СОЛНЕЧНАЯ ЭЛЕКТРОСТАНЦИЯ Российский патент 2008 года по МПК F24J2/42 

Изобретение относится к гелиотехнике, в частности к солнечным электростанциям для получения электричества и теплоты.

Известна солнечная термодинамическая электростанция, содержащая блок параболических зеркальных отражателей с тепловыми приемниками в фокальной оси, блок аккумулирования солнечной энергии на фазовых переходах, паротурбинный блок, блок измерения и управления параметрами солнечной электростанции, блок преобразования постоянного тока в переменный промышленной частоты. Недостатком известной солнечной электростанции является необходимость высокотемпературного аккумулирования солнечной энергии на случай кратковременного снижения электрической мощности в дневное время из-за наличия облачности, а также необходимость использования топливного дублера в виде газового котла. (Sun & Wind Energy 2006, №1, с.18-22.)

Известна солнечная фотоэлектрическая электростанция, содержащая блок фотоэлектрических преобразователей солнечной энергии, блок измерения и управления параметрами и инвертор для преобразования постоянного тока в переменный промышленной частоты. (Безруких П.П., Стребков Д.С. Возобновляемая энергетика. Стратегия, ресурсы, технологии. М., 2005 г., изд. ВИЭСХ, стр.117-183.) Недостатком известной электростанции является необходимость использования специального инвертора с регулируемым отбором максимальной мощности, которая изменяется при изменении прозрачности атмосферы и появлении облачности.

Недостатком всех известных солнечных электростанций является уменьшение электрической мощности при изменении плотности облаков. Известно, что в условиях облачности происходит значительное уменьшение электрической мощности солнечной электростанции. Это приводит к снижению вырабатываемой электрической энергии и увеличению стоимости одного кВт-часа, особенно в странах с большим количеством облачных дней в году. В связи с этим проблема рассеяния облачности над заданной территорией, где располагают солнечные электростанции, является чрезвычайно актуальной для развития солнечной энергетики.

Задачей предлагаемого изобретения является повышение мощности солнечных электростанций за счет рассеяния облачности.

В результате использования предлагаемого изобретения повышается мощность солнечной электростанции за счет рассеяния облачности.

Вышеуказанный технический результат достигается тем, что в солнечную электростанцию, содержащую фотоэлектрические и/или термодинамические преобразователи солнечной энергии, измеритель выходной мощности и энергии солнечной электростанции, дополнительно введены пороговое устройство, блок логического умножения, блок анализа облачности, блок оценки метеообстановки, генератор отрицательно заряженных ионов кислорода, устройство управления, при этом выход солнечной электростанции соединен с входом измерителя мощности и энергии солнечной электростанции, выход измерителя мощности и энергии солнечной электростанции соединен с входом порогового устройства, выходной сигнал от которого при условии, что сигнал от измерителя мощности и энергии солнечной электростанции окажется меньше заданного порога, подается на один из входов блока логического умножения, на второй вход которого подается сигнал от блока анализа облачности, выход блока логического умножения соединен с одним из входов устройства управления, второй вход которого соединен с выходом блока оценки метеообстановки, выход устройства управления соединен с входом генератора отрицательно заряженных ионов кислорода.

В заявляемой солнечной электростанции блок анализа облачности выполнен в виде видеокамеры типа «рыбий глаз» с блоком автоматического выделения облаков и/или станции приема и анализа данных дистанционного зондирования Земли из космоса.

В солнечной электростанции устройство управления и генератор отрицательно заряженных ионов кислорода размещены на расстоянии 0-100 км от фотоэлектрических и/или термодинамических преобразователей солнечной энергии.

В солнечной электростанции устройство управления и генератор отрицательно заряженных ионов кислорода функционально одновременно соединены с несколькими фотоэлектрическими и/или термодинамическими преобразователями солнечной энергии.

В солнечной электростанции устройство управления соединено с генератором отрицательно заряженных ионов кислорода с помощью дистанционных каналов связи.

Для повышения надежности рассеяния облачности над заданной территорией используют от двух до пяти устройств управления и от двух до пяти генераторов отрицательно заряженных ионов кислорода.

Сущность предлагаемого изобретения поясняется на чертеже, на котором представлена блок-схема заявляемой солнечной электростанции.

Солнечная электростанция состоит из фотоэлектрических и/или термодинамических преобразователей солнечной энергии 1, измерителя выходной мощности и энергии солнечной электростанции 2, порогового устройства 3, блока логического умножения 4, блока анализа облачности 5, устройства управления 6, блока оценки метеообстановки 7, генератора отрицательно заряженных ионов кислорода 8. При этом на чертеже показаны облака 10, которые образуют осадки, направление ветра 11, облака 12, которые рассеиваются на расстоянии L над фотоэлектрическими и/или термодинамическими преобразователями солнечной энергии 1, потребитель 13 и солнечное излучение 14.

При этом выход солнечной электростанции соединен с входом измерителя мощности и энергии солнечной электростанции 2, выход которого соединен с входом порогового устройства 3, выход которого соединен со входом блока логического умножения 4, второй вход которого соединен с блоком анализа облачности 5, выход блока логического умножения 4 соединен с одним из входов устройства управления 6, второй вход которого соединен с выходом блока оценки метеообстановки 7, выход устройства управления 6 соединен с входом генератора отрицательно заряженных ионов кислорода 8.

Заявляемая солнечная электростанция работает следующим образом.

На выходе фотоэлектрических и/или термодинамических преобразователей солнечной энергии (выходе солнечной электростанции) 1 производится измерение электрической мощности с помощью измерителя выходной мощности и энергии солнечной электростанции 2, и при снижении мощности меньше определенного уровня (при сравнении ее с заданным порогом) в пороговом устройстве 3 сигнал поступает на один из входов блока логического умножения 4. В блоке анализа облачности 5, который представляет видеокамеру с широким объективом (типа «рыбий глаз») с блоком автоматического выделения на небосклоне облаков в видимом диапазоне длин электромагнитных волн и/или станцию приема и обработки данных дистанционного зондирования Земли из космоса в случае наличия облачности, вырабатывается сигнал, который поступает на второй вход блока логического умножения 4, работающего по схеме И. При совпадении по времени двух сигналов, свидетельствующих о том, что одновременно произошло снижение электрической мощности на выходе солнечной электростанции 1 и наличии на небосклоне облачности, на выходе блока логического умножения 4 вырабатывается сигнал, который поступает на вход устройства управления 6. В устройстве управления 6 на основе информации о параметрах исходной метеообстановки (температуре, влажности, скорости и направлении ветра и др.), поступающей от блока оценки метеообстановки 7, определяют режимы работы генератора отрицательно заряженных ионов кислорода, и сигнал об этом поступает на вход генератора отрицательно заряженных ионов кислорода 8. Генератор 8 отрицательно заряженных ионов кислорода получает электрическую энергию от солнечной электростанции и генерирует конвективный восходящий поток отрицательно заряженных ионов кислорода, образующихся при коронном разряде. Режимы работы генератора отрицательно заряженных ионов кислорода (уровень напряженности электростатического поля и временные интервалы поддержания заданного уровня напряженности электростатического поля) задаются устройством управления 6 в зависимости от исходных метеопараметров атмосферы над заданной территорией. Конвективный восходящий поток 9 отрицательно заряженных ионов кислорода формирует конвективную атмосферную ячейку, представляющую из себя систему восходящих и нисходящих потоков воздуха. При расположении нескольких генераторов 8 отрицательно заряженных ионов кислорода по периметру заданной территории, на которой располагаются фотоэлектрические и/или термодинамические преобразователи солнечной энергии 1 осуществляют управляемый процесс воздействия на атмосферные образования. При включении генераторов 8 отрицательно заряженных ионов кислорода в верхних слоях атмосферы в облаках 10 за счет конденсации происходит интенсивное образование облачных капель. При длительности воздействия на одни и те же облачные образования происходит кратковременное или длительное выпадение осадков вне заданной территории. При этом над заданной территорией (месторасположение фотоэлектрических и/или термодинамических преобразователей солнечной энергии) образуются нисходящие потоки сухого перегретого воздуха, которые при своем движении приводят к интенсивному испарению натекающих по ветру 11 облачных частиц 12 и осадков, т.е. происходит рассеяние облачности.

Таким образом, над поверхностью солнечной электростанции происходит рассеяние облачности, что в свою очередь приводит к увеличению ее мощности. Потребляемая генератором 8 мощность составляет величину порядка 100 ватт.

Важно отметить, что отпадает необходимость подключения внешних источников энергии для обеспечения функционирования предлагаемого устройства. Это связано с тем, что электропитание отдельных элементов заявляемого устройства осуществляется за счет энергии, вырабатываемой фотоэлектрическими и/или термодинамическими преобразователями солнечной энергии 1 без особого ущерба для конечного потребителя. Энергетические потоки от фотоэлектрических и/или термодинамических преобразователей солнечной энергии 1 к составным элементам предлагаемого устройства показаны на чертеже штрихпунктирными линиями.

Положительный эффект от использования предлагаемого изобретения заключается в том, что его применение значительно повышает электрическую мощность и энергию, вырабатываемую солнечной электростанцией.

Коэффициент эффективности устройства при использовании его в качестве источника дополнительной энергии можно рассчитать по формуле:

где P₁ - электрическая мощность, вырабатываемая солнечной электростанцией при отсутствии облачности;

Р₃ - электрическая мощность, затрачиваемая на энергоснабжение составных частей солнечной электростанции;

Р₂ - электрическая мощность, вырабатываемая солнечной электростанцией при наличии облачности;

а - коэффициент, учитывающий увеличение электрической мощности солнечной электростанции при условии отсутствия облачности.

Из практики известно, что коэффициент а может меняться от нескольких единиц при малой облачности до десяти и более при мощной сплошной циклонической облачности. Если принять, что Р₃<<Р₂, например при мощности солнечной электростанции не менее чем 1 киловатт, то, как видно из формулы (1), коэффициент эффективности заявляемой солнечной электростанции может достигать значения величины а. Физически это означает, что за счет применения предлагаемого изобретения полезная электрическая мощность солнечной электростанции может возрасти в несколько раз.

Устройство управления 6 может быть соединено с генератором отрицательно заряженных ионов кислорода 8 с помощью дистанционных каналов связи. Дистанционными каналами связи при этом могут быть, например, Интернет, интранет, спутниковая связь, радиолинейная, радиосвязь, мобильная связь и др.

Для повышения надежности обеспечения процесса рассеяния облачности в зависимости от метеообстановки могут быть одновременно использованы несколько (от двух до пяти) устройств управления и несколько (от двух до пяти) генераторов отрицательно заряженных ионов кислорода. При этом совместная работа нескольких блоков управления и генераторов отрицательно заряженных ионов кислорода позволит обеспечить рассеяние облачности на территории с линейными размерами L=50-100 км и на площади до 30000 км ² в течение времени от нескольких часов до 2-3 дней в зависимости от исходной метеообстановки.

Изобретение относится к гелиотехнике, в частности к солнечным электростанциям для получения электричества и теплоты. В солнечную электростанцию, содержащую фотоэлектрические и/или термодинамические преобразователи солнечной энергии, измеритель выходной мощности и энергии солнечной электростанции, дополнительно введены пороговое устройство, блок логического умножения, блок анализа облачности, блок оценки метеообстановки, генератор отрицательно заряженных ионов кислорода, устройство управления, при этом выход солнечной электростанции соединен с входом измерителя мощности и энергии солнечной электростанции, выход измерителя мощности и энергии солнечной электростанции соединен с входом порогового устройства, выходной сигнал от которого при условии, что сигнал от измерителя мощности и энергии солнечной электростанции окажется меньше заданного порога, подается на один из входов блока логического умножения, на второй вход которого подается сигнал от блока анализа облачности, выход блока логического умножения соединен с одним из входов устройства управления, второй вход которого соединен с выходом блока оценки метеообстановки, выход устройства управления соединен с входом генератора отрицательно заряженных ионов кислорода. Изобретение должно обеспечить повышение мощности солнечных электростанций за счет рассеяния облачности. 5 з.п. ф-лы, 1 ил.

1. Солнечная электростанция, включающая фотоэлектрические и/или термодинамические преобразователи солнечной энергии, измеритель выходной мощности и энергии солнечной электростанции, отличающаяся тем, что солнечная электростанция содержит пороговое устройство, блок логического умножения, блок анализа облачности, блок оценки метеообстановки, генератор отрицательно заряженных ионов кислорода, устройство управления, при этом выход солнечной электростанции соединен с входом измерителя мощности и энергии солнечной электростанции, выход измерителя мощности и энергии солнечной электростанции соединен с входом порогового устройства, выходной сигнал от которого при условии, что сигнал от измерителя мощности и энергии солнечной электростанции окажется меньше заданного порога, подается на один из входов блока логического умножения, на второй вход которого подается сигнал от блока анализа облачности, выход блока логического умножения соединен с одним из входов устройства управления, второй вход которого соединен с выходом блока оценки метеообстановки, выход устройства управления соединен с входом генератора отрицательно заряженных ионов кислорода.2. Солнечная электростанция по п.1, отличающаяся тем, что блок анализа облачности выполнен в виде видеокамеры типа "рыбий глаз" с блоком автоматического выделения облаков и/или станции приема и анализа данных дистанционного зондирования Земли из космоса.3. Солнечная электростанция по п.1, отличающаяся тем, что устройство управления и генератор отрицательно заряженных ионов кислорода размещены на расстоянии 0-100 км от фотоэлектрических и/или термодинамических преобразователей солнечной энергии.4. Солнечная электростанция по п.1, отличающаяся тем, что устройство управления и генератор отрицательно заряженных ионов кислорода функционально одновременно соединены с несколькими фотоэлектрическими и/или термодинамическими преобразователями солнечной энергии.5. Солнечная электростанция по п.1, отличающаяся тем, что устройство управления соединено с генератором отрицательно заряженных ионов кислорода с помощью дистанционных каналов связи.6. Солнечная электростанция по п.1, отличающаяся тем, что она содержит от двух до пяти устройств управления и от двух до пяти генераторов отрицательно заряженных ионов кислорода.