СОЛНЕЧНАЯ ЭЛЕКТРОСТАНЦИЯ Российский патент 2018 года по МПК H02S10/00 H02S20/32 

Изобретение относится к области солнечной энергетики, а именно к установкам, непрерывно следящим за Солнцем, и может быть использовано для питания потребителей, например, в районах ненадежного электроснабжения.

Из уровня техники известен интеллектуальный автономный источник питания (RU 168024 U1, МПК H02J 7/35, опубл. 17.02.2017), включающий цилиндрическую солнечную батарею из двух солнечных элементов, к которой присоединен блок заряда аккумулятора, к которому присоединен аккумулятор. Отличает устройство от известных то, что выходы цилиндрической солнечной батареи и аккумулятора соединены со входами информационно-управляющего блока, имеющего, кроме этого, внешние вход/выход, и входом стабилизирующего преобразователя, выход которого соединен с одним из входов информационно-управляющего блока, выход которого, в свою очередь, соединен с управляющим входом стабилизирующего преобразователя.

Недостатком известного технического решения является его низкая технологичность, вследствие сложности изготовления солнечной батареи цилиндрической формы.

Наиболее близким к заявленному изобретению и выбранным в качестве прототипа признана автономная система электроснабжения на основе солнечной фотоэлектрической установки (RU 2479910 C1, МПК H02J 7/35, F24J 2/00, H01L 31/00, опубл. 20.04.2013), которая содержит замкнутую цепь из последовательно соединенных солнечной фотоэлектрической установки, контроллера заряда, блока аккумуляторных батарей, инвертора, блока сбора и обработки данных, потребителя мощности. Система дополнительно содержит узел слежения за солнцем, включающий в себя приводы слежения за положением Солнца в азимутальной и зенитальной плоскостях.

Недостатком системы является ее низкая мощность, вследствие отсутствия в ее конструкции оптического узла, обеспечивающего равномерное освещение фотоэлектрической панели потоком солнечного света.

Технической задачей, на решение которой направлено заявленное изобретение, является повышение мощности солнечной электростанции.

Указанная задача решена тем, что солнечная электростанция содержит корпус, с размещенной на его верхней поверхности фотоэлектрической панелью, соединенной с блоком управления, размещенным внутри корпуса электростанции, выход которого подключен к входу инвертора, выход которого является выходом устройства.

Отличает электростанцию от известных то, что дополнительно она содержит фокусирующий узел, подвижный в азимутальной и зенитальной плоскостях, включающий в себя линзу Френеля, соединенную световодом с фотоэлектрической панелью, а блок управления содержит контроллер заряда, вход которого является входом блока управления, к которому подключена фотоэлектрическая панель, а его выход подключен к входу блока аккумуляторных батарей, выход которого является выходом блока управления. Блок управления дополнительно содержит узел слежения за положением Солнца, выполненный в виде микропроцессорной системы, силовые выходы которой подключены к двигателям, связанным механическими передачами с фокусирующим узлом, а к ее измерительному входу подключен фотоэлектрический датчик, закрепленный на линзе.

Положительным техническим результатом, обеспечиваемым раскрытой выше совокупностью конструктивных признаков устройства, является повышение мощности солнечной электростанции, за счет применения в ее конструкции фокусирующего узла и наличием в составе блока управления узла слежения за положением Солнца. Дополнительным техническим результатом является возможность сбора статистических данных об уровнях освещенности фотоэлектрической панели с помощью микропроцессорной системы узла слежения.

Конструкция солнечной электростанции поясняется чертежами, где на фиг. 1 показан внешний вид солнечной электростанции, на фиг. 2 представлена упрощенная схема фокусирующего узла, а на фиг. 3 - структурная схема микропроцессорной системы узла слежения за положением Солнца.

Солнечная электростанция устроена следующим образом.

Ее основой является корпус 1, с размещенной на его верхней поверхности фотоэлектрической панелью 2, соединенной с блоком управления 5, размещенным внутри корпуса 1 электростанции, выход которого подключен к входу инвертора 4, выход которого является выходом устройства.

Кроме перечисленных конструктивных элементов электростанция содержит фокусирующий узел 5, включающий в себя линзу Френеля 6, соединенную световодом 7 с фотоэлектрической панелью 2. Блок управления 3 содержит контроллер заряда 8, вход которого является входом блока управления 3, к которому подключена фотоэлектрическая панель, а его выход подключен к входу блока аккумуляторных батарей 9, выход которого является выходом блока управления 3. Блок управления дополнительно содержит узел слежения за положением Солнца 10, выполненный в виде микропроцессорной системы, силовые выходы 11 и 12 которой подключены к двигателям (на фигурах условно не показаны), связанным механическими передачами с фокусирующим узлом 5, а к ее измерительному входу 13 подключен фотоэлектрический датчик 14, закрепленный на линзе.

Микропроцессорная система включает в себя микроконтроллер 15, например AVR ATMega128, содержащий RISC-микропроцессор 16 с регистрами общего назначения и встроенной памятью данных, подключенный к FLAH-памяти программ 17, соединенный общей шиной с четырьмя универсальными двунаправленными портами ввода-вывода 18, 19, 20 и 21, аналого-цифровым преобразователем 22, блоком электрически перепрограммируемой энергонезависимой памяти 23 и универсальным синхронно-асинхронным приемо-передатчиком 24. При этом измерительный вход 13 блока управления подключен к аналого-цифровому преобразователю 22, первый порт ввода-вывода 18 соединен с силовым выходом 11, подключенным к первому двигателю, обеспечивающему ориентацию фокусирующего узла в азимутальной плоскости, второй порт ввода-вывода 19 соединен с силовым выходом 12, подключенным ко второму двигателю, обеспечивающему ориентацию фокусирующего узла в зенитальной плоскости, а третий и четвертый порты ввода-вывода 20 и 21 подключены соответственно к блоку индикации 25 и блоку ввода данных 26. Блок индикации может быть выполнен, например, в виде TFT-дисплея, а блок ввода данных - в виде кнопочной клавиатуры, содержащей, по крайней мере, шестнадцать клавиш.

Работает солнечная электростанция следующим образом.

Первоначально ее собирают, устанавливая фотоэлектрическую панель 2 на корпусе 1 и подключая ее к блоку управления 3, а его, в свою очередь, к инвертору 4. Загружают в память программ 17 микроконтроллера 15 микропроцессорной системы узла слежения за положением Солнца 10 программу управления двигателями узла слежения, подключают силовые выходы 11 и 12 к упомянутым двигателям, а к измерительному входу - фотоэлектрический датчик 13. После этих действий фокусирующий узел 5 размещают на открытом, максимально освещенном Солнцем пространстве и соединяют с фотоэлектрической панелью 2 световодом 7. Далее электростанцию включают, при этом микропроцессорная система узла слежения за положением Солнца 5, измеряя с помощью фотоэлектрического датчика 13 уровень освещенности, управляет двигателями фокусирующего узла, обеспечивая тем самым максимально возможную степень освещения линзы.

Одновременно с этим микропроцессорная система выводит на блок индикации текущие координаты точки небесной сферы, на которую направлен фокусирующий узел, а также измеренную с помощью аналого-цифрового преобразователя 22 величину уровня освещенности фотоэлектрической панели 2. Для сбора статистических данных, необходимых для оценки эффективности работы солнечной электростанции, измеренные параметры могут быть сохранены в электрически перепрограммируемой энергонезависимой памяти 23 и переданы для дальнейшей обработки на персональный компьютер с помощью универсального синхронно-асинхронного приемо-передатчика 24.

Изобретение относится к установкам, непрерывно следящим за Солнцем, и может быть использовано для питания потребителей в районах ненадежного электроснабжения. Технический результат заключается в повышении мощности солнечной электростанции. Солнечная электростанция содержит корпус с размещенной на его верхней поверхности фотоэлектрической панелью, соединенной с блоком управления, размещенным внутри корпуса электростанции, выход которого подключен к входу инвертора, выход которого является выходом устройства. Солнечная станция дополнительно содержит фокусирующий узел, подвижный в азимутальной и зенитальной плоскостях, включающий в себя линзу Френеля, соединенную световодом с фотоэлектрической панелью. Блок управления содержит контроллер заряда, вход которого является входом блока управления, к которому подключена фотоэлектрическая панель, а его выход подключен к входу блока аккумуляторных батарей, выход которого является выходом блока управления. Блок управления дополнительно содержит узел слежения за положением Солнца, выполненный в виде микропроцессорной системы, силовые выходы которой подключены к двигателям, связанным механическими передачами с фокусирующим узлом, а к ее измерительному входу подключен фотоэлектрический датчик, закрепленный на линзе. 3 з.п. ф-лы, 3 ил.

1. Солнечная электростанция, содержащая корпус с размещенной на его верхней поверхности фотоэлектрической панелью, соединенной с блоком управления, размещенным внутри корпуса электростанции, выход которого подключен к входу инвертора, выход которого является выходом устройства, отличающаяся тем, что дополнительно она содержит фокусирующий узел, подвижный в азимутальной и зенитальной плоскостях, включающий в себя линзу Френеля, соединенную световодом с фотоэлектрической панелью, а блок управления содержит контроллер заряда, вход которого является входом блока управления, к которому подключена фотоэлектрическая панель, а его выход подключен к входу блока аккумуляторных батарей, выход которого является выходом блока управления; при этом блок управления дополнительно содержит узел слежения за положением Солнца, выполненный в виде микропроцессорной системы, силовые выходы которой подключены к двигателям, связанным механическими передачами с фокусирующим узлом, а к ее измерительному входу подключен фотоэлектрический датчик, закрепленный на линзе.

2. Солнечная электростанция по п. 1, отличающаяся тем, что микропроцессорная система включает в себя микроконтроллер, содержащий RISC-микропроцессор с регистрами общего назначения и встроенной памятью данных, подключенный к FLASH-памяти программ, соединенный общей шиной с четырьмя универсальными двунаправленными портами ввода-вывода, аналого-цифровым преобразователем, блоком энергонезависимой памяти и универсальным синхронно-асинхронным приемо-передатчиком.

3. Солнечная электростанция по п. 2, отличающаяся тем, что измерительный вход блока управления подключен к аналого-цифровому преобразователю, первый порт ввода-вывода соединен с силовым выходом, подключенным к первому двигателю, обеспечивающему ориентацию фокусирующего узла в азимутальной плоскости, второй порт ввода-вывода соединен с силовым выходом, подключенным ко второму двигателю, обеспечивающему ориентацию фокусирующего узла в зенитальной плоскости, а третий и четвертый порты ввода-вывода подключены, соответственно, к блоку индикации и блоку ввода данных.

4. Солнечная электростанция по п. 3, отличающаяся тем, что блок индикации выполнен в виде TFT-дисплея, а блок ввода данных – в виде кнопочной клавиатуры, содержащей шестнадцать клавиш.