СОЛНЕЧНАЯ ЭЛЕКТРОСТАНЦИЯ Российский патент 2020 года по МПК H02S10/30 H02S20/10 H02S40/22 F24S23/77 

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ, К КОТОРОЙ ОТНОСИТСЯ ИЗОБРЕТЕНИЕ

Настоящее раскрытие относится к экологически чистой энергии и, в частности, к солнечным электростанциям.

ПРЕДПОСЫЛКИ СОЗДАНИЯ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Для увеличения эффективности использования (утилизирования) солнечной энергии и уменьшения площади устройства, которое принимает или собирает солнечную энергию, часто используется солнечная система со слежением за Солнцем (также известна как система слежения за Солнцем). Система со слежением за Солнцем используется главным образом для настройки ориентации и углового положения светоприемной поверхности в упомянутых системах по мере изменения направления Солнца таким образом, чтобы, когда площадь упомянутой поверхности ограничена, можно было получить как можно больше солнечного света.

Независимо от того, идет ли речь о распределенной фотогальванической электроустановке или о гелиотермальной (солнечно-тепловой) электроустановке с центральным приемником, общепринятая в настоящее время система со слежением за Солнцем обычно является распределенной системой со слежением за Солнцем; то есть каждая относительно независимая светоприемная поверхность в упомянутой системе снабжена независимым модулем слежения за Солнцем, причем каждый модуль слежения за Солнцем в общем содержит поворотный вал и опорную платформу.

Распределенная система со слежением за Солнцем может обеспечивать, чтобы все светоприемные поверхности в системе выполняли перемещения для слежения за Солнцем, но это также приводит к значительному увеличению затрат на установку, настройку, эксплуатацию и техническое обслуживание. Кроме того, между множественными модулями слежения за Солнцем необходимо зарезервировать некоторое пространство, что делает практически сложным уменьшение требований по занимаемой площади поверхности земли.

СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Солнечная электростанция согласно настоящему раскрытию может включать в себя первый светоприемный элемент, имеющий первую рабочую поверхность, которая является по существу плосколежащей (распластанной), второй светоприемный элемент, имеющий вторую рабочую поверхность, по существу перпендикулярную первой рабочей поверхности, и первый приводной механизм. Первая и вторая рабочие поверхности выполнены таким образом, чтобы солнечный свет облучал первую рабочую поверхность после прохождения через вторую рабочую поверхность или облучал вторую рабочую поверхность после прохождения через первую рабочую поверхность. Второй светоприемный элемент закреплен на первом приводном механизме. Первый приводной механизм выполнен с возможностью приводить в движение вторую рабочую поверхность для перемещения или поворота относительно первой рабочей поверхности согласно перемещению Солнца.

Солнечная электростанция согласно настоящему раскрытию имеет светоприемные элементы двух типов: светоприемный элемент одного типа, по существу плосколежащий, и светоприемный элемент другого типа, по существу вертикальный. По существу вертикальное светоприемное устройство является централизованным и выполненным с возможностью следовать за Солнцем с помощью первого приводного механизма, что упрощает общую конструкцию и конфигурацию солнечной электростанции, также являясь предпочтительным для уменьшения затрат на солнечную электростанцию и требований по занимаемой площади поверхности земли.

Конкретные примеры согласно настоящему раскрытию будут подробно описаны ниже со ссылкой на сопутствующие чертежи.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ

Фиг. 1 является схематическим изображением солнечной электростанции согласно первому варианту осуществления;

Фиг. 2 является схематическим изображением солнечной электростанции согласно второму варианту осуществления;

Фиг. 3 является схематическим изображением солнечной электростанции согласно третьему варианту осуществления;

Фиг. 4 является схематическим изображением солнечной электростанции согласно четвертому варианту осуществления;

Фиг. 5 является схематическим изображением солнечной электростанции согласно пятому варианту осуществления; и

Фиг. 6 является схематическим изображением солнечной электростанции согласно шестому варианту осуществления.

ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ

Первый вариант осуществления

Со ссылкой на фиг. 1, солнечная электростанция согласно одному варианту осуществления настоящего раскрытия может включать в себя первый светоприемный элемент 110, второй светоприемный элемент 120 и первый приводной механизм 130.

Первый светоприемный элемент 110 имеет первую рабочую поверхность 111, которая является по существу плосколежащей.

Второй светоприемный элемент 120 имеет набор вторых рабочих поверхностей 121, которые расположены по существу вертикально относительно первой рабочей поверхности.

Термины «плосколежащий» и «вертикальный», используемые в настоящем раскрытии, являются относительными терминами. Когда угол между нормалью к рабочей поверхности и направлением силы тяжести в местоположении, где расположена рабочая поверхность, менее 30 градусов, ее можно считать «по существу плосколежащей»; в то время, когда угол между нормалью к рабочей поверхности и направлением силы тяжести в данном местоположении более 60 градусов, ее можно считать «по существу вертикальной».

Рабочая поверхность, упоминаемая в настоящем раскрытии, может быть поверхностью, применяемой для реализации утилизирования солнечной энергии или сбора солнечной энергии или их комбинации. Таким образом, первый и второй светоприемные элементы могут быть выбраны из группы, состоящей из утилизирующего солнечную энергию устройства и светонаправляющего элемента. Рабочая поверхность может быть единственной плоскостью или криволинейной поверхностью, или складывающейся поверхностью экранного типа со смежными складывающимися сторонами, способными перемещаться одна относительно другой.

Утилизирующее солнечную энергию устройство, упомянутое здесь, в общем относится к различным элементам, которые преобразуют солнечную энергию в другую энергию, таким как фотогальванические панели, устройства преобразования солнечной энергии в электрическую и т.п. Упомянутая здесь фотогальваническая панель относится ко всем устройствам фотоэлектрического преобразования солнечного света, которые преобразуют солнечную энергию непосредственно в электрическую энергию, таким как различные полупроводниковые фотогальванические панели, фотогальванические тонкие пленки, фотогальванические панели на квантовых точках и т.п.

Упомянутый здесь светонаправляющий элемент может быть выбран таким образом, чтобы он был пропускающим или отражающим в зависимости от потребностей конструкции оптического пути. Отражающий светонаправляющий элемент включает в себя отражатель, отражающую линзу и т.п. Предпочтительно, в пропускающей линзе и линзовом участке отражающей линзы может быть использована линза Френеля. Подробное описание линзы Френеля можно найти в PCT-публикации №WO/2016/082097, озаглавленной "Fresnel Lens System" («Система с линзой Френеля»), опубликованной 2 июня 2016, которая включена сюда посредством ссылки.

Следует отметить, что линза (в том числе линзовый участок в отражающей линзе), упоминаемая в настоящем раскрытии, может быть точечно-фокусирующей (или точечно-рассеивающей) линзой, чей фокус попадает в одну точку, или линейно-фокусирующей (линейно-рассеивающей) линзой, чьим фокусом является прямая линия; последняя линза называется здесь «линейной» линзой. При выборе вертикального второго светоприемного элемента в качестве светонаправляющего элемента, можно предпочтительно использовать отражающую линзу Френеля, в частности, астигматическую отражающую линзу Френеля и отражающую линейную линзу Френеля, более предпочтительно астигматическую отражающую линейную линзу Френеля. Упоминаемый здесь «астигматический» отражатель (или отражающая линза) относится к отражателю (или отражающей линзе), который имеет больший угол отражения, чем угол падения. Использование астигматической отражающей линзы Френеля помогает увеличить высоту вертикальной рабочей поверхности для приема большего количества солнечной энергии при постоянном размере плоской рабочей поверхности.

В этом варианте осуществления первая рабочая поверхность является плоскостью, образованной фотогальванической панелью и лежащей плоско на земле (или на держателе, параллельном земле). Вторая рабочая поверхность является складывающейся поверхностью экранного типа, образованной отражателем и расположенной по существу вертикально рядом с первой рабочей поверхностью. Поскольку вторая рабочая поверхность является отражающей поверхностью, солнечный свет SS (который используется в последующих вариантах осуществления и не будет описываться снова) облучает первую рабочую поверхность после его отражения второй рабочей поверхностью. Легко понять, что в других вариантах осуществления функции первой рабочей поверхности и второй рабочей поверхности могут также поменяться местами. Например, при использовании первой рабочей поверхности для сбора солнечной энергии и применения второй рабочей поверхности для утилизирования солнечной энергии, посредством настройки относительных положений первой рабочей поверхности, второй рабочей поверхности и Солнца, соответственно, солнечный свет облучает вторую рабочую поверхность (которая является вертикальной) после прохождения через первую рабочую поверхность (которая является плосколежащей). Следует отметить, что когда одна из первой рабочей поверхности и второй рабочей поверхности является зеркальной поверхностью, необходимо только, чтобы площадь зеркальной поверхности была согласована с (соответствовала) площадью другой рабочей поверхности (которая не является зеркальной поверхностью), противоположной ей, и не нужно, чтобы она была слишком большой. Термин «быть согласованной» относится к свету, отражаемому зеркальной поверхностью и точно покрывающему другую рабочую поверхность, противоположную ей. Когда площади двух рабочих поверхностей согласованы, может быть обеспечено наилучшее соотношение между рабочими характеристиками и стоимостью.

Первый приводной механизм 130 может включать в себя многосекционную рельсовую тележку, которая может перемещаться вдоль рельса 131, который окружает первый светоприемный элемент.Каждая зеркальная поверхность второго светоприемного элемента соответственно закреплена на каждой секции многосекционной рельсовой тележки для реализации слежения за Солнцем путем орбитального движения. Конкретно, надлежащее положение рельсовой тележки на рельсе может быть вычислено согласно положению Солнца для того, чтобы большая часть солнечного света облучала путем отражения плоское утилизирующее солнечную энергию устройство, которое является плосколежащим.

Рельс (рельсовый путь), используемый рельсовой тележкой, может быть либо одноколейным путем, либо двухколейным путем. В других вариантах осуществления первый приводной механизм может также использовать колесную машину или другие устройства при условии, что вторая рабочая поверхность может перемещаться или поворачиваться относительно первой рабочей поверхности согласно перемещению Солнца. Траектория первого приводного механизма может быть криволинейной траекторией вокруг светоприемного элемента, который является плосколежащим, например, круговой кривой или эллиптической кривой, или трехмерной кривой; или она может быть дорожкой линейного возвратно-поступательного движения вдоль направления прохождения первой рабочей поверхности. Поскольку операция слежения за Солнцем выполняется главным образом первым приводным механизмом, вычисление слежения за Солнцем электростанцией согласно настоящему раскрытию может быть эффективно упрощено. Например, согласно положению Солнца, на возможной траектории вертикального светоприемного элемента может быть выбрано положение, при котором большая часть солнечной энергии может быть принята, или на возможной траектории вертикального светоприемного элемента может быть выбрано положение, при котором большая часть солнечного света может быть отражена на светоприемный элемент, который является плосколежащим.

В этом варианте осуществления, зеркальная поверхность экранного типа второго светоприемного элемента непосредственно вертикально закреплена на рельсовой тележке и перемещается вдоль рельса вместе с рельсовой тележкой. В других вариантах осуществления второй светоприемный элемент может быть также закреплен на первом приводном механизме с помощью поворотного вала, тем самым также обеспечивающим поворот.

В этом варианте осуществления утилизирующее солнечную энергию устройство (например, фотогальваническая панель), которое является плосколежащим, может быть использовано само по себе. В других вариантах осуществления утилизирующее солнечную энергию устройство, которое является плосколежащим, может быть также применено каскадно с утилизирующими другую энергию устройствами. Например, фотогальваническая панель может быть расположена каскадно с утилизирующим тепловую энергию устройством для обеспечения более высокой эффективности утилизирования солнечной энергии. Утилизирующее тепловую энергии устройство может быть расположено на задней стороне упомянутого по меньшей мере одного утилизирующего солнечную энергию устройства и термически связано с утилизирующим солнечную энергию устройством. Упоминаемое здесь утилизирующее тепловую энергию устройство, которое может быть устройством термоэлектрического преобразования или устройством поглощения тепловой энергии, может быть дополнительно связано с внешним разомкнутым или замкнутым контуром рабочей текучей среды для образования системы опреснения морской воды, системы утилизирования солнечно-тепловой энергии с газовой турбиной, или контейнера сохраняющего тепловую энергию устройства и т.п.

Дополнительно, другие светонаправляющие элементы, такие как пропускающая концентрирующая линза Френеля или сужающаяся светонаправляющая трубка с зеркальной поверхностью, могут быть дополнительно расположены на оптическом пути между первой рабочей поверхностью и второй рабочей поверхностью для увеличения степени концентрирования и эффективности утилизирования солнечной энергии. Альтернативно, фотогальванические панели могут быть также закрытыми для образования закрытой фотогальванической или фототермической системы утилизирования энергии.

Второй вариант осуществления

Со ссылкой на фиг. 2, солнечная электростанция согласно другому варианту осуществления настоящего раскрытия может включать в себя первый светоприемный элемент 210, второй светоприемный элемент 220 и первый приводной механизм 230.

Первый светоприемный элемент 210 имеет первую рабочую поверхность 211, которая является по существу плосколежащей.

Второй светоприемный элемент 220 имеет набор вторых рабочих поверхностей 221, которые расположены по существу вертикально относительно первой рабочей поверхности.

В этом варианте осуществления упомянутые два светоприемных элемента могут быть отражателем и фотогальванической панелью, или оба они могут быть фотогальваническими панелями. Солнечный свет SS может отражаться от вертикальной рабочей поверхности на другую рабочую поверхность, которая является плосколежащей, и наоборот.

Первый приводной механизм 230 может иметь вращающийся рычаг 232, который расположен по существу параллельно первой рабочей поверхности 211 и может вращаться над поверхностью первой рабочей поверхности 211 вокруг поворотного вала 233, который по существу перпендикулярен первой рабочей поверхности 211. Второй светоприемный элемент может быть закреплен на вращающемся рычаге, например, на одном конце в отдалении от поворотного вала 233. В других вариантах осуществления второй светоприемный элемент может быть также закреплен на вращающемся рычаге посредством поворотного вала для увеличения управляемой вращательной степени свободы, такой как степень свободы вращения вокруг по существу горизонтального поворотного вала. Для улучшения стабильности системы и уменьшения требований к движущей силе, на другом конце вращающегося рычага может быть расположен груз 234 с тем, чтобы центр тяжести всего вращающегося механизма мог находиться на вращающемся рычаге.

Длина вращающегося рычага 232 может быть фиксированной, или вращающийся рычаг может быть телескопическим с тем, чтобы второй светоприемный элемент мог перемещаться вокруг первого светоприемного элемента по круговой или эллиптической траектории.

В качестве предпочтительного варианта осуществления, вращающийся рычаг в этом варианте осуществления может быть дополнительно снабжен очищающим устройством 235 на стороне, смежной с первой рабочей поверхностью, для очистки первой рабочей поверхности, когда вращающийся рычаг поворачивается над первой рабочей поверхностью, с тем, чтобы при реализации слежения за Солнца может выполняться автоматическая очистка светоприемной поверхности. Очищающее устройство может быть, например, щеткой, пылеудаляющим трубопроводом с отверстием, обращенным к поверхности, подлежащей очистке, или т.п., при условии, что оно может удалять инородные вещества (такие как пыль) со светоприемной поверхности при вращательном движении.

Необязательно, в этом варианте осуществления может быть дополнительно обеспечен второй приводной механизм 240, выполненный с возможностью приводить в движение всю электростанцию. Второй приводной механизм может быть, в частности, вертикальным поворотным стержнем, и первый светоприемный элемент закрепляется на нем, и соответственно вращающийся рычаг 232 и первый приводной механизм 230 также закрепляются на нем. Таким образом, вся электростанция может перемещаться или поворачиваться вторым приводным механизмом.

Солнечная электростанция в этом варианте осуществления пригодна для малоразмерных и среднеразмерных применений, например, в качестве домашней или коммерческой солнечной электростанции.

Третий вариант осуществления

Со ссылкой на фиг. 3, солнечная электростанция согласно еще одному варианту осуществления настоящего раскрытия может включать в себя первый светоприемный элемент 310, второй светоприемный элемент 320 и первый приводной механизм 330.

Первый светоприемный элемент 310 является комбинацией утилизирующего солнечную энергию устройства и отражающей линзы Френеля. Первая рабочая поверхность 311, которая является по существу плосколежащей, представляет собой поверхность смешанного типа. Первая рабочая поверхность 311 образована двумя утилизирующими солнечную энергию устройствами и первой отражающей линзой 312 Френеля; причем первая фотогальваническая панель 313 окружает входную часть сохраняющего тепловую энергию устройства 314, а первая отражающая линза 312 Френеля окружает периферию фотогальванической панели 313. Первый светоприемный элемент 310 может дополнительно включать в себя вторую отражающую линзу 315 Френеля, расположенную напротив первой отражающей линзы Френеля и закрепленную опорой 316. Для легкости иллюстрации предполагается, что стенки различных контейнеров на фигурах здесь являются прозрачными, и это не будет снова упоминаться здесь далее.

В этом варианте осуществления утилизирующие солнечную энергию устройства двух различных типов (фотогальваническая панель и сохраняющее тепловую энергию устройство) используются одновременно для одновременной реализации фотоэлектрического и солнечно-теплового применения. Сохраняющее тепловую энергию устройство расположено в центре фокуса солнечной энергии и может содержать любую рабочую среду, имеющую высокую теплоемкость, такую как расплавленная соль, вода, парафин, силиконовая смазка и т.д., и входная часть сохраняющего тепловую энергию устройства может быть выполнена из прозрачного теплоизоляционного материала. Конструкция, в которой объединены фотогальваническая панель и сохраняющее тепловую энергию устройство, может быть адаптирована для достаточно высокой удельной энергии и может предотвращать повреждение фотогальванической панели высокой температурой. По сравнению с существующими отдельными фотогальваническими электростанциями или солнечно-тепловыми электростанциями, она обеспечивает высокую эффективность утилизирования солнечной энергии и низкую исходную стоимость. Дополнительно, сохраняющее тепловую энергию устройство может также сохранять энергию, что является преимущественным для компенсации временной разницы между сбором и утилизированием солнечной энергии.

Второй светоприемный элемент 320 может быть отражателем или отражающей линзой Френеля, имеющей вторую рабочую поверхность 321, которая является по существу вертикальной. Солнечный свет с неба или со второй рабочей поверхности отражается и сводится первой отражающей линзой 312 Френеля на вторую отражающую линзу 315 Френеля, а затем отражается и сводится второй отражающей линзой Френеля на фотогальваническую панель 313 или входит в сохраняющее тепловую энергию устройство 314.

Первый приводной механизм 330 является безрельсовой колесной машиной для перемещения вперед и назад согласно установленному маршруту слежения за Солнцем. Второй светоприемный элемент 320 вертикально закреплен на безрельсовой колесной машине.

Предпочтительно, первый светоприемный элемент 310 может дополнительно включать в себя вторую фотогальваническую панель 317, расположенную на стороне второй отражающей линзы 315 Френеля, обращенной к небу, и выполненную с возможностью принимать солнечный свет непосредственно с неба или со второй рабочей поверхности для лучшего утилизирования солнечной энергии. Что касается крупноразмерного устройства, вторая отражающая линза Френеля может иметь относительно большую площадь, так что может быть предпочтительным обеспечить вторую фотогальваническую панель.

Предпочтительно, в этом варианте осуществления для лучшего утилизирования тепловой энергии, генерируемой или сохраняемой утилизирующим солнечную энергию устройством может быть дополнительно обеспечено утилизирующим тепловую энергию устройством; причем первый контейнер 351 обернут вокруг сохраняющего тепловую энергию устройства 314, и рабочая среда АА в первом контейнере может обмениваться теплом с рабочей средой в сохраняющем тепловую энергию устройстве. Поскольку температура сохраняющего тепловую энергию устройства обычно высока, первый контейнер может быть использован в качестве резервуара испарения жидкости, а рабочая среда АА в нем может быть выбрана из группы, состоящей из воды, спирта, простого диэтилового эфира, хладагента (такого как фреон или его заменитель) и т.п.Второй контейнер 352 расположен на задней стороне фотогальванической панели 313 и термически связан с этой фотогальванической панелью. Второй контейнер может быть использован в качестве резервуара предварительного нагрева для рабочей среды АА. В других вариантах осуществления также могут быть использованы сохраняющие тепловую энергию устройства других типов, такие как тепловой генератор Стирлинга и т.д.

Рабочая среда АА во время эксплуатации может предварительно нагреваться тепловой энергией, генерируемой фотогальванической панелью 313, во втором контейнере и транспортироваться в первый контейнер 351 через первый компрессор 353, а затем испаряться в результате теплообмена с сохраняющем тепловую энергию устройством 314; генерируемый газ может быть отправлен в турбинный генератор 354 для генерирования энергии и затем охлажден в конденсирующем резервуаре 355; охлажденная жидкость может быть отправлена назад во второй контейнер 352 вторым компрессором 356; таким образом завершается замкнутый рабочий цикл. Каждое узловое устройство в замкнутом рабочем цикле, через которое может проходить рабочая среда АА, может сообщаться посредством трубопровода и управляться соответствующим клапаном. Два клапана FF, используемые для управления процессом испарения, показаны в качестве примера на фиг. 3, однако, остальные трубопроводы также могут быть снабжены клапанами, что не будет повторно упоминаться здесь.

В этом варианте осуществления используется замкнутый рабочий цикл для рабочей среды; однако в другом варианте осуществления также может быть адаптирован разомкнутый рабочий цикл для рабочей среды. Разные функции могут обеспечиваться в зависимости от различных типов рабочей среды, такие как обеспечение горячей воды для окрестностей или реализация опреснения.

Дополнительно, предпочтительно в этом варианте осуществления также может быть обеспечен термоэлектрический преобразователь. Термоэлектрический преобразователь может быть расположен на пути тепловой энергии между утилизирующим солнечную энергию устройством и утилизирующим тепловую энергию устройством и выполнен с возможностью генерировать электроэнергию путем использования разницы температур между утилизирующим солнечную энергию устройством и утилизирующим тепловую энергию устройством для лучшего утилизирования солнечной энергии. Конкретно, первый термоэлектрический преобразователь 357 обернут вокруг теплообменной трубки 3511 и расположен на пути тепловой энергии между утилизирующим тепловую энергию устройством 314 и первым контейнером 351; а второй термоэлектрический преобразователь 358 расположен между фотогальванической панелью 313 и вторым контейнером 352.

В этом варианте осуществления энергогенерирующие системы с множеством функций (в том числе прямое фотоэлектрическое преобразование, прямое термоэлектрическое преобразование, и генерирование энергии турбогенератором) объединены простым и экономически целесообразным способом; таким образом, этот вариант осуществления очень подходит для создания крупноразмерной солнечной электростанции.

Четвертый вариант осуществления

Со ссылкой на фиг. 4, солнечная электростанция согласно еще одному варианту осуществления настоящего раскрытия может включать в себя первый светоприемный элемент 410, второй светоприемный элемент 420 и первый приводной механизм 430.

Первый светоприемный элемент 410 является комбинацией утилизирующего солнечную энергию устройства и отражающего оптического элемента. Первая рабочая поверхность 411, которая является по существу плосколежащей, может быть образована отражающим оптическим элементом, таким как зеркальная поверхность или поверхность отражающей линзы Френеля. Над первой рабочей поверхностью расположен набор конусовидных светонаправляющих элементов 4131. Каждый конусовидный светонаправляющий элемент включает в себя зеркальную поверхность в качестве его внутренней стенки и конец, имеющий большее отверстие, обращенное к первой рабочей поверхности. Фотогальванические панели 413, которые могут быть плоскими или конусовидными (не показано), расположены соответственно на дне соответствующих конусовидных светонаправляющих элементов (т.е. на конце, имеющем меньшее отверстие), и их конец конусовидного верха обращен к концу конусовидных светонаправляющих элементов 4131, имеющему большее отверстие. Для краткости, конструкция, образованная множеством конусовидных светонаправляющих элементов, объединенных с фотогальваническими панелями, называется далее «конусовидным утилизирующим солнечную энергию устройством».

Второй светоприемный элемент 420 может быть отражателем или отражающей линзой Френеля и может иметь вторую рабочую поверхность 421, которая является по существу вертикальной. Солнечный свет с неба или со второй рабочей поверхности может быть отражен (или «отражен и сведен») первой рабочей поверхностью 411 на конец конусовидного светонаправляющего элемента, имеющий большее отверстие, затем сведен конусовидным светонаправляющим элементом и может достигнуть фотогальванической панели.

Первый приводной механизм 430 может быть рельсовой тележкой, выполненной с возможностью перемещаться вдоль рельса 431, окружающего первый светоприемный элемент, для слежения за Солнцем. Второй светоприемный элемент 420 может быть вертикально закреплен на рельсовой тележке.

В этом варианте осуществления конусовидное утилизирующее солнечную энергию устройство обернуто контейнером 451, служащим в качестве утилизирующего тепловую энергию устройства, и погружено в него. Рабочая среда в контейнере 451 может быть выбрана из любой рабочей среды, имеющей высокую теплоемкость. Посредством теплообмена между фотогальванической панелью 413 и рабочей средой внутри контейнера 451 температура фотогальванической панели может быть уменьшена с дополнительным утилизированием тепловой энергии.

Подобно третьему варианту осуществления, контейнер 451 также может быть связан с внешним устройством (не показано) через трубопровод 4511 с образованием разомкнутого или замкнутого рабочего цикла для рабочей среды. Например, контейнер может функционировать в качестве водонагревателя, так что электростанция согласно этому варианту осуществления пригодна для конструкции в гостинице, больнице, фитнес-центре, гимнастическом зале, прачечной и т.п., где требуется большое количество горячей воды.

Предпочтительно, первый светоприемный элемент 410 может дополнительно включать в себя вторую фотогальваническую панель 417, расположенную на верхней части контейнера 451 (на стороне, обращенной к небу), для обеспечения полного использования поверхности, которая может принимать солнечный свет.В других вариантах осуществления второй светоприемный элемент 420 может также предпочтительно использовать фотогальваническую панель.

Пятый вариант осуществления

Со ссылкой на фиг. 5, солнечная электростанция согласно еще одному варианту осуществления настоящего раскрытия может включать в себя первый светоприемный элемент 510, второй светоприемный элемент 520 и первый приводной механизм 530.

Первый светоприемный элемент 510 является комбинацией утилизирующего солнечную энергию устройства и пропускающей линзы; причем первая рабочая поверхность 511, которая является по существу плосколежащей, образована пропускающей линзой (которая предпочтительно может быть линзой Френеля) и закреплена опорой 516; и два утилизирующих солнечную энергию устройства, т.е. фотогальваническая панель 513 и сохраняющее тепловую энергию устройство 514, окружающее входную часть утилизирующего тепловую энергию устройства 514, расположены под первой рабочей поверхностью.

Фотогальваническая панель 513, сохраняющее тепловую энергию устройство 514, второй светоприемный элемент 520 и первый приводной механизм 530 подобны соответствующим элементам в третьем варианте осуществления и не будут описываться снова. Одно из различий между этим вариантом осуществления и третьим вариантом осуществления состоит в том, что наверху солнечной электростанции расположена газовая линза 518. Упоминаемая здесь газовая линза относится к оболочке с газом, выполняющей функцию фокусировки или обеспечения астигматизма света. Поверхность оболочки с газом может быть прозрачной гладкой поверхностью или по меньшей мере частично зеркальной поверхностью, или поверхностью линзы Френеля; или внутренняя часть оболочки с газом может быть заполнена газом, имеющим показатель преломления, больший 1, с тем, чтобы газовой линзой могла быть реализована оптическая функция. Газовая линза может быть подвешена в воздухе в результате заполнения ее газом с плотностью, меньшей плотности воздуха. В настоящем варианте осуществления используется концентрирующая газовая линза. Солнечный свет с неба сводится газовой линзой и облучает первую рабочую поверхность (или первую и вторую рабочие поверхности), и затем солнечный свет из газовой линзы или со второй рабочей поверхности сводится (конвергируется) линзой, образующей первую рабочую поверхность 511, и облучает фотогальваническую панель 513 или сохраняющее тепловую энергию устройство 514.

В этом варианте осуществления также может быть обеспечено утилизирующее тепловую энергию устройство. В отличие от третьего варианта осуществления, утилизирующее тепловую энергию устройство в этом варианте осуществления вместе с внешним узловым устройством образует разомкнутый рабочий цикл для рабочей среды. Рабочий цикл (контур) может включать в себя первый контейнер 551, служащий в качестве резервуара испарения жидкости, второй контейнер 552, служащий в качестве резервуара предварительного нагрева, первый компрессор 553, турбинный генератор 554 и конденсирующий резервуар 555. Каждое узловое устройство подобно соответствующему устройству в третьем варианте осуществления (и его описание здесь повторяться не будет) за исключением того, что жидкость, получаемая после охлаждения в конденсирующем резервуаре, может быть выпущена вместо транспортирования ее обратно во второй контейнер; и, соответственно, рабочая среда во втором контейнере может пополняться извне через трубопровод 5521 для образования разомкнутого рабочего цикла для рабочей среды.

Если рабочей средой в первом контейнере 551 является морская вода, то из конденсирующего резервуара может быть получена пресная вода, так что электростанция согласно настоящему варианту осуществления может быть использована для опреснения морской воды при генерировании электроэнергии. В этом случае в первом контейнере 551 может образовываться большое количество солевого осадка, остающегося после опреснения морской воды; и, следовательно, на дне первого контейнера 551 может быть расположена подвижная дверца 5511 для очистки солевого осадка.

Подобно третьему варианту осуществления, в этом варианте осуществления могут быть дополнительно обеспечены первый термоэлектрический преобразователь 557 и второй термоэлектрический преобразователь 558, и они не будут описываться здесь снова.

Этот вариант осуществления также применим к конструкции крупноразмерной солнечной электростанции, способной осуществлять опреснение морской воды при генерировании электроэнергии с высокой эффективностью. Кроме того, поскольку применяется газовая линза, подвешенная в воздухе, степень концентрирования системы может быть эффективно увеличена при низких затратах.

Шестой вариант осуществления

Со ссылкой на фиг. 6, солнечная электростанция согласно еще одному варианту осуществления настоящего раскрытия может включать в себя первый светоприемный элемент 610, второй светоприемный элемент 620 и первый приводной механизм 630.

Первый светоприемный элемент 610 является фотогальванической панелью, которая является по существу плосколежащей и приближенно имеет форму ленты. Второй светоприемный элемент 620 является плоским двусторонним отражателем, который расположен по существу вертикально. Первый приводной механизм 630 включает в себя рельсовую тележку, движущуюся возвратно-поступательно по линейному рельсу 631, расположенному по обеим сторонам первого светоприемного элемента 610 в направлении его протяжения. Второй светоприемный элемент закреплен на рельсовой тележке с помощью по существу горизонтального поворотного вала 636.

В этом варианте осуществления второй светоприемный элемент имеет две степени свободы перемещения, то есть степень свободы поступательного перемещения вдоль направления протяжения фотогальванической панели и степень свободы вращательного перемещения относительно поверхности фотогальванической панели. Степень свободы поступательного перемещения может быть использована для настройки второго светоприемного элемента на положение, обращенное к солнечному свету, позволяющее отражать солнечный свет на фотогальваническую панель, которая является плосколежащей; в то время как степень свободы вращательного перемещения может быть использована для настройки угла между вторым светоприемным элементом и солнечным светом, позволяющего фотогальванической панели принимать максимальную отраженную солнечную энергию.

В других вариантах осуществления второй светоприемный элемент может быть концентрирующей отражающей линзой Френеля, или предпочтительно концентрирующей отражающей линейной линзой Френеля. В этих случаях площадь второго светоприемного элемента может быть значительно большей, чем площадь фотогальванической панели, которая является плосколежащей, посредством чего обеспечивается высокая степень концентрирования. В еще других вариантах осуществления второй светоприемный элемент может также предпочтительно иметь форму астигматической отражающей линейной линзы Френеля.

В этом варианте осуществления вертикальный светоприемный элемент перемещается по простой линейной траектории, и конструкция для слежения за Солнцем очень проста, так что с низкими затратами может быть сконструирована крупноразмерная солнечная электростанция с высокой выходной мощностью, которая будет хорошо подходить для использования в области, в которой Солнце отслеживается за только в одном направлении, такой как вблизи экватора.

Принцип и способы реализации настоящего раскрытия были описаны выше со ссылкой на конкретные варианты осуществления, которые обеспечены лишь с целью понимания настоящего раскрытия и не предназначены для ограничения настоящего раскрытия. Специалисты в данной области техники смогут реализовать варианты на основе принципа настоящего раскрытия.

Изобретение относится к солнечной энергетике. Раскрыта солнечная электростанция, содержащая первое светоприемное устройство (110), имеющее по существу плоскую первую рабочую поверхность (111), второе светоприемное устройство (120), имеющее вторую рабочую поверхность (121), по существу перпендикулярную первой рабочей поверхности, и первый приводной механизм (130). Первая и вторая рабочие поверхности выполнены таким образом, чтобы солнечный свет (SS) падал на первую рабочую поверхность после прохождения через вторую рабочую поверхность или проходил через первую рабочую поверхность и затем падал на вторую рабочую поверхность. Второе светоприемное устройство закреплено на первом приводном механизме. Первый приводной механизм используется для приведения в движение второй рабочей поверхности для перемещения или поворота относительно первой рабочей поверхности согласно перемещению Солнца. Солнечная электростанция имеет три варианта выполнения согласно независимым пп. 1, 8, 9 формулы изобретения. Техническим результатом является уменьшение энергозатрат на солнечную электростанцию и требований по занимаемой площади поверхности земли. 3 н. и 11 з.п. ф-лы, 6 ил.

1. Солнечная электростанция, содержащая:

первый светоприемный элемент, имеющий первую рабочую поверхность, которая является по существу плосколежащей,

второй светоприемный элемент, имеющий вторую рабочую поверхность, по существу перпендикулярную первой рабочей поверхности,

причем первая и вторая рабочие поверхности выполнены таким образом, что солнечный свет излучается на первую рабочую поверхность после прохождения через вторую рабочую поверхность; и

первый приводной механизм для приведения в движение второй рабочей поверхности для перемещения или поворота относительно первой рабочей поверхности согласно перемещению Солнца, и при этом второй светоприемный элемент закреплен на первом приводном механизме;

при этом

первый светоприемный элемент содержит по меньшей мере одно утилизирующее солнечную энергию устройство и отражающий оптический элемент,

первая рабочая поверхность образована упомянутым отражающим оптическим элементом, и

светоприемная поверхность упомянутого по меньшей мере одного утилизирующего солнечную энергию устройства обращена к упомянутому отражающему оптическому элементу.

2. Солнечная электростанция по п. 1, в которой:

второй светоприемный элемент имеет форму плоскости, криволинейной поверхности или складывающейся поверхности экранного типа со смежными складывающимися сторонами, способными перемещаться одна относительно другой.

3. Солнечная электростанция по п. 1, в которой:

первая рабочая поверхность является зеркальной поверхностью, причем площадь зеркальной поверхности согласована с площадью противоположной ей второй рабочей поверхности.

4. Солнечная электростанция по п. 1, в которой

первый приводной механизм содержит рельсовую тележку или безрельсовую колесную машину, которая перемещается вокруг первого светоприемного элемента или перемещается линейным возвратно-поступательным образом вдоль направления протяжения первой рабочей поверхности; и

второй светоприемный элемент закреплен на рельсовой тележке или безрельсовой колесной машине либо непосредственно, либо с помощью поворотного вала.

5. Солнечная электростанция по п. 1, в которой

первый приводной механизм содержит вращающийся рычаг, который расположен по существу параллельно первой рабочей поверхности и может вращаться над поверхностью первой рабочей поверхности вокруг поворотного вала, который по существу перпендикулярен первой рабочей поверхности,

второй светоприемный элемент закреплен на вращающемся рычаге либо непосредственно, либо с помощью другого поворотного вала, и

длина вращающегося рычага является фиксированной, или он является телескопическим, так что второй светоприемный элемент может перемещаться вокруг первого светоприемного элемента по круговой или эллиптической траектории.

6. Солнечная электростанция по п. 5, в которой

очищающее устройство также расположено на стороне вращающегося рычага, смежной с первой рабочей поверхностью, и выполнено с возможностью очищать первую рабочую поверхность при вращении вращающегося рычага над первой рабочей поверхностью, и

при этом очищающее устройство выбрано из группы, состоящей из щетки и пылеудаляющего трубопровода.

7. Солнечная электростанция по п. 5,

дополнительно содержащая второй приводной механизм для приведения в движение всей электростанции для перемещения или поворота, и при этом первый светоприемный элемент закреплен на нем.

8. Солнечная электростанция, содержащая:

первый светоприемный элемент, имеющий первую рабочую поверхность, которая является по существу плосколежащей,

второй светоприемный элемент, имеющий вторую рабочую поверхность, по существу перпендикулярную первой рабочей поверхности,

причем первая и вторая рабочие поверхности выполнены таким образом, что солнечный свет излучается на первую рабочую поверхность после прохождения через вторую рабочую поверхность; и

первый приводной механизм для приведения в движение второй рабочей поверхности для перемещения или поворота относительно первой рабочей поверхности согласно перемещению Солнца, и при этом второй светоприемный элемент закреплен на первом приводном механизме;

при этом

первый светоприемный элемент содержит по меньшей мере одно утилизирующее солнечную энергию устройство, первую отражающую линзу Френеля и вторую отражающую линзу Френеля,

первая рабочая поверхность является поверхностью смешанного типа, образованной упомянутыми по меньшей мере одним утилизирующим солнечную энергию устройством и первой отражающей линзой Френеля, которая окружает периферию утилизирующего солнечную энергию устройства,

вторая отражающая линза Френеля расположена напротив первой отражающей линзы Френеля, и

солнечный свет с неба или со второй рабочей поверхности отражается и сводится первой отражающей линзой Френеля на вторую отражающую линзу Френеля, а затем отражается и сводится второй отражающей линзой Френеля на упомянутое по меньшей мере одно утилизирующее солнечную энергию устройство.

9. Солнечная электростанция, содержащая:

первый светоприемный элемент, имеющий первую рабочую поверхность, которая является по существу плосколежащей,

второй светоприемный элемент, имеющий вторую рабочую поверхность, по существу перпендикулярную первой рабочей поверхности,

причем первая и вторая рабочие поверхности выполнены таким образом, чтобы солнечный свет облучал первую рабочую поверхность после прохождения через вторую рабочую поверхность; и

первый приводной механизм для приведения в движение второй рабочей поверхности для перемещения или поворота относительно первой рабочей поверхности согласно перемещению Солнца, и при этом второй светоприемный элемент закреплен на первом приводном механизме;

при этом

первый светоприемный элемент содержит по меньшей мере одно утилизирующее солнечную энергию устройство и пропускающую линзу,

первая рабочая поверхность образована упомянутой пропускающей линзой, а упомянутое по меньшей мере одно утилизирующее солнечную энергию устройство расположено под первой рабочей поверхностью.

10. Солнечная электростанция по п. 1, дополнительно содержащая

утилизирующее тепловую энергию устройство, расположенное на задней стороне утилизирующего солнечную энергию устройства или оборачивающее утилизирующее солнечную энергию устройство и термически связанное с утилизирующим солнечную энергию устройством, причем утилизирующее тепловую энергию устройство выбрано из группы, состоящей из контейнера для нагревания рабочей среды и теплового генератора Стирлинга.

11. Солнечная электростанция по п. 10, в которой

контейнер для нагревания рабочей среды связан с внешним узловым устройством по разомкнутому или замкнутому типу с помощью трубопровода с образованием разомкнутого или замкнутого рабочего цикла для рабочей среды, а узловое устройство выбрано из группы, состоящей из: турбинного генератора, компрессора и конденсирующего резервуара.

12. Солнечная электростанция по п. 11, в которой

рабочий цикл для рабочей среды представляет собой разомкнутый тип с рабочей средой в нем, являющейся морской водой, и рабочий цикл для рабочей среды дополнительно выполнен с возможностью опреснения морской воды.

13. Солнечная электростанция по п. 10, дополнительно содержащая

термоэлектрический преобразователь, расположенный на пути тепловой энергии между утилизирующим солнечную энергию устройством и утилизирующим тепловую энергию устройством и выполненный с возможностью генерировать электроэнергию путем использования разницы температур между утилизирующим солнечную энергию устройством и утилизирующим тепловую энергию устройством.

14. Солнечная электростанция по п. 1, дополнительно содержащая

газовую линзу, расположенную наверху солнечной электростанции, причем солнечный свет с неба излучается на первую рабочую поверхность через газовую линзу или излучается на первую и вторую рабочие поверхности.