СОЛНЕЧНАЯ БАТАРЕЯ ДЛЯ ДИРИЖАБЛЯ

Полезная модель относится к области энергетики и, в частности, к средствам генерирования электрического тока с использованием солнечного излучения на воздушном транспортном средстве.
Известен стационарный энергетический модуль, предназначенный для преобразования солнечной энергии с помощью солнечных элементов (фотоэлектрические преобразователи), образующих соответствующие батареи. Он содержит, размещенный на опорной несущей конструкции, концентратор излучения с вогнутой рабочей поверхностью, снабженной солнечными элементами и, установленный в фокусе концентратора, приемник отраженного от него излучения с солнечными элементами, размещенными на противоположных сторонах приемника. Несущая конструкция снабжена системой слежения за солнцем и механизмом автоматического манипулирования концентратором по соответствующему сигналу системы [Патент РФ №2028557, кл. F24J 2/12].
Конструкция описанного энергетического модуля позволяет повысить КПД на 5% за счет использования приемником отраженного солнечными элементами концентратора излучения.
Основным недостатком аналога является ограниченность его использования, вызванная тем, что эффективная работа модуля возможна только в дневное время в условиях солнечной погоды. Облачность или пасмурная погода, особенно сопровождаемая дождем, резко снижает КПД его работы. Жесткость и сложность конструкции концентратора, предназначенного для использования в стационарных условиях на земле, не дает возможности для применения его в качестве солнечной батареи на таком воздушном транспортном средстве как дирижабль.
Солнечная энергоустановка, выбранная в качестве прототипа, смонтирована на дирижабле. Она в значительной мере исправляет недостатки вышеописанного аналога. Эта энергоустановка может быть определена как всепогодная, т.е. не зависящая от таких атмосферных явлений как облака, дождь, туман и прочее. Основу ее составляет эластичный носитель солнечных элементов, расположенный на корпусе дирижабля [www.popmech.ru/articles/4575 - stratosfernyie - dirizhabli/]. Прогресс последних лет в области создания солнечных батарей на эластичной основе дает возможность значительно расширить номенклатуру технических средств, использующих солнечную энергию для генерирования электрического тока. Примером эластичного носителя солнечных элементов служит космическая батарея большой площади, описанная в патенте РФ №1811501. Сущность этого изобретения состоит в том, что в качестве носителя, являющегося вместе с тем и активной зоной солнечного элемента, использована пленка из полярного полимера, на поверхность которого нанесены: верхний (фронтальный) и нижний электроды. На поверхность фронтального электрода нанесено поглощающее покрытие, выполненное в виде полусферических участков полимерного материала, распределенных на поверхности контакта и адгезионно связанных с ней.
Дирижабль, несущий на части своего корпуса эластичный носитель солнечных элементов, обладает значительными преимуществами перед наземными солнечными батареями. Во-первых, он имеет возможность совершать полет в геостационарном положении на высоте до 20 километров, где интенсивность солнечного излучения для земных условий является максимальной, а значит максимальным является и КПД энергоустановки. Во-вторых, дирижабль способен долгое время проводить во взвешенном состоянии без посадки и дозаправки. В-третьих, безопасность полета (даже при выключенных двигателях гарантируется мягкая посадка) и, наконец, способность дирижабля нести значительные грузы до 100 тонн. В условиях огромного пространства, занимаемого Россией и неосвоенности значительных по площади северных территорий, дирижабль, как транспортное средство, является незаменимым.
Однако для длительных полетов необходим значительный запас топлива, что снижает полезную грузоподъемность дирижабля.
Таким образом, задачей полезной модели является повышение энерговооруженности дирижабля как грузового транспортного средства, что позволит уменьшить долю углеводородного топлива за счет частичного или даже полного его замещения электрической энергией.
Поставленная задача решается за счет того, что в солнечной батарее для дирижабля, выполненной в виде эластичного носителя солнечных элементов, расположенного на корпусе дирижабля, эластичный носитель выполнен в виде подвесного рукава, внутри которого расположен связанный с ним объемный каркас, в свою очередь, образованный распределенными по высоте рукава жесткими обручами, соединенными между собой посредством гибких связей. При этом нижний обруч несет балласт, который с помощью каната связан с лебедкой, расположенной на дирижабле.
На чертежах, прилагаемых к описанию даны изображения:
на фиг.1 - дирижабль с солнечной батареей в рабочем состоянии;
на фиг.2 - дирижабль с солнечной батареей в транспортном положении.
Солнечная энергоустановка включает корпус дирижабля 1 с кабиной 2, в которой размещена лебедка 3. Солнечная батарея выполнена в виде эластичного рукава 4, на наружной поверхности покрытого солнечными элементами 5 (фотоэлектрическими преобразователями). Внутри рукава 4 установлен объемный каркас, образованный жесткими обручами 6, связанными между собой гибкими связями 7, например, канатами из полимерного материала. В качестве материала для обручей предпочтительно использовать сплавы на основе титана. Верхний обруч 8 связан с корпусом дирижабля так же с помощью канатов 9. Нижний обруч 10 соединен с балластом 11, установленным в центре крышки 12, образующей кольцевую площадку 13, выходящую за пределы рукава 4. Балласт 11 канатом 14 связан через блок 15, расположенный на корпусе дирижабля, с барабаном лебедки 3.
Работает солнечная батарея дирижабля следующим образом.
Дирижабль 1 традиционным образом выводится на высоту полета, при этом она должна быть выше имеющейся облачности. Достигнув необходимой высоты, осуществляют с помощью лебедки 3 и каната 14 опускание балласта 11 на всю длину рукава 4, который благодаря обручам 6 и гибким связям 7 обретет форму цилиндра. Солнечная энергия, облучающая солнечные элементы, поглощается последними. Механизм вырабатывания электрического тока в солнечной батарее описывается в соответствии с аналогичным процессом, происходящем в гибком носителе по патенту РФ №1811501, в соответствии с которым поглощающее покрытие выполнено в виде полусферических участков полимерного материала и излучение собирается практически со всей площади цилиндрической поверхности рукава. Кванты светы вызывают в материале верхнего электрода эмиссию носителей, проходящих полимерную пленку и достигающих поверхности электрода. Таким образом, при подсоединении верхнего и нижнего электродов к измерительной схеме, электрическое поле, обусловленное разностью стандартных электрохимических потенциалов металлов электродов, способствует протеканию тока. Выработанная таким образом электрическая энергия может быть непосредственно использована в электродвигателях вращения пропеллерных движителей (на чертеже не показаны), способствуя, тем самым, отключению используемых до этого момента ДВС, которые снова могут быть востребованы только на начальном и конечном этапах эксплуатации дирижабля, т.е. при подъеме и спуске. При необходимости посадки дирижабля, лебедкой 3 за канат 14 балласт 11 вместе с крышкой 12 поднимают к корпусу дирижабля. При этом обручи 6 складываются друг на друга, а эластичный рукав 4 образуют гофры, которые ложатся на кольцевую площадку 13. В транспортном положении солнечная батарея дирижабля изображена на фиг.2.
Дирижабль, оснащенный солнечной батареей предлагаемой конструкции, может стать самым экономичным видом воздушного транспорта для освоения северных регионов РФ.