Солнечная энергетическая установка Советский патент 1992 года по МПК F24J2/38 

UU&.1

Изобретение относится к гелиотехнике и может быть использовано при создании солнечных энергетических установок башенного типа.

Известны солнечные энергетические установки (СЭУ), содержащие башню, наверху которой находится приемник излучения, причем башня располагается в центре кругового концентратора солнечных лучей (гелиостатного поля). Управление отражателями гелиостатов, установленных на поле, осуществляет специальная автоматическая система управления в соответствии с движением Солнца по небосводу. Отражатели при слежении за Солнцем изменяют свое положение в пространстве по двум координатам (азимуту и зениту), направляя отраженные лучи в прицельные точки, находящиеся на приемнике излучения. Высота установки на башне приемника излучения и расположение гелиостатов на поле вокруг башни определяются исходя из минимальных суммарных затенений и блокировок всех отражателей за рабочий период работы СЭУ. Однако, не смотря на это, данные установки обладают существенным недостатком, заключающимся в низкой эффективности работы, связанной с плохой концентрацией энергии значительным количеством гелиостатов в течение рабочего дня из-за их неудовлетворительного расположения относительно Солнца и приемника излучения.

Наиболее близким техническим решением является СЭУ, которая содержит не одну, а несколько установленных на поле гелиостатов башен с приемниками излучения наверху. Для такой СЭУ на основании расчета выбираются наиболее целесообразные приемники и группы гелиостатов, Оптическое взаимодействие которых производится с помощью автоматической системы управления. Через определенные интервалы времени сформированные оптические системы пересматриваются и при необходимости устанавливаются новые. Недостатком данной СЭУ является увеличение количества башен с приемниками излучения, увеличение площади, занимаемой установками, увеличение расходов на собственные нужды (для переориентации гелиостатов с одного приемника излучения на другой, находящийся не на одной башне) и

ДР.

Цель изобретения - повышение оптического КПД СЭУ.

Данная цель достигается тем, что СЭУ, содержащая башню с установленным на ней приемником излучения, поступающего от гелиостатов, размещенных вокруг башни

и следящих за дневным перемещением Солнца посредством таймера, коммутатора и блока задания углов наведения гелиостатов на приемник, входящих в автоматическую

систему управления, снабжена дополнительным приемником, установленным на башне, при этом основной и дополнительный приемник установлены на разных уровнях и выполнены в виде усеченных ячеистых

конусов, каждая ячейка которых выполнена в виде полостного приемника, а автоматическая система управления снабжена блоком выбора приемника, первый и второй входы которого соединены с коммутатором и таймером, а выход - с блоком задания углов наведения.

На фиг. 1-4 показана предлагаемая установка.

На фиг.1 представлена общая компоновка установки, которая имеет башню 1 с размещенными на разной высоте приемниками излучения 2 и 3 (в общем случае приемников может быть и больше) и концентратор в виде кругового поля гелиостатов 5. Слежение гелиостатов 5 за Солнцем 4 осуществляется с помощью автоматической системы управления (фиг.2), содержащей блок 6 задания приемника излучения, выход которого соединен с

первым входом блока 8 задания углов наведения гелиостата на приемник, выход кото- - рого соединен с первым входом блока 10 отработки задания. Помимо указанного входа на блок 10 поступают сигналы от датчиков 11 положения гелиостатов (ДП). Блок 10 содержит столько выходов, сколько имеется гелиостатов 5, с каждым из которьо он связан через соответствующие исполнительные механизмы 12 (ИМ). Вход коммутатора

9 соединен с одним из выходов блока 10 отработки задания, а выход - с первым входом блока задания приемника излучения, на второй вход которого подключен выход таймера 7, связанного также и со вторым входом блока 8 задания углов наведения гелиостата на приемник излучения. В зависимости от режима работы или возникшей ситуации на СЭУ приемники излучения 2 и 3 могут быть включены последовательно,

параллельно или любой из них может быть выведен из работы .с помощью задвижек 13 (фиг.З). Приемники излучения 2 и 3 выполнены в виде усеченных ячеистых конусов, каждая ячейка 14 которых представляет

- полостной приемник (фиг.4).

Солнечная энергетическая установка работает следующим образом.

К началу рабочего дня поле гелиостатов 5 ориентировано таким образом, чтобы с

наступлением назначенного времени работы все отраженные потоки энергии направлялись на приемники. С включением автоматической системы управления блок б задания приемника излучения по сигналу коммутатора 9, определяющего номер гелиостата 5, для которого необходимо определить наиболее целесообразный приемник излучения, с которым он должен оптически взаимодействовать, начинает работать. Зтот блок 6 рассчитывает возможный энергетический вклад назначенного коммутатором 9 гелиостата с учетом возникающих затенений и блокировок, если он будет взаимодействовать по отдельности с приемником 2 (Э2) и с приемником 3 (Эз). Затем определяются затраты энергии на собственные нужды для осуществления процесса слежения гелиостата за движением Солнца 4 (соответственно 32 и Зз). После этого находится разность

А(Э2-32)-(Эз-Зз),

по знаку которой и устанавливается наиболее целесообразный для данного гелиостата приемник излучения: если Л положительна, то приемник 2, отрицательна - приемник 3. Для установления положения Солнца 4 на небосводе в блоках 6 и 8 используются сигналы таймера 7, позволяющие судить об астрономическом времени. После установления приемника излучения в блоке 8 определяются углы наведения гелиостата на выбранный приемник излучения. Кроме того, в блоке 6 проверяется возможность появления особых точек в управлении гелиостатом, который должен взаимодействовать с выбранным приемником излучения. При их наличии на предстоящий интервал работы гелиостат переключается на работу с другим приемником во избежание потери управления. В блоке 10 сравниваются заданные углы наведения с фактическими, полученными с помощью датчика 11 положения гелиостата, и на ос- новании этого сравнения вырабатывается воздействие для исполнительного механизма 12 гелиостата. Гелиостат, отрабатывая выработанный сигнал, устраняет рассогласование и тем самым начинает наиболее оптимально с энергетической точки зрения функционировать в установке. Далее коммутатор 9 назначает следующий номер гелиостата, и процесс повторяется. Следует отметить, что энергетический вклад каждого гелиостата поля, а также его затраты энергии на собственные нужды для осуществления процесса слежения не являются постоянными ни в течение дня, ни в течение

года. Эти изменения существенно з-эвисят от расположения гелиостата относительно башни, а также высоты установки приемника на башне, для подтверждения чего на 5 фиг.1 показан ход падающих и отраженных лучей для гелиостатов 5, различно расположенных относительно башни 1 (отраженные лучи, взаимодействующие с приемником 3, изображены штрихозыми линиями). Дейст10 вительно, для гелиостатов 5, находящихся между Солнцем 4 и башней 1, приемник 2 более предпочтителен, чем приемник 3, по затратам энергии на собственные нужды, т.к. в процессе слежения гелиостаты разво15 рачиваются на меньший угол, а для гелиостатов 5, находящихся за башней 1 - ситуация противоположная, более целесообразен приемникЗ. Уменьшение углов разворота приводит к снижению требуемой

0 скорости движения гелиостатов, что немаловажно для организации непрерывного и точного слежения за Солнцем. При ненормальных режимах работы СЭУ в случае отказа приемника излучения, находящегося в

5 работе, в блок 6 выдается команда на запрет загружать вышедший из строя приемник, и вся тепловая нагрузка передается на исправный приемник, который включается в работу, если не был включен. В остальных

0 случаях аварийных ситуаций функционирование рассматриваемой СЭУ не отличается от действий ей подобных. После окончания работы СЭУ гелиостаты по командам из блока 8 приводятся в рабочие положения, соот5 ветствующие началу работы установки на следующий день. Данная СЭУ реально осуществима. Опыт разработки и изготовления приемников излучения в виде усеченных ячеистых конусов в мире имеется. Установ0 ка несколько приемников на одной башне трудностей не вызывает. Схема включения и переключения приемников излучения проста (приведена на фиг.З). Известная автоматическая система управления гелиостатами

5 дополняется блоком 6 задания приемника излучения, который конструктивно не является сложным. Если в составе системы управления имеется ЭВМ, то функции данного блока могут быть выполнены в виде комп0 лекса программ. Процесс выбора приемника излучения можно рассматривать, как корректирующий, по отношению к основному процессу слежения гелиостатов за Солнцем.

5- Использование изобретения позволит повысить энергетический вклад и сократить затраты на собственные нужды каждого гелиостата концентратора установки;снизить требования к системе управления гелиостатами (по скоростям и углам разворота); устранить отрицательное влияние перекрестного эффекта в работе автоматической системы управления гелиостатами путем выбора соответствующего приемника энергии, позволяющего при слежении обойти особые точки, в которых гелиостаты теряют управление; повысить надежность работы установки за счет дублирования одного из важнейших узлов - приемника энергии, работающего в условиях резко переменных нагрузок.

Формула изобретения Солнечная энергетическая установка, содержащая башню с установленным на ней приемником излучения, поступающего от гелиостатов, размещенных вокруг башни и следящих за дневным перемещением Сол

5

нца посредством таймера, коммутаторе и блока задания углов наведения гелиостатов на приемник, входящих в автоматическую систему управления, отличающаяся тем, что, с целью повышения оптического КПД установки, последняя снабжена дополнительным приемником, установленным на башне, при этом основной и дополнительный приемники установлены на разных уровнях и выполнены в виде усеченных ячеистых конусов, каждая ячейка которых выполнена в виде полостного приемника, а автоматическая система управления снабжена блоком выбора приемника, первый и второй входы которого соединены с коммутатором и таймером, а выход - с блоком задания углов наведения.

Сущность изобретения: на разных высотных отметках башни 1 устанавливаются основной и дополнительный приемники излучения 2, 3, а в составе системы автоматического управления гелиостатами предусматривается специальный блок для выбора приемника излучения на заданный интервал рабочего времени каждому гелиостату 5. При этом повышается энергетический вклад и сокращаются затраты энергии на собственные нужды каждого гелиостата за счет выбора наиболее целесообразного приемника, снижаются требования к автоматической системе управления гелиостатами (по скоростям и углам разворота); повышается надежность работы установки за счет дублирования приемника излучения, работающего в условиях резко переменных нагрузок.4 ил. сл VI XI Os ю СА) О / / /

Вход

Солнвчт/е лучи /J

Фиг.2

Солнечные

Фиг.З