ФОТОЭНЕРГОУСТАНОВКА
PHOTO POWER PLANT

Изобретение относится к солнечной энергетике и может найти применение в солнечных электростанциях для преобразования солнечной энергии в электрическую, а также может быть использовано в качестве энергетической установки индивидуального пользования.
Известна солнечная фотоэлектрическая установка, содержащая несущую конструкцию с закрепленным на ней параболическим концентратором, выполненным из плоских зеркальных фацет, соединенную с выходом блока слежения за Солнцем, а также протяженный фотоэлектрический преобразователь, расположенный по фокусной линии параболического концентратора. На несущей конструкции за параболическим концентратором соосно ему установлен эллиптический отражатель, один фокус которого совмещен с фокусом параболического концентратора, во втором фокусе которого установлен фотоэлектрический датчик, выход которого соединен с входом блока слежения за Солнцем. С тыльной стороны каждой из зеркальных фацет на ее продольной оси перпендикулярно ее поверхности установлен обращенный к эллиптическому отражателю плоский отражающий элемент (см. патент RU, №2222755, МПК F24J 2/14, опубликован 27.01.2004).
Данная установка относительно проста по конструкции. Однако она имеет одноосную систему слежения за Солнцем. В ней используются фотоэлектрические преобразователи большой площади, что удорожает установку из-за большого расхода дорогих полупроводниковых материалов преобразователя. В установке используется комбинированная система наведения на Солнце, при этом грубое наведение осуществляется от внешнего процессора с использованием астрономического времени и широты местности, что требует перепрограммирования процессора при любом изменении местонахождения установки.
Известна фотоэлектрическая установка, включающая гелиоэнергетический модуль для преобразования электромагнитного излучения и систему его ориентации. Гелиоэнергетический модуль для преобразования принимаемого электромагнитного излучения включает порядно расположенные на опорной поверхности несущей конструкции солнечные панели прямоугольной формы с боковыми отражателями, смонтированными наклонно к фоточувствительной поверхности панелей в междурядных промежутках последних. В систему ориентации, включающую блок слежения, связанный выходом с несущей конструкцией, первый фотоэлектрический датчик, оптически сопрягаемый своим входом с источником преобразуемого электромагнитного излучения, а выходом подключенный к первому входу блока слежения, введен второй фотоэлектрический датчик, подключенный выходом ко второму входу, предусмотренному на блоке слежения, при этом первый и второй фотоэлектрические датчики смонтированы под боковыми отражателями одной из солнечных панелей зеркально-симметрично относительно продольной оси симметрии последней, а в боковых отражателях предусмотрены каналы для прохода оптического сигнала при оптическом сопряжении входа первого или второго фотоэлектрических датчиков при дезориентации модуля с источником преобразуемого электромагнитного излучения соответственно через боковой отражатель солнечной панели, расположенный напротив соответствующего фотоэлектрического датчика (см. патент RU №2270964, МПК F24J 2/16, опубликован 27.02.2006).
Недостатком известной установки является то, что она обеспечивает низкую кратность концентрирования солнечного излучения, преобразуемого фотоэлементами.
Известна поддерживающая структура для ориентации вертикальных панелей, включающая опорную башню в виде треугольной или пятиугольной рамы, на боковой стороне которой установлена панель из фотоэлектрических преобразователей. Башня, снабженная системой вращения вокруг горизонтальной оси, установлена на круге, снабженном приводом и вращающимся вокруг вертикальной оси. Система вращения вокруг горизонтальной оси включает две дуговые зубчатые планки, закрепленные на круговом цилиндрическом основании опорной башни, входящие в зацепление с шестернями, закрепленными на горизонтальной оси привода (см. международная заявка № WO 2007091287, МПК H01L 31/042, опубликована 16.08.2007).
Недостатком известной установки является то, что панель из фотоэлектрических преобразователей испытывает значительную ветровую нагрузку.
Известна солнечная фотоэлектрическая установка, совпадающая с заявляемым решением по наибольшему числу существенных признаков и принятая за прототип, содержащая солнечную батарею с линзами Френеля и принимающими излучение фотоэлектрическими преобразователями, размещенную на механической системе, поддерживающей перпендикулярное положение солнечной батареи к направлению на Солнце и оснащенной системой ориентации солнечной батареи на Солнце. Поддерживающая механическая система образована двумя рамами - базовой и подвешенной, из которых базовая рама установлена с возможностью вращения вокруг вертикальной оси, опираясь на подстилающую поверхность с помощью колес, одно из которых снабжено электроприводом, а подвешенная рама установлена с возможностью вращения вокруг горизонтальной оси от электропривода, при этом сама солнечная батарея состоит из модулей с солнечными концентраторами, расположенных на подвешенной раме в виде ступеней, а система ориентации батареи содержит основной и дополнительный датчики положения Солнца, основной из которых состоит из затеняющего экрана с отверстием и восьмью фотоэлементами каскадного типа, четыре из которых размещены справа, слева, сверху и снизу по наружным сторонам экрана и образуют каналы азимутального и зенитального грубого наведения, вырабатывающие электрические сигналы при изменении положения Солнца, а четыре другие фотоэлемента расположены таким же образом по внутренним сторонам экрана и образуют каналы точного наведения, упомянутый дополнительный датчик состоит из трех фотоэлементов каскадного типа, подключенных к азимутальному каналу, два из которых направлены налево и направо по отношению к основному датчику, а третий - в противоположную сторону, и полярность его подключения меняется при прохождении направления Юг-Север, при этом сигнал на включение электропривода колеса базовой рамы подается от фотоэлементов азимутального канала, а сигнал на включение электропривода подвешенной рамы подается от фотоэлементов зенитального канала (см. патент RU №2286517, МПК F24J 2/42, опубликован 27.10.2006).
Известная фотоэнергоустановка недостаточно надежна при установке на открытой местности, так как опирание базовой рамы на подстилающую поверхность с помощью вращающихся колес затрудняет слежение за Солнцем при снежных или песчаных заносах.
Задачей технического решения являлась разработка такой фотоэнергоустановки, которая бы имела упрощенную конструкцию механической системы и надежно действовала в различных условиях внешней среды.
Поставленная задача решается тем, фотоэнергоустановка содержит концентраторные фотоэлектрические модули, размещенные на системе ориентации концентраторных фотоэлектрических модулей на Солнце с устройством контроля положения Солнца и содержащей подсистему азимутального вращения и подсистему зенитального вращения. Подсистема азимутального вращения выполнена в виде неподвижной стойки, на которую надета с возможностью вращения труба, установленная на торце стойки посредством упорного подшипника и снабженная на нижнем конце горизонтальным двуплечим рычагом, на одном плече которого закреплен привод подсистемы азимутального вращения с горизонтальной шестерней, сопряженной с рифленой частью торцовой поверхности горизонтального диска, закрепленного по центру на стойке. На верхнем конце трубы закреплена горизонтальная ось, на которой с возможностью вращения установлена подсистема зенитального вращения, выполненная в виде пространственной рамы с размещенными на ней в виде ступеней концентраторными фотоэлектрическими модулями и прикрепленными снизу к раме двумя вертикальными секторами с рифлеными круговыми торцовыми поверхностями, сопряженными с вертикальными шестернями привода подсистемы зенитального вращения, установленными соответственно на первом и втором плечах упомянутого горизонтального рычага.
Рифленая часть торцовой поверхности горизонтального диска может быть выполнена в виде закрепленного по торцу отрезка роликовой цепи. Рифленая круговая торцовая поверхность вертикальных секторов может быть также выполнена в виде закрепленной по торцу отрезка роликовой цепи.
Так как основание фотоэнергоустановки выполнено в виде стойки, то для ее монтажа не требуется специальной подготовки территории. Работы по установке фотоэнергоустановки сводятся к выборке достаточного отверстия в грунте для бетонирования стойки. Кроме этого слежение за Солнцем не затрудняется из-за снежных или песчаных заносов.
Заявляемая фотоэнергоустановка поясняется чертежами, где:
на фиг.1 показана в аксонометрии заявляемая фотоэнергоустановка;
на фиг.2 изображена в аксонометрии заявляемая фотоэнергоустановка со снятыми фотоэлектрическими модулями;
на фиг.3 изображены узлы подсистемы зенитального вращения и подсистемы азимутального вращения;
на фиг.4 показан в аксонометрии участок горизонтального диска, сопряженный с шестерней привода подсистемы азимутального вращения;
на фиг.5 изображен в аксонометрии участок вертикального сектора, сопряженный с шестерней привода подсистемы зенитального вращения.
Заявляемая солнечная фотоэлектрическая установка (см. фиг.1, фиг.2) содержит концентраторные фотоэлектрические модули 1, размещенные на системе 2 ориентации концентраторных фотоэлектрических модулей 1 на Солнце с устройством 3 контроля положения Солнца, включающей подсистему 4 азимутального вращения и подсистему 5 зенитального вращения (см. фиг.3). В качестве устройства 3 контроля положения Солнца может быть использовано любое известное устройство такого же назначения, например устройство контроля положения Солнца, описанное в патенте RU №2286517. Подсистема 4 азимутального вращения выполнена в виде неподвижной стойки 6, на которую надета с возможностью вращения труба 7, установленная на торце стойки 6 посредством упорного подшипника 8 (см. фиг.2) и снабженная на нижнем конце горизонтальным двуплечим рычагом 9. На одном плече двуплечего рычага 9 закреплен привод 10 подсистемы 4 азимутального вращения с горизонтальной шестерней 11, сопряженной с рифленой частью торцовой поверхности 12 (см фиг.3, фиг.4) горизонтального диска 13, закрепленного по центру на стойке 6. В качестве рифленой части торцовой поверхности 12 может быть использован, например, отрезок роликовой цепи 14. На верхнем конце трубы 7 закреплена горизонтальная ось 15, выполненная, например, из металлической трубы. На горизонтальной оси 15 с возможностью вращения, например, на подшипниках, установлена подвешенная подсистема 5 зенитального вращения, выполненная в виде пространственной рамы 16 с размещенными на ней в виде ступеней концентраторными фотоэлектрическими модулями 1 и прикрепленными снизу к раме 16 двумя вертикальными секторами 17 с рифлеными круговыми торцовыми поверхностями 18, выполненными, например, в виде отрезка роликовой цепи 19, которые сопряжены с вертикальными шестернями 20 привода 21 подсистемы 5 зенитального вращения (см. фиг.5), установленными соответственно на первом и втором плечах упомянутого горизонтального двуплечего рычага 9.
Система 2 ориентации концентраторных фотоэлектрических модулей 1 на Солнце с устройством 3 контроля положения Солнца направляет концентраторный фотоэлектрический модуль 1 фотоэнергоустановки таким образом, чтобы расположить его фронтальную поверхность перпендикулярно солнечным лучам; вырабатываемая концентраторным фотоэлектрическим модулем 1 электроэнергия подается внешнему потребителю или накопителю электроэнергии.