Устройство слежения приемной панели за Солнцем Российский патент 2023 года по МПК F24S30/45 

Изобретение относится к области гелиотехники, в частности к устройствам, которые используются для ориентации рабочей поверхности: солнечных модулей, гелиоколлекторов, фотоэлектрических тепловых установок и т.д., перпендикулярно лучам солнечного излучения.

Известно устройство солнечной электростанции (патент на изобретение Башкирского государственного аграрного университета №2298860 от 24.02.2005). Солнечная электростанция содержит вертикальный вал с приводом азимутального вращения, на верхнем конце которого установлен горизонтальный вал с симметричными эксцентриковыми поводками, по его концам контактирующими с синусоидальным пазом жестко закрепленного горизонтального кольца. На горизонтальном валу жестко закреплена солнечная фотобатарея с системой автоматики азимутального поворота. При азимутальном повороте вала горизонтальный вал своими поводками, взаимодействуя с синусоидальными пазами горизонтального кольца, осуществляет поворот на 45° в одну или в другую сторону при движении по пазу, соответственно утро-полдень-вечер, чем обеспечивается зенитальное слежение за солнцем фотобатареи станции.

К недостаткам солнечной электростанции относится то, что зенитальный поворот рамы обеспечивается всегда по одной и той же траектории, что не обеспечивает высокой точности слежения установки за Солнцем, так как угол возвышения Солнца меняется в течение года. Также к недостаткам данного устройства относится и то, что станция во время полуденного солнца не обеспечивает ориентацию фотобатареи перпендикулярно падающим лучам Солнца для различных времен года.

Наиболее близким, к изобретению по совокупности существенных признаков относится установка автоматического слежения приемной панели за Солнцем (патент на изобретение ГНУ ВИЭСХ Россельхозакадемии RU № 2482401 от 26.05.2011), лишенная недостатков предыдущего устройства. Установка содержит станину, на которой шарнирно закреплен вертикальный вал, с жестко укрепленной на нем для азимутального движения поворотной рамой, приемную панель, электродвигатель с редуктором, датчик солнечной ориентации с блоком автоматического управления, подключающий электродвигатель к аккумуляторной батарее, причем приемная панель в средней части шарнирно соединена с поворотной рамой с возможностью ее перемещения в вертикальной плоскости относительно поворотной рамы, при этом между нижней частью приемной панели и нижней частью станины расположен стержень, с возможностью изменения его длины в зависимости от времен года, закрепленный с помощью шарниров в его крайних точках, что обеспечивает соответствующее изменение зенитального положения приемной панели при азимутальном перемещении поворотной рамы, в течение светового дня.

Основным недостатком установки автоматического слежения приемной панели за Солнцем является то, что поворот приемной панели по углу возвышения Солнца зависит от многих размеров элементов установки, которые необходимо рассчитывать индивидуально, согласно характерным зависимостям угла возвышения Солнца над горизонтом на широте местности, где потенциально может использоваться установка. Согласно проведенных расчетов, для обеспечения точного зенитального слежения за Солнцем, необходимо вносить корректировки, изменяя вручную длину стержня, один конец которого связан шарнирно с неподвижной станиной, а другой шарнирно с приемной панелью, перемещающейся в двух направлениях: зенитально и по азимуту. Следует также отметить, что периодичность корректировки - изменения длины стержня различна для различных времен года, так во время солнцестояния корректировка может быть произведена один раз в два месяца, а во время равноденствия один раз уже в течение 7 дней.

Анализ известных решений показал, что технической проблемой в данной области является необходимость расширения арсенала средств для ориентации рабочей поверхности солнечных модулей перпендикулярно лучам солнечного излучения.

Техническим результатом является обеспечение максимального уровня освещенности рабочей поверхности объекта.

Для решения указанной проблемы и получения заявленного технического результатам устройстве слежения приемной панели за Солнцем, содержащем в себе станину, на которой закреплен вертикальный вал с жестко укрепленной на нем для азимутального движения поворотной рамой, приемную панель, шарнирно соединенную с поворотной рамой, электродвигатель с редуктором, датчик солнечной ориентации с блоком автоматического управления, подключающий электродвигатель к аккумуляторной батарее, согласно изобретению на поворотной раме жестко смонтирован гидроцилиндр с подвижным штоком, шарнирно соединенный с приемной панелью, изменяющий ее положение относительно сторон света и высоты стояния Солнца на горизонте с помощью гидрораспределителя блока автоматического управления.

Устройство обеспечивает азимутальное перемещение поворотной рамы в течение светового дня. Приемная панель в нижней части шарнирно соединена с поворотной рамой. Ее вертикальное перемещение относительно поворотной рамы осуществляется с помощью длины штока гидроцилиндра, шарнирно соединенного со средней частью приемной панели и расположенного на поворотной раме, что обеспечивает изменение зенитального положения приемной панели от 0° до 90° по углу возвышения Солнца над горизонтом, при азимутальном перемещении поворотной рамы относительно Юга в течение светового дня от 0° до +150° по азимуту Солнца. При этом обеспечивается максимальный уровень освещенности объектов (фотоэлектрических модулей, фотоэлектрических тепловых установок, гелиоколлекторов), смонтированных на приемной панели устройства, во время всего процесса слежения, за счет расположения объекта перпендикулярно лучам солнечного излучения.

Автоматическое слежение приемной панели за положением Солнца обеспечивается: по азимуту с помощью электродвигателя и редуктора, изменяющих положение поворотной рамы с расположенными на ней приемной панели и гидроцилиндра, относительно сторон света и по углу возвышения Солнца над горизонтом с помощью штока гидроцилиндра, изменяющего положение приемной панели относительно высоты стояния Солнца на горизонте.

Предложенное устройство проиллюстрировано на чертежах.

На фиг. 1 изображена общая схема устройства;

На фиг. 2 - вид устройства сверху;

На фиг. 3 - сечение А-А

Устройство слежения приемной панели за Солнцем содержит станину 1, вертикальный вал 2, электродвигатель 3, редуктор 4, поворотную раму 5, шарнир поворотной рамы 6, приемную панель 7, шарнир приемной панели 8, датчик солнечной ориентации 9, шток гидроцилиндра 10 и гидроцилиндр 11 (блок автоматического управления, гидрораспределитель и аккумуляторные батареи, располагаемые внутри корпуса станины не показаны).

Работает устройство следующим образом. При засветке лучами солнца элементов датчика солнечной ориентации 9 (фиг. 1) сигналы датчика поступают на блок автоматического управления. После обработки сигнала блок осуществляет вначале управление реверсивным электродвигателем 3. Блок управления подает напряжение заданной полярности на электродвигатель 3, который через редуктор 4 приводит во вращение поворотную раму 5, жестко закрепленную на вертикальном вале 2 вокруг его оси. Вращение поворотной рамы 5 по азимуту влево или вправо относительно оси вертикального вала 2 и соответственно сторон света происходит в зависимости от сигнала блока автоматического управления.

После достижения приемной панелью 2 заданного азимута, блок автоматического управления с гидрораспределителем включают в работу гидроцилиндр 11, шток которого 10, перемещаясь прямолинейно, приводит в движение приемную панель 7. Так как шток гидроцилиндра 10 связан шарниром 8 со средней частью приемной панели 7, то это обеспечивает ее вращение вокруг шарнира 6 поворотной рамы 5 и перемещения верхней части приемной панель 7, вверх или вниз относительно шарнира 6 поворотной рамы 5. Изменение положения верхней части приемной панели 7, вверх или вниз относительно шарнира 6 поворотной рамы 5 и соответственно угла возвышения Солнца над горизонтом происходит в зависимости от сигнала блока автоматического управления.

Таким образом, происходит изменение положения приемной панели 7 по азимуту относительно оси вращения вертикального вала 2 и по углу возвышения Солнца над горизонтом относительно шарнира 6 поворотной рамы 5, расположения приемной панели 7 перпендикулярно лучам солнечного излучения и достижении максимального уровня освещенности приемной панели 7 в течение всего светового дня.

По сравнению с прототипом, предложенное устройство обеспечит максимальный уровень освещенности рабочей поверхности объекта и автоматическое обеспечение положения приемной панели по азимуту относительно оси вращения вертикального вала и по углу возвышения Солнца над горизонтом без корректировки параметров ее элементов.

Устройство слежения приемной панели за Солнцем относится к области гелиотехники и может быть использовано для ориентации рабочей поверхности солнечных модулей перпендикулярно лучам солнечного излучения. В устройстве, содержащем в себе станину, на которой закреплен вертикальный вал с жестко укрепленной на нем для азимутального движения поворотной рамой, приемную панель, шарнирно соединенную с поворотной рамой, электродвигатель с редуктором, датчик солнечной ориентации с блоком автоматического управления, подключающий электродвигатель к аккумуляторной батарее, согласно изобретению на поворотной раме жестко смонтирован гидроцилиндр с подвижным штоком, шарнирно соединенный с приемной панелью, изменяющий, через гидрораспределитель блока автоматического управления, угол ее наклона относительно высоты стояния Солнца на горизонте, обеспечивая соответствующее изменение зенитального положения приемной панели при азимутальном перемещении поворотной рамы в течение светового дня. Техническим результатом является обеспечение максимального уровня освещенности рабочей поверхности объекта. 3 ил.

Устройство слежения приемной панели за Солнцем, содержащее в себе станину, на которой закреплен вертикальный вал с жестко укрепленной на нем для азимутального движения поворотной рамой, приемную панель, шарнирно соединенную с поворотной рамой, электродвигатель с редуктором, датчик солнечной ориентации с блоком автоматического управления, подключающий электродвигатель к аккумуляторной батарее, отличающееся тем, что на поворотной раме жестко смонтирован гидроцилиндр с подвижным штоком, шарнирно соединенный с приемной панелью, изменяющий, через гидрораспределитель блока автоматического управления, угол ее наклона относительно высоты стояния Солнца на горизонте, обеспечивая соответствующее изменение зенитального положения приемной панели при азимутальном перемещении поворотной рамы в течение светового дня.