EA006078B1 - Устройство и способ для преобразования солнечной энергии - Google Patents

Abstract

Описан комплект (46) удлиненных параболоцилиндрических отражателей. С помощью оптической системы (48) управления ориентация комплекта (46) по двум осям поддерживается, по существу, перпендикулярной солнечным лучам. Благодаря этому обеспечивается концентрирование отраженного солнечного излучения вдоль фокальной линии каждого удлиненного отражателя. При этом (а) линейно сфокусированное отраженное солнечное излучение, падающее на трубу, расположенную вдоль фокальной линии, нагревает находящуюся в ней воду и/или (б) линейно сфокусированное отраженное солнечное излучение трансформируется посредством линз Френеля в отраженное солнечное излучение с точечной фокусировкой, которое преобразуется в электричество с использованием солнечных элементов, на которые падает отраженное солнечное излучение с точечной фокусировкой.

Description

Настоящее изобретение относится в широком смысле к преобразованию солнечной энергии в другие виды энергии, включая тепловую и электрическую энергии. Более конкретно изобретение относится к использованию удлиненных вогнутых параболоцилиндрических отражателей, объединенных в комплект (сборку) для их синхронного перемещения с удерживанием в положении, в котором солнечные лучи, по существу, перпендикулярны отражателям. Отражатели служат для нагрева воды отраженным линейно сфокусированным солнечным излучением и для выработки электричества с использованием отраженного солнечного излучения с точечной фокусировкой, полученного из отраженного линейно сфокусированного излучения.

Уровень техники

Солнечная энергия доступна свободно и ежедневно. Она является экологически чистым, не загрязняющим источником энергии. Однако до создания настоящего изобретения разработка надежного, долгосрочного, экономически эффективного метода использования солнечной энергии для получения электрической и тепловой энергии длительное время представляла собой нерешенную проблему.

Для прямого преобразования солнечной энергии в тепловую или электрическую энергию предлагалось использовать преобразователи на основе плоских панелей. Подобные панели, установленные на специальных наводящихся подставках (тумбах) и служащие для непосредственной выработки электричества, составляли часть проекта 8о1ат Опе.

Были предложены также круглые, но вогнутые отражатели, смонтированные на единственной колонне или тумбе. Данный принцип построения был использован в проекте 8о1ета§ в Саудовской Аравии для опреснения воды и в проекте 8о1ат Тето в Калифорнии.

Далее, были предложены вогнутые отражатели, устанавливаемые рядами в фиксированном положении на наклонной поверхности (см. патент США № 4202322). Установка такого типа была создана Федеральным Исправительным Учреждением (Ре6ета1 Сопес1юпа1 1п8Йийоп) в г. Феникс, Аризона (США).

Применялись также сборки удлиненных вогнутых отражателей, подобных использованным в г. Барстоу (Калифорния, США), принадлежащие подразделениям 8ЕО8 VIII, IX системы ЕРЬ Епетду.

Предлагались также (например, в патенте США № 4649899) солнечные системы, содержащие сборки линз Френеля и солнечных элементов, которые используют прямое солнечное излучение и управляются по двум направлениям (см. также патент США № 4245153). Известны также оптические датчики для слежения за Солнцем по двум координатам.

Названные предложения и действующие установки оказались неспособными обеспечить создание надежных, недорогих, эффективных систем с нерегулируемой мощностью, осуществляющих преобразование солнечной энергии в тепловую и/или электрическую энергию. В связи с этим существует длительно ощущаемая потребность в установках для преобразования солнечной энергии, которые были бы надежными, эффективными, экономически выгодными и имели ли бы регулируемые размеры для того, чтобы удовлетворять как малые, так и значительные потребности в тепловой или электрической энергии.

Сущность изобретения

В кратком изложении настоящее изобретение решает или, по меньшей мере, существенно смягчает остроту длительно существовавших проблем, свойственных уровню техники в части преобразования солнечной энергии в тепловую и/или в электрическую энергию. Настоящее изобретение обеспечивает создание надежных, экономически эффективных систем для подобного преобразования, причем размеры системы можно коррелировать с потребностями в энергии.

Ориентирование комплекта удлиненных вогнутых параболоцилиндрических отражателей осуществляется по двум осям с тем, чтобы удерживать отражатели перпендикулярно солнечным лучам. В результате солнечное излучение после отражения фокусируется вдоль фокальной линии каждого удлиненного отражателя, так что (а) отраженное излучение производит нагрев воды, находящейся в трубе, установленной вдоль фокальной линии и/или (б) отраженное линейно сфокусированное солнечное излучение трансформируется в отраженное солнечное излучение с точечной фокусировкой с последующим использованием этого излучения для генерирования электричества с помощью солнечных элементов, на которые падает отраженное солнечное излучение с точечной фокусировкой.

Из изложенного следует, что основной задачей, на решение которой направлено изобретение, является преодоление или значительное ослабление длительно существующих проблем, свойственных известным системам, в которых солнечная энергия преобразуется в тепловую и/или электрическую энергию.

Еще одной важной задачей, решаемой изобретением, является создание надежных, экономически эффективных установок для осуществления названного преобразования, с обеспечением возможности скоррелировать размеры любой такой установки с потребностью в энергии.

Дальнейшая, также очень важная задача состоит в том, чтобы создать установки для преобразования солнечной энергии, в которых ориентация комплекта удлиненных вогнутых параболоцилиндрических отражателей посредством управления по двум координатам поддерживается перпендикулярной солнечным лучам. Благодаря этому солнечное излучение после отражения концентрируется вдоль фо- 1 006078 кальной линии каждого удлиненного отражателя так, что (а) отраженное линейно сфокусированное излучение производит нагрев воды, находящейся в трубе, установленной на фокальной линии и/или (б) отраженное линейно сфокусированное солнечное излучение преобразуется в отраженное солнечное излучение с точечной фокусировкой с последующим использованием этого излучения для генерирования электричества с помощью солнечных элементов, на которые падает отраженное солнечное излучение с точечной фокусировкой.

Эти и другие задачи, а также особенности настоящего изобретения станут понятны из нижеследующего подробного описания изобретения, снабженного ссылками на прилагаемые чертежи.

Краткое описание чертежей

Фиг. 1 представляет собой схематичное перспективное изображение одной из конфигураций, реализующей принципы настоящего изобретения;

на фиг. 2 в перспективе представлен один из вариантов стационарной нижней рамы, входящей в состав различных вариантов установки по изобретению;

на фиг. 3 представлено перспективное изображение варианта верхней рамы, которая разворачивается для того, чтобы следовать за Солнцем, и держателей отражателей, регулировка наклона которых производится синхронно;

фиг. 4 в схематичной форме иллюстрирует принцип, в соответствии с которым производится регулировка комплекта параболоцилиндрических отражателей по углу наклона и азимуту для поддержания его перпендикулярности солнечным лучам; показано также, каким образом отраженное линейно сфокусированное солнечное излучение падает на преобразователь солнечной энергии в тепловую или электрическую энергию;

на фиг. 5 приведен частичный перспективный вид двух параболоцилиндрических отражателей и их держателей вместе с преобразователями энергии, расположенными на фокальной линии каждого отражателя; при этом каждый преобразователь опирается на два консольных конструктивных элемента;

на фиг. 6 приведен частичный перспективный вид оптического датчика, используемого для осуществления перемещения верхней рамы и держателей отражателей вместе с отражателями с отслеживанием движения Солнца по небу для того, чтобы удерживать отражатели перпендикулярно солнечным лучам;

фиг. 7 - схематичное изображение системы, с помощью которой отраженное линейно сфокусированное солнечное излучение преобразуется в тепловую энергию;

фиг. 8 схематично иллюстрирует принцип преобразования солнечного излучения с точечной фокусировкой в электрическую энергию;

фиг. 9 - вид сбоку, частично в разрезе, иллюстрирующий метод, в соответствии с которым осуществляется наклон отражателей для удерживания их перпендикулярно солнечным лучам;

на фиг. 10 приведен частичный перспективный вид, иллюстрирующий тяговый механизм, посредством которого производится изменение наклона комплекта отражателей для удерживания их перпендикулярно солнечным лучам;

на фиг. 11 приведен механизм по фиг. 10 на частичном (но более полном) перспективном виде со стороны вогнутых поверхностей отражателей (противоположных их выпуклым сторонам);

на фиг. 12 приведен частичный перспективный вид, аналогичный представленному на фиг. 11 и иллюстрирующий, каким образом производится перемещение винтового привода от электродвигателя в зависимости от поступающих оптических сигналов с целью изменения угла наклона комплекта отражателей для поддержания указанной перпендикулярности;

на фиг. 13 приведен частичный перспективный вид, иллюстрирующий, каким образом производится смещение верхней рамы по направляющей нижней рамы для поддержания указанной перпендикулярности;

фиг. 14 соответствует поперечному сечению по линиям 14-14 на фиг. 13;

фиг. 15 соответствует поперечному сечению по линиям 15-15 на фиг. 13;

фиг. 16 представляет собой частичный перспективный вид в увеличенном масштабе, иллюстрирующий часть верхней, перемещаемой рамы, двигатель и дифференциал, с помощью которых верхняя рама селективно разворачивается относительно нижней;

фиг. 17 представляет собой частичный перспективный вид в увеличенном масштабе, иллюстрирующий двигатель и привод разворота, с помощью которых верхняя рама селективно разворачивается относительно нижней;

фиг. 18 также представляет собой частичный перспективный вид в увеличенном масштабе привода разворота, с помощью которого верхняя рама селективно разворачивается относительно нижней для поддержания перпендикулярности солнечным лучам;

фиг. 19 соответствует поперечному сечению по линиям 19-19 на фиг. 2;

фиг. 20 представляет собой частичный вид в увеличенном масштабе, иллюстрирующий другой вариант осуществления изобретения, содержащий нижнюю стационарную раму, установленную на колоннах и имеющую криволинейную направляющую, на которую с возможностью селективного перемещения установлена верхняя рама;

- 2 006078 фиг. 21 представляет собой частичный вид сверху варианта относительно крупной установки по изобретению, в которой верхняя рама установлена с возможностью разворота на две или более направляющие;

на фиг. 22 показан на виде сверху трубчатый вал, который может быть применен вместо тягового механизма в случае использования крупного комплекта отражателей;

фиг. 23 соответствует поперечному сечению по линиям 23-23 на фиг. 22;

фиг. 24 и 25 соответствуют поперечным сечениям, иллюстрирующим принцип возможной установки преобразователя в тепловую энергию на фокальной линии отражателя;

на фиг. 26 приведено перспективное изображение преобразователя энергии, рассчитанного на установку на фокальной линии параболоцилиндрического отражателя с целью преобразования солнечной энергии в электрическую;

фиг. 27 - вид сверху, иллюстрирующий другой вариант выполнения вторичного отражателя, обеспечивающего падение отраженного солнечного излучения на солнечные элементы в условиях точечной фокусировки;

фиг. 28 соответствует поперечному сечению по линиям 28-28 на фиг. 27;

на фиг. 29 приведен частичный перспективный вид другого варианта отражателя с опорной рамой на его выпуклой (т.е. задней стороне);

фиг. 30, 31 и 32 соответствуют поперечным сечениям по линиям 30-30, 31-31 и 32-32 на фиг. 29.

Осуществление изобретения

Изобретение обеспечивает использование бесплатной и неограниченной энергии Солнца для производства электричества и тепловой энергии. Размерные параметры различных вариантов осуществления изобретения могут быть согласованы с потребностями, т.е. изобретение может быть реализовано как в виде малых автономных систем для нужд отдельных жилых зданий или небольших предприятий или установок среднего размера для производственных нужд, так и в виде крупномасштабных комплексов, предназначенных для того, чтобы ослабить, если не полностью разрешить, кризис со снабжением электроэнергией в Калифорнии. Изобретение, предусматривающее применение фотоэлектрических элементов, является экономичным в отношении затрат на монтаж и эксплуатацию, надежным, не требующим интенсивного обслуживания, обладает высокими техническими и экономическими показателями и не загрязняет окружающую среду. При этом Солнце не является расходуемым источником энергии.

Используя настоящее изобретение, различные фирмы, промышленные предприятия, торговые и деловые центры, жилые здания, фермы и деревни могут частично, если не полностью, удовлетворить свои потребности в электрической и тепловой энергии и соответственно освободиться от самой крупной и неконтролируемой статьи затрат для современного бизнеса - приобретения по постоянно повышающейся цене энергии, генерируемой из ископаемых и ядерных топлив.

Изобретение позволяет получить существенно больше энергии с единицы площади, чем обычные солнечные коллекторы с плоскими пластинами. Подобные коллекторы неспособны одновременно генерировать большие количества тепловой энергии, которая автоматически генерируется фокусирующими фотоэлектрическими установками по настоящему изобретению.

До настоящего времени системы, расположенные в удаленной местности, стояли перед трудным выбором: оплачивать чрезвычайно высокую стоимость приобретения полезной энергии или зависеть от работы дорогих, шумных, сложных в эксплуатации и загрязняющих окружающую среду генераторов на дизельном, газовом или пропановом топливе. Настоящее изобретение предоставляет третью, лучшую альтернативу, позволяющую независимо в нужном месте производить электрическую или тепловую энергию в количестве, соответствующем потребностям, связанным с энергоснабжением жилого или производственного здания, подачей воды, ирригацией и работой удаленных коммуникационных систем.

В отличие от централизованных форм производства энергии, децентрализованное локальное применение солнечной энергии не требует протяженных сетей, включающих в себя высоковольтные линии и гигантские опоры. Вместо этого используется повсеместно доступный ресурс - солнечный свет. Отсутствуют какие-либо подвижные части, за исключением компонентов системы слежения по двум осям для поддержания перпендикулярности. Солнечные установки бесшумны, не загрязняют среду и почти не требуют ухода на протяжении многолетней эксплуатации. Децентрализованная эксплуатация солнечной энергии может избавить пользователей от перебоев в электроснабжении в периоды пиковых нагрузок и опасности полного отключения, обусловленного ошибкой оператора или запланированными действиями групп, враждебных по отношению к энергетике или к целым странам.

Затраты на производство оборудования применительно к конкретному зданию могут быть амортизированы за счет выработки энергии для нужд этого здания в течение всего срока службы здания путем включения этих затрат в ипотечное кредитование. Хотя это может показаться неожиданным, но самые крупные и неконтролируемые расходы, с которыми придется столкнуться домовладельцу, - это постоянно возрастающая стоимость энергии. С помощью настоящего изобретения создается возможность исключить большинство расходов, связанных с приобретением энергии, сразу и намного лет вперед.

Когда земля и вода имелись в изобилии, а труд был дешев, не приходилось задумываться о тонком равновесии, существующем между окружающей средой и добычей, сжиганием и накоплением отходов

- 3 006078 от невозобновляемых топлив. В настоящее время стало более чем очевидно, что наши запасы ископаемых топлив ограничены, а также то, что эти источники энергии наносят ущерб атмосфере, водным запасам и пищевой цепочке, причем этот ущерб уже стал или может скоро стать необратимым. По мере исчерпания наиболее доступных месторождений и продолжающегося роста цен на оборудование, трудовые ресурсы и транспорт по всему миру сохраняется рост цен на ископаемые топлива.

Как ни удивительно, наилучшим вариантом удовлетворения мировых потребностей в энергии всегда являлось Солнце. Оно может удовлетворить значительную долю наших энергетических потребностей, одновременно помогая нам стать более независимыми от негативных аспектов, присущих традиционным методам производства энергии. Переход на энергию, получаемую от Солнца, сократит загрязнение среды, производимое углем, нефтью и ядерными топливами. Он также замедлит потребление нефти и позволит нам сохранить ее для более ценных применений, таких как сырье для химической промышленности и производства пластмасс. Замедлится также и потребление угля. Использование солнечной энергии также сократит или исключит потребность в атомной энергии и устранит связанные с ней опасности и проблемы.

Несмотря на то, что использование солнечной энергии для удовлетворения мировой энергетической потребности в широких масштабах только начинается, непосредственное применение этой энергии в качестве источника питания искусственных спутников и космических кораблей осуществляется с 1958 г. В семидесятых годах началось снабжение энергией от наземных фотоэлектрических установок зон, слишком удаленных для подключения к линиям электропередач. Затем, по мере создания более эффективных кремниевых солнечных элементов и генераторов начали становиться практичными более крупные солнечные установки в виде решеток солнечных элементов.

Настоящее изобретение не требует для своей реализации значительных площадей. В одном из своих вариантов установка по изобретению может монтироваться на крышах существующих зданий, т.е. она, по существу, не занимает никакого дополнительного пространства.

Установка по изобретению в своих различных вариантах может быть использована для обслуживания, в частности, индивидуальных жилых и офисных зданий, производственных предприятий, многоквартирных домов, школ, больниц, удаленных коммуникационных систем, телеметрических установок, оффшорных платформ, водонасосных станций, систем опреснения воды, дезинфицирующих систем, мест стоянок в природных зонах, штабных сооружений, удаленных медицинских центров, холодильных систем, ферм, молочных цехов, удаленных деревень, метеостанций, а также систем кондиционирования.

Настоящее изобретение полезно также для (а) обеспечения защиты катодов от гальванической коррозии; (б) запасания энергии в батареях и (в) генерирования и продажи энергии компаниям-поставщикам энергии.

Солнце представляет собой источник энергии, который, в отличие от ископаемых топлив, может свободно использоваться каждый день в любой точке, где имеется соответствующая установка. Данный источник не нужно добывать, транспортировать, очищать, сжигать или приобретать. Как следствие, исключаются затраты на все перечисленные операции. Устраняются также все формы загрязнения среды. В атмосферу не выбрасываются какие-либо частицы или газы. Отпадает также необходимость в миллионах литров воды на охлаждение (небольшое количество воды, используемой для охлаждения солнечных элементов, фактически служит в качестве второй формы параллельного производства энергии, а именно тепловой энергии, которая может найти множество домашних и коммерческих применений). Таким образом, имеет место сохранение водных ресурсов. Отсутствуют массивные сбросы горячей воды в прибрежные зоны, приводящие к повышению температуры и к изменению, а, возможно, и к разрушению условий существования и пищевых цепочек для прибрежных водных форм жизни. В случае использования солнечной энергии нет никаких отходов, которые нужно удалять или захоранивать в шахтах или в глубине моря. Как следствие, какие-либо риски для современного поколения или для будущих поколений минимальны или вообще отсутствуют.

Различные варианты осуществления изобретения имеют модульный характер, позволяя сделать любую установку настолько большой или малой, чтобы она точно соответствовала потребностям в электрической и/или тепловой энергии. Электричество генерируется в форме постоянного тока, который, если это требуется, может быть преобразован в переменный ток с помощью соответствующего преобразователя.

Основу настоящего изобретения составляет использование установки, которая осуществляет слежение за положением Солнца в небе по двум осям для того, чтобы поддерживать перпендикулярность комплекта параболоцилиндрических отражателей солнечным лучам. Тем самым обеспечивается эффективное преобразование отраженного излучения с линейной или точечной фокусировкой в тепловую и/или электрическую энергию.

На фиг. 1 схематично представлена одна из возможных конфигураций установки по настоящему изобретению, обозначенной в целом как 40. Установка 40 содержит нижнюю, стационарную раму 42, верхнюю поворотную раму 44, подвижно установленную на стационарной раме 42, комплект параболоцилиндрических отражателей, установленных на верхней раме 44 и обозначенных в целом как 46, и оптический датчик 48 для слежения за Солнцем, установленный на верхней раме 44. В состав установки

- 4 006078 входят также привод разворота, обозначенный в целом как 50, с помощью которого верхняя рама 44 разворачивается относительно нижней рамы 42 для поддержания перпендикулярности отражающих поверхностей параболоцилиндрических отражателей, которые образуют комплект 46, по отношению к солнечным лучам. Управление приводом осуществляется по сигналам оптического датчика 48. Установка содержит также тяговый механизм наклона отражателей, обозначенный в целом как 52. С помощью этого механизма производится изменение угла наклона отражателей, образующих комплект 46, с целью поддержания указанной перпендикулярности при движении Солнца по небу. В установке имеются также преобразователи 54 энергии, каждый из которых установлен на фокальной линии соответствующего параболоцилиндрического отражателя для преобразования отраженного сфокусированного солнечного излучения в тепловую и/или электрическую энергию.

Достоинством настоящего изобретения при выполнении в форме установки 40 является ее модульность. Другими словами, можно варьировать количество отражателей, начиная от относительно малого до относительного большого значений, в зависимости от потребности конкретного объекта.

В варианте установки, показанном на фиг. 1, нижняя рама 42 содержит криволинейную, предпочтительно круговую направляющую, обозначенную в целом как 56 и представляющую собой профиль с поперечным сечением в форме двутавра с верхней полкой 58, нижней полкой 60 и стенкой 62. Направляющая 56 предпочтительно изготовлена из стали, а конфигурация, показанная на фиг. 1, может быть ей придана с использованием технологии прокатки, использующейся на обычных сталелитейных заводах. Направляющая 56 опирается на множество стоек 64, установленных на полу, на крыше или на земле. Стойки 64 могут относиться к любому желаемому типу. Все или некоторые стойки 64 могут быть выполнены регулируемыми по высоте для того, чтобы обеспечить требуемое выравнивание, как это будет описано далее. Альтернативно, когда не выдвигается требование провести выравнивание с тем, чтобы придать направляющей 56 горизонтальную ориентацию, все стойки могут иметь фиксированную длину. Каждая стойка 64 (или некоторые из этих стоек) может представлять собой стальную конструкцию или быть изготовленной из иного подходящего материала. Разумеется, можно, не выходя за пределы изобретения, видоизменять конструкцию нижней рамы по сравнению с представленной на фиг. 1 при условии обеспечения адекватной несущей способности и возможности осуществлять слежение за Солнцем.

На фиг. 1 схематично показано также, что верхняя рама 44 содержит прямоугольный компонент 66, выполненный из полого профиля с прямоугольным поперечным сечением. Противоположные стороны этого прямоугольного компонента 66 связаны поперечинами 68, прикрепленными к нему своими концами, например, посредством сварки или с помощью соответствующих крепежных элементов, таких как винты или пары болт/гайка. Для того чтобы лучше проиллюстрировать принципы настоящего изобретения, на фиг. 1 верхняя рама 44 изображена весьма схематично.

Хотя это подробно не показано на фиг. 1, верхняя рама 44 связана с возможностью разворота с неподвижной нижней рамой 42, например, таким образом, что по направляющей 56 могут перемещаться в прямом и обратном направлениях ролики для того, чтобы постоянно обеспечивать азимутальную настройку, соответствующую перпендикулярности солнечных лучей каждому отражателю из комплекта 46. Разворот верхней рамы 44 относительно нижней рамы 42 осуществляется с помощью двигателя и привода 50 разворота, реагирующего на сигналы от оптического датчика 48, как это будет подробно описано далее. Как изображено на фиг. 1, оптический датчик 48 установлен в точке 70 на держателе одного из отражателей 76.

Тяговый механизм наклона отражателей содержит реверсивный винтовой домкрат 72, приводимый в действие от соответствующего двигателя. Один конец цилиндра этого домкрата присоединен к верхней раме 44, а выступающий из цилиндра конец 74 поршня шарнирно связан в точке 78 с одним или несколькими элементами каркаса, несущего комплект отражателей 76, для синхронного изменения их наклона с целью поддержания их перпендикулярности относительно Солнца. Тяговый механизм 52 вместе с тягами 80 представлен на фиг. 1 в схематичном изображении. Каждый отражатель 76 в ряду (цепочке) или пара отражателей соединена без возможности относительного поворота с одним или двумя смежными отражателями посредством структурных элементов 83. С помощью этих элементов обеспечивается вышеупомянутое единообразное синхронное изменение наклона отражателей.

Из приведенного описания ясно, что верхняя рама 44 имеет возможность селективного разворота на нижней раме 42 в соответствии с оптическими управляющими сигналами, тогда как взаимно параллельные параболоцилиндрические отражатели 76 изменяют угол своего наклона таким образом, что каждый отражатель 76 ориентирован перпендикулярно солнечным лучам в течение всего светового дня. При этом именно использование линейно сфокусированного солнечного излучения и излучения с точечной фокусировкой являются существенными отличительными признаками настоящего изобретения.

На фиг. 2 представлена несколько модифицированная нижняя рама 42'. Представленный вариант иллюстрирует выполнение описанной ранее круговой направляющей 56. Приводная цепь 90, служащая для обеспечения разворота верхней рамы относительно нижней рамы 42 описанным выше образом, опирается на нижнюю полку 60 направляющей 56 с поперечным сечением в форме двутавра. Вместо стоек используются телескопические стойки 64'. Каждая такая стойка 64' представлена состоящей из последовательно настраиваемых сегментов 92 и 94, взаимная телескопическая настройка которых позволяет

- 5 006078 отрегулировать общую длину стойки для обеспечения горизонтальности направляющей 56. При проведении такой регулировки ослабляют винт 96, подбирают требуемую суммарную длину сегментов 92 и 94 и, затягивая винт 96, закрепляют сегмент 92 стойки относительно ее сегмента 94, фиксируя тем самым желаемую суммарную длину стойки. С целью повышения структурной стабильности под нагрузкой предусмотрены диагональные укосины 98. Верхние концы трубчатого сегмента 92 и каждой укосины 98 приварены или иным подходящим образом прикреплены к нижней поверхности нижней полки 60 направляющей 56. Нижний конец каждой укосины 98 приварен или иным подходящим образом прикреплен к соответствующему трубчатому сегменту 92.

В изображенном варианте нижний конец каждого трубчатого сегмента 94 приварен к плите или пьедесталу 100, в котором могут быть выполнены отверстия для того, чтобы провести через них болты пар 102 болт/гайка. При этом расположенные снизу головки болтов для повышения стабильности заливают бетоном.

На фиг. 3 представлен один из вариантов выполнения верхней рамы 44', реализующей принципы настоящего изобретения. Верхняя рама 44' установлена на круговой направляющей 56 и несет согласованные по положению пары держателей 110 отражателей, посредством которых обеспечивается синхронный поворот отражателей с целью настройки их угла наклона.

Верхняя рама 44', как и направляющая 56, имеют относительно небольшие размеры. Однако размеры рамы 44' могут быть увеличены для того, чтобы она несла столько отражателей, сколько требуется для любой энергетической установки, служащей для преобразования отраженного солнечного излучения с линейной или точечной фокусировкой в тепловую и/или электрическую энергию.

В варианте, представленном на фиг. 3, верхняя поворотная рама 44' содержит торцевые фермы 112, предпочтительно стальные, и внутренние стальные балки 114. Могут быть использованы и балки какойлибо иной конструкции.

Каждая торцевая ферма 112 показана несущей верхний и нижний горизонтальные брусья 116, 118, которые жестко соединены между собой с помощью нескольких приваренных к ним вертикальных распорок 120. Внутренняя балка 114 снабжена множеством горизонтальных элементов 122 и двумя вертикальными элементами 124, причем горизонтальные элементы 122 и вертикальные элементы 124 приварены друг к другу. Множество поперечных балок 130 связывает торцевые фермы 112 и промежуточную балку или промежуточные балки 114, обеспечивая жесткость структуры верхней рамы 44', которая служит адекватной опорой для отражателей, преобразователей энергии и держателей отражателей.

Как наиболее ясно видно на фиг. 3, каждый параболоцилиндрический отражатель 76 установлен в держателе 140. Хотя на фиг. 3 показаны только 8 держателей 140, выше уже упоминалось, что общее количество держателей и соответственно отражателей может быть существенно увеличено по сравнению с их небольшим количеством, показанным на фиг. 3.

Каждый держатель 140 отражателя выполнен, по существу, жестким. Он содержит верхний и нижний продольные стержни 142 и 144, соединенные тремя решетчатыми фермами 146. У каждой фермы 146 имеются линейный стержень 148, параболический стержень 150 и множество поперечин 152, связывающих в поперечном направлении стержни 148 и 150. Концы всех названных элементов 148, 150 и 152 жестко соединены между собой, например, сваркой.

Каждый держатель 140 отражателя снабжен также по меньшей мере одним центральным продольно ориентированным несущим стержнем 154, приваренным к двум торцевым пластинам 156 и служащим, как это будет подробно описано далее, для осуществления синхронного изменения угла наклона всех отражателей относительно поворотной верхней рамы 44'. Между каждой наружной торцевой пластиной 156 и одной из торцевых ферм 112 предусмотрены шарниры 158, функции которых будут подробно описаны далее. Смежные внутренние пластины 156 также связаны одна с другой посредством шарнирного механизма, с помощью которого производится синхронный поворот смежных отражателей с их держателями и который будет более подробно описан далее.

Каждый из уже упоминавшихся преобразователей 54 энергии закреплен на держателе 110 каждого отражателя в положении, соответствующем фокальной линии соответствующего параболоцилиндрического отражателя. Более конкретно, преобразователь 54 установлен на двух консольных штангах 160, расположенных по концам преобразователя 54. Каждая штанга 160 прикреплена посредством сварки или иным подходящим методом к центральному стержню 154 и к одной из решетчатых ферм 146 для того, чтобы жестко зафиксировать преобразователь 54 на фокальной линии соответствующего ему отражателя 76. В результате при повороте отражателя посредством приводного тягового механизма 52 происходит синхронный поворот преобразователя 54 энергии.

Каждый отражатель 76 (на фиг. 3 ни один из отражателей не изображен) прикреплен к каждому из трех ассоциированных с ним параболических стержней 150 и перекрывает по всей длине и ширине несущий его держатель 110. Для закрепления отражателя на соответствующих ему параболических стержнях 150 могут быть применены заклепки или другие подходящие крепежные элементы. Каждый отражатель 76 предпочтительно выполнен из полированного листового алюминия или другого материала с высокой отражательной способностью.

- 6 006078

Каждая штанга 160, жестко связанная с соответствующим концом преобразователя 54 энергии для каждого отражателя 76, своим вторым концом жестко прикреплена (например, сваркой) в точках 151 и 153 (см. фиг. 5) к соответствующему держателю 140 отражателя.

Каждый преобразователь 54 энергии и ассоциированные с ним штанги 160 предпочтительно являются полыми для того, чтобы внутри них могла находиться жидкость, которая поступает к преобразователю и выводится из него для того, чтобы преобразовать отраженное солнечное излучение с линейной или точечной фокусировкой непосредственно в тепловую энергию. Альтернативно, как это будет подробнее описано далее, возможно и получение электрической энергии с помощью дополнительно охлаждаемых солнечных элементов, которые подвергаются воздействию очень высоких температур в процессе преобразования отраженного солнечного излучения с точечной фокусировкой.

С учетом изложенного должно быть понятно содержание фиг. 4. Здесь показано, что оптический датчик 48 солнечного излучения постоянно определяет положение Солнца на небосводе относительно азимута и угла наклона комплекта отражателей 76. В том случае, когда отражатели 76 не ориентированы перпендикулярно Солнцу, двухкоординатный оптический датчик 48 определяет соответствующее расхождение и вырабатывает сигналы, поступающие на двигатель и привод 50 разворота для того, чтобы привести оси отражателей в положение, в котором они перпендикулярны Солнцу. Кроме того, сигналы от оптического датчика 48 подаются также на двигатель и на тяговый механизм 52 наклона отражателей. С помощью этого механизма наклон параболоцилиндрических отражателей выбирается таким, чтобы отражатели были расположены перпендикулярно солнечным лучам. Более конкретно, в настроенном положении солнечные лучи перпендикулярны линии, проведенной между верхней и нижней кромками каждого отражателя (см. фиг. 4).

Таким образом, производится непрерывная настройка положения отражателей 76 по азимуту и по углу наклона из условия обеспечения перпендикулярности по отношению к солнечным лучам, падающим на каждый параболоцилиндрический отражатель. Как следствие, солнечное излучение, отраженное от каждого отражателя 76, фокусируется в линию в зоне расположения соответствующего преобразователя 54 энергии. Здесь отраженное линейно сфокусированное солнечное излучение либо преобразуется в тепловую энергию, либо трансформируется в солнечное излучение с точечной фокусировкой и преобразуется в электрическую энергию, как будет более подробно описано далее.

Размерные соотношения между решетчатыми фермами 146 и параболоцилиндрическими отражателями 76 наиболее полно иллюстрируются фиг. 5, соответствующей частичному перспективному виду в увеличенном масштабе. В варианте, представленном на фиг. 5, для повышения структурной жесткости использованы не один, а два несущих стержня 154, 154'.

На фиг. 6 более подробно изображен оптический датчик 48. Этот датчик содержит наружный корпус 170, который несет два теневых устройства 172 и 174. Теневое устройство 172 снабжено отбрасывающим тень стержнем 173, с помощью которого посредством одного или нескольких внутренних фотоэлементов обнаруживается нарушение соотношения перпендикулярности между солнечными лучами и положением отражателей, зависящим от их угла наклона. Теневое устройство 174 снабжено отбрасывающим тень стержнем 175, с помощью которого посредством одного или нескольких внутренних фотоэлементов обнаруживается нарушение соотношения перпендикулярности между солнечными лучами и положением отражателей, зависящим от угла их поворота по азимуту.

Когда внутренние фотоэлементы по теням, отбрасываемым стержнями 173 и/или 175 при падении на них солнечных лучей, обнаруживают нарушение требуемой настройки по углу наклона или азимуту, на двигатель и привод 50 разворота и/или на двигатель и тяговый механизм 52 наклона отражателей поступают сигналы на изменение ориентации комплекта отражателей по углу разворота (по азимуту) и/или по углу наклона с возвратом в положение, соответствующее перпендикулярности отражателей солнечным лучам. После этого обнаруживаемые тени исчезают, так что подача сигналов прерывается и соответственно прекращается настройка по азимуту и/или углу наклона.

На фиг. 7 и 8 иллюстрируются различные типы преобразователей энергии, которые могут быть использованы в качестве преобразователей 54. На фиг. 7 представлен преобразователь, трансформирующий солнечную энергию в тепловую энергию, тогда как на фиг. 8 изображен вариант, с помощью которого солнечная энергия может быть отражена и сфокусирована в точку для последующего преобразования в электрическую энергию. Как показано на фиг. 7, вдоль фокальной линии отражателя 76 устанавливается труба 176, так что линейно сфокусированное отраженное солнечное излучение 179 концентрируется на теплопроводном материале, таком как медь, из которого изготовлена труба 176.

По мере того как отраженное линейно сфокусированное солнечное излучение нагревает трубу 176, по ней прокачивается жидкость, поступающая от источника 178 с расходом, задаваемым регулятором 180 расхода. Прокачиваемая вдоль фокальной линии внутри преобразователя 54 жидкость нагревается от трубы 176, имеющей повышенную температуру, предпочтительно до высокой температуры; затем нагретая жидкость или пар поступают, например, в теплообменник 182. Здесь жидкость или пар, прошедшие через трубу 176, используются для нагрева другой, пространственно сегрегированной жидкости, которая в качестве выходного потока выводится из теплообменника по трубе 184. Жидкость, поступающая в теп- 7 006078 лообменник 182 в качестве входного (нагревающего) потока, после осуществления теплообмена выводится по трубе 186 и возвращается к источнику 178.

Жидкость, содержащаяся в источнике 178 жидкости и циркулирующая описанным выше образом, может в конкретных случаях представлять собой воду; в других случаях, по выбору специалиста в данной отрасли, может использоваться смесь спирта с водой. Могут быть использованы и другие подходящие жидкости.

Как это показано на фиг. 8, точечная фокусировка линейно сфокусированного солнечного излучения может быть осуществлена, например, посредством линз Френеля (не изображены). Пучки 188 излучения с точечной фокусировкой падают на набор солнечных элементов 190, обладающих способностью преобразовывать сфокусированное солнечное излучение в электрическую энергию в форме постоянного тока. Эта энергия может продаваться, храниться или немедленно использоваться. Альтернативно, постоянный электрический ток может подаваться в преобразователь 192 постоянного тока в переменный для получения электричества в форме переменного тока, которое может запасаться, продаваться или использоваться немедленно.

Хотя на фиг. 8 это не показано, должно быть понятно, что солнечные элементы 190 в типичном случае устанавливаются на наружной поверхности охлаждающей трубы или в контакте с ней для того, чтобы поддерживать температуру солнечных элементов 190 в допустимом температурном интервале. Как следствие, жидкость, находящаяся в охлаждающей трубе, будет нагреваться, причем эта нагретая жидкость может быть использована любым подходящим образом, в том числе (но не только) так, как это было описано со ссылкой на фиг. 7.

Как уже упоминалось со ссылкой на фиг. 3, держатели 140 отражателей соединены друг с другом для того, чтобы они синхронно поворачивались вокруг осей, например осей шарниров 158 или подшипников скольжения. При этом оси всех шарниров, соответствующих цепочке (блоку) или паре держателей 140 отражателей, расположены на одной оси. Каждый шарнир 158 содержит центральную короткую ось, противоположные концы которой, имеющие меньший диаметр, входят в противолежащие втулки, находящиеся с противоположных сторон относительно данной оси. Каждая такая ось жестко закреплена на верхней раме 44, тогда как втулки поворачиваются вокруг соответствующей им оси вместе с держателями отражателей.

Аналогичные шарниры 194 (см. фиг. 9) установлены также между последовательно расположенными отражателями 76. Эти шарниры содержат наружные втулки 196, находящиеся по обоим концам шарнира, и центральную короткую ось, концы 198 которой, имеющие уменьшенный диаметр, входят с возможностью вращения в соответствующие втулки 196. Указанные оси жестко закреплены на верхней раме 44, тогда как втулки 196 связаны с держателями 140 отражателей и поворачиваются вместе с ними. Таким образом, как можно видеть из фиг. 9, совокупность указанных осей, связанная с любой группой соосных отражателей 76, образует единую ось их поворота.

Уже упоминавшийся тяговый механизм 52 наклона отражателей может содержать связанную с электродвигателем винтовую пару, обозначенную в целом как 200. Эта винтовая пара содержит цилиндр 202 с внутренней винтовой нарезкой и шток 204, внутренний конец которого находится в зацеплении с витками цилиндра 202 для осуществления выпуска штока и уборки его в цилиндр. Дальний по отношению к цилиндру 202 конец 206 штока 204 шарнирно присоединен к скобе, имеющей две проушины 210. Проушины 210 жестко прикреплены в точке 208 с помощью сварки, крепежных элементов или другим аналогичным образом к паре тяговых стержней 212 (только один из которых виден на фиг. 9). Когда приводимый в движение от электродвигателя шток 204 выпускается из цилиндра или убирается в него, тяговые стержни 212 совершают возвратно-поступательные перемещения. Противоположные (по отношению к штоку) концы 214 двух тяговых стержней 212 шарнирно присоединены в точках 216 к сопрягающим пластинам 218, приваренным или жестко прикрепленным иным способом к смежным решетчатым фермам 146. Точки 216 прикрепления расположены эксцентрично для того, чтобы облегчить поворот держателей 140 вокруг своих осей.

Таким образом, когда датчик 48, взаимодействующий с отбрасывающим тень стержнем 173, фотоэлектрическим методом обнаружит необходимость корректировки угла наклона комплекта отражателей, он посылает сигнал на двигатель 230, связанный с винтовой парой (фиг. 12). В свою очередь, данный двигатель производит выпуск или уборку штока 204. При этом данный шток перемещает в прямом или обратном направлении тяговые стержни 212 для того, чтобы осуществить синхронный шарнирный поворот комплекта отражателей вокруг осей, на которых шарнирно установлены держатели 140 отражателей (см. фиг. 9). Как лучше всего видно на фиг. 9, тяговые стержни 212 шарнирно связаны в эксцентрично расположенной точке 216 прикрепления соответствующими соединителями с одной линейной группой (цепочкой) держателей 140, благодаря чему все держатели 140 и соответственно все отражатели 76 синхронно поворачиваются вокруг параллельных горизонтальных осей.

Как уже было описано со ссылкой на фиг. 6, датчик 48 установлен на одной из решетчатых ферм

146 так, что отбрасывающие тень стержни 173 и 175 расположены в плоскости, по существу, параллельной плоскости, проходящей через линейный стержень 148 той решетчатой фермы 146, которая несет указанный датчик 48.

- 8 006078

Далее будут рассмотрены фиг. 10-12, которые иллюстрируют один из вариантов связывания тягового механизма 52 со смежными держателями 140. Два тяговых стержня 212 в данном варианте выполнены в виде взаимно параллельных полых структурных элементов прямоугольного поперечного сечения (см. фиг. 10). На фиг. 10 показаны также сопрягающие пластины 218, связывающие тяги 212 и выступающие, как и соответствующие концы этих тяг, за два смежных отражателя 76. Соединители, используемые в точках 216 прикрепления, изображены в виде пар болт-гайка. Болт каждой такой пары проведен через тягу 212 и сопрягающую пластину 218, сопрягаемые между собой с возможностью взаимного поворота для того, чтобы обеспечить упоминавшуюся выше возможность изменения угла наклона комплекта отражателей 76 и держателей 140.

На фиг. 11 тяговый механизм 52 наклона комплекта отражателей 76 представлен в перспективном изображении со стороны, по существу, противоположной направлению, с которого он был изображен на фиг. 10.

На фиг. 12 снова изображена винтовая пара 200, однако здесь дополнительно показан двигатель 230, который обычным образом связан с соответствующей передачей, в частности с дифференциальной передачей 232. Как следствие, при включении реверсивного двигателя 230 (в результате поступления от оптического датчика 48 (фиг. 6) сигнала на изменение углового положения комплекта отражателей относительно вертикали) винт винтовой пары 200 втягивается или выпускается, в зависимости от направления смещения, необходимого для восстановления перпендикулярности отражателей солнечным лучам.

Как уже было описано со ссылкой на фиг. 1, верхняя рама 44 установлена с возможностью разворота на криволинейной направляющей 56, имеющей форму круглого двутавра. Более конкретно, верхняя поворотная рама 44 выполнена с возможностью селективного разворота относительно стационарной направляющей 56 с использованием множества воспринимающих нагрузку опор 250 качения, одна из которых иллюстрируется фиг. 13. Как показано на чертеже, каждая опора 250 качения содержит Иобразную скобу, обозначенную в целом как 252 и предпочтительно изготовленную из стали. Скоба 252 имеет две пары проушин 254 и ϋ-образную перемычку 256. Как особенно хорошо видно на фиг. 14 и 15, проушины 254 и перемычка 256 расположены на некотором расстоянии от направляющей 56, имеющей поперечное сечение в форме двутавра. На фиг. 14 показано, что ролики 258, задающие смещение в вертикальном направлении, установлены на осях 260, проведенных через проушины 254 и жестко закрепленных в них. Как можно видеть из фиг. 13 и 14, каждый из четырех роликов 258 может перемещаться за счет трения качения по верхней поверхности нижней полки двутавра, образующего направляющую 56.

Каждая опора 250 качения жестко прикреплена к верхней поворотной раме 44. Как показано на фиг. 13, крепление опоры 250 может быть, например, осуществлено с использованием двух металлических уголков, приваренных на расстоянии друг от друга к верхней горизонтальной поверхности соответствующей перемычки 256 (см. также фиг. 15). Расстояние между вертикальными сторонами уголков 262 (обозначенное на фиг. 15 как 264) выбрано так, чтобы между ними мог плотно войти горизонтальный компонент 45 верхней рамы 44. Жесткое крепление каждого уголка 262 к указанному компоненту 45 осуществляется с помощью пар 266 болт-гайка, как это показано на фиг. 13.

Таким образом, множество опор 250 качения обеспечивают передачу нагрузки на нижнюю полку 60 двутавра, образующего направляющую 56, и разворот верхней рамы 44 по отношению к нижней раме в ответ на корректирующие сигналы, поступающие от оптического датчика 48.

Для того чтобы предотвратить сход верхней рамы с направляющей 56, каждая опора 250 качения снабжена парой противолежащих роликов 268 с вертикальной осью, которые взаимодействуют со стенкой двутавра (см. фиг. 15). С помощью этих роликов поддерживается требуемое взаимное положение верхней рамы и опор 250 по отношению к нижней раме и круговой направляющей 56. Ролики 268 постоянно перекатываются по противоположным сторонам стенки 62 двутавра, образующего направляющую 56. Каждый такой ролик установлен с возможностью вращения на Ь-образной оси 270, причем качение роликов 268 по стенке 62 происходит одновременно с качением роликов 258 по верхней поверхности нижней полки 60 указанного двутавра.

Фиг. 2 и 16-19 иллюстрируют конструкцию привода 50 разворота. Данный привод 50 содержит реверсивный двигатель 280, который активируется и отключается сигналами, вырабатываемыми оптическим датчиком 48 для поддержания перпендикулярной ориентации комплекта отражателей по азимуту относительно солнечных лучей.

Реверсивный двигатель 280 взаимодействует с дифференциальной передачей или редуктором 282, который приводит во вращение внешний приводной вал 284 (фиг. 18). Данный вал, в свою очередь, вращает ведущую звездочку 286, жестко закрепленную на этом валу. Звездочка 286 последовательно вступает в зацепление со звеньями 288 уже упоминавшейся приводной цепи 90 (см. фиг. 2). Ближний и дальний концы приводной цепи жестко закреплены, например, сваркой, на неподвижной направляющей 56. При этом длина приводной цепи 90 выбрана достаточной для того, чтобы обеспечивалось зацепление звездочки 286 со звеньями цепи. Вращение звездочки 286 приводит к тому, что она перемещается, в прямом или обратном направлении, по звеньям 288 приводной цепи 90 и тем самым разворачивает верхнюю раму 44 на нижней раме 42, поддерживая перпендикулярность отражателей солнечным лучам от рассвета до заката самого длинного дня в году в любой точке на поверхности Земли. Цепь 90 покоится между

- 9 006078 двумя своими приваренными концами на верхней поверхности нижней полки 60 двутавра, как это показано на фиг. 2 и 17-19. Таким образом, приводная цепь 90 является свободной (ненатянутой) во всех своих точках, кроме точек, в которых ее концы приварены к направляющей 56. Длина приводной цепи 90 выбрана таким образом, чтобы обеспечить ее натяжение в зоне, где она огибает звездочку 286.

Следовательно, вращение посредством двигателя 280, вала 284 и звездочки 286 по часовой стрелке или в противоположном направлении приводит к тому, что верхняя рама 44 разворачивается в прямом или обратном направлении относительно нижней рамы, обеспечивая, как это было описано выше, перпендикулярную настройку по азимуту. Можно отметить, что двигатель 280 и дифференциал 282 закреплены в статичном положении на несущей плите 292 верхней рамы 44. Несущая плита 292 предпочтительно изготовлена из стали и прикреплена болтами или приварена к верхней раме 44 (возможно также одновременное использование обоих этих вариантов крепления). Сигналы, поступающие от оптического датчика 48, заставляют вал реверсивного двигателя 280 вращаться в том или ином направлении в зависимости от зарегистрированного оптическим путем отклонения комплекта отражателей по азимуту от перпендикулярности по отношению к солнечным лучам, зависящей от положения Солнца на небосводе.

Как можно видеть на фиг. 17 и 18, приводная цепь 90 включает в себя ϋ-образный сегмент, обозначенный в целом как 300, который плотно охватывает звездочку 286. У звездочки имеются зубья, размеры и форма которых выбраны таким образом, чтобы они могли входить в полости, имеющиеся во всех звеньях 288 приводной цепи 90. Соответственно, когда звездочка с помощью двигателя 280, дифференциала 282 и вала 284 приводится во вращение, последовательные звенья 288 приводной цепи 90 входят в зацепление с зубьями звездочки и тем самым заставляют верхнюю раму 44 разворачиваться на направляющей 56, как это было описано выше. Как уже упоминалось, двигатель 280 является реверсивным, поэтому вал 284 может вращаться в любом направлении для того, чтобы перемещать верхнюю раму 44 по неподвижной направляющей 56 как по, так и против часовой стрелки.

Настоящее изобретение не ограничено какой-то конкретной конструкцией нижней стационарной рамы и/или верхней поворотной рамы. При этом настоящее изобретение может быть реализовано при установке его с помощью колонн (столбов) над крышей какого-либо существующего здания, на плоскую или наклонную крышу существующего здания или непосредственно над свободной поверхностью земли, например в зоне парковки, в частности на колоннах (для того чтобы не создавать препятствий для транспорта) или в любом ином подходящем месте.

На фиг. 20 представлен один из вариантов размещения установки по настоящему изобретению. Установка содержит нижнюю стационарную раму 42' с криволинейной направляющей 56' (которая также является неподвижной), поддерживаемую множеством колонн 310 (изображена только одна из них). Нижний конец 312 каждой такой колонны погружен в землю и для повышения устойчивости помещен в бетонную подушку.

Каждая колонна 310 прикреплена, например, сваркой в зоне 324 к нижней неподвижной раме 42'. В представленном на чертеже варианте нижняя рама 42' образована множеством структурных компонентов в виде брусьев 316, расположенных обычным образом, с образованием треугольных опор. Структурные компоненты 316 предпочтительно изготовлены из стали и могут иметь любую подходящую форму поперечного сечения.

В представленном варианте полки 58' и 60' двутавра, образующего круговую направляющую 56', ориентированы не горизонтально, а вертикально, тогда как стенка 62' расположена горизонтально. Нижние кромки полок 58' и 60' опираются на нижнюю раму 42' и прикреплены к ней, например, посредством сварки. Значительная нагрузка, создаваемая отражателями, их держателями, верхней поворотной рамой 44', ветром и/или снегом, передается через множество роликов 252' и 258' на стенку 62' направляющей 56'.

Фиг. 21 иллюстрирует один из возможных вариантов реализации крупной установки, построенной на основе настоящего изобретения. Более конкретно, предусматриваются две или более концентрично расположенных неподвижных направляющих 56 вышеописанного типа. С использованием данных направляющих 56 может быть обеспечен синхронный поворот крупного комплекта отражателей с держателями, смонтированными на подвижной верхней раме, подобно тому, как это было описано выше. Таким образом, размер любой установки, реализующей изобретение, является варьируемым в широких пределах, от очень маленькой установки с несколькими отражателями до предельно крупных установок, содержащих большое количество отражателей.

В тех случаях, когда в установке используется цепочка отражателей с держателями, расположенных на одной оси, вместо описанного тягового механизма 52 с двигателем может быть использован трубчатый приводной вал, представленный на фиг. 22, где он обозначен в целом как 330. Приводной вал 330 может представлять собой полую стальную трубчатую конструкцию, на которой закреплено множество следящих рычагов 332, закрепленных своими противоположными концами на каждом держателе 140 отражателя соответствующей цепочки отражателей при эксцентричном расположении рычагов относительно держателей. Поворот приводного вала 330 будет приводить к изменению угла наклона связанных с ним держателей 140 и связанных с ними отражателей 76. Этот поворот осуществляется с помощью одного или нескольких приводных стержней 334, жестко прикрепленных, например, посредством сварки к

- 10 006078 приводному валу 330. Второй конец стержня 334 шарнирно связан с соответствующим концом описанного ранее штока 204, входящего в состав винтовой пары 200 (фиг. 23). Благодаря этому втягивание и выпуск штока 204 приводит к повороту приводного вала 330 через приводной рычаг 304 соответственно по часовой или против часовой стрелки. Тем самым производится настройка угла наклона связанных с приводным валом отражателей для сохранения их перпендикулярности по отношению к солнечным лучам, как это было описано ранее. Может быть использовано множество подобных приводных валов в соответствии с потребностью. Не выходя за рамки изобретения, для каждого приводного вала можно использовать более чем один привод на основе винтовой пары 200.

Как уже упоминалось, когда преобразователь 54 энергии преобразует солнечную энергию в тепловую, вдоль фокальной линии соответствующего отражателя может быть установлена полая труба 340 (фиг. 24). Труба 340 может быть изготовлена из любого теплопроводного материала, например из меди. Когда линейно сфокусированное солнечное излучение 344 падает на трубу 340, нагревая ее, через полость 342 трубы прокачивается жидкость, которая в результате нагревается от исходной до значительно более высокой температуры.

В конфигурации, представленной на фиг. 24, ϋ-образный корпус 345, изготовленный из подходящего материала, такого как листовой металл или пластик, окружает часть помещенной в него трубы 340. У корпуса 345 имеются противолежащие консольные выступы 346, удерживающие прозрачную линзу 348, которая может быть изготовлена из стекла или из материала на основе синтетической смолы. Как показано на чертеже, труба 340 частично погружена в блок 350 изолирующего материала, благодаря чему предотвращается нежелательное или преждевременное охлаждение жидкости, находящейся в полости трубы. В представленном на фиг. 24 варианте блок 350 изолирующего материала охватывает трубу 340 в поперечном сечении в пределах угла, составляющего около 260°. Таким образом, охватываются верхняя сторона и большие части боковых сторон трубы, тогда как ее нижняя часть остается открытой для падения на наружную поверхность трубы 340 отраженного линейно сфокусированного солнечного излучения 344, которое проходит сквозь линзу 348.

Вместо конфигурации, представленной на фиг. 24, может быть использован вариант по фиг. 25. В этом варианте блок 350' изолирующего материала охватывает в поперечном сечении наружную поверхность трубы 340 только в пределах 180°.

Как уже упоминалось ранее, вдоль фокальных линий некоторых или всех параболоцилиндрических отражателей 76 могут быть установлены преобразователи солнечной энергии в электрическую. Более конкретно, как показано на фиг. 26, преобразователь 54 может содержать полый, сужающийся книзу корпус 360. На его верхней поверхности 362 может быть установлено множество взаимно согласованных линз 364 Френеля. Каждая линза 364 Френеля снабжена концентрическими канавками, на которые падает отраженное линейно сфокусированное солнечное излучение 366. Канавки, выполненные на каждой линзе, преобразуют отраженное линейно сфокусированное солнечное излучение 366 в отраженное солнечное излучение 368, имеющее точечную фокусировку. Каждый пространственный сегмент (пучок) солнечного излучения 368 падает на один из солнечных элементов 190. В коммерческой продаже имеются несколько различных вариантов солнечных элементов, любой из которых может быть использован в качестве солнечных элементов 190. Когда солнечный элемент облучается солнечной энергией, на его выходе генерируется электрическая энергия в форме постоянного тока, отводимого от преобразователя 54 по электрическим проводам 370. Если желательно иметь переменный ток, для этой цели может быть использован преобразователь 192 постоянного тока в переменный, который может обеспечивать ток, обычно используемый для бытовых целей.

На фиг. 26 показан также вторичный отражатель 372 солнечного излучения, выполненный в форме воронки. Такой отражатель расположен над каждым солнечным элементом 190 и служит для отражения любого рассеянного солнечного излучения.

Благодаря этому все излучение, прошедшее через соответствующую линзу Френеля, падает на расположенный за ней солнечный элемент 190.

Как уже было описано, в типовом случае целесообразно предусмотреть охлаждение солнечных элементов 190. С этой целью каждый солнечный элемент может быть установлен на наружную поверхность охлаждающей трубы 374, по которой подается жидкий хладагент, служащий не только для охлаждения солнечных элементов 190, но и для преобразования передаваемого ему тепла в тепловую энергию.

Вместо вторичных отражателей 372 в форме круглых воронок, могут быть применены отражатели 380, показанные на фиг. 27 и 28. Каждый отражатель 380 имеет прямоугольное поперечное сечение. Его четыре наклонные, сужающиеся книзу стороны пересекаются по диагоналям прямоугольника, а солнечный элемент установлен в нижней части отражателя 380. Как и в случае использования вторичных отражателей 372, отражающие поверхности отражателя 380 обеспечивают отражение любого рассеянного солнечного излучения, так что все излучение, прошедшее через любую линзу 364 Френеля, будет попадать на соответствующий солнечный элемент 190.

На фиг. 29 и 30 представлен еще один вариант выполнения основного отражателя, используемого в рамках настоящего изобретения. Держатель данного отражателя расположен на выпуклой (обратной) стороне отражателя, а не на его передней (вогнутой) стороне, как у предыдущего варианта. Более кон- 11 006078 кретно, несущие элементы каждого или любого из параболоцилиндрических отражателей 76 могут быть установлены на его обратной стороне для того, чтобы в большей степени освободить его отражающую поверхность. Как показано на фиг. 29, отражатель 76 установлен в своем держателе 400. Держатель 400 содержит верхний и нижний продольные стержни 142, 144 (которые уже были описаны выше). Посередине между этими стержнями установлены два продольных средних опорных стержня 154 прямоугольного сечения, концы 155 которых расположены, по существу, в одной плоскости со смежными боковыми кромками соответствующего отражателя 76.

Как показано на фиг. 29, между верхним стержнем 142 и одним из средних стержней 154, а также между нижним стержнем 144 и другим средним стержнем 154 установлены на заданных расстояниях друг от друга параболические ребра 402.

Как лучше всего видно на фиг. 30, каждое ребро 402 представляет собой И-образную скобу с двумя выступающими наружу фланцами 404, которые могут быть прикреплены, например, простым приклеиванием к задней поверхности отражателя 76 на участках 406. При этом у каждого ребра 402 имеются противолежащие боковые стенки 408, каждая из которых переходит в смежный с ней фланец 404, образуя с ним угол 90°. Пространственно разделенные боковые стенки 408 тоже переходят в заднюю стенку 410, также образуя с ней угол 90°. На противоположных концах задней стенки 410 имеются отгибки 412 и 414, образующие интегральную часть этой стенки. В зависимости от того, к какому ребру - верхнему или нижнему - относится задняя стенка, ее отгибка 412 сопряжена с продольным стержнем 142 или 144 и приклеена к нему (см. фиг. 31 и 32).

При этом держатель 400 должен быть шарнирно связан с описанной ранее осевой конструкцией; кроме того, к нему эксцентрично должен быть прикреплен описанный ранее тяговый механизм наклона отражателей. Тем самым обеспечивается возможность поворота отражателя вокруг горизонтальной оси с целью поддержания его перпендикулярности солнечным лучам, как это было описано выше.

Изобретение может быть реализовано и в других конкретных формах без нарушения принципов, составляющих его основу. Поэтому представленные варианты его осуществления должны рассматриваться во всех своих аспектах только в качестве иллюстраций, не ограничивающих объем охраны изобретения. Этот объем определяется не приведенным описанием, а прилагаемой формулой изобретения, которая охватывает все эквиваленты включенных в нее признаков изобретения.

Claims (20)

1. ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ

   1. Установка для преобразования солнечной энергии в электрическую энергию, содержащая комплект сборок преобразователей солнечной энергии в электрическую энергию, систему управления (48, 50, 52) для автоматического поддержания, по существу, перпендикулярного расположения сборок преобразователей по отношению к солнечным лучам, отличающаяся тем, что каждая сборка содержит солнечные элементы, линзы Френеля и отражатель (76) солнечного излучения, направляющий на линзы Френеля линейно сфокусированное излучение, которое от линз Френеля в виде точечно сфокусированного излучения попадает на солнечные элементы.
2. 2. Установка по п.1, отличающаяся тем, что система управления (48, 50, 52) содержит верхнюю раму (44), несущую указанный комплект сборок преобразователей, нижнюю раму, несущую верхнюю раму с возможностью разворота верхней рамы на направляющей, систему управления для осуществления синхронной настройки углового положения каждой сборки и разворота верхней рамы по криволинейной траектории вдоль направляющей, имеющейся на нижней раме, для достижения и поддержания, по существу, отношения перпендикулярности между солнечными лучами и каждой сборкой преобразователей.
3. 3. Установка по п.1, отличающаяся тем, что по меньшей мере некоторые из сборок преобразователей содержат трубу (160, 176, 190, 340, 374) с циркулирующим жидким охладителем, посредством которого вырабатываемое в комплекте тепло отводится из него.
4. 4. Установка по п.3, отличающаяся тем, что труба (176) расположена так, что на нее падает по меньшей мере часть линейно сфокусированного солнечного излучения для преобразования солнечной энергии в тепловую энергию.
5. 5. Установка по п.3, отличающаяся тем, что труба (374) находится в отношениях теплопередачи по меньшей мере с одним солнечным элементом.
6. 6. Установка по п.3, отличающаяся тем, что труба, по меньшей мере, частично окружена внешней изоляцией (350, 350').
7. 7. Установка по п.1, отличающаяся тем, что по меньшей мере часть отражателей содержат параболические отражатели (76).
8. 8. Установка по п.2, отличающаяся тем, что система управления содержит приводимый от двигателя механизм (50, 90), посредством которого верхняя рама разворачивается на направляющей по отношению к нижней раме для достижения и поддержания тем самым указанного отношения перпендикулярности.

   - 12 006078
9. 9. Установка по п.1, отличающаяся тем, что система управления содержит по меньшей мере один механизм (52) для настройки наклона сборок преобразователей для поддержания указанного отношения перпендикулярности.
10. 10. Установка по п.1, отличающаяся тем, что система управления содержит по меньшей мере один приводной вал, связанный с отражателями и селективно приводимый от двигателя для обеспечения указанной настройки углового положения и достижения и поддержания тем самым указанного отношения перпендикулярности.
11. 11. Способ преобразования солнечной энергии в электрическую энергию, в котором автоматически, постепенно и синхронно поворачивают и наклоняют комплект фотоэлектрических преобразователей для поддержания соотношения перпендикулярности между солнечными лучами и отражателями с одновременным преобразованием солнечного излучения в электричество, отличающийся тем, что преобразование осуществляют с использованием отражателей (76), линейно фокусирующих лучи, с последующей точечной фокусировкой лучей посредством линз (364) Френеля на солнечные элементы.
12. 12. Способ по п.11, отличающийся тем, что поворот верхней рамы (44) и нижней рамы (42) осуществляют селективно.
13. 13. Способ по п.11, отличающийся тем, что образовавшееся тепло отводят с использованием жидкого охладителя, циркулирующего в трубе (160, 176, 190, 340, 374).
14. 14. Способ по п.13, отличающийся тем, что линейно сфокусированное солнечное излучение падает на трубу (176).
15. 15. Способ по п.13, отличающийся тем, что тепло по меньшей мере из некоторых солнечных элементов передается в трубу (374) и в охладитель в ней.
16. 16. Способ по п.13, отличающийся тем, что указанная труба, по меньшей мере, частично окружена внешней изоляцией (350, 350').
17. 17. Способ по п.11, отличающийся тем, что по меньшей мере часть линейно фокусирующих отражателей (76) выполнены параболическими.
18. 18. Способ по п.11, отличающийся тем, что осуществляют механическим путем синхронный наклон комплекта преобразователей относительно по меньшей мере одной, по существу, горизонтальной оси и механический и синхронный поворот комплекта преобразователей по криволинейной направляющей (56) относительно, по существу, вертикальной оси.
19. 19. Способ по п.11, отличающийся тем, что при указанных наклоне и повороте производят постоянное определение положения Солнца и по мере его изменения постепенно изменяют ориентацию комплекта преобразователей по двум направлениям для поддержания перпендикулярности по отношению к солнечным лучам.
20. 20. Способ по п.19, отличающийся тем, что определение положения Солнца производят оптическим путем, а изменение ориентации производят электромеханическим путем.