CZ17472U1 - Fotovoltaické solární zařízení pro výrobu elektřiny - Google Patents

Description

Fotovoltaické solární zařízení pro výrobu elektřiny

Oblast techniky

Technické řešení se týká fotovoltaického solárního zařízení pro výrobu elektřiny přímou přeměnou slunečního záření, které sestává z fotovoltaického panelu, popř. ze soustavy fotovoltaických panelů, uspořádaných s možností jejich polohováni vůči Slunci.

Dosavadní stav techniky

Fotovoltaické panely jsou založeny na solárních článcích, které po ozáření generují elektrické pole a stejnosměrný elektrický proud. Jde v podstatě o velkoplošný polovodičový prvek, nejčastěji vyráběný z krystalického křemíku ve formě monokrystalu nebo polykrystalu.

ío Solární články se využívají v různých napájecích systémech, např. v tenkých vrstvách na oblečení, které umožňují za chůze dobíjet walkman či mobil, nebo na fasádách domů k pohonu elektrických proti slunečních žaluzií apod.

K výrobě elektrické energie použitelné např. v domácnostech a ve výrobních provozech se používají soustavy fotovoltaických panelů, které se umisťují na střechách nebo fasádách budov, a potřebují ke své činnosti vždy měnič, který přeměňuje generovaný stejnosměrný proud na proud střídavý.

Přímé fotovoltaické systémy, resp. systémy s přímým napájením, se používají tam, kde nevadí, že připojení je funkční jenom po dobu dostatečné intenzity slunečního záření, např. u čerpání vody do solárních systémů, napájení protislunečních clon, dobíjení akumulátorů apod. V ostatních případech, kde je potřeba celoroční provoz, se navrhují zpravidla hybridní systémy s doplňkovým zdrojem elektřiny.

Z českého užitného vzoru č. 16397 je známo fotovoltaické zařízení s koncentrátorem záření, chlazením a naváděním, které pro dosažení vyššího energetického výnosu využívá fotovoltaického panelu upevněného na nosné otočné konstrukci, a opatřeného koncentrátorem záření (zrcad25 lem) usměrňujícím sluneční paprsky na plochu panelu. Natáčecí mechanismus pro natáčení panelu za sluncem je tvořen pružinou (např. bimetalickou) reagující na změnu teploty.

Z českého užitného vzoru č. 16891 je rovněž známa soustava panelů na polohovatelných trojúhelníkovitých zabetonovaných stojanech s natáčecím ústrojím. Natáčení za sluncem zajišťují lineární elektropohony s krokováním, které panely pootočí po půl hodině o určitý úhel v průběhu celého dne, a večer vrátí natáčecí ústrojí panely zpět do výchozí polohy.

Známá fotovoltaická zařízení s možností polohováni panelu nebo panelů vůči slunci jsou konstruována s ohledem na jejich umístění buď na zemi, nebo na fasádách a střechách budov, kde jsou jejich možnosti omezeny maximální použitelnou dostupnou plochou, která limituje výkon. Výškové i pozemní umístění fotovoltaických panelů ve městech a na frekventovaných místech je také snadno náchylné k poškození panelů v důsledku vandalismu.

Úkolem technického řešení je vytvoření fotovoltaického solárního zařízení odstraňujícího výše uvedené nedostatky.

Podstata technického řešení

Tento úkol je vyřešen vytvořením fotovoltaického zařízení pro výrobu elektřiny podle tohoto technického řešení. Zařízení sestává ze základny nesoucí alespoň jeden fotovoltaický solární panel, a jeho podstata spočívá v tom, že základna je uspořádána ve vodní nádrži a fotovoltaický solární panel nesený základnou je uspořádán nad hladinou vodní nádrže. Pro výrobu elektřiny je tak možné využít volné vodní plochy, jako např. jezera, rybníky apod., které poskytují dostatečný osvit bez zastínění, navíc s možností využití odrazu slunečních paprsků od vodní hladiny.

CZ 17472 Ul

V jednom výhodném provedení technického řešení je základna upevněna na nosných pilotech zaražených do dna vodní nádrže, což lze s výhodou využít u mělkých nádrží s měkkým dnem, zejména u tybníků.

V dalším vylepšení umožňujícím prodloužení doby osvitu a zvýšení výtěžnosti celého zařízení je fotovoltaický solární panel uspořádán na základně pohyblivě otočně s možností jeho polohování vůči Slunci. Pomocí různých polohovacích zařízení se panel resp. soustava panelů může úhlově natáčet od východu na západ a absorbovat maximální množství světla.

V jiném výhodném provedení technického řešení je základna tvořena alespoň jedním plovákem plovoucím na hladině vodní nádrže, vytvořeným z materiálu odolného vůči zámrzu hladiny. V tomto provedení není nutno zarážet piloty do dna nádrže, zařízení má minimální montážní nároky, lze využívat celoročně a má dlouhou životnost.

Z hlediska stability je výhodné, když základna je tvořena dvěma navzájem propojenými plováky.

V dalším vylepšení umožňujícím prodloužení doby osvitu a zvýšení výtěžnosti celého zařízení je fotovoltaický solární panel uspořádán na základně pohyblivě otočně s možností jeho polohování t5 vůči Slunci.

V dalším výhodném provedení je využito možnosti snadného natáčení celé základny včetně fotovoltaických solárních panelů na vodní hladině, kterého se dosáhne tak, že základna je opatřena natáčecím zařízením pro její polohování vůči Slunci. Natáčení základny musí probíhat kolem pevného bodu otáčení. Ten lze jednoduše vytvořit tak, že plovák je otočně upevněn k hlavnímu kotevnímu pilotu zaraženému do dna vedení nádrže, popř. může být ukotven jiným vhodným způsobem.

Natáčecí zařízení sestává s výhodou ze dvou elektrických navijáků, uspořádaných na plováku po obou stranách jeho otočného upevnění k hlavnímu kotevnímu pilotu, přičemž lana jsou z navijáků vedena k pomocným kotevním pilotům, zaraženým do dna v trojúhelníkovitém uspořádání vůči hlavnímu pilotu. Otáčením motorů navijáků v opačném smyslu otáčení se jedno lano odvíjí, a druhé současně navíjí, takže základna se natáčí směrem ke zkracovanému lanu. Pro jednoduchost konstrukce je plovák upevněn k hlavnímu kotevnímu pilotu pomocí otočného závěsu na posuvné objímce, která eliminuje výkyvy hladiny vodní nádrže.

Výhody zařízení podle technického řešení spočívají v tom, že využívá volné vodní plochy s vel30 kou rozlohou, na kterých je mnohem snazší instalace než na fasádách, a hrozí zde nižší riziko poškození a vandalismu než na zemi. Výhoda spočívá také ve snadném spojování do soustav různé velikosti, a ve snadné demontáži a možnosti instalace na jiném stanovišti.

Přehled obrázků na výkresech

Technické řešení bude blíže osvětleno pomocí výkresů, na nichž znázorňují obr. 1 schematický perspektivní pohled na zařízení se základnou tvořenou dvěma spojenými plováky opatřenými natáčecím zařízením, obr. 2 půdorys téhož zařízení, natočeného v levé krajní poloze, obr. 3 půdorys téhož zařízení natočeného ve středové poloze, obr. 4 půdorys téhož zařízení natočeného v pravé krajní poloze, obr. 5 schematický perspektivní pohled na zařízení se základnou upevněnou na nosných pilotech, s natáčecím zařízením, obr. 6 schematický perspektivní pohled na zařízení podle obr. 5 bez natáčecího zařízení.

Příklady provedení technického řešení

Rozumí se, že dále popsané a zobrazené konkrétní příklady uskutečnění technického řešení jsou představovány pro ilustraci, nikoli jako omezení příkladů provedení technického řešení na uvedené případy. Odborníci znalí stavu techniky najdou nebo budou schopni zjistit za použití rutin45 ního experimentování větší či menší počet ekvivalentů ke specifickým uskutečněním technického řešení, která jsou zde speciálně popsána. I tyto ekvivalenty budou zahrnuty v rozsahu následujících nároků na ochranu.

CZ 17472 Ul

Na obr. 1 až obr. 4 je znázorněno fotovoltaické solární zařízení I, které obsahuje základnu 2 tvořenou dvěma navzájem propojenými plováky 8, 8J které jsou vyrobeny z materiálu odolného proti zámrzu hladiny 5 vodní nádrže 4, na které jsou plováky 8, 8J umístěny. Plováky 8, 81 jsou navzájem propojeny spojovací konstrukcí, přičemž celek tvoří plovoucí základnu 2.

Na jednom plováku 8 je umístěn pod optimálním úhlem sklonu fotovoltaický solární panel 3, podepíraný opěrami zakotvenými do druhého plováku 8\ Panel 3 může být uspořádán na základně 2 pohyblivě otočně s možností jeho polohování vůči Slunci 9, např. způsobem známým z pozemních fotovoltaických systémů.

V zobrazeném příkladu provedení je ale využito možnosti snadného natáčení celé základny 2 na ío vodní hladině 5. Natáčecí zařízení 10 sestává ze dvou elektrických navijáků 12, uspořádaných na krajích plováku 8J jejichž lana 13 jsou vedena k pomocným kotevním pilotům 14, které jsou zaraženy do dna 7 vodní nádrže 4. Ve středové oblasti mezi navijáky 12 je plovák 8/ otočným závěsem upevněn k posuvné objímce J5 na hlavním kotevním pilotu 11, kteiý je rovněž zaražen do dna 7 vodní nádrže 4. Natáčecí zařízení 10 může být vyřešeno i jiným vhodným způsobem, popř. panel 3 může být řešen jako pevný.

Na obr. 2 až obr. 4 je znázorněna funkce zařízení J při natáčení základny 2 během dne ve směru od východu na západ. Krokové elektromotory navijáků 12 se ve stanovených intervalech během dne otáčejí v opačném smyslu otáčení, takže jedno lano 13 se navíjí, druhé lano 13 se naopak odvíjí. Plovák 8J a celá základna 2 včetně fotovoltaického panelu 3 se pootáčí kolem hlavního kotevního pilotu UL

Na obr. 5 je znázorněn jiný příklad provedení technického řešení. Základna 2 není plovoucí, ale je uspořádána na pevných nosných pilotech 6 zakotvených do dna 7 vodní nádrže 4. Fotovoltaický panel 3 je upevněn k základně 2 otočně na středovém čepu, a lze jej natáčet pomocí natáčecího zařízení 10, které sestává ze dvou elektrických navijáků 12 s lany 13 upevněnými k okrajům fotovoltaického panelu 3. Otáčením navijáků J2 v opačném smyslu se jedno lano J3 odvíjí, druhé lano J3. se navíjí, a panel 3 se otáčí ve zvolených intervalech směrem od východu na západ, přičemž základna 2 zůstává pevná. Natáčecí zařízení 10 může být provedeno i jinými technicky vyhovujícími způsoby.

Na obr. 6 je znázorněn poslední, nejjednodušší příklad provedení technického řešení. Tento pří30 klad je obdobný provedení dle obr. 5 s tím rozdílem, že mezi základnou 2 a panelem 10 není žádné natáčecí zařízení JO, a poloha panelu 3 tak zůstává neměnná.

Zařízení J je určeno k sestavování do sestav více základen 2 nesoucích jeden nebo více fotovoltaických panelů 3. Velikost sestavy odpovídá velikosti vodní nádrže 4, povětrnostním a dalším místním podmínkám. V sestavách je běžným způsobem zajištěno propojení všech základen 2 jakož i vedení nezobrazeného elektrického vodiče na břeh, s co nejkratším připojením na elektrickou rozvodnou síť.

Průmyslová využitelnost

Zařízení podle technického řešení lze využít k výrobě elektřiny přímou přeměnou slunečního záření v lokalitách, kde existují dostatečně velké klidné vodní plochy, např. rybníky, s krátkým napojením na elektrickou rozvodnou síť.

Claims (10)

1. NÁROKY NA OCHRANU

   1. Fotovoltaické solární zařízení (1) pro výrobu elektřiny, obsahující alespoň jednu základnu (2) nesoucí alespoň jeden fotovoltaický solární panel (3), vyznačující se tím, že základna (2) je uspořádána ve vodní nádrži (4) a fotovoltaický solární panel (3) nesený základnou

   45 (2) je uspořádán nad hladinou (5) vodní nádrže (4).

   - J CZ 17472 Ul
2. 2. Fotovoltaické solární zařízení podle nároku 1, vyznačující se tím, že základna (2) je upevněna na nosných pilotech (6) zaražených do dna (7) vodní nádrže (4).
3. 3. Fotovoltaické solární zařízení podle nároku 2, vyznačující se tím, že fotovoltaický solární panel (3) je uspořádán na základně (2) pohyblivě otočně s možností jeho poloho5 vání vůči Slunci (9).
4. 4. Fotovoltaické solární zařízení podle nároku 1, vyznačující se tím, že základna (2) je tvořena alespoň jedním plovákem (8) plovoucím na hladině (5) vodní nádrže (4), a vytvořeným z materiálu odolného vůči zámrzu hladiny (5).
5. 5. Fotovoltaické solární zařízení podle nároku 4, vyznačující se tím, že základna ío (2) je tvořena dvěma navzájem propojenými plováky (8, 8').
6. 6. Fotovoltaické solární zařízení podle nároku 4 nebo 5, vyznačující se tím, že fotovoltaický solární panel (3) je uspořádán na základně (2) pohyblivě otočně s možností jeho polohování vůči Slunci (9).
7. 7. Fotovoltaické solární zařízení podle nároku 4 nebo 5, vyznačující se tím, že

   15 základna (2) je opatřena natáčecím zařízením (10) pro její polohování vůči Slunci (9).
8. 8. Fotovoltaické solární zařízení podle nároku 7, vyznačující se tím, že plovák (8') je otočně upevněn k hlavnímu kotevnímu pilotu (11) zaraženému do dna (7).
9. 9. Fotovoltaické solární zařízení podle nároku 8, vyznačující se tím, že natáčecí zařízení (10) sestává ze dvou elektrických navijáků (12), uspořádaných na plováku (8') po obou

   20 stranách jeho otočného upevnění k hlavnímu kotevnímu pilotu (11), přičemž lana (13) jsou z navijáků (12) vedena k pomocným kotevním pilotům (14), zaraženým do dna (7) v trojúhelníkovitém uspořádání vůči hlavnímu pilotu (11).
10. 10. Fotovoltaické solární zařízení podle nároku 8, vyznačující se tím, že plovák (8') je upevněn ke hlavnímu kotevnímu pilotu (11) pomocí otočného závěsu na posuvné objímce

    25 (15).