BG3811U1

BG3811U1 - Active tracking system for positioning of solar panels

Info

Publication number: BG3811U1
Application number: BG4980U
Authority: BG
Inventors: Светогор Денев; Светославов Денев Светогор
Original assignee: Светославов Денев Светогор
Priority date: 2020-06-01
Filing date: 2020-06-01
Publication date: 2020-07-15

Abstract

The created active tracking system comprises a headstock (1) on which is welded a fixed shaft (6) with reinforcing plates (4) . Two bearings are mounted on the fixed shaft (6) above the reinforcing plates (4) and at its free end are mounted two bearings, on which is mounted a thick-walled tube (9). A transmission wheel (8) is fixedly mounted on the tube (9) and at least three supporting trusses (10) are located above it, symmetrically on the surface of the tube (9). An upper frame (17) is mounted on the supporting trusses (10) with a plurality of pairs of supporting profiles (11) arranged in parallel thereto. On each pair of the supporting profiles (11) are arranged solar panels (13) at an angle, by means of adjusting profiles (14), vertically fastened with a bolted joint (16) to one of the pair of the supporting profiles (11) and by hinges (12) mounted at both ends of the solar panels (13). The system also comprises a control unit (7) connected to an electric motor (2), which is connected to the transmission wheel (8) by means of a reduction gear (3) and a chain (5).

Description

Област на техникатаField of technology

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.This utility model refers to an active tracking system for the location of solar panels, which will find application in the field of electricity production from solar radiation, and in particular for more efficient electricity generation per unit area.

Предшестващо състояние на техникатаBACKGROUND OF THE INVENTION

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.As conventional energy sources are exhaustible and their use has a negative impact on the environment, there is a need to develop new, alternative energy sources. They must be renewable or inexhaustible, and not cause pollution and, at the same time, complicate the Earth's climate change. One of the energy possibilities that meets these criteria is solar energy. Energy from solar radiation is the largest source of energy on Earth. However, in order for solar radiation to be a reliable source of energy, the methods for capturing and transforming it need to be improved. The intensity of solar radiation depends on the altitude, the characteristics of the region, the climatic conditions and others. If the solar panels move, following the specific movement of the sun during the day and year, much more energy will be obtained than if the system is static.

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.Systems with a built-in mechanism for tracking the Sun's trajectory, also known as trackers or positioners, aim to maximize electricity production by rotating the solar panels in an optimal position relative to the sun. The targeting is realized on the basis of measured values of the solar radiation or through a controller configured for the specific geographical location of each tracker. According to the system manufacturers, the use of positioning structures increases the efficiency of the panels by about 25% for uniaxial tracking systems and by about 30-35% for biaxial tracking systems. Uniaxial tracking systems provide movement of the photovoltaic modules, which follows the movement of the sun during the light part of the day from east to west to obtain maximum direction to the sun. However, the angle between the panel and the horizon does not change, so it is not always directed directly against the sun throughout the year. With the two-axis tracking system, this disadvantage is avoided, as the sun is monitored from east to west and at the same time changes the angle of the panel to the horizon from north to south. Thus, the solar panel is directed perpendicular to the solar radiation always - both throughout the day and throughout the year, which creates conditions for more complete reception and transformation of solar radiation.

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.There are various modifications to the construction of the trackers, but in general they are made of a stable base, complete with movable steel and aluminum profiles, a rotating platform and the corresponding drive and control modules. Two, three or more solar panels can be mounted on the tracker. The power of photovoltaic modules is an approximate sum of the power of their constituent number of solar cells, which are mounted and connected in the module on a plane. The type, size and directions of movement of the trackers are determined depending on the specifics of the application.

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.In terms of scale, large platforms are more cost-effective, but when placed in a solar park, there is a possibility of mutual shading. In addition, panels that are located on large platforms must be mounted on heavier metal structures to be windproof, which prevents their use for roofs of buildings.

Техническа същност на полезния моделTechnical essence of the utility model

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.The task of the utility model is to create an active monitoring system for the location of solar panels, which provides increased electricity production per unit area, by positioning the solar panels in an optimal position both to the sun and to each other, the system is lightweight and simplified construction.

Задачата е решена като е създадена активно следяща система за разположение на соларни панели, коятоThe task was solved by creating an active monitoring system for the location of solar panels, which

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.3854 Descriptions to utility registration certificates № 08.1 / 17.08.2020 includes a bearing plate on which a fixed shaft with reinforcing plates is welded. On the fixed shaft, above the reinforcing plates and at its free end, two bearings are mounted, on which a thick-walled pipe is mounted. A transmission wheel and at least three supporting trusses symmetrically located on the surface of the thick-walled tube are fixedly mounted on the thick-walled tube. An upper frame with parallel pairs of supporting profiles located in it is mounted on the supporting trusses. On each pair of supporting profiles, solar panels are arranged at an angle, by means of adjusting profiles vertically bolted to one of the pair of supporting profiles and by means of hinges mounted at both ends of the solar panels. The system also includes a control unit connected to an electric motor, which is connected to the transmission wheel by means of a reducer and a chain.

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.At least three holes are made in the adjusting profiles at a certain distance for the bolted connection, for adjusting the angle concluded between the solar panels and the upper frame.

В едно вариантно изпълнение, създадената активно следяща система е монтирана на допълнителна стойка.In one variant embodiment, the created active monitoring system is mounted on an additional stand.

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.The advantage of the created system is that it provides increased production of electricity per unit area, by monitoring the movement of the sun and by further adjusting the position of the solar panels, depending on the season and latitude of the installation site. Another advantage is that the system provides an environmentally friendly source of electricity, with low operating and maintenance costs, and a long service life, at a relatively low cost.

Пояснение на приложените фигуриExplanation of the attached figures

Настоящият полезен модел е илюстриран на приложените фигури, където:This utility model is illustrated in the accompanying figures, where:

Фигура 1 представлява принципна схема на активно следящата система за разположение на соларни панели, съгласно полезния модел;Figure 1 is a schematic diagram of the active tracking system for the arrangement of solar panels, according to the utility model;

Фигура 2 е частичен изглед отпред на системата от фигура 1;Figure 2 is a partial front view of the system of Figure 1;

Фигура 3 представлява аксонометрично изображение на активно следящата система за разположение на соларни панели; иFigure 3 is an axonometric view of the active tracking system for the location of solar panels; and

Фигура 4 представлява аксонометрично изображение на системата от фигура 3, монтирана върху допълнителна стойка.Figure 4 is an axonometric view of the system of Figure 3 mounted on an additional stand.

Примери за изпълнение на полезния моделExamples of implementation of the utility model

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.The production of electricity from photovoltaic systems depends on the intensity of solar radiation at the place where they are installed. In order to increase the amount of solar radiation that enters the photovoltaic modules, it is necessary to place them at a certain angle. The optimal angle of availability of photovoltaic modules for the Republic of Bulgaria is between 30 ° and 35 °, with orientation to the south. Most photovoltaic systems are mounted on the roof or facade structure of buildings and facilities, as the orientation (azimuth) and angle of inclination are determined by the objects themselves.

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.The created active tracking system for arrangement of solar panels, shown in figures 1, 2 and 3, includes a bearing plate 1 on which is fixed a fixed shaft 6 with reinforcing plates 4. On the fixed shaft 6 above the reinforcing plates 4 and in its free end are mounted two bearings on which a thick-walled tube 9 is mounted. A transmission wheel 8 is fixedly mounted on the thick-walled tube 9 and at least three bearing trusses 10, symmetrically located on the surface of the tube 9, are mounted above it.

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 полоAn upper frame 17 is mounted on the supporting trusses 10 with a plurality of pairs of supporting profiles 11 arranged in parallel. On each pair of supporting profiles 11 solar panels 13 are arranged at an angle by means of adjusting profiles 14 vertically bolted 16 to one of the supporting pairs. profiles 11, and by hinges 12 mounted at both ends of the solar panels 13. At least three openings 15 are made in the control profiles 14, which allows each support profile 14 to be attached at different locations to the respective profile by the pair of support profiles 11, and thus obtaining a different angle concluded between the solar panels 13 and the upper frame 17. The hinges 12 allow the free adjustment of the quoted angle and the corresponding adjustment of the polo

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.3855 Descriptions of utility model registration certificates № 08.1 / 17.08.2020 solar panels 13 relative to the sun, depending on the season and latitude of the installation site. This leads to a further increase in the efficiency of the system between 8 and 12% on an annual basis. In addition, the pairs of bearing profiles 11 are mounted at a certain distance from each other, which does not allow the solar panels 13 located on the front pair of bearing profiles 11 in front of the sun to overshadow the solar panels 13 located on the rear pair of bearing profiles 11, thus the efficiency of the system is further increased.

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.The entire supporting structure, consisting of trusses 10 and the upper frame 17, can be configured in the form of a triangle, square, rectangle, regular or irregular polygon. The most optimal option is for this supporting structure to be in a round shape, so that several active tracking systems can be mounted close to each other, thus occupying the least area and therefore not interfering with their rotation.

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.The optimal option is for the created structure to be located at a distance of at least 40 cm from the roof, so that the air will circulate very easily under and behind the solar panels 13. In this way they will cool much better, which again leads to increased efficiency. of the solar panels 13 and respectively of the created system. In addition, the installation low above the roof on one level and the placement of the panels one behind the other is a prerequisite for the system to be much more resistant to wind and storms, compared to other tracking systems, which are placed at a height of 3-5 t, where the possibility from damage is very big.

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.The created active monitoring system includes a control unit 7 connected to the electric motor 2, which by means of a reducer 3 and a chain 5 is connected to the transmission wheel 8. Through the circuit 5 the rotational movement from the electric motor 2 and the reducer 3 is transmitted to the transmission wheel 8. pipe 9 and thence to the whole structure.

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.The control unit 7 is equipped with clockworks or a sun monitoring sensor, through which electricity is supplied at precisely defined intervals from the electric motor 2, thus obtaining the circular motion of the whole structure relative to the sun. For example, the control unit 7 is designed so that the electric motor 2 does not work for 10 minutes, then it is switched on for a few seconds to rotate the whole structure until the required degrees are reached, and then it stops again. This action is repeated throughout the day until the structure is gradually moved from 0 to 180 ° for 12 hours, then returns to its original position, where it waits for sunrise, and the next day the same cycle is repeated. In this way, the sun's rays fall perpendicularly on the solar panels 13 throughout the period of sunshine, so that each solar panel 13 produces between 75 and 90% more energy than the same one that is stationary.

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.Since the entire drive of the system is carried out from one central location, a lot of labor is saved during installation, as well as materials during the construction of the system. For example, when installing the system on a roof, it is necessary to make only a few holes for mounting the support plate 1, while for other existing systems, four holes are required for the installation of each solar panel.

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.In one embodiment shown in Figure 4, the created active tracking system can be mounted on an additional stand 18, with different configuration and height, to further save space, depending on the requirements and the available free space.

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.Simultaneously with the solar panels 13 in the created system can be installed panels for the production of hot water from the sun, which will further increase their efficiency, because these photovoltaic elements will also be constantly directed to sunlight.

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.For the production of electricity from solar radiation with the created active monitoring system, inverters and additional components are installed to the solar modules 13, such as wiring, overcurrent and overvoltage protection, lightning protection, earthing, monitoring and control devices and others. The wiring consists of electrical cables that serve to make the connection between the individual components, and the arrangement of the cables is made so that the voltage loss does not exceed a few percent.

3856 Описания към свидетелства за регистрация на полезни модели № 08.1/17.08.2020 Претенции3856 Descriptions to utility registration certificates № 08.1 / 17.08.2020 Claims

Claims

3856 Descriptions to utility registration certificates № 08.1 / 17.08.2020 Claims

Active tracking system for the arrangement of solar panels, characterized in that it comprises a support plate (1) on which a fixed shaft (6) is welded with reinforcing plates (4), as on the fixed shaft (6) above the reinforcing plates (4) and at its free end two bearings are mounted, on which a thick-walled tube (9) is mounted, whereby a transmission wheel (8) and at least three bearing trusses (10) are fixedly mounted on the thick-walled tube (9), symmetrically located on the surface of the pipe (9), and on the supporting trusses (10) is mounted an upper frame (17) with parallel parallel pairs of supporting profiles (11), each pair of supporting profiles (11) being arranged at an angle solar panels (13), by means of adjusting profiles (14), vertically fastened with a bolted connection (16) to one of the pair of supporting profiles (11), and by means of hinges (12) mounted at both ends of the solar panels (13), at which system also includes a control unit (7) connected to an electric motor (2), which is connected to the transmission wheel (8) by means of a reducer (3) and a circuit (5).

Active tracking system according to claim 1, characterized in that at least three holes (15) for the bolted connection (16) are made in the adjusting profiles (14) for adjusting the angle concluded between the solar panels (13) and the upper frame (17).

Active tracking system according to claim 1, characterized in that it is mounted on an additional stand (18).