СОЛНЕЧНАЯ КОНЦЕНТРАТОРНАЯ ФОТОЭЛЕКТРИЧЕСКАЯ УСТАНОВКА Российский патент 2013 года по МПК H01L31/00 F24J2/42 F24J2/54 

Изобретение относиться к солнечной фотоэнергетике и может найти применение как в мощных солнечных электростанциях, так и в качестве фотоэлектрической энергоустановки индивидуального пользования.

Известна фотоэлектрическая установка, следящая за положением Солнца (см. патент DE 10343374, МПК F24J 2/38; F24J 2/54; H01L 31/042, опубл. 23.12.2004), которая содержит кольцевую платформу из швеллера, на которой размещена прямоугольная рама для установки фотоэлектрического модуля и система слежения за Солнцем, включающая подсистему азимутального вращения. Прямоугольная рама перемещается по платформе с помощью пары колес, охватывающих снизу и сверху горизонтальную полку швеллера кольцевой платформы.

Недостатком известной фотоэлектрической установки является ненадежность работы установки в зимних условиях, при которых возможно оледенение горизонтальной полки швеллера, что будет препятствовать передвижению пары колес, охватывающих полку. Кроме того, в установке отсутствует привод зенитального вращения.

Известна фотоэлектрическая установка с системой ориентации на Солнце (см. патент RU 2377474, МПК F24J 2/54, опубл. 27.12.2009), содержащая платформу, на которой размещена прямоугольная консоль для закрепления фотоэлектрической батареи и система слежения за Солнцем. Система слежения за Солнцем включает подсистему азимутального вращения и подсистему зенитального вращения. Платформа выполнена в виде пространственной рамы. Подсистема азимутального вращения выполнена в виде горизонтального кольцевого основания, нижней поверхностью опирающегося по меньшей мере на три разнесенных по окружности ролика, закрепленных на платформе, по меньшей мере один из которых является ведущим роликом с приводом. Подсистема зенитального вращения и прямоугольная консоль для закрепления фотоэлектрической батареи установлены с возможностью вращения в вертикальной плоскости на горизонтальной оси, закрепленной на вершине пирамидальной рамы, прикрепленной к горизонтальному кольцевому основанию.

Недостатком известной фотоэлектрической установки является наличие пирамидальной рамы, которая значительно возвышается над поверхностью земли, за счет чего увеличивается ветровая нагрузка на фотоэлектрические модули.

Известна солнечная фотоэнергетическая установка (см. патент RU 2377472, МПК F24JM 2/42, опубл. 27.12.2009), включающая солнечную батарею из концентраторных фотоэлектрических модулей, размещенных на механической системе ориентации концентраторных фотоэлектрических модулей на Солнце в виде горизонтальной рамной конструкции, содержащей азимутальный электропривод и зенитальные электроприводы, устройство контроля положения Солнца, имеющее каналы зенитального и азимутального слежения, концентраторные фотоэлектрические модули расположены на упомянутой механической системе параллельными рядами вплотную друг к другу в каждом ряду, при этом горизонтальное расстояние d между соседними рядами концентраторных фотоэлектрических модулей удовлетворяет соотношению, см:

h≤d≤h/sin(22,6-0,2φ),

где h - вертикальный размер модуля, см;

φ - географическая широта места расположения установки, град;

разность h₁ высот предыдущего и последующего рядов концентраторных фотоэлектрических модулей удовлетворяет соотношению, см:

0≤h₁≤h.

Недостатком известной фотоэлектрической установки является наличие индивидуального привода зенитального вращения для каждого ряда модулей, таким образом, каждый ряд модулей необходимо контролировать отдельно, что усложняет конструкцию и увеличивает стоимость системы.

Известна солнечная концентраторная фотоэлектрическая установка (см. патент RU 2286517, МПК F24J 2/42, опубл. 27.10.2006), совпадающая с заявляемым техническим решением по наибольшему числу существенных признаков и принятая за прототип. Установка-прототип содержит солнечную батарею из концентраторных фотоэлектрических модулей, размещенных на механической системе, содержащей электропривод и систему ориентации фотоэлектрических модулей на Солнце. Механическая система ориентации образована двумя рамами - базовой и подвешенной. Базовая рама установлена с возможностью вращения вокруг вертикальной оси, опираясь на подстилающую поверхность с помощью колес, одно из которых снабжено электроприводом. Подвешенная рама установлена с возможностью вращения вокруг горизонтальной оси от электропривода. Солнечная батарея состоит из модулей с солнечными концентраторами, расположенных на подвешенной раме в виде ступеней.

Недостатком такой конструкции является наличие только одного приводного колеса, что накладывает ограничение на размер базовой рамы и, следовательно, ограничивает единичную мощность фотоэлектрической установки.

Задачей настоящего технического решения является создание солнечной концентраторной фотоэлектрической установки и увеличение единичной мощности фотоэлектрической установки при сохранении достаточно простой конструкции.

Поставленная задача решается тем, что солнечная концентраторная фотоэлектрическая установка включает концентраторные фотоэлектрические модули, размещенные на механической системе, азимутальный и зенитальный приводы и систему ориентации фотоэлектрических модулей на Солнце с датчиком положения Солнца, имеющим азимутальный и зенитальные каналы. Механическая система образована базовой рамой и по меньшей мере двумя подвешенными рамами. Базовая рама установлена с возможностью вращения вокруг вертикальной оси по кольцевому основанию с помощью колес, из которых два колеса снабжены отрезками роликовой цепи, сопряженными с зубчатыми шестернями, закрепленными на торцах двух горизонтально расположенных противоположно вращающихся выходных валов углового конического редуктора азимутального электропривода, установленного на базовой раме. Каждая подвешенная рама с концентраторными фотоэлектрическими модулями прикреплена к горизонтальной трубе, установленной с возможностью вращения на прикрепленных к базовой раме стойках, и с помощью рычагов и штанг шарнирно соединена с соседними подвешенными рамами. Одна из подвешенных рам снабжена разнесенными по сторонам двумя вертикальными круговыми сегментами с закрепленными на их круговой поверхности отрезками роликовой цепи, сопряженными с зубчатыми шестернями, закрепленными на горизонтальном валу редуктора зенитального электропривода, установленного на базовой раме. Расстояние L между горизонтальными трубами соседних подвешенных рам удовлетворяет соотношению:

M<L<M/Sin(90°-φ), см,

где М - ширина солнечной батареи, см;

φ<50° - широта места расположения установки, град, так как при больших широтах необходимо значительное увеличение расстояния между модулями во избежание взаимного затенения модулей, что неоправданно увеличит размер установки, делая ее использование нецелесообразным.

Наличие двух ведущих колес дает возможность увеличить размеры базовой рамы и, следовательно, единичную мощность установки. Наличие таких рычагов позволяет контролировать движение всех подвешенных рам одновременно, что дает возможность упростить конструкцию.

Настоящее изобретение поясняется чертежами, где

на фиг.1 приведен вид сбоку на настоящую солнечную концентраторную фотоэлектрическую установку (Солнце по углом 45°);

на фиг.2 дано увеличенное изображение части установки, показанной на фиг.1;

на фиг.3 показан вид сбоку на часть солнечной концентраторной фотоэлектрической установки (Солнце в зените);

на фиг.4 приведен вид сзади на установку, показанную на фиг.1;

на фиг.5 дано увеличенное изображение фрагмента А, показанного на фиг.4;

на фиг.6 показано увеличенное изображение центральной части установки, показанной на фиг.4;

на фиг.7 приведен вид сверху в аксонометрии на солнечную концентраторную фотоэлектрическую установку (под углом 45° к горизонту).

Солнечная электрическая установка (см. фиг.1 - 7) включает кольцевое основание 1, концентраторные фотоэлектрические модули 2, размещенные на механической системе. Механическая система образована базовой рамой 3 и подвешенными рамами 4. Базовая рама 3 установлена с возможностью вращения вокруг вертикальной оси, опираясь на кольцевое основание 1 с помощью колес 5, два из которых снабжены азимутальным электроприводом, расположенным в электромеханическом шкафу 6, установленным на базовой раме 3. Азимутальный электропривод включает угловой конический редуктор 7 с двумя горизонтально расположенными выходными валами 8, имеющими противоположное направление вращения. На торцах выходных валов 8 установлены две зубчатые шестерни 9, сопряженные с отрезками роликовой цепи 10, закрепленными на двух колесах 5, установленных через стойки 11 под базовой рамой 3. Подвешенные рамы 4 установлены с возможностью вращения вокруг горизонтальной оси с помощью установленного на базовой раме 3 зенитального электропривода, расположенного в электромеханическом шкафу 6, на горизонтальном валу редуктора которого установлены две зубчатые шестерни 13, сопряженные с отрезками роликовых цепей 14, закрепленных на круговых секторах 15, соединенных с подвешенной рамой 4 с помощью штанг 16, 17 и сегментов 18. Сегменты 18 прикреплены к трубе 19, закрепленной посредством подшипников на стойках 20, установленных на базовой раме 3. Сегменты 15 соединены через шарниры 21 с рычагами 22, соединенными, в свою очередь, через шарниры 23 со штангами 24, поддерживающими сегменты 18 соседней подвешенной рамы 4. Система ориентации фотоэлектрических модулей на Солнце включает датчик 25 положения Солнца, содержащий азимутальный и зенитальный каналы, обеспечивающий перпендикулярное положение концентраторных фотоэлектрических модулей 2 к направлению на Солнце, установлен на одной из подвешенных рам 4. Расстояние L между осями труб 19 установлено в диапазоне М<L<М/Sin(90°-φ), где М - ширина солнечной батареи (см), φ - широта места расположения установки (град), устанавливаемая менее 50°.

Солнечная электрическая установка работает следующим образом. На восходе солнца концентраторные фотоэлектрические модули 2 ориентированы на восток, датчик 25 положения Солнца фиксирует его появление. По мере того как Солнце поднимается, базовая рама 3, опираясь на кольцевое основание 1 с помощью колес 5, начинает вращение вокруг вертикальной оси, азимутально следя за положением Солнца. Одновременно с этим происходит зенитальное слежение за положением Солнца. Подвешенные рамы 4 начинают движение вокруг горизонтальной оси, поддерживая модули 2 в плоскости, перпендикулярной направлению на Солнце. Когда Солнце достигает наивысшей точки, концентраторная фотоэлектрическая установка находится в положении, показанном на фиг.2, модули 2 принимают горизонтальное положение. Затем, по мере того как Солнце снижается, базовая рама 3 продолжает движение вокруг вертикальной оси, а модули 2 начинают движение в обратном направлении, постепенно возвращаясь в вертикальное положение. После захода Солнца базовая рама 3, совершив полный оборот вокруг вертикальной оси, возвращается в исходное положение.

Солнечная концентраторная фотоэлектрическая установка содержит концентраторные фотоэлектрические модули (2), размещенные на механической системе, азимутальный и зенитальный приводы, расположенные в электромеханическом шкафу, и систему ориентации концентраторных фотоэлектрических модулей (2) на Солнце с датчиком положения Солнца. Механическая система образована базовой рамой (3) и по меньшей мере двумя подвешенными рамами (4). Базовая рама (3) установлена с возможностью вращения вокруг вертикальной оси по кольцевому основанию (1) с помощью колес (5). Два колеса (5) снабжены отрезками роликовой цепи, сопряженными с зубчатыми шестернями, закрепленными на торцах двух горизонтально расположенных противоположно вращающихся выходных валов (8) углового конического редуктора азимутального электропривода, установленного на базовой раме (3). Каждая подвешенная рама (4) с концентраторными фотоэлектрическими модулями (2) прикреплена к горизонтальной трубе, установленной с возможностью вращения на прикрепленных к базовой раме (3) стойках, и с помощью рычагов и штанг шарнирно соединена с соседними подвешенными рамами (4). Одна из подвешенных рам (4) снабжена разнесенными по сторонам двумя вертикальными круговыми секторами с закрепленными на их круговой поверхности отрезками роликовой цепи, сопряженными с зубчатыми шестернями, закрепленными на горизонтальном валу редуктора зенитального электропривода, установленного на базовой раме (3). Расстояние L между горизонтальными трубами соседних подвешенных рам (4) удовлетворяет определенному соотношению. Изобретение должно обеспечить увеличение единичной мощности фотоэлектрической установки при сохранении достаточно простой конструкции. 7 ил.

Солнечная концентраторная фотоэлектрическая установка, включающая концентраторные фотоэлектрические модули, размещенные на механической системе, азимутальный и зенитальный приводы и систему ориентации концентраторных фотоэлектрических модулей на Солнце с датчиком положения Солнца; механическая система образована базовой рамой и по меньшей мере двумя подвешенными рамами, базовая рама установлена с возможностью вращения вокруг вертикальной оси по кольцевому основанию с помощью колес, из которых два колеса снабжены отрезками роликовой цепи, сопряженными с зубчатыми шестернями, закрепленными на торцах двух горизонтально расположенных противоположно вращающихся выходных валов углового конического редуктора азимутального электропривода, установленного на базовой раме; каждая подвешенная рама с концентраторными фотоэлектрическими модулями прикреплена к горизонтальной трубе, установленной с возможностью вращения, и с помощью рычагов и штанг шарнирно соединена с соседними подвешенными рамами; одна из подвешенных рам снабжена разнесенными по сторонам двумя вертикальными круговыми сегментами с закрепленными на их круговой поверхности отрезками роликовой цепи, сопряженными с зубчатыми шестернями, закрепленными на горизонтальном валу редуктора зенитального электропривода, установленного на базовой раме, при этом расстояние L между горизонтальными трубами соседних подвешенных рам удовлетворяет соотношению:
M<L<M/Sin(90°-φ), см,
где М - ширина солнечной батареи, см;
φ<50° - широта места расположения установки, град.