Результат интеллектуальной деятельности: СОЛНЕЧНАЯ УСТАНОВКА

Изобретение относится к гелиоэнергетике, в частности к солнечным энергетическим установкам с датчиками слежения за Солнцем, и может быть использовано в солнечных электростанциях для преобразования солнечной энергии в электрическую, а также в качестве энергетической установки индивидуального пользования.

Известна солнечная установка (RU 2286517 C1, МПК F24J 2/42 (2006.01), опубл. 27.10.2006), 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. Базовая рама установлена с возможностью вращения вокруг вертикальной оси, опираясь на подстилающую поверхность с помощью колес, одно из которых снабжено электроприводом. Подвешенная рама установлена с возможностью вращения вокруг горизонтальной оси от электропривода. Сама солнечная батарея состоит из модулей с солнечными концентраторами, расположенных на подвешенной раме в виде ступеней. Система ориентации батареи содержит основной и дополнительный датчики положения Солнца, основной из которых состоит из затеняющего экрана с отверстием и восьми фотоэлементов каскадного типа, четыре из которых размещены справа, слева, сверху и снизу по наружным сторонам экрана и образуют каналы азимутального и зенитального грубого наведения. Четыре другие фотоэлемента расположены таким же образом по внутренним сторонам экрана и образуют каналы точного наведения. 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.

Для этой установки необходима подстилающая поверхность без значимых дефектов, препятствующих движению, а также обладающая достаточной силой сцепления колес с ней. Кроме того, сигналы от датчиков положения Солнца азимутального канала к электроприводу ведущего колеса базовой рамы подаются постоянно, что приводит к повышенному энергопотреблению солнечной установки.

Известна солнечная энергоустановка (RU 2459156 C1, МПК F24J 2/40 (2006.01), опубл. 20.08.2012), содержащая фотопанель, систему слежения за Солнцем, блок управления приводом азимутального поворота модулей и разворота их с запада на восток. Система слежения содержит компактный фотоэлектрический датчик положения Солнца, состоящий из каркаса в форме прямой трехгранной призмы, на двух боковых гранях которой, выполненных под углом 20±5°, размещены фотоэлементы слежения за Солнцем. На третьей грани установлен командный фотоэлемент разворота модулей с запада на восток.

Недостатком этой энергоустановки является затруднение управления ориентации на Солнце фотопанели большой мощности (свыше 400 Вт), так как плоскость рабочей поверхности фотопанели расположена на вертикальном валу привода азимутального поворота. Блок управления приводом азимутального поворота работает постоянно в течение всего дня, что увеличивает потери электроэнергии на ориентацию фотопанели из-за высокого энергопотребления на постоянное вращение. Кроме того, блок управления приводом азимутального поворота требует программирования.

Известна солнечная электростанция (RU 2280918 C1, МПК H01L 031/042, F24J 2/54 (2006.01) опубл. 27.07.2006), выбранная в качестве прототипа, содержащая вертикальный вал с приводом азимутального поворота, на котором закреплена солнечная фотобатарея, снабженная системой автоматики азимутального привода слежения за Солнцем. С обратной стороны солнечной фотобатареи в обратную сторону азимутального слежения установлен командный фотоэлемент, включающий в себя поляризованные малоточные и исполнительные реле реверсивного привода. Солнечная фотобатарея закреплена под углом к плоскости горизонта, равным половине максимального зенитального угла Солнца, и разделена на две равные части, между которыми закреплена вертикальная пластина, преимущественно с отражающей поверхностью. Одноименные фазы половин солнечной фотобатареи встречно включены на обмотку малоточного поляризованного реле с разделительными диодами после обмотки реле.

Для этой солнечной электростанции нужны специально подготовленные солнечные фотобатареи, на которых закреплены вертикальные пластины, подключенные к обмотке малоточного поляризованного реле. Такая электростанции не может работать на других солнечных фотобатареях. Недостатком является и затрудненное управление ориентацией на Солнце солнечных фотобатарей большой мощности (свыше 400 Вт), так как плоскость рабочей поверхности солнечных фотобатарей расположена на вертикальном валу с приводом азимутального поворота.

Задачей изобретения является расширение арсенала средств аналогичного назначения.

Поставленная задача достигается тем, что солнечная установка так же, как в прототипе, содержит систему автоматики азимутального поворота слежения за Солнцем и солнечную фотобатарею.

Согласно изобретению система автоматики азимутального поворота слежения за Солнцем соединена с силовым преобразователем, подключенным к электродвигателю, вал которого соединен с редуктором, на выходном валу которого расположена платформа, на которой под углом в 45° к ее плоскости установлена солнечная фотобатарея, на которой закреплен датчик освещенности, соединенный с системой автоматики азимутального поворота слежения за Солнцем. К солнечной фотобатарее подключен накопитель энергии, соединенный с силовым преобразователем и нагрузкой. К выходному валу редуктора подключены два концевых выключателя, которые соединены с системой автоматики азимутального поворота слежения за Солнцем.

Предложенная конструкция обеспечивает управление солнечной установкой, позволяя минимизировать энергетические затраты в течение дня на разворот платформы, на которой закреплена солнечная фотобатарея. Использование редуктора позволяет снизить осевую нагрузку на вал электродвигателя, увеличивая срок его эксплуатации. Концевые выключатели ограничивают рабочую зону поворота солнечной установки в течение светового дня, не требуя дополнительных технических средств для приведения установки в исходное состояние. Накопитель энергии обеспечивает собственные нужды солнечной установки, питая электродвигатель через силовой преобразователь, а также обеспечивает питание нагрузки. Датчик освещенности формирует сигналы, подаваемые на систему автоматики азимутального поворота слежения за Солнцем, инициируя тем самым разворот солнечной установки по нормали к направлению лучей падающего света. Благодаря компактности и универсальности датчика освещенности в предложенной солнечной установке в отличие от прототипа можно использовать любой тип солнечных фотобатарей.

На фиг. 1 приведена функциональная схема солнечной установки.

Солнечная установка содержит систему автоматики азимутального поворота слежения за Солнцем 1 (СА), соединенную с силовым преобразователем 2 (СП), подключенным к электродвигателю 3 (ЭД), вал которого соединен с редуктором 4 (Р), на выходном валу которого закреплена платформа 5 (П) с установленной на ней солнечной фотобатареей 6 (СФ), на которой закреплен датчик освещенности 7 (ДО), соединенный с системой автоматики азимутального поворота слежения за Солнцем 1 (СА). Солнечная фотобатарея 6 (СФ) закреплена на платформе 5 (П) под углом 45° к ее плоскости. К солнечной фотобатарее 6 (СФ) подключен накопитель энергии 8 (НЭ), соединенный с силовым преобразователем 2 (СП). На корпусе редуктора 4 (Р) вблизи его выходного вала симметрично относительно его оси размещены два концевых выключателя 9 (КВ1) и 10 (КВ2), которые соединены с системой автоматики азимутального поворота слежения за Солнцем 1 (СА). К накопителю энергии 8 (НЭ) подключена нагрузка 11 (Н).

В качестве системы автоматики азимутального поворота слежения за Солнцем 1 (СА) может быть использована плата управления (Петрусев А.С. Оптимизация осевой системы слежения за Солнцем // Электронные приборы, системы и технологии: Сборник научных трудов II Всероссийской научно-практической конференции, Томск, 22-27 Октября 2012. - Томск: ТПУ, 2012 - С. 30). В качестве силового преобразователя 2 (СП) может быть использован реверсивный импульсный преобразователь постоянного тока (Петрович В.П., Воронина Н.А., Глазачев А.В. Силовые преобразователи электрической энергии: Учебное пособие. - Томск: ТПУ, 2009. - С. 182). Электродвигатель 3 (ЭД) представляет собой коллекторный двигатель постоянного тока мощностью 200 Вт. Редкутор 4 (Р) - одноступенчатый зубчатый редуктор с цилиндрической передачей (Березовский Ю.Н. и др. Детали машин: учебник для машиностроительных техникумов / Ю.Н. Березовский, Д.В. Чернилевский, М.С. Петров; под ред. Н.А. Бородина. - М.: Машиностроение, 1983. - С. 257-258). Платформа 5 (Π) представляет собой сплошную текстолитовую пластину с отверстием для крепления выходного вала редуктора 4 (Р). В качестве солнечной фотобатареи 6 (СФ) можно использовать стандартную солнечную фотобатарею мощностью 640 Вт. В качестве датчика освещенности 7 (ДО) могут быть использованы фотодиоды. Накопителем энергии 8 (НЭ) может быть гелевый аккумулятор емкостью 200 А·ч. Концевые выключатели 9 (КВ1) и 10 (КВ2) - платы на основе транзисторной оптопары 4Ν25 Vishay. Нагрузкой 11 (Н) может быть, например, светодиодная лампа.

Солнечная установка работает следующим образом. В течение светового дня с датчика освещенности 7 (ДО) периодически поступают сигналы на систему автоматики азимутального поворота слежения за Солнцем 1 (СА), которая через силовой преобразователь 2 (СП), питаемый от накопителя энергии 8 (НЭ), управляет поворотом электродвигателя 3 (ЭД), который посредством редуктора 4 (Р) поворачивает платформу 5 (П) с учетом показаний датчика освещенности 7 (ДО) таким образом, чтобы прямые солнечные лучи в итоге были направлены по нормали к солнечной фотобатарее 6 (СФ). Угловое расстояние между двумя крайними положениями поворота платформы 5 (П) составляет 180°. При достижении одного из этих двух крайних положений поворота платформы 5 (П) срабатывает один из концевых выключателей 9 (КВ1) или 10 (КВ2), препятствуя этим дальнейшему повороту платформы 5 (П). По окончании светового дня система автоматики азимутального поворота слежения за Солнцем 1 (СА) переводит платформу 5 (П) в исходное состояние. В течение светового дня солнечная фотобатарея 6 (СФ) заряжает накопитель энергии 8 (НЭ). Нагрузка 11 (Н) питается от накопителя энергии 8 (НЭ) в течение всего времени работы.