Плавучий модуль для фотоэлектрической панели
FLOATING MODULE FOR PHOTOVOLTAIC PANEL

Область техники, к которой относится изобретение
Настоящее изобретение относится к производству возобновляемой энергии, а именно к устройствам, таким как плавучие солнечные электростанции, а в частности к плавучему модулю, на котором размещается фотоэлектрическая панель, что обеспечивает базирование данной конструкции на водной поверхности. Данные плавучие модули с фотоэлектрической панелью будут использоваться для сборки электростанции.
Уровень техники
В документе (WO 2012139998, H01L31/042, опубл. 18.10.2012) раскрыта плавучая конструкция, которая сама по себе является креплением солнечных панелей. Устройство для поддержки фотоэлектрической панели состоит из герметичной пластиковой оболочки, образующей нижнюю стенку, верхнюю стенку и четыре боковые стенки. Устройство содержит средство для крепления фотоэлектрической панели к указанной верхней стенке пластиковой оболочки.
Недостатком данного аналога является отсутствие системы водного балласта в плавучем модуле. Система водного-бапласта требуется для увеличения стабильности плавучего модуля, для использования на волнах или при перепаде уровня воды и ветре.
Также из уровня техники известна несущая конструкция для фотоэлектрических панелей. US 20170201206 A1, B63B 35/44, опубл. 14.08.2018. Предусмотрена несущая конструкция для фотоэлектрической генерации на воде. Несущая конструкция включает в себя, по меньшей мере, один плавающий кронштейн. Плавающий кронштейн включает в себя плавающую платформу и множество опорных элементов, предусмотренных на верхней поверхности плавающей платформы, между по меньшей мере двумя соседними опорными элементами предусмотрено вентиляционное пространство, посредством чего множество опорных элементов сконфигурировано для закрепления панели фотоэлектрических элементов. Нижняя поверхность панели фотоэлектрических элементов отделена от верхней поверхности плавучей платформы.
Система значительно сложнее конструктивно и состоит из нескольких деталей, тогда как система ХелиоРэк состоит из одного плавучего модуля, который поддерживает фотоэлектрическую панель, что позволяет строить электростанции разной геометрии и производить быструю сборку.
Из уровня техники известно опорное устройство для фотоэлектрической панели. (CN103597737 A, опубл. 19.02. 2014). Опорное устройство для поддержки фотоэлектрической панели состоит из герметичной пластиковой оболочки, образованной нижней стенкой, верхней стенкой и четырьмя боковыми стенками. Устройство содержит средство для крепления фотоэлектрической панели к указанной верхней стенке указанной пластиковой оболочки.
Из уровня техники также известна плавающая фотоэлектрическая система. (WO2018157704 A1, опубл. 07.09.2018). Плавающая фотоэлектрическая система содержит плавающую на поверхности воды коробку. Неподвижно расположенный на верхней поверхности плавающей коробки бескаркасный фотоэлектрический узел (3). Фотоэлектрический узел неподвижно расположен на выступе плавающей коробки и удерживается ограничительными элементами, неподвижно расположенными на верхней поверхности плавающей коробки и распределенные по периметру фотоэлектрического узла.
Недостатком данного аналога является отсутствие системы водного балласта в плавучем модуле. Система водного-бапласта требуется для увеличения стабильности плавучего модуля, для использования на волнах или при перепаде уровня воды и ветре.
Раскрытие сущности изобретения
Задачей заявленного технического решение является создание плавучего модуля для поддержки фотоэлектрической панели и плавучей солнечной электростанции из упомянутых модулей, с возможностью установки на водной поверхности и с обеспечением возможности выдерживать нагрузки, связанные с волнами морской амплитуды, перепадом уровня воды и ветре, а также задачей заявленного решения является создание  плавучих модулей, обеспечивающих удобство транспортировки.
Технический результат заявленного изобретения заключается в повышении стабильности плавучего модуля с фотоэлектрическими панелями на водоемах, в том числе на водоемах, с возможностью образования волн, за счет стабилизации посредством водного балласта, а также заключается в повышении прочности изделия.
Заявленный технический результат достигается за счет того, что плавучий модуль для фотоэлектрической панели, содержащий полое основание, образованное боковыми и верхней стенками, полые опорные элементы, расположенные на основании с образованием единой внутренней полости, фотоэлектрическую панель, расположенную на опорных элементах, при этом образованная единая внутренняя полость выполнена с возможностью частичного заполнения водой, используемой в качестве водного балласта, и воздухом,  при чем модуль выполнен с возможностью снижения и/или повышения высоты плавучего модуля в водной поверхности, путем подачи или сброса воздуха через клапан контроля высоты плавучего модуля.
В частном случае реализации заявленного технического решения фотоэлектрическая панель расположена под углом к горизонту.
В частном случае реализации заявленного технического решения снабжен четырьмя опорными элементами, расположенными на основании с обеспечением вентиляционного пространства между собой и с обеспечением вентиляционного зазора между верхней стенкой основания и тыльной стороной фотоэлектрической панели.
В частном случае реализации заявленного технического решения модуль выполнен с возможностью соединения с по меньшей мере одним аналогичным модулем с образованием системы плавучих модулей, с расположенными на каждом плавучем модуле фотоэлектрическими панелями, соединенными электрическими кабелями в солнечную электростанцию, при этом модули соединены между собой через дорожку, при этом крайние дорожки, образованной системы плавучих модулей, снабжены якорными линиями.
В частном случае реализации заявленного технического решения боковая стенка основания дополнительная снабжена горизонтальным ребром жесткости, выполненным по нижнему краю упомянутой боковой стенки.
В частном случае реализации заявленного технического решения опорные элементы и основание дополнительно снабжены вертикальными ребрами жесткости.
В частном случае реализации заявленного технического решения опорные элементы и основание выполнены в виде многоугольников, при этом на угловых гранях упомянутых многоугольников выполнены фаски.
В частном случае реализации заявленного технического решения клапан контроля высоты плавучего модуля установлен или в верхней, или в нижней части опорного элемента.
В частном случае реализации заявленного технического решения соединение модуля с дорожкой выполнено посредством быстроразъемных шарнирных соединительных элементов.
В частном случае реализации заявленного технического решения дорожка выполнена с внутренней полостью, обеспечивающей положительную плавучесть и выполнена в виде единого конструктивного элемента.
В частном случае реализации заявленного технического решения дорожка выполнена с рифленой верхней поверхностью.
В частном случае реализации заявленного технического решения плавучий модуль выполнен из переработанного вторичного сырья или выполнен из смеси первичного и вторичного сырья или из первичного сырья, при этом сырье представляет из себя полиэтилентерефталат, полиэтилен низкого давления, полиэтилен высокого давления, полипропилен.
В частном случае реализации заявленного технического решения дорожка выполнена из переработанного вторичного сырья или выполнен из смеси первичного и вторичного сырья, или из первичного сырья, при этом сырье представляет из себя полиэтилентерефталат, полиэтилен низкого давления, полиэтилен высокого давления, полипропилен.
В отличие от приведенных аналогов, заявленное техническое решение позволят обеспечить стабильность плавучего модуля и системы плавучих модулей за счет особенности конструкции без нижней стенки, с возможностью частичного заполнения внутренней полости водой, используемой в качестве водного балласта, и воздухом, а также за счет использования автоматизированного или механического насоса для контроля высоты плавучего модуля. Заявленное техническое решение подразумевает, что конструкция плавучего модуля с фотоэлектрической панелью на нем сама по себе является плавучей системой и выполнена с возможностью контроля высоты плавучего модуля над водной поверхностью. Отсутствие нижней стенки в заявленном плавучем модуле позволяет повысить количество плавучих модулей для транспортировки в контейнере, снизить вес плавучего модуля.
Краткое описание чертежей
Детали, признаки, а также преимущества настоящего изобретения следуют из нижеследующего описания вариантов реализации заявленного технического решения с использованием чертежей, на которых показано:
Фиг.1 – общий вид на плавучий модуль, соединенный с дорожкой и с установленной фотоэлектрической панелью;
Фиг.2 – вид сзади на плавучий модуль, соединенный с дорожкой и с установленной фотоэлектрической панелью;
Фиг.3 – плавучий модуль, вид сзади. Без фотоэлектрической панели;
Фиг.4 – плавучий модуль, вид сбоку. Без фотоэлектрической панели;
Фиг.5 – Вид А и Вид Б, отмеченный на Фиг.4;
Фиг.6 – плавучий модуль, вид сверху. Без фотоэлектрической панели;
Фиг.7  –  дорожка для обслуживания;
Фиг.8 – дорожка для обслуживания;;
а) вид сверху;
б) вид сниизу;
Фиг.9 – соединительные элементы;
Фиг.10 – крепление для якорной линий;
Фиг.11 – соединение плавучих модулей с дорожками с образованием системы плавучих модулей;
Фиг.12 – пример принципиальной электрической схемы сетевой системы солнечной электростанции на 30кВт, образованной из фотоэлектрических панелей, размещенных на плавучих модулях.
Фиг.13 - общий вид на плавучий модуль установленный на водную поверхность и соединенный с дорожкой, а)  изометрия;  б) вид сбоку.
На фигурах цифрами обозначены следующие позиции:
1 – дорожка для обслуживания электростанции; 2 – крепление для установки якорных линий со стандартизированным подключением; 3 – соединительный элемент; 4 – кронштейны креплений, установленные по периметру дорожки и установленные на каждой стороне плавучего модуля для скрепления компонентов системы между собой; 5  – крепления для фотоэлектрических панелей; 6 – зазор для охлаждения фотоэлектрических панелей; 7 – пин-коннектор для быстрого соединения дорожек для обслуживания и плавучего модуля; 8 – клапан контроля высоты плавучего модуля; 9 – вертикальная стенка  плавучего модуля; 10 – фотоэлектрическая панель, 11 – разъем для подключения фотоэлектрических панелей; 12 – угол наклона держателей фотоэлектрических панелей; 13 – фаска по периметру плавучего модуля для распределения нагрузок; 14 – проставки для фотоэлектрических панелей; 15 – углубление для установки креплений для якорных линий; 16 – рифленая поверхность дорожки для обслуживания; 17 – полая конструкция дорожки для обслуживания; 18 – верхняя стенка; 19 – опорные элементы для фотоэлектрической панели; 20 – горизонтальное ребро жесткости; 21 – вертикальное ребро жесткости; 22 – ребра жесткости дорожки.
Осуществление изобретения
Плавучий модуль для фотоэлектрической панели, состоящий из четырех опорных элементов, представляющих из себя полые стойки, расположенные на основании параллельно в форме прямоугольника. Основание плавучего модуля выполнено в виде замкнутой в прямоугольник вертикальной стенки (9). По углам упомянутого замкнутого прямоугольника расположены четыре полых опорных элемента (19). Между опорными элементами (19) по верхнему краю вертикальной стенки (9) установлена верхняя стенка (18). Полые опорные элементы (19) установлены на расстоянии друг от друга, обеспечивающем вентиляционное пространство (6) между ними. Полые опорные элементы (19) выполнены возвышающими над верхней стенкой (18), с обеспечением вентиляционного зазора (6) для циркуляции воздуха между установленной на опорные элементы (19) фотоэлектрической панелью (10) и верхней стенкой (18).
Вертикальная стенка (9) по нижнему краю дополнительно снабжена горизонтальным ребром жесткости (20). Горизонтальное ребро жесткости (20) представляет из себя внешний угол и  является продолжением вертикальной стенки и создана для предания прочности нижней части изделия.
Плавучий модуль дополнительно снабжен вертикальными ребрами жесткости (21). Вертикальные ребра (21) жесткости выполнены по периметру плавучего модуля и выполнены как в опорных элементах (19), так и в вертикальной стенке (9). Вертикальные ребра (21) представляют из себя углубления. Ребра добавлены для увеличения жесткости конструкции, и снижения деформации плоских частей конструкции.
Ребра жесткости также добавляют прочности конструкции при различных нагрузках. Данная конструктивная особенность позволяет выполнить плавучий модуль без дна, но при этом позволяет сохранить высокий уровень коэффициента запаса прочности. Опорные элементы (19) выполнены с возможностью размещения и закрепления фотоэлектрических панелей (10). Опорные элементы (19) выполнены с обеспечением возможности установки фотоэлектрической панели (10) под углом к горизонту. Для этого одна пара опорных элементов (19) выполнена выше другой пары опорных элементов (19). На вершине каждого опорного элемента (19) расположены проставки (14) для крепеления фотоэлектрических панелей (10), которые при помощи креплений (5) закрепляются на опорных элементах
Внутрь плавучего модуля, при установке его на водную поверхность, из-за отсутствия в конструкции нижней стенки как таковой, набирается вода, что позволяет сделать конструкцию тяжелее и, соответственно, более стабильной на волнах. Использование водного балласта внутри плавучего модуля необходимо для утяжеления плавучего модуля, контроля инерции и тем самым стабилизации системы на водной поверхности.
В одном или двух опорных элементах (19) плавучего модуля выполнено отверстие для установки клапана контроля высоты внутри плавучего модуля (8), в которое непосредственно и установлен упомянутый клапан. Упомянутый клапан (8) в варианте реализации заявленного технического решения установлен в верхней части опорного элемента (19) плавучего модуля. В другом варианте упомянутый клапан (8) может быть размещен и в нижней части плавучего модуля.
При этом полая конструкция плавучего модуля, при установке упомянутого модуля на водную поверхность, выполнена с возможностью сдерживания воздуха внутри. Воздух сдерживается в верхней части внутреннего объема полой конструкции плавучего модуля  и водной поверхности, при этом вертикальная стенка (9) погружается в воду. Глубина погружения регулируется клапаном (8) и приложенной нагрузкой. Воздух внутри плавучего модуля позволяет плавучему модулю оставаться на плаву на необходимой высоте.
Накачка воздуха и клапан контроля высоты (8) предназначены для создания водного балласта, и создания стабильности системы.
При эксплуатации плавучей электростанции может возникнуть необходимость в подкачки воздуха во внутрь плавучего модуля. В варианте реализации заявленного технического решения подкачка воздуха выполнена в ручном режиме, посредством механического насоса, подключенного оператором непосредственно к плавучему модулю через упомянутый клапан контроля высоты (8).
Плавучий модуль выполнен с возможностью охлаждения фотоэлектрической панели (10) , размещенной на упомянутом модуле, посредством пассивного охлаждения. Чем ниже температура фотоэлектрической панели, тем выше эффективность. Пассивное охлаждение фотоэлектрической панели обеспечивается за счет циркуляции воздуха в зазоре между фотоэлектрической панелью (10) и верхней стенкой (18) плавучего модуля.
За счет данной циркуляции воздуха обеспечивается охлаждение фотоэлектрической панели (10), что приводит к более эффективной ее работе.
Плавучий модуль соединен с дорожкой для обслуживания (1) посредством быстроразъемных соединений. Дорожка представляет единый конструктивный элемент с внутренней полостью (17). Дорожка (1) выполнена как односоставная конструкция. Дорожка снабжена вертикальными креплениями (4), расположенными перпендикулярно основной плоскости дорожки.
В варианте реализации заявленного изобретения верхняя поверхность дорожки выполнена с рифленой поверхностью (16). Рифленая верхняя (16) поверхность дорожки (1) необходима для дополнительного снижения вероятности травм сотрудников плавучей электростанции.
В конструкции дорожки присутствуют ребра жесткости (22), которые представляют из себя углубления в основную конструкцию изделия. Ребра добавляют прочность конструкции при различных нагрузках.
Полая конструкция дорожки (1) позволяет системе оставаться на плаву и выдерживать вес человека с дополнительным коэффициентом запаса и дополнительно обеспечивает плавучесть системы плавучих модулей, объединенных в плавучую электростанцию.
Плавучий модуль выполнен с возможностью соединения с по меньшей мере одним аналогичным плавучим модулем. Плавучие модули соединены друг с другом через упомянутую дорожку (1). Соединение плавучего модуля с дорожкой, а также соединение дорожки с плавучим модулем осуществлено через соединительные элементы (3) и кронштейны (4). Соединительные элементы (3) выполнены в виде быстроразъемных шарнирных соединений, и представляет собой продолговатый элемент с двумя отверстиями по краям. На всех торцах дорожки на боковых стенках плавучего модуля расположены кронштейны (4). В кронштейнах (4) также выполнено отверстие. Соединение соединительных элементов (3) с кронштейном (4) выполнено при помощи совмещения упомянутых отверстий в кронштейне и соединительном элементе и установки в совмещенные отверстия пин-коннектора (7). Данное соединение обеспечивает быстрое разъединение и соединение в случае необходимости.
В данном варианте реализации заявленного технического решения подкачка воздуха может быть выполнена как в автоматизированном виде и осуществлена через систему насосов, подключенных к каждому плавучему модулю посредством шлангов подачи воздуха, так и в ручном режиме, при этом подкачка осуществляется оператором. В любом варианте реализации заявленного решения подкачка воздуха осуществлена через упомянутый клапан (8) контроля давления.
Соединительные элементы (3) между плавучими модулями и дорожками (1) для обслуживания подобраны таким образом, чтобы снижать нагрузки при колебании системы на волнах и выполнены с обеспечением движения в направление максимальных нагрузок, т.е. изгибаться за счет шарнирных соединений.
Соединительные элементы (3), кронштейны (4) и пин-коннекторы (7) выполнены из  резины или из пластика или из металла или из комбинации данных материалов.
Стабильность солнечной электростанции на волнах дополнительно обеспечивается за счет большого количества плавучих модулей в связке, используя соединительные элементы. Дополнительно система заякорена на дне водоема или на берегу посредством якорных линий. Крепление якорных линий осуществлено к дорожкам, расположенным по краям плавучей электростанции. Для этого в конструкции дорожки предусмотрено углубление (15), в которое устанавливается крепление для якорных линий (2).
Плавучие модули с установленными на них фотоэлектрическими панелями (10) соединены друг с другом с образованием системы плавучих модулей. Фотоэлектрические панели снабжены разъемом (11) для подключения фотоэлектрических панелей между собой. Фотоэлектрические панели соединены в единую солнечную электростанцию посредством электрических кабелей. При этом плавучие модули обеспечивают положительную плавучесть образованной электростанции.
Данная плавучая электростанция выполнена с возможностью базирования на воде и выработки фотоэлектрическими панелями, размещенными на плавучих модулях, электроэнергии. Количество плавучих модулей с фотоэлектрическими панелями одной электростанции зависит от необходимой установленной мощности.
Один плавучий модуль содержит одну фотоэлектрическую панель, мощностью, например 280-430 Вт. Мощность фотоэлектрических панелей может быть различна.
Конструкция плавучего модуля обеспечивает стабильность электростанции из-за системы водного балласта, соединительных элементов и якорных линий. Фотоэлектрическая панель, размещенная на плавучем модуле, имеет более эффективную выработку электроэнергии, т.к. станция находится на воде, что уже повышает эффективность выработки электроэнергии по сравнению с базированием на суше (около 10-13%), и за счет зазора под панелью осуществляется дополнительное охлаждение фотоэлектрической панели по сравнению с известными из уровня техники по плавучим модулям.
Конструкция плавучего модуля обеспечивает возможность транспортировки указанных плавучих модулей путем складывания их друг на друга, что значительно экономит пространство.
Работает устройство следующим образом:
Плавучий модуль с установленной на нем фотоэлектрической панелью помещается на воду, открывается клапан на плавучем модуле, прикладывается нагрузка, позволяющая опустить плавучий модуль на заданную глубину, и модуль погружается в воду на требуемую глубину, клапан контроля высоты закрывается, и вода остается внутри модуля, что придает вес и стабильность всей системе.