МНОГОФУНКЦИОНАЛЬНАЯ СОЛНЕЧНАЯ ЭНЕРГЕТИЧЕСКАЯ СИСТЕМА Российский патент 2018 года по МПК H02S10/30 F24S90/00 F24S23/79 

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ

Настоящее изобретение относится к технической области экологически чистой энергии и, в частности, к многофункциональной солнечной энергетической системе, в которой используется солнечная энергия.

УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ

С повышением внимания к защите окружающей среды солнечные энергетические системы находят все более широкое применение. В настоящее время распространенные солнечные энергетические системе обычно обладают одной функцией, которую выполняют солнечная система горячего водоснабжения, в которой выполняется фототермическое преобразование, и солнечная система выработки электрической энергии, в которой выполняется фотоэлектрическое преобразование.

Однако в процессе человеческой деятельности часто возникают различные потребности в разные моменты времени. Например, пищу необходимо подогревать или приготовлять в обеденное время, а электрическая энергия требуется в другое время. Сами по себе солнечные энергетические системы с одной функцией могут с трудом удовлетворять потребности в различных аспектах.

СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Согласно настоящему изобретению предложена многофункциональная солнечная энергетическая система, включающая систему сведения лучей и два устройства использования солнечной энергии, в которой система сведения лучей включает в себя по меньшей мере одну светофокусирующую преломляющую поверхность и одну отражающую поверхность, которая расположена ниже светофокусирующей преломляющей поверхности по направлению падения солнечной энергии; два устройства использования солнечной энергии применяются для поглощения и использования солнечного света; по меньшей мере один элемент из отражающей поверхности и двух устройств использования солнечной энергии является подвижным; если отражающая поверхность является подвижной, два устройства использования солнечной энергии соответственно располагаются на путях света, образуемых до и после перемещения отражающей поверхности; и если отражающая поверхность является фиксированной, два устройства использования солнечной энергии последовательно располагаются на пути света после отражающей поверхности.

Многофункциональная солнечная энергетическая система согласно настоящему изобретению имеет по меньшей мере один подвижный компонент, то есть отражающую поверхность или одно из двух устройств использования солнечной энергии. Одно из двух устройств использования солнечной энергии помещают на путь света путем перемещения подвижного компонента, так что два устройства использования солнечной энергии соответственно можно применять в разное время. При этом многократно расширяется функция солнечной энергетической системы при всего лишь небольшом повышении стоимости, в результате чего повышается общий коэффициент использования системы, и это способствует полному использованию природной экологически чистой энергии.

Конкретные примеры согласно настоящему изобретению подробно описываются ниже в сочетании с сопровождающими чертежами.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ

На чертежах:

фиг. 1(а)-1(b) - схематичные виды основной структуры многофункциональной солнечной энергетической системы согласно настоящему изобретению;

фиг. 2(а)-2(b) - схематичный вид коаксиальных поверхностей двух видов, предназначенных для образования преломляющей поверхности Френеля согласно настоящему изобретению;

фиг. 3 - схематичный вид системы сведения лучей с двумя зубчатыми поверхностями согласно настоящему изобретению;

фиг. 4 - схематичный вид отражающей линзы Френеля согласно настоящему изобретению;

фиг. 5 - схематичный вид многофункциональной солнечной энергетической системы согласно первому варианту осуществления;

фиг. 6 - схематичный вид многофункциональной солнечной энергетической системы согласно второму варианту осуществления;

фиг. 7 - схематичный вид многофункциональной солнечной энергетической системы согласно третьему варианту осуществления; и

фиг. 8 - схематичный вид многофункциональной солнечной энергетической системы согласно четвертому варианту осуществления.

ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ ВАРИАНТОВ ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ ИЗОБРЕТЕНИЯ

На фиг. 1(а)-1(b) показана основная структура многофункциональной солнечной энергетической системы согласно настоящему изобретению, которая включает в себя систему сведения лучей и два устройства P1 и P2 использования солнечной энергии. Система сведения лучей включает в себя по меньшей мере одну светофокусирующую преломляющую поверхность s1 и одну отражающую поверхность s2, которая расположена ниже светофокусирующей преломляющей поверхности по направлению падения солнечного излучения. По меньшей мере один элемент из s2, P1 и P2 является подвижным.

В очень простой ситуации s1 и s2 могут быть образованы одним и тем же физическим элементом. Например, в случае собирающей линзы, покрытой отражающей пленкой на одной стороне, покрытая пленкой поверхность представляет собой отражающую поверхность, а другая сторона является светофокусирующей преломляющей поверхностью. В этом случае подвижным компонентом является одно из двух устройств использования солнечной энергии, которые оба расположены выше светофокусирующей преломляющей поверхности.

Обычно s1 и s2 могут быть образованы отдельными физическими элементами, а элемент, образующий отражающую поверхность, также может обладать способностью к сведению лучей для дальнейшего повышения способности системы к фокусированию света. Иначе говоря, система сведения лучей может иметь более двух светофокусирующих преломляющих поверхностей, которые можно объединять с каждой другой или объединять с отражающей поверхностью для образования различных сочетаний физических элементов.

Как показано на фиг. 1(а), если отражающая поверхность является фиксированной, два устройства использования солнечной энергии последовательно располагают на пути света после отражающей поверхности. В этом случае Р1 является подвижным, и когда Р2 необходимо использовать, Р1 можно отводить с пути света. Пунктирной линией на чертеже показан путь света после отведения Р1. Р1 и Р2 можно располагать между s1 и s2 и также можно располагать выше s2. В данном случае под путем света подразумевается путь света после сведения лучей солнечного света системой сведения лучей, а термин «подвижный» указывает на то, что компонент может отводиться с пути света, на котором он расположен, или полностью удаляться.

Как показано на фиг. 1(b), если отражающая поверхность является подвижной, два устройства использования солнечной энергии соответственно располагают на путях света, образуемых до и после перемещения отражающей поверхности. Когда необходимо использовать Р2, s2 можно отводить с пути света. Пунктирной линией на чертеже показан путь света после отведения отражающей поверхности. Р1 можно располагать между s1 и s2 и можно также располагать выше s2.

Соответствующие поддерживающие компоненты (непоказанные) можно использовать для поддержания системы сведения лучей и двух устройств использования солнечной энергии так, чтобы сохранялись относительные позиционные соотношения между ними и обеспечивалось удовлетворение требования к подвижности. В зависимости от конкретных сценариев применения могут быть различные подходящие формы поддерживающих компонентов, которые можно проектировать в соответствии с требованиями.

Кроме того, в некоторых вариантах осуществления в систему может быть включено устройство управления перемещением, которое выполняют с возможностью управления в соответствии с заданной программой перемещения подвижного компонента в системе с тем, чтобы выполнять некоторый процесс автоматического управления, например, приготовлением пищи в течение определенного времени и автоматическим нагревом воды.

В предпочтительном варианте осуществления светофокусирующая преломляющая поверхность может быть зубчатой поверхностью, образуемой линзой Френеля. Для облегчения понимания этого соответствующие концепции приведены ниже.

Линза Френеля представляет собой тонкую линзу. Линзу Френеля образуют разделением непрерывной исходной криволинейной поверхности обычной линзы на некоторое количество сегментов и размещением сегментов криволинейной поверхности на той же самой плоскости или той же самой по существу гладкой криволинейной поверхности после уменьшения толщины каждого сегмента. Такая разрывная преломляющая поверхность, образованная из исходной криволинейной поверхности, может быть названа преломляющей поверхностью Френеля, которая обычно является ступенчатой или зубчатой. Теоретически, преломляющая поверхность Френеля имеет оптическую характеристику, аналогичную оптической характеристике соответствующей исходной криволинейной поверхности, но имеет значительно уменьшенную толщину. Преломляющая поверхность Френеля, образуемая из исходной криволинейной поверхности (или части исходной криволинейной поверхности), может быть названа элементом Френеля.

Традиционная исходная криволинейная поверхность, предназначенная для образования преломляющей поверхности Френеля, представляет собой обычно криволинейную поверхность, симметричную относительно оптической оси, такую как сферическая поверхность, параболоид вращения или другая поверхность вращения. Фокусы традиционной исходной криволинейной поверхности расположены на одном месте и поэтому она называется «имеющей общую точку поверхностью». В настоящем изобретении исходная криволинейная поверхность может быть коаксиальной поверхностью любой формы, которую можно точно задавать согласно требованиям при применении. Под коаксиальной поверхностью подразумевается криволинейная поверхность, фокусы которой расположены на одной и той же прямой линии (но необязательно на одном и том же месте), а прямая линия называется «коаксиальной линией». Традиционную, имеющую общую точку поверхность можно считать частным примером коаксиальной поверхности, коаксиальная линия которой регрессирует к точке. При использовании коаксиальной, но не имеющей общей точки исходной криволинейной поверхности, чувствительный элемент, располагаемый на месте фокусировки, можно растянуть от относительно небольшой площадки (соответствующей фокусам) до полоски (соответствующей коаксиальной линии, составленной из фокусов), в результате чего повысится способность к сбору сигналов и создадутся условия для решения проблемы локального перегрева без значительного повышения затрат. Типичные коаксиальные поверхности включают в себя поверхности вращения (в том числе квадратичные или более высокого порядка поверхности вращения), столбчатые поверхности, скошенные поверхности и т.п. Столбчатые поверхности также известны как коаксиальные поверхности постоянного сечения. Независимо от места, где такая криволинейная поверхность усечена по направлению, перпендикулярному к ее коаксиальной линии, форма и размер получающегося поперечного сечения являются одними и теми же. Цилиндрическая поверхность является частным примером столбчатой поверхности. Поперечные сечения скошенной поверхности вдоль ее коаксиальной линии имеют аналогичные формы, но другие размеры. Коническая поверхность является частным примером скошенной поверхности. На фиг. 2(а)-2(b) показаны коаксиальные поверхности двух видов, описанные выше, причем на фиг. 2(а) показана коаксиальная поверхность постоянного сечения, а скошенная коаксиальная поверхность показана на фиг. 2(b), при этом фокусы F расположены на их соответствующих коаксиальных линиях L.

Макроскопическая преломляющая поверхность, составленная из одного или нескольких элементов Френеля, может быть названа зубчатой поверхностью, а по существу гладкая или плоская противоположная поверхность может быть названа задней поверхностью. Зубчатая поверхность, имеющая только один элемент Френеля, может быть названа «простой преломляющей поверхностью Френеля», а зубчатая поверхность, имеющая два или большее количество элементов Френеля, может быть названа «составной преломляющей поверхностью Френеля». Обычно основные параметры (такие как площадь, фокусное расстояние, форма соответствующей исходной криволинейной поверхности и количество концентрических колец, используемых при разделении исходной криволинейной поверхности) элементов Френеля на составной преломляющей поверхности Френеля можно задавать гибко, для всех одинаковые, частично одинаковые или все разные. В варианте осуществления каждый элемент Френеля на составной преломляющей поверхности Френеля имеет свой соответствующий оптический центр, но их фокусы расположены на одном и том же месте, или на одной и той же прямой линии, или в ограниченной области. Этого можно достигать пространственным распределением элементов Френеля, образующих составную преломляющую поверхность Френеля. Можно полагать, что эти элементы Френеля расположены на микроскопической криволинейной поверхности, такой как плоская поверхность, квадратичная поверхность (в том числе сферическая поверхность, эллипсоидальная поверхность, цилиндрическая поверхность, параболическая столбчатая поверхность или гиперболическая столбчатая поверхность), полиномиальная криволинейная поверхность высокого порядка (общая реализация несферической поверхности), или изогнутая поверхность, или террасная поверхность, образованная соединением друг с другом некоторого количества плоских поверхностей.

Зубчатую поверхность и заднюю поверхность можно гибко объединять, чтобы образовывать элементы различного вида. Например, линза Френеля с зубчатой поверхностью и задней поверхностью может быть названа «простой линзой Френеля». Кроме того, если зубчатая поверхность представляет собой «простую преломляющую поверхность Френеля», такая линза называется «односторонней простой линзой Френеля»; и если зубчатая поверхность представляет собой «составную преломляющую поверхность Френеля», такая линза называется «односторонней составной линзой Френеля». Линза Френеля с зубчатыми поверхностями на обеих сторонах может быть названа «двусторонней линзой Френеля». Аналогично этому, в соответствии с видами зубчатых поверхностей такие линзы также можно подразделить на «двусторонние простые линзы Френеля» и «двусторонние составные линзы Френеля». Двусторонняя линза Френеля с одной зубчатой поверхностью, представляющей собой простую преломляющую поверхность Френеля, и другой зубчатой поверхностью, представляющей собой составную преломляющую поверхность Френеля, может быть названа «двусторонней гибридной линзой Френеля». Кроме того, в модификации, если одна из зубчатых поверхностей двусторонней линзы Френеля представляет собой «простую преломляющую поверхность Френеля», эта зубчатая поверхность может быть заменена традиционной поверхностью выпуклой линзы или поверхностью выпуклой линзы.

При наличии двух или большего количества зубчатых поверхностей на одном и том же пути света можно гарантировать более высокую способность к сведению системы сведения лучей. На фиг. 3 показана система сведения лучей с двумя зубчатыми поверхностями, в которой составная преломляющая поверхность s3 Френеля и простая преломляющая поверхность s4 Френеля могут быть одновременно образованы одной двусторонней линзой Френеля и также могут быть образованы двумя односторонними линзами Френеля, соответственно.

Отражающая поверхность для системы сведения лучей согласно настоящему изобретению может быть плоской отражающей поверхностью или криволинейной отражающей поверхностью, такой как вогнутая или выпуклая отражающая поверхность, и также может быть отражающей поверхностью в виде зубчатой поверхности. Микроскопическая форма отражающей поверхности может быть аналогична форме светофокусирующей преломляющей поверхности (поверхностей) системы, например, поверхностью вращения или коаксиальной поверхностью. Отражающая поверхность может быть образована элементом, обладающим одной только функцией отражения, таким как плоская пластинка с отражающей пленкой, при этом лучи света отражаются непосредственно на поверхности элемента. Кроме того отражающая поверхность может быть образована отражающей линзой. Под отражающей линзой подразумевается линза с отражающей пленкой на одной стороне. Лучи света преломляются пропускающей поверхностью, поступают в линзу и затем отражаются отражающей поверхностью и опять преломляются пропускающей поверхностью, чтобы выйти из элемента.

Отражающие линзы различных видов можно образовывать гибким сочетанием отражающих поверхностей различных видов и пропускающих поверхностей различных видов.

В частности, отражающую линзу Френеля можно образовать заменой одной или нескольких криволинейных поверхностей отражающей линзы соответствующей зубчатой поверхностью или соответствующими зубчатыми поверхностями. Обратимся к фиг. 4, на которой отражающая линза Френеля, элемент L1, имеет плоскую отражающую поверхность s5 и простую преломляющую поверхность s6 Френеля. Вследствие отражения путь падающего света проходит дважды через физическую преломляющую поверхность s6, и эта физическая поверхность фактически эквивалентна двум зубчатым поверхностям, так что элемент L1 также может быть назван отражающей двусторонней линзой Френеля. Элемент L1 можно образовать покрытием задней поверхности односторонней линзы Френеля отражающей пленкой или приклеиванием отражающей накладки с отражательной способностью. Кроме того, отражающие линзы других видов можно образовывать преобразованием любой стороны исходной линзы в отражающую поверхность. При использовании отражающей линзы можно просто и удобно увеличивать количество светофокусирующих преломляющих поверхностей на пути света и снижать затраты на изготовление и сборку.

Ниже только для примера несколько полезных видов многофункциональной солнечной энергетической системы согласно настоящему изобретению будут описаны в сочетании с конкретными сценариями применения.

Первый вариант осуществления

Обратимся к фиг. 5, на которой многофункциональная солнечная энергетическая система согласно варианту осуществления настоящего изобретения включает в себя отражающую линзу 110 Френеля, используемую как систему сведения лучей, первое устройство 121 использования солнечной энергии и второе устройство 122 использования солнечной энергии. Первое устройство использования солнечной энергии поддерживается столом 131 и второе устройство использования солнечной энергии поддерживается стойкой 132.

Отражающая линза 110 Френеля имеет гладкую и симметричную по окружности выпуклую поверхность 111 и зубчатую поверхность 112, при этом выпуклая поверхность 111 служит светофокусирующей преломляющей поверхностью, а зубчатая поверхность 112 покрыта отражающей пленкой для использования в качестве отражающей поверхности. В физическом смысле имеется только одна светофокусирующая преломляющая поверхность, но фактически сведение лучей солнечного света осуществляется три раза, в процессе входа через 111, при отражении посредством 112 и при выходе через 111.

Поскольку отражающая поверхность и светофокусирующая преломляющая поверхность образованы одним и тем же физическим элементом и не являются подвижными, в этом варианте осуществления подвижным компонентом является первое устройство использования солнечной энергии, которое может быть закреплено или размещено на столе 131. Когда стол размещен выше системы сведения лучей, первое устройство 121 использования солнечной энергии при применении расположено на пути света, а когда стол отодвигают от системы сведения лучей, второе устройство 122 использования солнечной энергии оказывается расположенным на пути света для выполнения другой функции.

Два устройства использования солнечной энергии могут быть различного вида, например, солнечным нагревательным устройством и фотоэлектрической панелью, соответственно. Поскольку эффективность использования энергии солнечного нагревательного устройства намного выше, чем эффективность использования энергии фотоэлектрической панели, то, когда необходим нагрев, оптическую энергию можно лучше использовать, если непосредственно использовать солнечное нагревательное устройство, а не преобразовывать солнечную энергию в электрическую энергию, которую затем использовать для нагрева. В этом варианте осуществления первое устройство использования солнечной энергии является солнечным нагревательным устройством, в частности солнечной плитой, водонагревателем, грилем, обжарочным аппаратом или чем-либо подобным. Второе устройство использования солнечной энергии является фотоэлектрической панелью, и вырабатываемая электрическая энергия выводится по проводу 133, скрытому в стойке 132. Необходимо отметить, что первое солнечное устройство является подвижным и поэтому заменяемым. Например, солнечную плиту используют для приготовления жареного блюда и затем заменяют водонагревателем для кипячения воды. Многофункциональная солнечная энергетическая система согласно настоящему изобретению включает в себя два устройства использования солнечной энергии, но без ограничения двумя, и может включать в себя многочисленные такие устройства.

В предпочтительном варианте осуществления второе устройство использования солнечной энергии, то есть одно из двух устройств использования солнечной энергии, которое расположено выше по направлению падения солнечного света, является двусторонней фотоэлектрической панелью. Двусторонняя фотоэлектрическая панель, расположенная выше, может поглощать падающий солнечный свет на передней стороне и задней стороне и может более полно использовать солнечную энергию.

В этом варианте осуществления система сведения лучей может быть уложена на грунт, чтобы она стала светофокусирующим полом или половой плиткой, пригодной, например, для внутреннего двора жилого дома или площади общественного пользования в парке. На основе солнечной энергетической системы согласно этому варианту осуществления можно не только снабжать электроэнергией за пределами помещений, но также можно предоставлять оборудование для пикника.

Второй вариант осуществления

Обратимся к фиг. 6, на которой многофункциональная солнечная энергетическая система согласно другому варианту осуществления настоящего изобретения отличается от первого варианта осуществления в основном тем, что сценарий применения реализуется в помещении. Система включает в себя систему сведения лучей, солнечное нагревательное устройство 221 и фотоэлектрическую панель 222. Система сведения лучей включает в себя светофокусирующую стенку 211 и отражающий элемент 212. Солнечное нагревательное устройство поддерживается столом 231, а фотоэлектрическая панель закреплена на потолке 232.

Светофокусирующая стенка 211 может быть образована линзовым модулем со способностью к сведению лучей, таким как светофокусирующий брусок, образованный из линзы Френеля, который имеет по меньшей мере одну светофокусирующую преломляющую поверхность. Отражающий элемент 212, уложенный на грунт, может быть плоским светоотражающим полом и также может быть отражающей линзой Френеля, аналогичной отражающей линзе Френеля из первого варианта осуществления, для обеспечения дополнительной способности к сведению лучей.

Поскольку отражающий элемент расположен на грунте и не является подвижным, в этом варианте осуществления солнечное нагревательное устройство 221 закреплено или размещено на подвижном столе 231, а фотоэлектрическая панель 222 прикреплена к потолку 232. Процесс замены при использовании аналогичен процессу замены в первом варианте осуществления и не будет повторно описываться в этом месте, но линию передачи электрической энергии необходимо вести по потолку вне стенки.

Многофункциональная солнечная энергетическая система согласно этому варианту осуществления пригодна для использования в помещении, например, в многоэтажных зданиях или производственных зданиях, она позволяет максимально использовать солнечную энергию, излучаемую в помещение, и пригодна для жилых домов и также промышленных предприятий, в которых необходимо осуществлять нагрев, таких как предприятие по обработке пищевых продуктов.

Третий вариант осуществления

Обратимся к фиг. 7, на которой многофункциональная солнечная энергетическая система согласно дальнейшему варианту осуществления настоящего изобретения включает в себя систему сведения лучей, солнечное нагревательное устройство 321 и фотоэлектрическую панель 322. Система сведения лучей включает в себя первую линзу 311 Френеля, вторую светофокусирующую линзу 313 и отражающий элемент 312. Солнечное нагревательное устройство поддерживается столом 311, а фотоэлектрическая панель поддерживается стойкой 332.

Система сведения лучей согласно этому варианту осуществления имеет двойную конфигурацию сведения лучей, в которой первая линза 311 Френеля представляет собой одностороннюю или двустороннюю составную линзу Френеля, а вторая светофокусирующая линза 313 представляет собой выпуклую линзу или линзу Френеля.

Отражающий элемент 312 является подвижным. Когда отражающий элемент расположен на пути света, фотоэлектрическая панель 322 находится на пути света. Когда отражающий элемент выведен с пути света, солнечное нагревательное устройство 321 находится на пути света для непосредственного осуществления функции нагрева.

Для более полного использования солнечной энергии этот вариант осуществления также включает в себя водяной бак 341, изготовленный из прозрачного материала. Фотоэлектрическая панель 322, то есть одно из двух устройств использования солнечной энергии, которая расположена выше по направлению падения солнечного света, как источник теплоты окружена водяным баком с обеспечением теплопроводности, то есть для теплообмена находится в тесном контакте с водонагревателем через теплопроводный материал. Холодная вода входит в водонагреватель через впуск 342 воды и вытекает через выпуск 343 воды после теплообмена с фотоэлектрической панелью.

Первую линзу Френеля можно образовать прессованием гибкого прозрачного материала, такого как мягкий пластик или гибкая пластинка кристалла, ее можно использовать в качестве верхней поверхности тента или верхней поверхности зонта, и поэтому вариант осуществления можно рассматривать как сценарий применения, в соответствии с которым солнечную энергетическую систему используют в качестве находящегося вне помещения солнцезащитного зонта. Кроме того, на периферии первой линзы Френеля могут быть предусмотрены висячие крючки или отверстия (непоказанные) для установки ограждающего тента 334, так что солнечная энергетическая система согласно этому варианту осуществления становится солнцезащитным тентом для обиталища. Если первую линзу Френеля изготовить из твердого материала и ограждающий тент 334 заменить ограждающей стенкой, этот вариант осуществления можно считать потолочной солнечной энергетической системой, установленной на кухне. В других вариантах осуществления солнечной нагревательное устройство 321 может быть также соединено со вспомогательным источником теплоты, чтобы приготовление пищи можно было гарантированно осуществлять в течение облачных и дождливых дней.

Для лучшего сбережения и использования электрической энергии, вырабатываемой при преобразовании солнечной энергии, этот вариант осуществления также включает в себя дополнительные элементы, описанные ниже, и один или несколько из них могут по выбору включаться в другие варианты осуществления в соответствии с требованиями при применении.

Накопитель 351 энергии, предназначенный для сохранения электрической энергии, электрически соединен с фотоэлектрической панелью 322 проводом 333. Накопитель энергии может быть выбран из суперконденсатора, перезаряжаемого аккумулятора и воздушного компрессора.

Инвертор 352 переменного тока электрически подключен к накопителю энергии (в других вариантах осуществления также может быть электрически подключен непосредственно к фотоэлектрической панели) для преобразования напряжения постоянного тока с выхода фотоэлектрической панели в напряжение переменного тока, такое как 120 В при 60 Гц или 220 В при 50 Гц, и с монтажной платы 353 переменного тока, непосредственно подключенной к нему, выходное напряжение переменного тока может непосредственно подаваться пользователю.

Устройство 354 вывода напряжения постоянного тока электрически подключено к накопителю энергии (в других вариантах осуществления также может быть электрически подключено непосредственно к фотоэлектрической панели) для вывода постоянного напряжения, подлежащего использованию пользователем, а величины постоянного напряжения, выводимого устройством вывода, могут, например, включать в себя 12 В, 9 В, 5 В, 3 В, 1,5 В и т.п.

Четвертый вариант осуществления

Обратимся к фиг. 8, на которой многофункциональная солнечная энергетическая система согласно дальнейшему варианту осуществления настоящего изобретения включает в себя систему сведения лучей, солнечное нагревательное устройство 421 и фотоэлектрическую панель 422. Система сведения лучей включает в себя первую линзу 411 Френеля, отражающий элемент 412 и вторую линзу 413 Френеля. Солнечное нагревательное устройство поддерживается столом 431, а фотоэлектрическая панель поддерживается стойкой 432.

Система сведения лучей согласно этому варианту осуществления имеет двойную конфигурацию сведения, а отражающий элемент расположен до второй линзы Френеля. Первая линза 411 Френеля представляет собой одностороннюю или двустороннюю составную линзу Френеля и может использоваться как поверхность солнцезащитного зонта, аналогичного солнцезащитному зонту из третьего варианта осуществления; а вторая линза 413 Френеля представляет собой составную или простую линзу Френеля. Система сведения лучей согласно этому варианту осуществления позволяет не только получать хороший эффект затенения, но также обеспечивает условия для получения фотоэлектрической панелью 422 с ее относительно небольшой площадью большей части оптической энергии, излучаемой к поверхности солнцезащитного зонта.

Отражающий элемент 412 является подвижным. Солнечное нагревательное устройство 421 и фотоэлектрическая панель 422 могут поочередно использоваться способом, подобным способу из третьего варианта осуществления.

Кроме того, для достижения автоматического управления с чередованием может быть включено устройство управления перемещением (непоказанное), которое выполнено с возможностью управления в соответствии с заданной программой перемещения подвижного компонента в системе. В случае этого варианта осуществления отражающий элемент может быть прикреплен к приводному двигателю и отражающий элемент перемещается на путь света и выходит с пути света в соответствии с заданной программой. Заданная программа может быть сконфигурирована в соответствии с требованиями сценария. Например, в случае применения для автоматического приготовления пищи программа управления приводным двигателем может взаимодействовать с программой автоматического приготовления пищи. После помещения материала, подлежащего нагреву, на солнечное нагревательное устройство осуществляется управление отражательным элементом, чтобы отвести его для выполнения нагрева, а после удаления материала осуществляется управление отражательным элементом, чтобы переместить его обратно для продолжения выработки электроэнергии. Кроме того, заданную программу можно использовать для управления в соответствии с условиями окружающей среды и параметрами системы, регистрируемыми в реальном времени, такими как интенсивность света и температура. Например, ее можно конфигурировать для осуществления управления отражательным элементом, чтобы отводить его, когда интенсивность света является высокой, например, в полдень в середине лета, и в это время нагревательное устройство может выполнять операцию нагрева, для которой необходима большая мощность, такую как опреснение морской воды; и для осуществления управления отражательным элементом, чтобы перемещать его обратно для продолжения выработки электроэнергии, когда интенсивность света становится низкой, что будет способствовать снижению температуры фотоэлектрической панели и продлению срока службы ее. В этом варианте осуществления детектор 455 температуры и интенсивности света установлен на краю второй линзы Френеля, чтобы получать параметры для осуществления интеллектуального управления.

Что касается дополнительных элементов, то в дополнение к накопителю энергии 451, инвертору 452 переменного тока, монтажной плате 453 переменного тока и устройству 454 вывода напряжения постоянного тока, аналогичным элементам из третьего варианта осуществления, этот вариант осуществления также включает в себя индикатор 456 состояния, выполненный с возможностью обнаружения и отображения рабочих параметров системы, которыми могут быть напряжение, ток, мощность, температура и т.п., так что пользователь может знать рабочее состояние солнечной энергетической системы; эти параметры можно получать с помощью устройств обнаружения, соответствующих требуемым параметрам, таких как датчик температуры; и при этом программа интеллектуального управления подвижным компонентом может быть встроена в индикатор состояния.

Кроме того, через инвертор 452 переменного тока согласно этому варианту осуществления выход энергии соединен с распределительным устройством 457, предназначенным для присоединения к сети (поэтому монтажная плата 453 переменного тока подключена к выводу распределительного устройства для подключения к сети), которое соединено с внешней сетью 458 переменного тока, так что электрическая энергия, вырабатываемая солнечной энергетической системой, может быть введена во внешнюю сеть, чтобы система согласно этому варианту осуществления также могла использоваться как солнечная электростанция.

Принципы и варианты осуществления настоящего изобретения описаны выше с использованием конкретных примеров. Следует понимать, что приведенные выше варианты осуществления использованы только для содействия пониманию настоящего изобретения и не должны толковаться как ограничивающие настоящее изобретение. Специалисты в данной области техники могут сделать изменения к конкретным вариантам осуществления, описанным выше, на основании концепции настоящего изобретения.

Изобретение относится к области экологически чистой энергии и, в частности, к многофункциональной солнечной энергетической системе, в которой используется солнечная энергия. Многофункциональная солнечная энергетическая система содержит систему сведения лучей и два устройства (Р1, Р2) использования солнечной энергии, при этом система сведения лучей содержит по меньшей мере одну светофокусирующую преломляющую поверхность (s1) и одну отражающую поверхность (s2). По меньшей мере один элемент из отражающей поверхности (s2) и двух устройств (Р1, Р2) использования солнечной энергии является подвижным. Если отражающая поверхность (s2) является подвижной, два устройства (Р1, Р2) использования солнечной энергии соответственно располагаются на путях света, образуемых до и после перемещения отражающей поверхности (s2). Если отражающая поверхность (s2) является фиксированной, то два устройства (Р1, Р2) использования солнечной энергии последовательно располагаются на пути света после отражающей поверхности (s2). Технический результат - расширение функций солнечной энергетической системы. 9 з.п. ф-лы, 8 ил.

1. Многофункциональная солнечная энергетическая система, содержащая:

систему сведения лучей, содержащую по меньшей мере одну светофокусирующую преломляющую поверхность (s1) и одну отражающую поверхность (s2), которая расположена ниже светофокусирующей преломляющей поверхности по направлению падения солнечной энергии; и

два устройства (Р1, Р2) использования солнечной энергии для поглощения и использования солнечного света;

при этом по меньшей мере одно из отражающей поверхности и двух устройств использования солнечной энергии является подвижным;

причем, если отражающая поверхность является подвижной, то два устройства использования солнечной энергии соответственно располагаются на путях света, образуемых до и после перемещения отражающей поверхности; и,

если отражающая поверхность является фиксированной, то два устройства использования солнечной энергии последовательно располагаются на пути света после отражающей поверхности.

2. Солнечная энергетическая система по п. 1, в которой по меньшей мере одна светофокусирующая преломляющая поверхность представляет собой зубчатую поверхность и содержит по меньшей мере один элемент Френеля.

3. Солнечная энергетическая система по п. 2, в которой форма зубчатой поверхности и/или микроскопической криволинейной поверхности отражающей поверхности является поверхностью вращения или коаксиальной поверхностью.

4. Солнечная энергетическая система по п. 2, в которой система сведения лучей содержит первую линзу Френеля и отражающий элемент, при этом

вид первой линзы Френеля выбран из односторонней простой линзы Френеля, простой составной линзы Френеля, двусторонней простой линзы Френеля, двусторонней составной линзы Френеля и двусторонней гибридной линзы Френеля; а

вид отражающего элемента выбран из отражающего элемента с только одной отражающей плоской поверхностью или отражающей криволинейной поверхностью, плоского отражающего зеркала, отражающей линзы, образованной объединением плоской отражающей поверхности и вогнутой или выпуклой пропускающей поверхности, и отражающей линзы Френеля.

5. Солнечная энергетическая система по п. 1, дополнительно содержащая устройство управления перемещением, выполненное с возможностью управления в соответствии с заданной программой перемещения подвижного компонента в системе.

6. Солнечная энергетическая система по любому из пп. 1-5, в которой вид каждого из двух устройств использования солнечной энергии выбран из одного из солнечного нагревательного устройства и фотоэлектрической панели, соответственно.

7. Солнечная энергетическая система по любому из пп. 1-5, в которой одно из двух устройств использования солнечной энергии, которое расположено выше по направлению падения солнечного света, является двусторонней фотоэлектрической панелью.

8. Солнечная энергетическая система по любому из пп. 1-5, дополнительно содержащая водяной бак, изготовленный из прозрачного материала, и одно из двух устройств использования солнечной энергии, которое расположено выше по направлению падения солнечного света, как источник теплоты окружено водяным баком способом, обеспечивающим теплопроводность.

9. Солнечная энергетическая система по любому из п.п. 1-5, в которой на периферии светофокусирующей преломляющей поверхности или отражающей поверхности предусмотрены висячие крючки или отверстия для установки ограждающего тента.

10. Солнечная энергетическая система по п. 6, в которой видом по меньшей мере одного из двух устройств использования солнечной энергии является фотоэлектрическая панель, и система дополнительно содержит один или более из следующих элементов:

накопитель энергии, электрически подключенный к фотоэлектрической панели, для сохранения электрической энергии, при этом накопитель энергии выбран из суперконденсатора, перезаряжаемого аккумулятора и воздушного компрессора;

инвертор переменного тока, электрически подключенный к фотоэлектрической панели, для преобразования постоянного тока, выводимого с фотоэлектрической панели, в переменный ток;

устройство вывода напряжения постоянного тока, электрически подключенное к двусторонней фотоэлектрической панели, для вывода напряжения постоянного тока; и

индикатор состояния, используемый для обнаружения и отображения рабочих параметров системы, при этом рабочие параметры выбраны из напряжения, тока, мощности и температуры.