ГЕЛИОТРОП

Изобретение относится к устройствам возобновляемой энергетики, в частности, электрической энергии на солнечных элементах и может быть использовано в малой энергетике для эффективного обеспечения удаленных автономных потребителей.
Из уровня техники известен аналог - «Гелиоустановка» (а.с. СССР №1196621, кл. F 24J 2/38, 1985), содержащая ориентируемый оптический элемент, установленный на опорно-поворотном устройстве, и систему слежения, включающую диаметрально расположенные относительно фокуса оптического элемента датчики, выполненные в виде термобаллонов с легкокипящей жидкостью. Датчики соединены посредством капиллярных трубок с компенсаторами давления, выполненными в виде сильфонов. Гелиоустановка также содержит дифференциал, колеса которого соединены с сильфонами, а вал водила - с зубчатой передачей, связанной с управляющим элементом сопел, соединенных через распределительные золотники гидроусилителей с системой поворота гелиоустановки.
Однако, известная гелиоустановка имеет невысокое быстродействие из-за значительной сложности системы слежения и большого числа передаточных звеньев (десять). Точность ориентации оптического элемента является невысокой за счет трудности равной дозировки и дальнейшего длительного сохранения равных объемов легкокипящей жидкости в баллонах и сильфонах, что вызывает различную величину перемещения оптического элемента при нагреве баллонов и сильфонов на одну и ту же температуру, а также из-за большого количества передаточных звеньев, и наличия неупругих сильфонов, деформируемых на различную величину, которые приводят к снижению надежности гелиоустановки.
Известны также устройства по принципу работы регуляторов прямого действия с применением термочувствительных элементов, основанных на тепловом расширении (удлинении) жидкостей, газов, твердых тел, деформации биметаллических элементов, элементов из материалов с термопамятью. При их работе непосредственно используется тепловая энергия регулируемой среды или источника тепловой энергии. Датчик температуры или термочувствительный элемент (ТЧЭ) является одновременно исполнительным механизмом устройства.
Недостатком известных устройств является малая чувствительность и, следовательно, точность слежения за Солнцем, частичная или полная потеря работоспособности при переменном режиме освещенности Солнцем.
Наиболее близким аналогом из числа известных устройств является тепловой гелиотроп - термомеханическая, самонаводящаяся система слежения за Солнцем (а.с.№566019, кл. F 03 С 7/02. Тепловой гелиотроп, 25.08.77), содержащий корпус и следящую панель, выполненные с возможностью поворота соответственно на вертикальной и горизонтальной осях, и силовые поршневые цилиндры с рабочим веществом в парожидкостном состоянии, силовые цилиндры выполнены с капиллярами на внутренних стенках, размещены попарно-оппозитно на корпусе и следящей панели и снабжены затеняющими экранами соответственно в виде усеченных конусов и пластин, а штоки поршней объединены зубчатыми рейками, взаимодействующими с зубчатыми валиками, размещенными на концах вертикальной и горизонтальной осях.
Однако, недостаток известного технического решения, принятого за прототип, состоит в том, что данная установка плохо приспособлена для эксплуатации в естественных условиях, поскольку термочувствительный элемент (ТЧЭ) в ее конструкции, кроме направленности потока солнечных лучей, также реагирует на переменную годовую, дневную облачную интенсивность солнечного излучения. При любом дополнительном
увеличении солнечного потока произойдет «переориентация» гелиоэлемента относительно Солнца, а при уменьшении -«недоориентация». Таким образом, будет происходить неадекватная ориентация следящей панели относительно Солнца при переменной облачности, то есть невозможность постоянной строгой ориентации следящей панели на Солнце, что приводит к снижению коэффициента использования солнечной энергии и КПД установки в целом.
Технической задачей, на решение которой направлено заявляемое изобретение, является повышение точности и обеспечение стабильности ориентации.
Указанная техническая задача достигается тем, что гелиотроп включает в себя следящую панель, выполненную с возможностью поворота в вертикальной и горизонтальной плоскостях, и вертикально ориентированную стационарную ось; для осуществления поворота следящая панель закреплена на вращающейся вертикально ориентированной оси, установленной на стационарной вертикальной оси; поворот следящей панели в вертикальной плоскости осуществляется путем перемещения горизонтально ориентированного штока, а поворот следящей панели в горизонтальной плоскости осуществляется с постоянной угловой скоростью от редуктора через зубчатую передачу, приводимого в движение от ручного пружинного завода и закрепленного на вертикально ориентированной стационарной оси.
Это позволяет достичь того, что строгая постоянная ориентация следящей панели на Солнце обеспечивается независимо от климатических условий (дождя, снега, тумана) механическим приводом и, например, при внесенном появлении Солнца из-за туч, плоскость следящей панели максимально ориентирована на восприятие энергии от Солнца.
Существенным является то, что сама система ориентации на Солнце не требует энергетических затрат на осуществление ориентации (поворота). Поворот следящей панели осуществляется с постоянной угловой
скоростью 15 градусов в час, что соответствует углу перемещения Солнца в горизонтальной плоскости.
В опорной конструкции устройства для создания минимального трения использован принцип опоры на подшипник, причем в верхней части конструкции также установлен подшипник - упорный, обеспечивающий вертикальную устойчивость конструкции и минимальное сопротивление при повороте вертикальной вращающейся оси. Указанная конструкция обеспечивает: значительное снижение трения при повороте всей конструкции, что является существенным для механизма поворота, поскольку конструкция обладает относительно высокой массой. Сущность предлагаемого изобретения поясняется фигурой 1, иллюстрирующей общий вид гелиотропа. Он состоит из следящей панели 1, вертикальной вращающейся оси 2, защитного кожуха 3, упорного 4 и опорного 5 подшипников, вертикальной неподвижной оси 6, стационарного горизонтального основания 7, ручного пружинного завода 8, редуктора 9, зубчатой передачи 10 между редуктором и вертикальной вращающейся осью, горизонтально ориентированного штока 11 для поворота следящей панели в вертикальной плоскости.
Основной особенностью заявляемого изобретения является удержание точного направления следящей панели на Солнце без затрат энергии извне.
Заявляемый «Гелиотроп» работает следующим образом: следящая панель устанавливается вверху вертикальной вращающейся оси, которая, в свою очередь, помещается на нижний опорный подшипник. Вертикальное положение оси поддерживается упорным (верхним) подшипником. Система из двух подшипников создает легко вращаемую конструкцию.
Для поддержания постоянной ориентации на Солнце легко вращаемая вертикальная ось соединена через шестереночное зацепление с редуктором посредством зубчатой передачи. Последний приводится в движение от пружины, заводимой вручную.
Таким образом, после первоначальной ручной ориентации установки так, чтобы следящая панель была направлена на солнце, последняя осуществляет вращение с постоянной угловой скоростью 15 градусов в час, обеспечивая постоянную ориентацию на Солнце независимо от климатических условий.
Данный гелиотроп может быть применен для фотоэлектрической установки. Фотоэлектрическая установка от фотопреобразователей в дневное время заряжает аккумуляторную батарею, установленную внутри защитного кожуха 3. В ночное время осуществляется освещение участка территории, запитанной от аккумулятора.