СОЛНЕЧНЫЙ ЭНЕРГОМОДУЛЬ

Полезная модель относится к солнечным батареям, работающим на основе принципа прямого преобразования солнечной энергии в электрическую с помощью фотоэлектрических преобразователей (ФЭП), а именно к модулю, входящему в состав солнечных батарей.
Известен солнечный энергомодуль, содержащий концентратор излучения с вогнутой рабочей поверхностью, установленный в его фокусе приемник излучения на солнечных элементах с системой теплоотвода и устройство слежения за Солнцем, вогнутая поверхность концентратора снабжена солнечными элементами, а угол раскрытия концентратора не превышает 80° / Патент РФ №2028557, кл.6 F 24 j 2/12, 2/14, Н 01 L 31/052/.
К недостаткам, известного модуля относится то, что он требует точной ориентации на Солнце, точного изготовления и системы теплоотвода, вследствие чего требует существенных затрат электроэнергии на работу вспомогательных систем и монтаж энергоустановки у заказчика.
Наиболее близким к предлагаемому изобретению является солнечный энергомодуль, содержащий прозрачную неметаллическую подложку, на которой закреплены ФЭПы. Подложка выполнена цельной в виде двух тонкостенных листов с продольными ребрами между ними, образующими каналы для протекания хладагента. Модуль снабжен по крам упрочняющими буртиками для крепления в коллекторах. На подложку со стороны падения солнечных лучей нанесен теплопроводящий клей-герметик, с помощью которых закреплены ФЭП. Подложка вместе с ФЭП покрыта жидким стеклом, отверждающимся при нормальной температуре и ультрафиолетовом облучении. Кроме того, он снабжен устройством регулирования заряда
аккумулятора и подачи электропитания потребителю от модуля или от аккумулятора, закрепленным на подложке совместно с ФЭП / Патент РФ №2164721, 7 Н 01 L 31/ 048/.
Недостатком данной конструкции является недостаточно высокая выработка электроэнергии из-за отсутствия в устройстве системы ориентации на Солнце.
Задачей данной полезной модели, является повышение выработки электроэнергии за счет более полного использования солнечной энергии путем обеспечения оптимальной ориентации на Солнце в течение дня, снижение затрат электроэнергии на поворот модуля, снижение трудоемкости при его монтаже, повышение его эксплуатационных свойств и надежности снабжения потребителя электроэнергией.
Решение задачи достигается тем, что солнечный энергомодуль содержит фотоэлектрические преобразователи (ФЭП), соединенные в панель, аккумулятор и устройство регулирования заряда; панель закреплена на силовой раме поворотного устройства, соединенного посредством цилиндрического шарнира со стойкой и снабженного электродвигателем и фиксаторами положения оси шарнира поворотного устройства относительно оси стойки энергомодуля, на которой расположены аккумулятор и устройство регулирования его заряда, на лицевой стороне панели, перпендикулярно ее лицевой поверхности, закреплен датчик прямого излучения Солнца, а на тыльной стороне панели расположен датчик рассеянного излучения Солнца, направленный в сторону, обратную лицевой стороне панели, причем блок обработки сигналов датчиков положения и рассеянного излучения Солнца и включения двигателя поворотного устройства и датчики крайних положений поворотного устройства установлены на корпусе поворотного устройства.
На чертеже изображен солнечный энергомодуль.
Солнечный энергомодуль содержит фотоэлектрические преобразователи 1, соединенные в панель 2, установленной на раме 3. Рама 3 закреплена на поворотном устройстве 4, которое посредством цилиндрического шарнира 5 закреплено на стойке 6 и снабжено электродвигателем 7 и фиксаторами положения оси шарнира поворотного устройства, относительно оси стойки энергомодуля 8. На стойке 6 закреплены устройство компенсации пиковых нагрузок и подзарядки аккумулятора 9 и аккумулятор 10. Датчик прямого излучения Солнца 11 закреплен на лицевой стороне панели 2 таким образом, чтобы его оптическая ось была перпендикулярна ее лицевой поверхности. Датчик рассеянного излучения Солнца 12, закреплен на тыльной стороне панели 2, перпендикулярно ей и направлен в сторону, обратную лицевой стороны панели. На поворотном устройстве 6 установлены блок обработки сигналов датчиков положения рассеянного излучения Солнца и включения двигателя поворотного устройства 13 и датчики крайних положений поворотного устройства 14.
Солнечный энергомодуль работает следующим образом. Стоика энергомодуля 6 устанавливается вертикально на фундамент, после чего поворотное устройство 4 наклоняется вокруг шарнира 5, таким образом, чтобы угол наклона поворотного устройства соответствовал географической широте места установки, при этом плоскость шарнира 5 ориентируют в направлении «север-юг», а лицевую плоскость солнечной панели 2 направляют на Солнце. Угол фиксируется при помощи фиксатора 8. После включения установки энергия, запасенная в устройстве компенсации пиковых нагрузок 9, поступает на двигатель 7 поворотного устройства 4, которое при отсутствии тока в датчике рассеянного излучения 12 переводит панель в крайнее положение, в сторону восхода Солнца. Выключение
двигателя поворотного устройства происходит по сигналу датчика крайнего положения 14.
При восходе Солнца, ток, вырабатываемый солнечной панелью 2 мал, и аккумулятор 10 не может заряжаться, заряжается устройство компенсации пиковых нагрузок 9. В это время, пока прямые лучи Солнца не попадают на датчик 11, ток на датчиках 11 и 12 одинаковый. При движении Солнца к зениту ток на датчике 11 увеличивается, а на датчике 12 остается постоянным. Значения токов датчиков 11 и 12 постоянно сравнивают в блоке обработки сигналов датчиков 13. Начинается рост разницы токов, который продолжается до того момента, пока лучи Солнца не станут перпендикулярно поверхности панели и полностью осветят датчик 11. При дальнейшем движении Солнца площадь датчика 11, которую освещают солнечные лучи, уменьшается, уменьшается его ток, соответственно происходит уменьшение разницы токов и при достижении ею нулевого значения блок обработки сигналов 13 подает напряжение от устройства компенсации пиковых нагрузок 9 на двигатель 7 поворотного устройства 4 и рама 3 с панелью 2 поворачивается за Солнцем. Продолжается зарядка аккумулятора 10. По мере поворота панели увеличивается разница показателей тока на датчиках 11 и 12, которая достигнет максимума, когда лучи Солнца, станут перпендикулярно поверхности панели 2. При дальнейшем движении панели 2 разница этих показателей уменьшается и при их выравнивании двигатель поворотного устройства выключается. При превышении током зарядки величины, максимально допустимой для зарядки аккумулятора 10, заряжается устройство компенсации пиковых нагрузок 9. При дальнейшем движении Солнца описанный выше цикл повторяется. Датчик 11 изготовлен так, чтобы угловое расстояние, которое проходит Солнце между двумя минимумами тока, не превышало 10 градусов. Датчик рассеянного излучения 12 установлен так, чтобы прямое излучение Солнца на него не попадало. Колебания токов датчиков прямого и рассеянного
излучения 11 и 12 за счет изменения облачности компенсируются, поскольку они находятся на одной и той же панели, но направлены в противоположные стороны, за счет чего ток в датчиках изменяется синхронно.
При пропадании тока в датчике рассеянного излучения 12 поворотное устройство 4 поворачивает батарею 2 (до срабатывания датчиков фиксации крайних положений 14) в крайнее положение по направлению к восходу Солнца. По мере уменьшения высоты Солнца над горизонтом увеличивается толщина атмосферы, через которую проходит солнечное излучение и соответственно падает его интенсивность и падает ток, вырабатываемый панелью 2. При падении тока батареи меньше необходимого для зарядки аккумулятора 10, происходит зарядка устройства компенсации пиковых нагрузок 9, энергия которого будет использована для поворота батареи 2 в крайнее положение к восходу Солнца.
При изготовлении фотоэлектрического модуля производится юстировка положения датчиков с целью получения максимальной выработки электроэнергии.
Подзарядка устройства для компенсации пиковых нагрузок и подзарядки аккумуляторов 9 происходит также при превышении тока вырабатываемого батареей сверх допустимого для зарядки аккумулятора 10.
Таким образом, достигается поставленная задача повышения эффективности выработки электроэнергии солнечным энергомодулем за счет более полного использования солнечной энергии благодаря обеспечению постоянной ориентации относительно солнечного излучения в течение дня, снижение массы энергомодуля и повышение его эксплуатационных свойств, удобства монтажа.
По полученным экспериментальным данным предложенная конструкция по сравнению с неориентируемыми солнечными энергоустановками позволяет получать дополнительно до 40% электроэнергии.