ФОТОЭЛЕКТРИЧЕСКОЕ ЭНЕРГЕТИЧЕСКОЕ УСТРОЙСТВО Российский патент 2023 года по МПК H02S20/32 

Изобретение относится к гелиотехнике и может быть использовано в качестве энергетической установки, преобразующей лучистую энергию Солнца в электроэнергию, тепло и другие формы.

Из «Уровня техники» известна бионическая солнечная электростанция, содержащая несколько солнечных батарей с принимающими излучение фотоэлектрическими преобразователями, размещенных на механической системе, оснащенной системой ориентации, поддерживающей перпендикулярное положение солнечной батареи по отношению к Солнцу. При этом механическая система включает в себя неподвижное основание и блок ориентации, обеспечивающий поворот платформы с закрепленными солнечными батареями вокруг горизонтальной оси. Кроме того, платформа состоит из центральной панели и двух боковых панелей, приводимых в движение при помощи двух приводов вращательного движения, двух винтовых передач, преобразующих вращательное движение винта в поступательное движение гайки, и двух шатунов, образующих вместе с гайками и боковыми панелями кривошипно-шатунные механизмы и обеспечивающих вращение боковых панелей относительно центральной, а также двух фотодатчиков, закрепленных на центральной панели и подающих сигнал на включение привода блока ориентации при изменении положения Солнца, и датчиков скорости воздушного потока и дождя, посылающих сигналы на приводы, управляющие движением боковых панелей при возникновении неблагоприятных для работы установки погодных условий (см. патент РФ №140582, кл. МПК F24J2/42, опубл. 10.05.2014).

Кроме того, известно устройство для преобразования солнечной энергии, выполненное с возможностью автоматической ориентации солнечной батареи и содержащее систему автоматического регулирования, состоящую из солнечной батареи, блока управления, электромеханического привода, неподвижной, установленной с регулируемой опорой, и подвижной, с установленной, по крайней мере, одной солнечной батареей, рам. Причем в качестве электромеханического привода используется линейный актуатор. При этом на неподвижной раме, установленной на вертикальных, регулируемых по высоте, стойках с фиксирующими отверстиями, которые закреплены в бетонных сваях, при помощи шарнира, имеющего одну степень свободы поворотного движения, в верхней части конструкции, и подшипника качения в основании конструкции, закреплена вспомогательная подвижная рама, выполненная в виде треугольника, на которой установлены солнечные батареи, количество которых может варьироваться. Причем линейный актуатор закреплен с одной стороны шарниром, имеющим две степени свободы поворотного движения, к тыльной стороне подвижной рамы, а с другой - жестким соединением к неподвижной раме, система автоматического регулирования ориентацией солнечных батарей выполнена в виде двух активных датчиков фоторезисторов, электрически соединенных с блоком управления приводом подвижной рамы (см. патент РФ №180901, кл. МПК H02S 20/32, опубл. 29.06.2018).

Техническая проблема заключается в том, что известные фотоэлектрические энергетические устройства, выполненные одновременно с возможностью удержания фотоэлектрических модулей и их ориентации в зависимости от положения Солнца, не могут быть использованы в районах с высокой ветровой нагрузкой.

Задачей настоящего изобретения является устранение вышеприведенных недостатков.

Технический результат заключается в том, что фотоэлектрическое энергетическое устройство выдерживает высокие ветровые нагрузки, исключает отрыв от свай и/или стропил фотоэлектрических модулей при скорости ветра до 30 м/с.

Технический результат обеспечивается тем, что фотоэлектрическое энергетическое устройство содержит фотоэлектрические модули, стропила, обеспечивающие возможность подвижной фиксации фотоэлектрических модулей, сваи и устройство автоматического регулирования, включающее датчики, блок управления, привод. При этом устройство содержит центральную сваю-стойку, соединенную в ее верхней части с опорой для фиксации привода посредством выполненных в центральной свае-стойке и в опоре рядов овальных отверстий и болтов высокопрочных, а также в качестве опоры поворотного вала устройство содержит рядные сваи-стойки, соединенные в каждой ее верхней части с опорой для фиксации подшипника посредством выполненных в рядной свае-стойке и в опоре рядов овальных отверстий и болтов высокопрочных. Кроме того, устройство дополнительно включает телескопический демпфер, который одним концом через рычаг соединен с поворотным валом, а другим концом через опору демпфера соединен с рядной сваей-стойкой. Каждое стропило представляет собой балку, выполненную из профиля, имеющего продольны пазы вверху для монтажа фотоэлектрических модулей и внизу для прикрепления стропила к поворотному валу.

Устройство обеспечивает следующие частные случаи его выполнения.

Привод выполнен в виде мотор-редуктора.

Устройство выполнено с возможностью регулировки высоты установки мотор-редуктора в непрерывном диапазоне 70 мм.

Каждое стропило представляет собой балку, выполненную из алюминиевого замкнутого профиля, при этом крепление стропила к поворотному валу обеспечивается при помощи шпилек и прижимных планок, а фиксация фотоэлектрических модулей осуществлена посредством детали прижимной, винта и зажима.

Телескопический демпфер выполнен в виде телескопического масляного амортизатора, кроме того, опора демпфера соединена с рядной сваей-стойкой через прикрепленной к свае-стойке кронштейн L-образной формы и с помощью болтовых соединений.

Сваи являются забивными, либо сваи выполнены с возможностью их опирания на железобетонный фундамент, либо сваи выполнены винтовыми.

Устройство обеспечивает возможность подвижной фиксации с портретным размещением фотоэлектрических модулей в 2 яруса.

Сущность настоящего изобретения поясняется следующими иллюстрациями:

Фиг. 1 - схематическое изображение принципа работы устройства с закрепленными фотоэлектрическими модулями;

Фиг. 2 узел крепления центральной сваи-стойки с опорой для фиксации привода;

Фиг. 3 узел крепления рядной сваи-стойки с опорой для подвижной фиксации поворотного вала;

Фиг. 4 - узел опирания мотор-редуктора;

Фиг. 5 - узел опоры поворотного вала;

Фиг. 6 узел крепления стропила с поворотным валом.

Устройство содержит стропила 2, обеспечивающие возможность подвижной фиксации фотоэлектрических модулей 1, сваи и устройство автоматического регулирования, включающее датчики, блок управления, привод. При этом устройство содержит центральную сваю-стойку 3, соединенную в ее верхней части с опорой 4 для фиксации привода посредством выполненных в центральной свае-стойке 3 и в опоре 4 рядов овальных отверстий и болтов высокопрочных, а также в качестве опоры поворотного вала 5 устройство содержит рядные сваи-стойки 6, соединенные в каждой ее верхней части с опорой 7 для фиксации подшипника скольжения сферического 8 посредством выполненных в рядной свае-стойке бив опоре 7 рядов овальных отверстий и болтов высокопрочных. Предпочтительно, чтобы опоры 4 и 7 были выполнены в виде насадок на верхнюю часть свай (крепится сверху на сваю, закрывает верхнюю часть сваи и часть боковой поверхности сваи) и содержали боковые поверхности, включающие по меньшей мере две стороны, прилегающие к боковым стенкам (противолежащим стенкам или одновременно всем стенкам) сваи с формообразованием на основе прямоугольного параллелепипеда и выполненные с возможностью соединения со стенками сваи с помощью рядов овальных отверстий и болтов высокопрочных. Каждое место крепления боковой стенки центральной сваи-стойки 3 и опоры 4 с помощью рядов овальных отверстий и болтов содержит по меньшей мере два вертикальных ряда, включающих три овальных отверстия, и по меньшей мере два болтовых соединения. Каждое место крепления боковой стенки рядной сваи-стойки 6 и опоры 7 включает один вертикальный ряд, содержащий два овальных отверстия и два болтовых соединения. При этом опора 7 для фиксации корпуса 9 подшипника 8 состоит из 2-х кронштейнов для независимости от погрешности размеров высоты сечения профиля±3 мм. В опоре 7 предусмотренные овальные отверстия позволяют регулировать высоту установки опоры 7 относительно верха сваи-стойки 6 в непрерывном диапазоне и возможность юстировки в процессе эксплуатации.

Кроме того, устройство дополнительно включает демпфер, который одним концом через рычаг соединен с поворотным валом 5, а другим концом через опору демпфера соединен с рядной сваей-стойкой 6.

В заявленном устройстве обеспечено сочетание необходимой жесткости конструкции, которая обусловлена применением специальных крепежных и конструктивных элементов, и гашения демпфером крутильных колебаний поворотного вала 5 и стропил 2 от ветровых пульсаций. Это сочетание позволяет противостоять действующим ветровым нагрузкам при скорости ветра до 30 м/с и исключить отрыв от свай и/или стропил фотоэлектрических модулей.

При этом привод выполнен в виде мотор-редуктора 10. Узел крепления поворотного вала 5 к мотор-редуктору 10 может быть реализован за счет крепления трубы 140×5 к хвостовику мотор-редуктора 10 внешним сечением 110×110 мм. Такой принцип крепления поворотного вала 5 осуществляется при помощи переходной детали из трубы 120×4. В другом альтернативном варианте используют приварные пластины внутри трубы 140×5.

Устройство выполнено с возможностью регулировки высоты установки мотор-редуктора 10 в непрерывном диапазоне 70 мм.

Каждое стропило 2 представляет собой балку, выполненную из алюминиевого замкнутого профиля, имеющего продольны пазы 11, 12 вверху для монтажа фотоэлектрических модулей 1 и внизу для прикрепления стропила к поворотному валу 5, при этом крепление стропила 2 к поворотному валу 5 обеспечивается при помощи шпилек М10 13, гаек М10 14 и прижимных планок 15, а фиксация фотоэлектрических модулей 1 осуществлена посредством детали прижимной, винта и зажима. При этом прижимная деталь опирается на достаточно жесткую вертикальную стенку рамки фотоэлектрического модуля 1. Такой принцип крепления отличается высокой надежностью, кроме того, прост в монтаже.

Проблема гальванопары между стропилом 2 и рамкой фотоэлектрического модуля 1 не возникает в принципе. Вопрос о заземлении фотоэлектрического модуля 1 решен применением болта М5, установленного через специальное отверстие в рамке модуля 1 и отверстие в стропиле 2.

Демпфер выполнен в виде телескопического масляного амортизатора, кроме того, опора демпфера соединена с рядной сваей-стойкой 6 через прикрепленной к рядной свае-стойке 6 кронштейн L-образной формы и с помощью пары болтовых соединений.

Сваи являются забивными либо выполнены с возможностью их опирания на железобетонный фундамент, кроме того, сваи могут быть выполнены винтовыми. В среднем глубина забивки свай составляет 2500 мм.

Устройство обеспечивает возможность портретного или альбомного размещения 100 фотоэлектрических модулей размером 2279×1134.

Устройство функционирует следующим образом.

Ориентация фотоэлектрических модулей 1 регулируется посредством поворота мотор-редуктором 10 стропил 2, прикрепленных к поворотному валу 5. Мотор-редуктор 10 управляется блоком управления на основе схемы компаратора, который получает питание непосредственно от фотоэлектрических модулей 1. На блок управления, в свою очередь, подается сигнал от датчиков - фоторезисторов, которые производят мониторинг пространственного положения Солнца. Сигнал сравнивается в блоке управления, и происходит подача сигнала на включение мотор-редуктора 10 для поворота стропил 2 с закрепленными на них фотоэлектрическими модулями 1 в сторону с большей освещенностью. Обеспечивается возможность регулировки светочувствительности датчиков, что позволяет устройству функционировать ночью при установке на среднюю настройку светочувствительности, что, в свою очередь, позволяет приводить устройство в исходное положение (с ориентацией на восток) при восходе.

Изобретение относится к гелиотехнике, фотоэлектрическим энергетическим установкам. Фотоэлектрическое энергетическое устройство содержит фотоэлектрические модули, стропила, обеспечивающие возможность подвижной фиксации фотоэлектрических модулей, сваи и устройство автоматического регулирования, включающее датчики, блок управления, привод. Устройство содержит центральную сваю-стойку, соединенную в верхней части с опорой для фиксации привода посредством выполненных рядов овальных отверстий и болтов высокопрочных, а также в качестве опоры поворотного вала содержит рядные сваи-стойки, соединенные в верхней части с опорой для фиксации подшипника посредством выполненных рядов овальных отверстий и болтов высокопрочных. Устройство дополнительно включает телескопический демпфер, который одним концом через рычаг соединен с поворотным валом, а другим концом через опору демпфера соединен с рядной сваей-стойкой. Стропило представляет собой балку, выполненную из профиля, с продольными пазами вверху для монтажа фотоэлектрических модулей и внизу для прикрепления к поворотному валу. Технический результат – выдерживание высокой ветровой нагрузки, исключение отрыва от свай, стропил фотоэлектрических модулей при скорости ветра до 30 м/с. 8 з.п. ф-лы, 6 ил.

1. Фотоэлектрическое энергетическое устройство, содержащее фотоэлектрические модули, стропила, обеспечивающие возможность подвижной фиксации фотоэлектрических модулей, сваи и устройство автоматического регулирования, включающее датчики, блок управления, привод, отличающееся тем, что устройство содержит центральную сваю-стойку, соединенную в ее верхней части с опорой для фиксации привода посредством выполненных в центральной свае-стойке и в опоре рядов овальных отверстий и болтов высокопрочных, а также в качестве опоры поворотного вала устройство содержит рядные сваи-стойки, соединенные в каждой ее верхней части с опорой для фиксации подшипника посредством выполненных в рядной свае-стойке и в опоре рядов овальных отверстий и болтов высокопрочных, кроме того, устройство дополнительно включает телескопический демпфер, который одним концом через рычаг соединен с поворотным валом, а другим концом через опору демпфера соединен с рядной сваей-стойкой, а каждое стропило представляет собой балку, выполненную из профиля, имеющего продольные пазы вверху для монтажа фотоэлектрических модулей и внизу для прикрепления стропила к поворотному валу.

2. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что привод выполнен в виде мотор-редуктора.

3. Устройство по п. 2, отличающееся тем, что устройство выполнено с возможностью регулировки высоты установки мотор-редуктора в непрерывном диапазоне 70 мм.

4. Устройство по любому из пп. 1–3, отличающееся тем, что каждое стропило представляет собой балку, выполненную из алюминиевого замкнутого профиля, при этом крепление стопила к поворотному валу обеспечивается при помощи шпилек и прижимных планок, а фиксация фотоэлектрических модулей осуществлена посредством детали прижимной, винта и зажима.

5. Устройство по п. 4, отличающееся тем, что телескопический демпфер выполнен в виде телескопического масляного амортизатора, кроме того, опора демпфера соединена с рядной сваей-стойкой через прикрепленной к свае-стойке кронштейн L-образной формы и с помощью болтовых соединений.

6. Устройство по п. 5, отличающееся тем, что сваи являются забивными.

7. Устройство по п. 5, отличающееся тем, что сваи выполнены с возможностью их опирания на железобетонный фундамент.

8. Устройство по п. 5, отличающееся тем, что сваи выполнены винтовыми.

9. Устройство по любому из пп. 6–8, отличающееся тем, что оно обеспечивает возможность подвижной фиксации с портретным размещением фотоэлектрических модулей в 2 яруса.