МЕХАНИЗМ ОРИЕНТАЦИИ ДЛЯ СОЛНЕЧНОГО МОДУЛЯ С КОНЦЕНТРАТОРОМ Российский патент 2004 года по МПК F24J2/54 

Изобретение относится к гелиотехнике, в частности к механизмам ориентации солнечных модулей с концентратором, касается использования солнечных модулей с концентратором для получения электричества и тепла.

Известен механизм ориентации солнечных модулей на солнце, выполненный в виде двух плоских фотоэлементов, расположенных по обе стороны перпендикулярной к плате перегородки (патент США на изобретение №4,804,832 от 14 февраля 1989 г., Int Cl.⁴ G 01 J 1/20, U.S. Cl. 250/203 R).

Недостатком известного механизма ориентации является то, что он позволяет ориентировать один объект в направлении на солнце, в то время как в ряде случаев, например для стационарных концентраторов, требуется ориентация дополнительных отражателей при неподвижном положении концентратора.

Наиболее близким по технической сущности к прелагаемому изобретению является механизм ориентации, состоящий из фотоэлементов, расположенных симметрично относительно плоскости ориентации на солнце и установленных на зубчатом полуколесе, и шестерни, приводимой во вращение исполнительным механизмом (патент США на изобретение №3,986,021 от 12 октября 1976 г., Int Cl.² G 01 J 1/20, U.S. Cl. 250/203 R).

Недостатком известного технического устройства является невозможность управлять двумя объектами ориентации, например дополнительными отражателями, поворачивающимися в противоположных направлениях при стационарном концентраторе модуля.

Задачей предлагаемого изобретения является ориентация не менее двух объектов одним механизмом и повышение эффективности работы модуля со стационарным концентратором и дополнительными отражателями.

В результате использования предлагаемого механизма ориентации появляется возможность ориентации не менее двух объектов одним механизмом, повышается эффективность работы модуля со стационарным концентратором и дополнительными отражателями, вследствие того, что механизм ориентации поворачивает вторичные отражатели таким образом, что взаимное затенение вторичных отражателей друг другом становится наименьшим. Кроме того, увеличивается концентрация излучения на приемнике, это позволяет повысить температуру теплоносителя в случае получения тепла и уменьшить потери энергии в дорогостоящих солнечных элементах в случае получения электричества.

Вышеуказанный технический результат достигается тем, что механизм ориентации для солнечного модуля с концентратором, состоящий из двух фотоэлементов, расположенных симметрично относительно плоскости ориентации на солнце и установленных на зубчатом полуколесе, и шестерни, приводимой во вращение исполнительным механизмом, механизм дополнительно содержит два зубчатых колеса, расположенных диаметрально по отношению к шестерне, с которой они находятся в зацеплении, зубчатое полуколесо с двумя фотоэлементами находится в зацеплении с верхним зубчатым колесом, при этом оси поворота всех зубчатых колес, шестерни и полуколеса находятся в плоскости симметрии концентратора, а зубчатые колеса связаны с ориентируемыми дополнительными отражателями, приводимыми во вращение шестерней от исполнительного механизма.

Сущность предлагаемого изобретения поясняется на фиг.1, 2.

На фиг.1 представлена конструкция механизма ориентации для дополнительных отражателей солнечного модуля с концентратором.

На фиг.2 показан монтаж механизма ориентации в составе солнечного модуля.

Механизм ориентации для солнечного модуля с концентратором, состоящий из двух фотоэлементов 1, расположенных симметрично относительно плоскости 2 ориентации на солнце и установленных на зубчатом полуколесе 3, и шестерни 4, приводимой во вращение исполнительным механизмом (на фиг. не указан). Механизм дополнительно содержит два зубчатых колеса 5 и 6, расположенных диаметрально по отношению к шестерне 4, с которой они находятся в зацеплении. Зубчатое полуколесо 3 с двумя фотоэлементами 1 находится в зацеплении с верхним зубчатым колесом 5, при этом оси поворота O₁, О₂, О₃, O₄ зубчатых колес 5 и 6, шестерни 4 и полуколеса 3 находятся в плоскости 2 симметрии концентратора 7. Зубчатые колеса 5 и 6 связаны с ориентируемыми дополнительными отражателями 8 и 9, приводимыми во вращение шестерней 4 от исполнительного механизма.

Кроме того, на фиг.1 указано: направление на солнце, α - рабочий угол механизма ориентации, R₁ - радиус кривизны зубчатого полуколеса 3, R₂ - радиусы зубчатых колес 5 и 6, на фиг.2 указано: солнечные лучи, ϕ - азимутальный угол ориентации плоскости симметрии концентратора.

Предлагаемый механизм ориентации для солнечного модуля с концентратором работает следующим образом. При уходе солнца из плоскости "прицельного" положения, фотоэлементы 1, включенные в электрическую схему "мост", подают сигнал на ориентацию. Исполнительный механизм поворачивает шестерню 4, которая посредством зубчатой передачи через зубчатое колесо 5 поворачивает зубчатое полуколесо 3 таким образом, что одинаковая освещенность фотоэлементов 1 восстанавливается. При этом положение осей поворота O₁, О₂, О₃, О₄ зубчатых колес 5 и 6, шестерни 4 и полуколеса 3, находящихся в плоскости 2 симметрии концентратора, постоянно в пространстве, и положение концентратора остается неизменным (азимутальный угол ориентации плоскости симметрии концентратора ϕ постоянен). Передаточное отношение от зубчатого колеса 5 к зубчатому полуколесу 3 определяется из соотношения: R₁/R₂=90/α (α в градусах, 0°≤α≤23,5°). Вместе с зубчатыми колесами 5 и 6 поворачиваются и ориентируемые дополнительные отражатели 8 и 9.

Предлагаемое устройство может быть реализовано в концентрирующих модулях со стационарным концентратором для управления положением вторичных отражателей. Использование предлагаемого устройства позволит при изменении склонения солнца изменять положение вторичных отражателей таким образом, чтобы взаимное их затенение было наименьшим. В результате этого будет увеличена концентрация излучения на приемнике, это позволит повысить температуру теплоносителя в случае получения тепла и уменьшить потери энергии в дорогостоящих солнечных элементах в случае получения электричества. При использовании механизма ориентации для солнечного модуля с концентратором при широте местности δ=56°, ϕ=90°-δ=90°-56°=34°, среднегодовая эффективность использования концентрирующего модуля со стационарными концентратором увеличивается на 16%.

Изобретение относится к гелиотехнике, в частности к механизмам ориентации солнечных модулей с концентратором. Устройство может быть реализовано в концентрирующих модулях со стационарным концентратором для управления положением вторичных отражателей. Механизм ориентации для солнечного модуля с концентратором состоит из двух фотоэлементов, расположенных симметрично относительно плоскости ориентации на солнце и установленных на зубчатом полуколесе, и шестерни, приводимой во вращение исполнительным механизмом. Кроме того, механизм дополнительно содержит два зубчатых колеса, расположенных диаметрально по отношению к шестерне, с которой они находятся в зацеплении, зубчатое полуколесо с двумя фотоэлементами находится в зацеплении с верхним зубчатым колесом, при этом оси поворота всех зубчатых колес, шестерни и полуколеса находятся в плоскости симметрии концентратора, а зубчатые колеса связаны с ориентируемыми дополнительными отражателями, приводимыми во вращение шестерней от исполнительного механизма. Изобретение должно обеспечить ориентацию не менее двух объектов одним механизмом и повысить эффективность работы модуля со стационарным концентратором и дополнительными отражателями. 2 ил.

Механизм ориентации для солнечного модуля с концентратором, состоящий из двух фотоэлементов, расположенных симметрично относительно плоскости ориентации на Солнце и установленных на зубчатом полуколесе, и шестерни, приводимой во вращение исполнительным механизмом, отличающийся тем, что механизм дополнительно содержит два зубчатых колеса, расположенных диаметрально по отношению к шестерне, с которой они находятся в зацеплении, зубчатое полуколесо с двумя фотоэлементами находится в зацеплении с верхним зубчатым колесом, при этом оси поворота всех зубчатых колес, шестерни и полуколеса находятся в плоскости симметрии концентратора, а зубчатые колеса связаны с ориентируемыми дополнительными отражателями, приводимыми во вращение шестерней от исполнительного механизма.