергии в электрическую, в частности, в конструкциях солнечных энергетических установок. Технический результат изобретения заключается в уменьшении материалоемкости станции, снижении времени развертывания в рабочее состояние и складывания в компактный объем для транспортирования и использование в мобильных энергетических установках. Сущность: фотоэлектрическая станция комплектуется облегченными модулями, в которых отсутствует окантовочная рама и защитное стекло, а с целью сохранения жесткости фотоприемной поверхности последняя выполнена гофрированной или создается с помощью натяжения модулей, имеющих форму ленты; в опорной конструкции для создания жесткости использован принцип предварительного напряжения структурных элементов, причем те из них, которые работают на растяжение, выполнены в виде струн, а сжатые состоят из стержней. 1 з.п.ф-лы, 1 ил.

1. Солнечная фотоэлектрическая станция, содержащая фотоэлектрические модули и опорную конструкцию, отличающаяся тем, что фотоприемная поверхность модулей выполнена гофрированной или имеет форму лент, натянутых между элементами опорной конструкции, в которой все элементы, работающие на растяжение, выполнены в виде продольных и поперечных струн, а элементы, работающие на сжатие, выполнены из стержней, упирающихся одним концом в разжимной узел, а другим - в перекрестье продольных и поперечных струн, образую пространственную ферму. 2. Станция по п. 1, отличающаяся тем, что модули гофрированного типа крепятся к продольным или поперечным струнам с помощью клиновых запоров, а модули ленточного типа пришнуровываются к струнам.