СОЛНЕЧНАЯ ЭНЕРГЕТИЧЕСКАЯ СИСТЕМА Российский патент 2006 года по МПК F24J2/42 

Изобретение относится к энергетике, использующей возобновляемые источники энергии, а более конкретно к солнечным энергетическим системам. Наиболее успешно настоящее изобретение может быть использовано при создании глобальной солнечной энергетической системы, связанной с едиными энергетическими системами потребителей.

Известна солнечная энергетическая система, применяемая в Нидерландах (смотри РЖ ВИНИТИ "Нетрадиционные и возобнавляемые источники энергии" №10, Москва, 2001 год, с.10, реферат 01.10-22Ф.114). Эта солнечная энергетическая система находится в г.Амстердаме в квартале Nieuw Sloten. Фотоэлектрическая установка имеет общую площадь солнечных батарей порядка 2358 м² и мощность 250 кВт. Фотоэлектрическая установка включена в электрическую сеть квартала. Солнечные батареи площадью от 150 до 317 м² размещены как на крышах зданий с углом наклона 20°, так и на фасаде с углом наклона к горизонту 80°. Система показала свою достаточно высокую эффективность. Планируется оснащение строящихся домов аналогичными системами (80 тыс.м²/г).

Однако, очевидно, что данная солнечная энергетическая система обеспечивает выработку электроэнергии только в дневное время суток и в солнечную погоду, которая чаще всего бывает в летнее время года. Это является недостатком этой и любой другой солнечной энергетической системы.

Блихайвим аналогом заявляемого изобретения является солнечная энергетическая система, применяемая в Калифорнии (смотри РЖ ВИНИТИ "Нетрадиционные и возобнавляемые источники энергии" №8, Москва, 1996 год, с.3, реферат 8.90.15). Эта солнечная энергетическая система содержит девять солнечных энергетических установок суммарной мощностью 354 МВт. Они отдают электроэнергию в региональную энергосистему SCE. Установки вводились в эксплуатацию с 1984 по 1990 годы. Увеличение количества установок в системе способствовало снижению себестоимости солнечной электроэнергии.

Однако совершенно очевидно, что и данная солнечная энергетическая система, как и рассмотренная выше, обеспечивает выработку электроэнергии только в дневное время суток и в солнечную погоду. Это является недостатком этой и любой из других известных местных солнечных энергетических систем.

В основу настоящего изобретения была положена задача разработать солнечную энергетическую систему, которая обеспечивала бы непрерывную по времени и не зависящую от времени года выработку электроэнергии.

Поставленная задача решается тем, что в солнечной энергетической системе, содержащей солнечные энергетические установки, связанные с энергетической системой потребителя, новым является то, что солнечные энергетические установки объединены в единую энергетическую систему, охватывающую поверхность земного вара кольцом в экваториальной зоне между Северным и Южным тропиками.

Благодаря такому решению под воздействием солнечного излучения непрерывно в течение суток и в течение всего года всегда будет находиться ряд солнечных энергетических установок этой глобальной системы, которые будут непрерывно вырабатывать электрическую энергию и отдавать ее в единую энергетическую систему.

Ниже сущность настоящего изобретения более подробно поясняется конкретными примерами его осуществления со ссылками на прилагаемые чертежи, на которых:

на фиг.1 схематично представлена карта мира с заявляемой солнечной единой энергетической системой в варианте размещения ее солнечных энергетических установок по экватору земного вара;

на фиг.2 схематично представлена карта мира с заявляемой солнечной единой энергетической системой в варианте размещения ее солнечных энергетических установок в экваториальной зоне земного шара между Северным и Южным тропиками.

на фиг.3 схематично представлена карта мира с заявляемой солнечной единой энергетической системой в варианте размещения ее солнечных энергетических установок только на водной поверхности в экваториальной зоне земного шара между Северным и Южным тропиками.

Заявляемая единая глобальная солнечная энергетическая система в наиболее простом варианте исполнения выполнена в виде цепочки солнечных энергетических установок (1) (фиг.1), расположенных по экватору земного вара и подключенных к единому кольцевому экваториальному энергетическому кабелю (2). К единому кольцевому энергетическому кабелю (2) подключены в свою очередь единые энергетические системы потребителей (на чертежах не показано). Солнечная энергетическая система охватывает поверхность земного пара кольцом и имеет наземную и водную части. На сухопутных экваториальных участках земного шара солнечные энергетические установки (1) монтируют на наземных несущих конструкциях. На водных экваториальных участках земного шара солнечные энергетические установки (1) монтируют на плавучих платформах.

В данном варианте сухопутная часть единой глобальной солнечной энергетической системы будет расположена в экваториальных частях Южноамериканского и Африканского континентов, экваториальных частях крупных островов Суматра, Калимантан, Сулавеси и Хальмахера, а также на мелких островах и атоллах Индийского, Тихого и Атлантического океанов.

Водная часть данного варианта единой глобальной солнечной энергетической системы будет расположена в экваториальных частях Индийского, Тихого и Атлантического океанов.

Согласно второму варианту единая глобальная солнечная энергетическая система (фиг.2) расположена в экваториальной зоне земного шара между Северным тропиком (23°27' северной широты) и Южным тропиком (23°27' южной широты). При этом солнечные энергетические установки (1) системы расположены равномерно в шахматном порядке на сухопутной и водной поверхностях земного шара между Северным и Южным тропиками. Солнечные энергетические установки (1) равномерно подключены к единому кольцевому экваториальному энергетическому кабелю (2) и единым кольцевым энергетическим кабелям (3 и 4), проложенным параллельно Северному и Южному тропикам соответственно. При этом единые кольцевые энергетические кабели (2), (3) и (4) связаны между собой и к ним подключены единые энергетические системы потребителей (на чертежах не показано).

В данном варианте сухопутная часть единой глобальной солнечной энергетической системы будет равномерно расположена в экваториальных зонах между Северным и Южным тропиками Североамериканского и Южноамериканского, Африканского и Австралийского континентов, Аравийского полуострова, полустровов Индостан и Индокитай, крупных островов Мадагаскар, Суматра, Ява, Калимантан, Сулавеси, Хальмахера, Новая Гвинея, а также на мелких островах и атоллах Индийского, Тихого и Атлантического океанов.

Водная часть данного варианта единой глобальной солнечной энергетической системы будет равномерно расположена в экваториальных частях Индийского, Тихого и Атлантического океанов между Северным и Южным тропиками.

Согласно третьему варианту единая глобальная солнечная энергетическая система выполнена только из солнечных энергетических установок (1) водного базирования (фиг.3). При этом солнечные энергетические установки (1) системы расположены равномерно в шахматном порядке на поверхности Индийского, Тихого и Атлантического океанов между Северным и Южным тропиками. Солнечные энергетические установки (1) аналогично рассмотренному выше варианту равномерно подключены к единому кольцевому экваториальному энергетическому кабелю (2) и единым кольцевым энергетическим кабелям (3 и 4), проложенным параллельно Северному и Южному тропикам соответственно. При этом единые кольцевые энергетические кабели (2), (3) и (4) связаны между собой и к ним подключены единые энергетические системы потребителей (на чертежах не показано).

Электропроизводительность солнечных энергетических установок напрямую зависит от интенсивности солнечного излучения, воздействующего на фотоэлектрические преобразователи установки. Интенсивность солнечного воздействия определяется годовым радиационным балансом, измеряемым в килокаллориях на 1 см² в год. Наибольшая интенсивность солнечного излучения на земном шаре наблюдается в экваториальной зоне между Северным и Южным тропиками. Здесь годовой радиационный баланс достигает 120-140 ккал на см² в год. При этом на экваторе солнце располагается в зените, т.е. под углом 90° к горизонту 23 сентября (осеннее равноденствие) и 21 марта (весеннее равноденствие). На Северном тропике солнце находится в зените 22 июня (летнее солнцестояние), а на Южном тропике - 22 декабря (зимнее солнцестояние). Таким образом, в экваториальной зоне земли между Северным и Южным тропиками солнце всегда находится в близком к зениту положении.

Под воздействием солнечного излучения постоянно находится порядка 50% поверхности земного шара. Вследствие вращения земного шара зона солнечной освещенности перемещается по его поверхности со скоростью одного оборота в сутки. Выполнение заявляемой системы в виде кольца, охватывающего земной шар в экваториальной зоне между Северным и Южным тропиками, обеспечивает непрерывное, в течение 24 часов, нахождение под воздействием солнечного излучения порядка 50% солнечных энергетических установок. Зона солнечной оснащенности непрерывно перемещается по рабочим поверхностям заявляемой энергетической системы, вследствие чего часть установок прекращает выработку электрической энергии, а другая часть вступает в работу. При этом общее количество солнечных энергетических установок, вырабатывающих электрическую энергию, остается приблизительно постоянным и равным порядка 50% от их числа. Таким образом, заявляемая энергетическая система обеспечивает непрерывную в течение суток выработку электрической энергии. Вследствие симметричного относительно экватора расположения солнечных энергетических установок суммарный объем электрической энергии, вырабатываемой установками, расположенными на одном меридиане, не будет зависеть от времени года. Произведенные заявителем расчеты показали, что в варианте размещения солнечных энергетических установок системы только на водной поверхности колебания ее мощности из-за вращения земли и изменения времен года не превышают 10%. Вследствие всего этого заявляемая глобальная солнечная энергетическая система будет постоянно и независимо от времени суток и года вырабатывать электроэнергию и отдавать ее потребителям.

Из приведенных конкретных примеров осуществления заявляемого изобретения для любого специалиста в данной области совершенно очевидна возможность их реализации с одновременным решением поставленной задачи. При этом также очевидно, что при реализации изобретения могут быть сделаны незначительные изменения, которые, однако, не будут выходить за их пределы, определяемые приводимой ниже формулой изобретения.

Реализация заявляемой единой глобальной солнечной энергетической системы вполне возможна при современном развитии техники. Огромный интерес и интенсивные изыскания во всем мире в разработке и реализации изобретений в области энергетики, использующей возобновляемые источники энергии, делают заявляемое изобретение актуальным для внедрения в ближайшем будущем.

Изобретение относится к энергетике, использующей возобновляемые источники энергии, а более конкретно к солнечным энергетическим системам. Солнечная энергетическая система содержит солнечные энергетические установки, связанные с энергетической системой потребителя. Новым является то, что солнечные энергетические установки объединены в единую энергетическую систему, охватывающую поверхность земного шара кольцом в экваториальной зоне между Северным и Южным тропиками. Изобретение должно обеспечить непрерывную по времени и не зависящую от времени года выработку электроэнергии. 3 ил.

Солнечная энергетическая система, содержащая солнечные энергетические установки, связанные с энергетической системой потребителя, отличающаяся тем, что солнечные энергетические установки объединены в единую энергетическую систему, охватывающую поверхность земного шара кольцом в экваториальной зоне между Северным и Южным тропиками.