СИСТЕМА АВТОНОМНОГО ЭНЕРГООБЕСПЕЧЕНИЯ ПОТРЕБИТЕЛЕЙ ЭЛЕКТРОЭНЕРГИИ БАШНИ СЕТЧАТОЙ КОНСТРУКЦИИ Российский патент 2016 года по МПК F03D9/00 H02S10/12 

Предлагаемое изобретение относится к области энергетики и гелиотехники, а именно к системам энергообеспечения объектов башенного типа, и может быть использовано для получения электрической и тепловой энергии, например, электропитания электронных объектов, например радиотрансляционного и телекоммуникационного оборудования (стационарная возимая базовая станция, персональные (портативные) радиостанции типа NOKIA FLEXI и групповые зарядные устройства для них, портативные компьютеры, энергосберегающие лампы, сотовые телефоны и др.), электроснабжения других потребителей электроэнергии, например электронасоса, кондиционеров, нагрева воды и воздуха в системах отопления и горячего водоснабжения, зарядки электромобилей и т.п., а также аккумулирования электроэнергии для обеспечения энергообеспечения объектов башенного типа в ночное и/или безветренное время суток.

В настоящее время проблема использования экологически чистых, доступных и дешевых источников энергии встала достаточно остро. Особое место среди таких источников энергии занимает солнечная и ветровая энергии. Существующие в настоящее время устройства для преобразования солнечной энергии в электрическую и тепловую энергии, а ветровой энергии - в электрическую являются недостаточно эффективными по ряду причин. Так, устройства для преобразования солнечной энергии в электрическую и тепловую энергии, а ветровой энергии - в электрическую и потребители вырабатываемой ими электрической энергии, как правило, разнесены на значительные расстояния, т.е. не характеризуются компактностью. Это может снизить эффективность их использования с учетом необходимости излишней уплаты за аренду земли и прокладывания дополнительных электрических коммуникаций. Сами устройства для преобразования солнечной энергии в электрическую и тепловую энергии недостаточно эффективны, что особенно важно в безветренную погоду при отсутствии поступления электроэнергии от устройств для преобразования ветровой энергии - в электрическую.

Поэтому проблема создания именно компактных и высокоэффективных систем автономного энергообеспечения потребителей электроэнергии посредством использования конструкций башенного типа и высокоэффективных устройств для преобразования солнечной энергии в электрическую и тепловую энергии в настоящее время встала достаточно остро.

Известна энергоаккумулирующая установка для обогрева объектов, например теплиц, башенного типа, содержащая солнечные батареи, связанные с преобразователем напряжения, и ветроагрегат, связанный через электродвигатель и преобразователь напряжения с компрессором атмосферного воздуха, сообщающийся на выходе с пневмоаккумулятором и водовоздушным теплообменником, который сблокирован с тепловым гидроаккумулятором, теплораспределительную сеть, сообщающуюся на входе через обратный клапан с нижней частью теплового гидроаккумулятора и через редуктор давления воздуха - с пневмоаккумулятором, при этом выход теплораспределительной сети связан возвратным трубопроводом с верхней частью теплового гидроаккумулятора, которая сообщается с компрессором через сливную трубу [1].

Недостатками такой энергоаккумулирующей установки для обогрева объектов являются большая разбросанность солнечной батареи, преобразующей солнечную энергию в тепловую, и ветроагрегата, преобразующего ветровую энергию в электрическую, и потребителей вырабатываемых ими электрической энергии и тепла, что может снизить эффективность их использования с учетом необходимости излишней уплаты за аренду земли и прокладывания дополнительных коммуникаций. Используемые солнечной батареи недостаточно эффективны, что особенно важно в безветренную погоду при отсутствии поступления электроэнергии от ветроагрегата.

Известна система энергообеспечения автономного замкнутого пространства посредством многоканальной опоры башенного типа (трубы), выполненной с возможностью доступа в ее внутреннее пространство на уровни расположения оборудования и каналов передачи энергии, снабженная в своей нижней части системой высоко- и низкотемпературных теплоаккумуляторов, энергетически сообщенными с ветроустановкой, с располагаемыми на поверхности замкнутого пространства солнечными фотоэлементами и солнечными коллекторами и с потребителями тепловой и электрической энергии, вырабатываемой электрогенератором, приводимым в действие от альтернативных источников с инверторами для электропривода вспомогательного оборудования или посредством регулируемой паросиловой установки, запускаемой на углеводородном резервном топливе, с парогенератором, по теплу сообщенным по меньшей мере с высокотемпературным теплоаккумулятором, паровой машиной и конденсатором, при этом многоканальная опора с выполненными внутри нее теплообменными каналами выхода воздуха из замкнутого пространства и каналами забора воздуха из атмосферы, сообщенными по теплу с теплообменными устройствами, например теплообменниками, тепловыми трубами, тепловыми насосами, между собой и низкотемпературным теплоаккумулятором, снабженным дополнительной секцией пониженной температуры, причем конденсатор паросиловой установки по теплу сообщен, например в ней расположен, с этой дополнительной секцией, например, имеющей отрицательную по Цельсию температуру, которая по теплу основным тепловым насосом, приводимым преимущественно посредством паросиловой установки, сообщена с первичной секцией низкотемпературного теплоаккумулятора, при этом верхняя часть опоры вне замкнутого пространства снабжена осесимметричной опоре жесткой площадкой с расположенной на ней электрогенераторной ветроустановкой, выходной воздушный канал которой, взаимодействующий с приводящим электрогенератор рабочим органом ветроустановки, выполнен с возможностью закрутки проходящего через него потока воздуха и сообщен с выходными вентиляционными каналами трубной опоры, каналом отвода отработанных горячих газов и пара паросиловой установки, каналом отвода тепла от теплоаккумуляторов, причем по меньшей мере часть указанных каналов выполнена с возможностью регулирования их проходных сечений для управления тепловыми потоками в энергосистеме посредством дроссельных задвижек, при этом проточная часть ветроустановки содержит теплообменники подвода теплоты протекающего через них воздуха к низкотемпературному теплоаккумулятору посредством теплового насоса или/и тепловой трубы, а между опорой и замкнутым пространством выполнены радиальные каналы и коллекторы передачи тепла/холода, бытовых отходов, воды (питьевой, технической, горячей) с приводом вентиляторов и насосов от паросиловой установки непосредственно или посредством электродвигателей [2].

Недостатками такой системы энергообеспечения автономного замкнутого пространства посредством многоканальной опоры башенного типа (трубы) являются большая разбросанность солнечных фотоэлементов и солнечных коллекторов, преобразующих солнечную энергию в электрическую и тепловую, и ветроустановки, преобразующей ветровую энергию в электрическую, и потребителей вырабатываемых ими электрической энергии и тепла, что может снизить эффективность их использования с учетом необходимости излишней уплаты за аренду земли и прокладывания дополнительных коммуникаций. Используемые солнечной фотоэлементы и солнечные коллекторы не достаточно эффективны, что особенно важно в безветренную погоду при отсутствии поступления электроэнергии от ветроустановки.

Наиболее близким техническим решением (прототипом) является система автономного энергообеспечения электронных объектов башни сетчатой конструкции, содержащая, по крайней мере, один ветромодуль, установленный на центральной осевой линии башни сетчатой конструкции и электрически соединенный с аккумуляторной батареей, солнечные батареи, установленные на внешней поверхности башни сетчатой конструкции ниже ветромодуля и электрически соединенные с аккумуляторной батареей, преобразователи постоянного напряжения, преобразующие входное постоянное напряжение, поступающее с блока электропитания ветромодуля и солнечных батарей, в постоянное напряжение, пригодное для электропитания потребителей, и для зарядки вторичных аккумуляторных батарей, инверторы, преобразующие входное постоянное напряжение, поступающее с блока электропитания ветромодуля и солнечных батарей, в переменное однофазное напряжение, пригодное для электропитания потребителей, при этом в качестве электронных объектов использовано оборудование ретранслятора [3].

Недостатком известного технического решения (прототипа) является то, что используемые в известной системе автономного энергообеспечения электронных объектов башни сетчатой конструкции солнечные батареи недостаточно эффективны, что особенно важно в безветренную погоду при отсутствии поступления электроэнергии от ветроустановки.

Новым достигаемым техническим результатом предлагаемого изобретения является повышение эффективности используемых солнечных батарей.

Новый технический результат достигается тем, что в систему автономного энергообеспечения потребителей электроэнергии башни сетчатой конструкции, содержащую, по крайней мере, один ветромодуль, связанный с башней сетчатой конструкции, солнечные батареи, закрепленные на башне, аккумуляторные батареи и систему преобразования и управления электропитанием, в отличие от прототипа введены дизель-генератор, система отражателей солнечного излучения и кондиционеры, при этом солнечные батареи закреплены на башне по ее периметру, отражатели закреплены на башне с возможностью оптического сопряжения между собой и с рабочей поверхностью части солнечных батарей, на которые не обеспечивается падение прямого солнечного излучения, для переотражения солнечного излучения на их рабочую поверхность, выходы соответствующих солнечных батарей, всех ветромодулей и дизель-генератора электрически соединены с соответствующими входами системы преобразования и управления электропитанием, выход которой электрически соединен с соответствующими входами аккумуляторных батарей, потребителей электроэнергии и кондиционерами, причем один из выходов аккумуляторных батарей электрически соединен с соответствующим входом системы преобразования и управления электропитанием.

В систему автономного энергообеспечения могут быть введены дополнительная система отражателей солнечного излучения, а солнечные батареи выполнены с двусторонней рабочей поверхностью, при этом дополнительные отражатели закреплены на башне с возможностью оптического сопряжения с рабочими поверхностями солнечных батарей, расположенными на противоположной от Солнца стороне солнечных батарей, для переотражения солнечного излучения на их рабочую поверхность, расположенную на противоположной от Солнца стороне.

В систему автономного энергообеспечения может быть введена система слежения за Солнцем, при этом солнечные батареи и/или отражатели закреплены на башне с возможностью изменения их ориентации в пространстве, причем система слежения за Солнцем электрически и механически соединена с соответствующими солнечными батареями и/или отражателями для обеспечения оптимизации мощности потока падающего на рабочие поверхности солнечных батарей солнечного излучения по мере перемещения Солнца по небосклону в течение светового дня посредством изменения их ориентации в пространстве.

Рабочие поверхности солнечных батарей могут быть выполнены V-образной формы.

В систему автономного энергообеспечения может быть введен теплообменник, контактирующий с тыльной поверхностью рабочих поверхностей солнечных батарей и обеспечивающий охлаждение рабочих поверхностей в процессе работы, при этом теплообменник выполнен с возможностью отвода нагретой воды для использования в системах отопления и/или горячего водоснабжения.

Все ветромодули могут быть установлены на центральной осевой линии внутри башни сетчатой конструкции.

Все ветромодули могут быть установлены с возможностью их выдвижения за пределы башни сетчатой конструкции.

Система преобразования и управления электропитанием может быть выполнена в виде преобразователя постоянного напряжения, преобразующего входное постоянное напряжение, поступающее с блока электропитания ветромодуля и солнечных батарей в постоянное напряжение, пригодное для электропитания потребителей электроэнергии и для зарядки аккумуляторных батарей, инвертора, преобразующего входное постоянное напряжение, поступающее с блока электропитания ветромодуля и солнечных батарей, в переменное однофазное напряжение, пригодное для электропитания кондиционеров, и выпрямителей, преобразующих входное переменное напряжение, поступающее с дизель-генератора в постоянное напряжение, пригодное для электропитания потребителей электроэнергии и для зарядки аккумуляторных батарей, при этом выходы соответствующих солнечных батарей и всех ветромодулей электрически соединены посредством солнечных контроллеров заряда с преобразователем постоянного напряжения, соответствующие выходы дизель-генератора электрически соединены с входом выпрямителей и с распределительным щитом, отвечающим за питание кондиционеров, соответствующие выходы выпрямителей электрически соединены с потребителями электроэнергии и с соответствующими входами аккумуляторных батарей, выходы которых электрически соединены с потребителями электроэнергии, выход инвертора электрически соединен с распределительным щитом, соответствующие выходы преобразователя постоянного напряжения электрически соединены с потребителями электроэнергии и с соответствующими входами аккумуляторных батарей.

На фиг. 1-5 представлены принципиальные схемы выполнения системы автономного энергообеспечения потребителей электроэнергии башни сетчатой конструкции.

Система автономного энергообеспечения потребителей электроэнергии (1) башни сетчатой конструкции (2) содержит ветромодуль (3), установленный на центральной осевой линии (4) внутри башни сетчатой конструкции (2), солнечные батареи (5), закрепленные на башне (2) по ее периметру, систему преобразования и управления электропитанием (6), дизель-генератор (7), систему отражателей (8) солнечного излучения, кондиционеры (9) и аккумуляторные батареи (10), при этом отражатели (8) закреплены на башне (2) с возможностью оптического сопряжения между собой и с рабочей поверхностью (11) части солнечных батарей (5), на которые не обеспечивается падение прямого солнечного излучения, для переотражения солнечного излучения на их рабочую поверхность (11) (фиг. 1).

В систему автономного энергообеспечения могут быть введены дополнительная система отражателей (12) солнечного излучения, а солнечные батареи (5) выполнены с двусторонней рабочей поверхностью (11, 14), при этом дополнительные отражатели (12) закреплены на башне (2) с возможностью оптического сопряжения с рабочими поверхностями (14) солнечных батарей (5), расположенными на противоположной от Солнца стороне солнечных батарей (5), для переотражения солнечного излучения на их рабочую поверхность (14), расположенную на противоположной от Солнца стороне, а выдвигающийся ветромодуль (15) может быть установлен с возможностью выдвижения за пределы башни сетчатой конструкции (2) (фиг. 2).

В систему автономного энергообеспечения может быть введена система слежения за Солнцем (16), при этом солнечные батареи (5) и/или отражатели (8, 12) закреплены на башне (2) с возможностью изменения их ориентации в пространстве, причем система слежения за Солнцем (16) электрически и механически соединена с соответствующими солнечными батареями (5) и/или отражателями (8, 12) для обеспечения оптимизации мощности потока, падающего на V-образной формы рабочие поверхности (18) солнечных батарей (5) солнечного излучения, по мере перемещения Солнца по небосклону в течение светового дня посредством изменения их ориентации в пространстве и, как следствие, повышения съема электроэнергии с солнечных батарей (5) (фиг. 3).

В систему автономного энергообеспечения может быть введен теплообменник (19), контактирующий с тыльной поверхностью (20) V-образной формы рабочих поверхностей (18) солнечных батарей (5) и обеспечивающий охлаждение V-образной формы рабочих поверхностей (18) в процессе работы, при этом теплообменник (19) выполнен с возможностью отвода нагретой воды для использования в системах отопления и/или горячего водоснабжения (фиг. 4).

Система преобразования и управления электропитанием (6) может быть выполнена в виде преобразователя постоянного напряжения (21), преобразующего входное постоянное напряжение, поступающее с блока электропитания ветромодулей (3, 15) и солнечных батарей (5), в постоянное напряжение, пригодное для электропитания потребителей электроэнергии (1) и для зарядки аккумуляторных батарей (10), инвертора (22), преобразующего входное постоянное напряжение, поступающее с блока электропитания ветромодулей (3, 15) и солнечных батарей (5), в переменное однофазное напряжение, пригодное для электропитания кондиционеров (9), и выпрямителей (23), преобразующих входное переменное напряжение, поступающее с дизель-генератора (7), в постоянное напряжение, пригодное для электропитания потребителей электроэнергии (1) и для зарядки аккумуляторных батарей (10), при этом выходы соответствующих солнечных батарей (5) и всех ветромодулей (3, 15) электрически соединены посредством солнечных контроллеров заряда (24) с преобразователем постоянного напряжения (21), соответствующие выходы дизель-генератора (7) электрически соединены с входом (25) выпрямителей (23) и с распределительным щитом (27), отвечающим за питание кондиционеров (9), соответствующие выходы (28) выпрямителей (23) электрически соединены с потребителями электроэнергии (1) и с соответствующими входами (26) аккумуляторных батарей (10), выходы (29) которых электрически соединены с потребителями электроэнергии (1), выход (13) инвертора (22) электрически соединен с распределительным щитом (27), соответствующие выходы (17) преобразователя постоянного напряжения (21) электрически соединены с потребителями электроэнергии (1) и с соответствующими входами (26) аккумуляторных батарей (10) (фиг. 5).

Ветромодули (3, 15) предназначены для преобразования с высоким КПД кинетической энергии ветра в механическую энергию вращения вала с целью автономного снабжения электроэнергией потребителей электроэнергии в районах со среднегодовой скоростью ветра не менее 4 м/с.

В качестве ветромодулей (3, 15) могут быть использованы: 1) ветровая установка из сверхпрочного алюминиевого сплава фирмы Helix Wind мощностью на 2,5 или 5 кВт, имеющую вертикальную ось, или 2) ветровая роторная турбина Болотова [3] мощностью на 700 Вт или 2 кВт, представляющая собой центростремительную турбину, состоящую из неподвижного наружного статора и ротора вращения. Конец вала турбины соединен непосредственно с электрогенератором специальной конструкции. Внутренняя аэродинамика модулей согласована с местными свойствами ветра, а количество установленных модулей определяется требуемой мощностью ветроэлектростанции.

Солнечные батареи (5) предназначены для обеспечения электропитанием потребителей электроэнергии (1) в периоды безветрия и, при необходимости, подогрева воды для использования в системах отопления и/или горячего водоснабжения.

В качестве солнечных батарей (5) (рис. 1, 2) могут быть использованы последовательно соединенные покупные модули суммарным напряжением от 52 до 56 В и суммарной мощностью до 500 Вт.

Использование V-образной формы рабочих поверхностей (18) солнечных батарей (5) позволяет повысить светопоглощающую способность рабочих поверхностей (18) солнечных батарей (5) вследствие того, что свет в таких световых ловушках отражается до нескольких раз от активных слоев рабочих поверхностей (18) и, тем самым, увеличивает вероятность полного светопоглощения падающего на рабочую поверхность (18) светового излучения. Кроме этого V-образная форма рабочих поверхностей (18) солнечных батарей (5) позволяет поглощать световое излучение при гораздо более низком положении Солнца над горизонтом, чем для солнечных батарей (5) с плоской рабочей поверхностью (11). V-образная форма рабочих поверхностей (18) солнечных батарей (5) позволяет также устанавливать их по отношению к падающим солнечным лучам не строго перпендикулярно, как, например, в случае солнечных батарей (5) с плоскими рабочими поверхностями (11, 14) для обеспечения максимально эффективной их эксплуатации, а под некоторым углом. Последнее не только не снижает эффективности рабочих поверхностей (18) солнечных батарей (5) V-образной формы, но и позволяет более гибко функционировать системе слежения за Солнцем (16) при ориентации рабочих поверхностей (18) солнечных батарей (5) V-образной формы и отражателей (8, 12) по мере перемещения Солнца по небосводу в течение светового дня. При этом эффективность рабочих поверхностей (18) солнечных батарей (5) V-образной формы возрастает на 10% (рис. 3, 4).

Дизель-генератор (7) предназначен для электропитания кондиционеров (9) и через выпрямители (23), преобразующие входное переменное напряжение, поступающее с дизель-генератора (7), в постоянное напряжение, для электропитания потребителей электроэнергии (1) и зарядку аккумуляторных батарей (10) до определенного уровня при их разрядке.

В качестве дизель-генератора (7) может быть использован покупной дизель-генератор постоянного тока необходимой мощности.

Система преобразования и управления электропитанием (6) предназначена для запуска дизель-генератора (7) при разрядке аккумуляторных батарей (10) до определенного минимального уровня или отключения при зарядке аккумуляторных батарей (10) до определенного уровня. Система преобразования и управления электропитанием (6) предназначена также для преобразования входного постоянного напряжения, поступающего с блока электропитания ветромодулей (3, 15) и солнечных батарей (5), в постоянное напряжение, пригодное для электропитания потребителей электроэнергии (1) и для зарядки аккумуляторных батарей (10), и преобразования входного постоянного напряжения, поступающего с блока электропитания ветромодулей (3, 15) и солнечных батарей (5), в переменное однофазное напряжение, пригодное для электропитания потребителей электроэнергии (1).

В качестве системы преобразования и управления электропитанием (6) может быть использована, например, система управления IntegraTel ООО «Промышленные силовые машины», доработанная в соответствии со схемой, представленной на фиг. 5.

Аккумуляторные батареи (10) предназначены для накопления энергии, вырабатываемой солнечными батареями (5), ветромодулями (3, 15) и дизель-генератором (7).

В качестве аккумуляторной батареи (10) может быть использована покупная герметизированная свинцово-кислотная аккумуляторная батарея глубокого разряда с абсорбированным электролитом и с встроенными регулирующими клапанами и системой рекомбинации с рабочим напряжением - 12 В и номинальной емкостью - не менее 100 А×ч, не требующая обслуживания в течение всего срока службы фирмы Coslight типа 6-GFM (С) в виде не менее чем 4-х последовательно соединенных аккумуляторных батарей.

Кондиционеры (9) предназначены для поддержания заданного интервала температур, например, в помещении, где размещено радиотрансляционное и телекоммуникационное оборудование.

В качестве кондиционера (9) может быть использован покупной кондиционер постоянного тока необходимой мощности, например Daikin FT45 корпорации DAIKIN INDUSTRIES, LTD (Япония).

Системы отражателей (8, 12) солнечного излучения предназначены для переотражения солнечного излучения на рабочую поверхность (11, 14, 18) солнечных батарей (5), на которые не обеспечивается падение прямого солнечного излучения.

В качестве отражателей (8, 12) могут быть использованы покупные зеркальные, в том числе параболические, поверхности.

Система слежения за Солнцем (16) предназначена для обеспечения оптимизации мощности потока падающего на рабочие поверхности (11, 14, 18) солнечных батарей (5) солнечного излучения по мере перемещения Солнца по небосклону в течение светового дня посредством изменения их ориентации в пространстве.

В качестве системы слежения за Солнцем (16) могут быть использованы технические решения по патентам РФ на изобретение №2090777 или №2416767.

Башня сетчатой конструкции (2) предназначена для размещения электронных объектов, например радиотрансляционного и телекоммуникационного оборудования (стационарная возимая базовая станция, персональные (портативные) радиостанции типа NOKIA FLEXI и групповые зарядные устройства для них, портативные компьютеры, энергосберегающие лампы, сотовые телефоны и др.), солнечных батарей (5) и ветромодулей (3, 15), а также электропитания электронных объектов и других потребителей электроэнергии (1), например электронасоса, кондиционеров, нагрева воды и воздуха в системах отопления и горячего водоснабжения, зарядки электромобилей и т.п. посредством солнечных батарей (5) и ветромодулей (3, 15).

В качестве башни сетчатой конструкции (2) могут быть использованы технические решения по авторским свидетельствам №757673 или №779562.

Теплообменник (19) предназначен для охлаждения рабочих поверхностей (11, 14, 18) солнечных батарей (5) в процессе работы с целью повышения эффективности работы солнечных батарей (5) и, при необходимости, подвода нагретой при охлаждении рабочих поверхностей (11, 14, 18) солнечных батарей (5) воды для использования в системах отопления и/или горячего водоснабжения.

В качестве теплообменника (19) могут быть использованы, например, покупные теплообменники необходимой мощности.

Контроллеры заряда (24) предназначены для оптимального заряда аккумуляторов от солнечных батарей (5) или других источников постоянного напряжения. В качестве контроллеров заряда (24) могут быть использованы, например, покупные контроллеры заряда МРРТ 60А фирмы Voltronic Power.

Система автономного энергообеспечения потребителей электроэнергии башни сетчатой конструкции работает следующим образом.

После сооружения башни сетчатой конструкции (2), например радиотрансляционной вышки в труднодоступных и необитаемых районах, и размещения на ней электронных объектов, например радиотрансляционного и телекоммуникационного оборудования (стационарная возимая базовая станция, персональные (портативные) радиостанции типа NOKIA FLEXI компании Nokia Siemens Networks и групповые зарядные устройства для них, портативные компьютеры, энергосберегающие лампы, сотовые телефоны и др.), осуществляют монтаж элементов система автономного энергообеспечения данных электронных объектов и других потребителей электроэнергии (1) в соответствии с фиг. 1-5.

По завершении монтажа элементов система автономного энергообеспечения электронных объектов и других потребителей электроэнергии (1) осуществляют запуск солнечной батареи (5) и/или ветромодулей (3, 15) в зависимости от наличия Солнца и ветра.

При необходимости подключают систему слежения за Солнцем (16) для оптимизации мощности потока, падающего на рабочие поверхности (11, 14, 18) солнечных батарей (5) солнечного излучения, по мере перемещения Солнца по небосклону в течение светового дня посредством изменения их ориентации в пространстве и, как следствие, повышения съема электроэнергии с солнечных батарей (5) (фиг. 3).

При необходимости подключают также теплообменник (19) для охлаждения рабочих поверхностей (11, 14, 18) солнечных батарей (5) в процессе работы с целью повышения эффективности работы солнечных батарей (5) и подвода, при необходимости, нагретой при охлаждении рабочих поверхностей (11, 14, 18) солнечных батарей (5) воды для использования в системах отопления и/или горячего водоснабжения (фиг. 4).

Получаемая при этом от солнечной батареи (5) и/или ветромодулей (3, 15) электро- и тепловая энергия обеспечивают электропитание электронных объектов и других потребителей электроэнергии (1), зарядку аккумуляторных батарей (10) для обеспечения электропитания электронных объектов и других потребителей электроэнергии (1) в темное время суток, при отсутствии солнечного излучения и/или отсутствия ветра необходимой мощности и, как следствие, недостаток электроснабжения прежде всего электронных объектов, а также подачу тепла, при необходимости, в системы отопления и/или горячего водоснабжения.

При необходимости, особенно в период ввода системы автономного энергообеспечения электронных объектов и других потребителей электроэнергии (1) в эксплуатацию, подключают дизель-генератор (7) для электропитания электронных объектов и других потребителей электроэнергии (1) при недостаточной зарядке аккумуляторных батарей (10), в частности, вследствие недостаточного поступления электропитания для электронных объектов и других потребителей электроэнергии (1) из-за нестабильности работы солнечной батареи (5) и/или ветромодулей (3, 15) в период их отладки и вывода на проектную мощность.

В обычном режиме потребители электроэнергии (1), например радиотрансляционное и телекоммуникационное оборудование, питаются от солнечной батареи (5) и/или ветромодулей (3, 15) через преобразователь постоянного напряжения (21), преобразующий входное постоянное напряжение, поступающее с блока электропитания ветромодулей (3, 15) и солнечных батарей (5), в постоянное напряжение, пригодное для электропитания потребителей электроэнергии (1) и/или через инвертор (22), преобразующий входное постоянное напряжение, поступающее с блока электропитания ветромодулей (3, 15) и/или солнечных батарей (5), в переменное однофазное напряжение, пригодное для электропитания кондиционеров (9).

В течение дня энергии, вырабатываемой солнечной батареей (5) и/или ветромодулями (3, 15), как правило, достаточно для электропитания потребителей электроэнергии (1) и кондиционеров (9). Если энергии, вырабатываемой солнечной батареей (5) и/или ветромодулями (3, 15), больше, чем требуется для электропитания потребителей электроэнергии (1) и кондиционеров (9), то избыточная электроэнергия от солнечной батареи (5) и/или ветромодулей (3, 15) направляется на зарядку аккумуляторных батарей (10).

Если вследствие безветрия и отсутствия Солнца электропитание потребителей электроэнергии (1) и кондиционеров (9) от солнечной батареи (5) и/или ветромодулей (3, 15) прекращается, электропитание потребителей электроэнергии (1) и кондиционеров (9) обеспечивается от аккумуляторных батарей (10).

В случае разрядки аккумуляторных батарей (10) при электропитании потребителей электроэнергии (1) и кондиционеров (9) до определенного минимального уровня и при отсутствии возможности электропитания потребителей электроэнергии (1) и кондиционеров (9), например, вследствие безветрия и отсутствия Солнца система преобразования и управления электропитанием (6) запускает дизель-генератор (7), который одновременно обеспечивает электропитание кондиционеров (9) и через выпрямители (23), преобразующие входное переменное напряжение, поступающее с дизель-генератора (7), в постоянное напряжение, электропитание потребителей электроэнергии (1) и зарядку аккумуляторных батарей (10). Когда аккумуляторные батареи (10) заряжаются до определенного уровня, система преобразования и управления электропитанием (6) отключает дизель-генератор (7).

На основании вышеизложенного новым достигаемым техническим результатом предлагаемого изобретения по сравнению с прототипом является следующее.

1. Повышение эффективности используемых солнечных батарей не менее чем на 10% за счет использования систем слежения за Солнцем и отражателей солнечного излучения, V-образной формы рабочих поверхностей солнечных батарей, солнечных батарей с двусторонней рабочей поверхностью и теплообменника.

2. Повышение устойчивости и эффективности эксплуатации системы автономного энергообеспечения потребителей электроэнергии башни сетчатой конструкции не менее чем на 10% за счет повышения эффективности используемых солнечных батарей, что особенно актуально в труднодоступных и необитаемых районах.

3. Возможность эффективно выполнять функции электро- и теплозаправочной станции, а при избытке электроэнергии накапливать ее в соответствующих энергоаккумулирующих устройствах.

Источники информации

1. Авторское свидетельство РФ №1687113, МКИ F03D 9/02, 1991.

2. Патент РФ №2352866, МКИ F24D 15/02, 2009.

3. Трофимов Г.Г. Возможности применения передовых технологий по внедрению ЭЭ и использования ВИЭ в Казахстане. - Third International Forum: Energy for Sustainable Development. - Capacity building for energy efficiency and access to cleaner energy in Central Asia and neighboring regions. - Kyrgyzstan, Issyk Kul Lake, 12-14 September 2012. - http://www.unece.org/füeadmin/DAM/energy/se/pp/eneff/IEEForum_Issyk_Kul_Lake_Sept.2012/day_2/workshop_4/2_German_Trofimov_Kazakhstan_Rus.pdf

Изобретение относится к области ветроэнергетики и гелиотехники. Система автономного энергообеспечения потребителей электроэнергии башни сетчатой конструкции содержит, по крайней мере, один ветромодуль, связанный с башней сетчатой конструкции, аккумуляторные батареи и систему преобразования и управления электропитанием. В систему введены дизель-генератор, система отражателей солнечного излучения и кондиционеры. Солнечные батареи закреплены на башне по ее периметру. Отражатели закреплены на башне с возможностью оптического сопряжения между собой и с рабочей поверхностью части солнечных батарей, на которые не обеспечивается падение прямого солнечного излучения, для переотражения солнечного излучения на их рабочую поверхность. Выходы соответствующих солнечных батарей, всех ветромодулей и дизель-генератора электрически соединены с соответствующими входами системы преобразования и управления электропитанием, выход которой электрически соединен с соответствующими входами аккумуляторных батарей, потребителей электроэнергии и кондиционерами, причем один из выходов аккумуляторных батарей электрически соединен с соответствующим входом системы преобразования и управления электропитанием. Технический результат заключается в максимальном использовании ветровой и солнечной энергии для накопления и обеспечения потребителей электроэнергией. 7 з.п. ф-лы, 5 ил.

1. Система автономного энергообеспечения потребителей электроэнергии башни сетчатой конструкции, содержащая, по крайней мере, один ветромодуль, связанный с башней сетчатой конструкции, солнечные батареи, закрепленные на башне, аккумуляторные батареи и систему преобразования и управления электропитанием, отличающаяся тем, что в нее введены дизель-генератор, система отражателей солнечного излучения и кондиционеры, при этом солнечные батареи закреплены на башне по ее периметру, отражатели закреплены на башне с возможностью оптического сопряжения между собой и с рабочей поверхностью части солнечных батарей, на которые не обеспечивается падение прямого солнечного излучения, для переотражения солнечного излучения на их рабочую поверхность, выходы соответствующих солнечных батарей, всех ветромодулей и дизель-генератора электрически соединены с соответствующими входами системы преобразования и управления электропитанием, выход которой электрически соединен с соответствующими входами аккумуляторных батарей, потребителей электроэнергии и кондиционерами, причем один из выходов аккумуляторных батарей электрически соединен с соответствующим входом системы преобразования и управления электропитанием.

2. Система автономного энергообеспечения по п. 1, отличающаяся тем, что в нее введены дополнительная система отражателей солнечного излучения, а солнечные батареи выполнены с двусторонней рабочей поверхностью, при этом дополнительные отражатели закреплены на башне с возможностью оптического сопряжения с рабочими поверхностями солнечных батарей, расположенными на противоположной от Солнца стороне солнечных батарей, для переотражения солнечного излучения на их рабочую поверхность, расположенную на противоположной от Солнца стороне.

3. Система автономного энергообеспечения по п. 1 или 2, отличающаяся тем, что в нее введена система слежения за Солнцем, при этом солнечные батареи и/или отражатели закреплены на башне с возможностью изменения их ориентации в пространстве, причем система слежения за Солнцем электрически и механически соединена с соответствующими солнечными батареями и/или отражателями для обеспечения оптимизации мощности потока падающего на рабочие поверхности солнечных батарей солнечного излучения по мере перемещения Солнца по небосклону в течение светового дня посредством изменения их ориентации в пространстве.

4. Система автономного энергообеспечения по п. 1 или 2, отличающаяся тем, что рабочие поверхности солнечных батарей выполнены V-образной формы.

5. Система автономного энергообеспечения по п. 1, отличающаяся тем, что в нее введен теплообменник, контактирующий с тыльной поверхностью рабочих поверхностей солнечных батарей и обеспечивающий охлаждение рабочих поверхностей в процессе работы, при этом теплообменник выполнен с возможностью отвода нагретой воды для использования в системах отопления и/или горячего водоснабжения.

6. Система автономного энергообеспечения по п. 1, отличающаяся тем, что все ветромодули установлены на центральной осевой линии внутри башни сетчатой конструкции.

7. Система автономного энергообеспечения по п. 1, отличающаяся тем, что все ветромодули установлены с возможностью их выдвижения за пределы башни сетчатой конструкции.

8. Система автономного энергообеспечения по п. 1, отличающаяся тем, что система преобразования и управления электропитанием выполнена в виде преобразователя постоянного напряжения, преобразующего входное постоянное напряжение, поступающее с блока электропитания ветромодуля и солнечных батарей, в постоянное напряжение, пригодное для электропитания потребителей электроэнергии и для зарядки аккумуляторных батарей, инвертора, преобразующего входное постоянное напряжение, поступающее с блока электропитания ветромодуля и солнечных батарей, в переменное однофазное напряжение, пригодное для электропитания кондиционеров, и выпрямителей, преобразующих входное переменное напряжение, поступающее с дизель-генератора, в постоянное напряжение, пригодное для электропитания потребителей электроэнергии и для зарядки аккумуляторных батарей, при этом выходы соответствующих солнечных батарей и всех ветромодулей электрически соединены посредством солнечных контроллеров заряда с преобразователем постоянного напряжения, соответствующие выходы дизель-генератора электрически соединены с входом выпрямителей и с распределительным щитом, отвечающим за питание кондиционеров, соответствующие выходы выпрямителей электрически соединены с потребителями электроэнергии и с соответствующими входами аккумуляторных батарей, выходы которых электрически соединены с потребителями электроэнергии, выход инвертора электрически соединен с распределительным щитом, соответствующие выходы преобразователя постоянного напряжения электрически соединены с потребителями электроэнергии и с соответствующими входами аккумуляторных батарей.