ФОТОЭЛЕКТРИЧЕСКОЕ ЭНЕРГЕТИЧЕСКОЕ УСТРОЙСТВО
PHOTOVOLTAIC POWER UNIT

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.