Устройство позиционирования фотоэлектрических панелей для условий застроенной среды

Полезная модель относится к области энергетики, в частности к альтернативным источникам получения электроэнергии. Система позиционирования фотоэлектрических панелей для условий застроенной среды может быть использована на электростанциях для максимизации выработки электроэнергии фотоэлектрическими панелями при их расположении на наклонных либо горизонтальных поверхностях.
Известна установка автоматического слежения приемной панели за солнцем, которая содержит станину, на которой 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. 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 даты года, закрепленный с помощью шарниров в его крайних точках, что обеспечивает соответствующее изменение зенитного положения приемной панели при азимутальном перемещении поворотной рамы, в течение светового дня [1]
Недостатками данного технического решения являются: ограниченные условия использования из-за невозможности эффективного размещения фотоэлектрических панелей на наклонных крышах зданий, что получило широкое распространение в условиях ограниченного свободного пространства; необходимость установки данного комплекса на каждую фотоэлектрическую панель, что ведет к удорожанию генерирующего комплекса; отсутствие универсальности и унификации данной установки, что предполагает размещение на ней только фотоэлектрической панели одного размера (одной мощности) без возможности ее замены на панель другого размера на действующей установке.
Известна бионическая солнечная электростанция, которая содержит несколько солнечных батарей с принимающими излучение фотоэлектрическими преобразователями, размещённых на механической системе, оснащённой системой ориентации, поддерживающей перпендикулярное положение солнечной батареи по отношению к солнцу. Механическая система включает в себя неподвижное основание и блок ориентации, обеспечивающий поворот платформы с закрепленными солнечными батареями вокруг горизонтальной оси, при этом 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 [2]
Недостатками данной конструкции являются: ограниченные условия ее использования из-за невозможности эффективного размещения фотоэлектрических панелей на наклонных крышах зданий; отсутствие универсальности и унификации данной установки, что предполагает размещение на ней только фотоэлектрической панели одного размера (одной мощности) без возможности ее замены на панель другого размера на действующей установке.
Наиболее близкой по технической сущности к предлагаемой полезной модели является установки из заявки US2022287249 (A1) ― 2022-09-15 «Расположение фотоэлектрических панелей и система оптимизации углового расположения фотоэлектрических панелей в теплице». Расположение фотоэлектрических панелей рассчитано на установку в теплице с опорными балками. Система включает в себя рамы. Каждая рама содержит по меньшей мере одну фотоэлектрическую панель, закрепленную на стержне. По меньшей мере один двигатель механически соединен для вращения одного или нескольких стержней для приведения каждой фотоэлектрической панели в различные фиксированные угловые положения. Крепежные элементы располагаются по периметру всей системы. Каждый крепежный элемент имеет подходящий размер и форму для крепления по меньшей мере к одной из опорных балок, так что устройство поддерживается исключительно опорными балками. Система включает по меньшей мере одно такое устройство, контроллер и множество датчиков. Контроллер запрограммирован на выбор оптимального фиксированного углового положения для каждой фотоэлектрической панели для стимулирования роста растений в зависимости от условий окружающей среды и растений. Конструкция предназначена для установки в теплице, имеющей крышу, поддерживаемую множеством опорных балок. Устройство включает в себя множество рам, причем каждая рама содержит по меньшей мере одну фотогальваническую панель, закрепленную на стержне. Устройство дополнительно включает по меньшей мере один двигатель. Каждый соответствующий двигатель механически соединен для вращения одного или нескольких соответствующих стержней для перевода каждой фотоэлектрической панели во множество различных фиксированных угловых положений [3].
Недостатками данной конструкции являются: затенение фотоэлектрических панелей элементами рамы; отсутствие универсальности и унификации данной установки, что предполагает размещение в системе только фотоэлектрических панелей одного (и одинакового) размера (одной мощности) без возможности замены панелей на более крупные без дополнительных затрат на установку новой монтажной  конструкции, подходящей под размеры новых фотоэлектрических панелей.
Технической проблемой, на решение которой направлена заявленная полезная модель, является максимизация выработки электроэнергии фотоэлектрическими панелями в условиях ограниченного пространства на местности за счет установки фотоэлектрических панелей различного типоразмера как на горизонтальных, так и на наклонных поверхностях (крышах).
Техническая проблема решается тем, что устройство позиционирования фотоэлектрических панелей для условий застроенной среды, включает приводной механизм, фотоэлектрические панели, датчики на основе фотоэлементов, выполненные с возможностью поиска точки максимума прихода солнечной радиации и передачи сигнала на приводной механизм для позиционирования каркасов, на которых установлены фотоэлектрические панели, по азимутальному углу, регулируемую опорную раму с опорами и рычаги, связанные с осями вращения каркасов с возможностью синхронизации поворота фотоэлектрических панелей. При этом каркасы выполнены телескопическими с изменяющимися по длине и ширине размерами для установки в них различных фотоэлектрических панелей. Регулируемая опорная рама имеет телескопические поперечины с возможностью совместного регулирования телескопических каркасов по длине и соответствующего габарита регулируемой опорной рамы, а опоры регулируемой опорной рамы выполнены треугольной формы, на вершинах которых через оси вращения закреплены телескопические каркасы.
На фиг. 1 показан общий вид системы позиционирования фотоэлектрических панелей для условий застроенной среды.
На фиг. 2 продемонстрирована универсальность предлагаемой системы позиционирования фотоэлектрических панелей для условий застроенной среды.
На фиг. 3 продемонстрирован принцип взаимодействия фотоэлектрических панелей между собой в системе позиционирования фотоэлектрических панелей для условий застроенной среды.
Система позиционирования фотоэлектрических панелей для условий застроенной среды содержит регулируемую опорную раму 1, смонтированные на ней опоры 2 треугольной формы, на которых через оси вращения 3 закреплены телескопические каркасы 4 для установки фотоэлектрических панелей 5, приводной механизм 6, датчики на основе фотоэлементов 7 и систему рычагов 8 для синхронизации поворота фотоэлектрических панелей 5.
Система позиционирования фотоэлектрических панелей для условий застроенной среды предполагает размещение, как на наклонных, так и на горизонтальных поверхностях. Способ крепления опорной рамы 1 к поверхности выбирается пользователем в зависимости от условий эксплуатации.
Каждая фотоэлектрическая панель 5 закрепляется в телескопическом каркасе 4, который имеет телескопическое строение в продольной и поперечной частях и предназначен для крепления фотоэлектрических панелей 5, имеющих различные размеры. Это позволяет устанавливать в системе позиционирования фотоэлектрических панелей для условий застроенной среды фотоэлектрические панели 5 различной мощности либо менять установленную мощность всего генерирующего комплекса без замены данной системы позиционирования. Регулирование телескопических каркасов 4 по ширине осуществляется без изменения размера опорной рамы 1, что позволяет устанавливать на одну опорную раму 1 несколько фотоэлектрических панелей 5 различной ширины. Регулирование телескопического каркаса 4 по длине осуществляется совместно с изменением соответствующего габарита опорной рамы 1, имеющей телескопические поперечины 9. Система допускает установку фотоэлектрических панелей 5 различной длины, однако фиксация фотоэлектрических панелей 5 меньшей длины будет произведена только по двум сторонам телескопического каркаса 4.
Телескопический каркас 4 благодаря наличию опор 2 треугольной формы  предусматривает установку фотоэлектрических панелей 5 на некотором уровне от поверхности, достаточном для предотвращения их перегрева и позволяющего проводить необходимый наклон фотоэлектрических панелей 5 с изменением азимутального угла. В вершинах опор 2 треугольной формы  расположены оси вращения 3, обеспечивающие крепление и возможность поворота телескопических каркасов 4 для фотоэлектрических панелей 5.
Эффективная работа системы слежения группы фотоэлектрических панелей 5 обеспечивается за счет непрерывного поворота фотоэлектрических панелей 5 с изменением азимутального угла при помощи приводного механизма 6. Одновременный поворот группы фотоэлектрических панелей 5 осуществляется через систему рычагов 8 с синхронизирующей тягой. Рычаг поворота 10 крепится на оси вращения телескопического каркаса 4 с внешней стороны опор. Приводной механизм 6 крепится к опорам треугольной формы 2 по центру конструкции со стороны, противоположной месту установки системы рычагов 8, и обеспечивает вращение телескопического каркаса 4 по команде системы управления, включающей датчики на основе фотоэлементов 7. Одновременно вращение этого телескопического каркаса 4 передается через систему рычагов 8 на оставшиеся телескопические каркасы 4.
Сигнал на работу приводного механизма 6 поступает от системы управления, запрограммированной на поиск оптимального положения группы фотоэлектрических панелей относительно солнца. Запрограммированный микроконтроллер осуществляет поиск точки максимума прихода солнечной радиации за счет использования датчиков на основе фотоэлементов 7. За счет сравнения величин поступивших сигналов с датчиков на основе фотоэлементов 7 управляющее устройство в системе управления определяет направление смещения максимума солнечного излучения и отдает команду на корректировку положения фотоэлектрических панелей 5 в сторону максимальной освещенности.
Предложенное решение позволяет максимизировать выработку электроэнергии фотоэлектрическими панелями, расположенными на наклонных и горизонтальных поверхностях, за счет автоматического слежения за солнцем и поворота группы фотоэлектрических панелей по азимутальному углу с помощью приводного механизма.
Литература
1. Патент РФ №2482401 от 26.05.2011 https://new.fips.ru/registers-doc-view/fips_servlet?DB=RUPAT&DocNumber=2482401&TypeFile=html (дата обращения 08.02.2023).
2. Патент РФ№140582 от 10.12.2013 https://new.fips.ru/registers-doc-view/fips_servlet?DB=RUPM&DocNumber=140582&TypeFile=html (дата обращения 08.02.2023).
3. Заявка US2022287249 (A1) - 2022-09-15 https://ru.espacenet.com/publicationDetails/biblio?CC=US&NR=2022287249A1&KC=A1&FT=D&ND=3&date=20220915&DB=EPODOC&locale=ru_RU (дата обращения 08.02.2023).