BG3811U1 - Активно следяща система за разположение на соларни панели - Google Patents

Abstract

Създадената активно следяща система включва носеща планка (1), върху която е заварен неподвижен вал (6) с укрепващи планки (4). На неподвижния вал (6) над укрепващите планки (4) и в свободния му край са монтирани два лагера, върху които е лагерувана дебелостенна тръба (9). Върху тръбата (9) неподвижно са монтирани предавателно колело (8) и над него поне три носещи ферми (10), симетрично разположени по повърхността на тръбата (9). Върху носещите ферми (10) е монтирана горна рамка (17) с успоредно разположени в нея множество двойки носещи профили (11). На всяка двойка носещи профили (11) са разположени под ъгъл соларни панели (13), посредством регулиращи профили (14), вертикално закрепени с болтова връзка (16) към единия от двойката носещи профили (11) и чрез панти (12), монтирани в двата края на соларните панели (13). Системата включва и управляващ блок (7), свързан с електромотор (2), който посредством редуктор (3) и верига (5) е свързан с предавателното колело (8).

Description

Област на техниката

Настоящият полезен модел се отнася до активно следяща система за разположение на соларни панели, който ще намери приложение в областта на производството на електроенергия от слънчева радиация, и по-специално за по-ефективно електропроизводство от единица площ.

Предшестващо състояние на техниката

Тъй като конвенционалните енергийни източници са изчерпаеми, а употребата им води до негативно въздействие върху околната среда, налице е необходимост от развитие на нови, алтернативни енергийни източници. Те трябва да са възобновяеми или неизчерпаеми, и да не предизвикват замърсяване, а заедно с това и усложняване на климатичните промени на Земята. Една от енергийните възможности, покриваща тези критерии, е слънчевата енергия. Енергията от слънчевата радиация е най-големият източник на енергия на Земята. За да може обаче слънчевата радиация да е надежден източник на енергия, методите за нейното улавяне и трансформиране трябва да се подобрят. Интензитетът на слънчевата радиация зависи от височината, характеристиките на региона, климатичните условия и други. Ако соларните панели се движат, следвайки специфичното движение на слънцето през деня и годината, ще се получи доста повече енергия, отколкото ако системата е статична.

Системите с вграден механизъм за проследяване траекторията на Слънцето, познати още като тракери или позиционери, имат за цел да максимизират производството на електроенергия чрез завъртане на соларните панели в оптимална позиция спрямо слънцето. Насочването се реализира на базата на измерени стойности на слънчевата радиация или чрез контролер, конфигуриран за конкретното географско местоположение на всеки тракер. Според производителите на системите, използването на позициониращи конструкции увеличава ефективността на панелите е около 25% за едноосно следящите системи и с около 30-35% за двуосно следящите системи. Едноосно следящите системи осигуряват движение на фотоволтаичните модули, което следва движението на слънцето през светлата част от денонощието от изток на запад, за да се получи максимално насочване към слънцето. Ъгълът между панела и хоризонта обаче не се променя, поради което той не винаги е насочен точно срещу слънцето през цялата година. При двуосната следяща система този недостатък е избегнат, тъй като слънцето се следи от изток на запад и заедно с това се променя ъгъла на панела спрямо хоризонта от север на юг. Така соларният панел е насочен перпендикулярно спрямо слънчевото лъчение винаги - както през целия ден, така и през цялата година, което създава условия за по-пълно приемане и трансформиране на слънчевата радиация.

Съществуват различни модификации на конструкцията на тракерите, но като цяло те се изработват от стабилна основа, комплектувана с подвижни стоманени и алуминиеви профили, въртяща се платформа и съответните задвижващи и управляващи модули. Върху тракера могат да се монтират два, три или повече соларни панела. Мощността на фотоволтаичните модули е приблизителен сбор от мощността на съставящия ги брой соларни елементи, които са монтирани и свързани в модула върху някаква плоскост. Типът, големината и посоките на движение на тракерите се определят в зависимост от спецификите на приложението.

От гледната точка на мащаба, големите платформи са икономически по-изгодни, но при разполагането им в соларен парк има вероятност от взаимно засенчване. Освен това, панелите, които са разположени на големи платформи, трябва да бъдат монтирани и на по-тежки метални конструкции, за да бъдат устойчиви на ветровете, което възпрепятства използването им за покриви на сгради.

Техническа същност на полезния модел

Задача на полезния модел е да се създаде активно следяща система за разположение на соларни панели, която осигурява увеличено производство на електроенергия от единица площ, чрез позициониране на соларните панели в оптимална позиция както спрямо слънцето, така и помежду си, като системата е с олекотена и опростена конструкция.

Задачата е решена като е създадена активно следяща система за разположение на соларни панели, която

3854 Описания към свидетелства за регистрация на полезни модели № 08.1/17.08.2020 включва носеща планка, върху която е заварен неподвижен вал с укрепващи планки. На неподвижния вал, над укрепващите планки и в свободния му край, са монтирани два лагера, върху които е лагерувана дебелостенна тръба. Върху дебелостенната тръба неподвижно са монтирани предавателно колело и над него поне три носещи ферми, симетрично разположени по повърхността на дебелостенната тръба. Върху носещите фермите е монтирана горна рамка с успоредно разположени в нея множество двойки носещи профили. На всяка двойка носещи профили са разположени под ъгъл соларни панели, посредством регулиращи профили, вертикално закрепени с болтова връзка към единия от двойката носещи профили и чрез панти, монтирани в двата края на соларните панели. Системата включва и управляващ блок, свързан с електромотор, който посредством редуктор и верига е свързан с предавателното колело.

В регулиращите профили са изработени поне три отвора на определено разстояние за болтовата връзка, за регулиране на ъгъла, сключен между соларните панели и горната рамка.

В едно вариантно изпълнение, създадената активно следяща система е монтирана на допълнителна стойка.

Предимство на създадената система е, че осигурява увеличено производство на електроенергия от единица площ, чрез следене движението на слънцето и чрез допълнително регулиране на позицията на соларните панели, в зависимост от сезона и географската ширина на мястото на монтаж. Предимство е и това, че системата осигурява екологичен източник на електроенергия, с ниски разходи за експлоатация и поддръжка, и дълъг експлоатационен период, на сравнително ниска цена.

Пояснение на приложените фигури

Настоящият полезен модел е илюстриран на приложените фигури, където:

Фигура 1 представлява принципна схема на активно следящата система за разположение на соларни панели, съгласно полезния модел;

Фигура 2 е частичен изглед отпред на системата от фигура 1;

Фигура 3 представлява аксонометрично изображение на активно следящата система за разположение на соларни панели; и

Фигура 4 представлява аксонометрично изображение на системата от фигура 3, монтирана върху допълнителна стойка.

Примери за изпълнение на полезния модел

Производството на електроенергия от фотоволтаични системи зависи от интензитета на слънчева радиация на мястото, където са инсталирани. За да се увеличи количеството на слънчевата радиация, която попада във фотоволтаичните модули, е необходимо те да бъдат разположени под определен ъгъл. Оптималният ъгъл на разположение на фотоволтаични модули за Република България е между 30° и 35°, с ориентация на юг. Голяма част от фотоволтаични системи се монтират върху покривната или фасадната конструкция на сгради и съоръжения, като ориентацията (азимутът) и ъгълът на наклон се определят от самите обекти.

Създадената активно следяща система за разположение на соларни панели, показана на фигури 1, 2 и 3, включва носеща планка 1 върху която е заварен неподвижен вал 6 с укрепващи планки 4. На неподвижния вал 6 над укрепващите планки 4 и в свободния му край са монтирани два лагера, върху които е лагерувана дебелостенна тръба 9. Върху дебелостенната тръба 9 неподвижно са монтирани предавателно колело 8 и над него поне три носещи ферми 10, симетрично разположени по повърхността на тръбата 9.

Върху носещите ферми 10 е монтирана горна рамка 17 с успоредно разположени в нея множество двойки носещи профили 11. На всяка двойка носещи профили 11 са разположени под ъгъл соларни панели 13, посредством регулиращи профили 14, вертикално закрепени с болтова връзка 16 към единия от двойката носещи профили 11, и чрез панти 12, монтирани в двата края на соларните панели 13. В регулиращите профили 14 са изработени поне три отвора 15, което позволява всеки носещ профил 14 да бъде захващан на различни местоположения към съответния профил от двойката носещи профили 11, и по този начин да се получава различен ъгъл, сключен между соларните панели 13 и горната рамка 17. Пантите 12 позволяват свободното регулиране на цитирания ъгъл и съответно регулиране на поло

3855 Описания към свидетелства за регистрация на полезни модели № 08.1/17.08.2020 жението на соларните панели 13 спрямо слънцето, в зависимост от сезона и географската ширина на мястото на монтаж. Това води до допълнително повишаване на КПД на системата между 8 и 12 % на годишна база. Освен това, двойките носещи профили 11 са монтирани на определено разстояние една от друга, което не позволява соларните панели 13, разположени на предната двойка носещи профили 11 пред слънцето да засенчват соларните панели 13, разположени на задната двойка носещи профили 11, като по този начин допълнително се повишава КПД на системата.

Цялата носеща конструкция, съставена от фермите 10 и горната рамка 17, може да бъде конфигурирана във форма на триъгълник, квадрат, правоъгълник, правилен или неправилен многоъгълник. Найоптималният вариант е тази носеща конструкция да бъде в кръгла форма, за да могат да се монтират няколко активно следящи системи плътно една до друга, като така заемат най-малко площ и съответно не си пречат при въртенето им.

Оптимален вариант е и създадената конструкция да е разположена на разстояние минимум 40 cm от покрива, като така въздухът много лесно ще циркулира под и зад соларните панели 13. По този начин те ще се охлаждат много по-добре, което отново води до повишаване на КПД на соларните панели 13 и съответно на създадената система. Освен това, монтирането ниско над покрива на едно ниво и поставянето на панелите един зад друг е предпоставка системата да бъде много по-издръжлива на вятър и бури, в сравнение с други тракерни системи, които са поставени на височина 3-5 т, където възможността от повреди е много но-голяма.

Създадената активно следяща система включва и управляващ блок 7, свързан с електромотор 2, който посредством редуктор 3 и верига 5 е свързан с предавателното колело 8. Чрез веригата 5 въртеливото движение от електромотора 2 и редуктора 3 се предава към предавателното колело 8, съответно към дебелостенната тръба 9 и оттам на цялата конструкция.

Управляващият блок 7 е снабден с часовникови механизми или с датчик за следене на слънцето, чрез които на точно определени интервали се подава електро енергия от електромотора 2, като по този начин се получава кръговото движение на цялата конструкция спрямо слънцето. Например, управляващият блок 7 е проектиран така, че 10 min електромоторът 2 не работи, след което се включва за няколко секунди, за да се завърти цялата конструкция до достигане на необходимите градуси, и след това отново спира. Това действие се повтаря през целия ден, докато конструкцията се премества постепенно от 0 до 180° в продължение на 12 h, след което се връща в първоначалното си положение, където се изчаква изгрева на слънцето и на следващия ден се повтаря отначало същия цикъл. По този начин слънчевите лъчи през целия период на слънцегреене падат перпендикулярно върху соларните панели 13, като така всеки соларен панел 13 произвежда между 75 и 90% повече енергия от същия такъв, който е стационарен.

Тъй като цялото задвижване на системата се осъществява от едно централно място, се спестяват много труд при монтажа, както и материали при изработката на системата. Например, при монтаж на системата върху покрив е необходимо да се направят само няколко отвора за монтаж на носещата планка 1, докато при други съществуващи системи са необходими по четири отвора за монтирането на всеки един соларен панел.

В едно вариантно изпълнение, показано на фигура 4, създадената активно следяща система може да се монтира на допълнителна стойка 18, с различна конфигурация и височина, за допълнително пестене на място, в зависимост от изискванията и наличната свободна площ.

Едновременно със соларните панели 13 в създадената система могат да бъдат монтирани и панели за производство на гореща вода от слънцето, като това допълнително ще повиши и тяхното КПД, защото и тези фотоволтаични елементи също ще бъдат постоянно насочени към слънчевата светлина.

За производството на електроенергия от слънчева радиация със създадената активно следяща система, към соларните модули 13 са монтирани инвертори и допълнителни компоненти, като окабеляване, защити от свръхток и свръхнапрежение, мълниезащита, заземяване, устройства за мониторинг и контрол и други. Окабеляването се състои от електрически кабели, които служат за осъществяването на връзка между отделните компоненти, като разположението на кабелите е осъществено така, че загубата на напрежение да не е по-голяма от няколко процента.

3856 Описания към свидетелства за регистрация на полезни модели № 08.1/17.08.2020 Претенции

Claims (3)

1. 3856 Описания към свидетелства за регистрация на полезни модели № 08.1/17.08.2020 Претенции

   1. Активно следяща система за разположение на соларни панели, характеризираща се с това, че включва носеща планка (1), върху която е заварен неподвижен вал (6) с укрепващи планки (4), като на неподвижния вал (6) над укрепващите планки (4) и в свободния му край са монтирани два лагера, върху които е лагерувана дебелостенна тръба (9), при което върху дебелостенната тръба (9) неподвижно са монтирани предавателно колело (8) и над него поне три носещи ферми (10), симетрично разположени по повърхността на тръбата (9), а върху носещите ферми (10) е монтирана горна рамка (17) с успоредно разположени в нея множество двойки носещи профили (11), като на всяка двойка носещи профили (11) са разположени под ъгъл соларни панели (13), посредством регулиращи профили (14), вертикално закрепени с болтова връзка (16) към единия от двойката носещи профили (11), и чрез панти (12), монтирани в двата края на соларните панели (13), при което системата включва и управляващ блок (7), свързан с електромотор (2), който посредством редуктор (3) и верига (5) е свързан с предавателното колело (8).
2. 2. Активно следяща система съгласно претенция 1, характеризираща се с това, че в регулиращите профили (14) са изработени поне три отвора (15) за болтовата връзка (16), за регулиране на ъгъла, сключен между соларните панели (13) и горната рамка (17).
3. 3. Активно следяща система съгласно претенция 1, характеризираща се с това, че е монтирана на допълнителна стойка (18).