PL220774B1 - Urządzenie nadążne za ruchem słońca - Google Patents

Description

Przedmiotem wynalazku jest urządzenie nadążne za ruchem słońca zabudowane zwłaszcza w kolektorach słonecznych.

Technicznym problem do rozwiązania jest system sterujący urządzeniami śledzących słońce, stosowany w kolektorach słonecznych, układach fotowoltaicznych oraz elektrowniach skoncentrowanej energii słonecznej (CSP), głównie w urządzeniach wykorzystujących promienie słoneczne. Stosowane urządzenia są zbudowane/złożone z wielu elementów mechanicznych i/lub pneumatycznych i/lub elektrycznych, są narażone na oddziaływanie niekorzystnych warunków atmosferycznych przez co cechują się większą awaryjnością względem urządzeń stacjonarnych. Stosowane urządzenia stacjonarne są bardziej rozpowszechnione w eksploatacji względem urządzeń ruchomych, powodują zmniejszony uzysk wykorzystania energii. Natomiast kolektory słoneczne w przypadku stosowania absorbera cieplnego są wrażliwe na przegrzewanie gdyż nie mogą odwrócić się od bezpośredniego promieniowania słonecznego.

Z niemieckiego opisu patentowego nr DE 10121437 znana jest konstrukcja systemu śledzącego słońce poprzez przemieszczenie siły i lub masy, która charakteryzuje się tym, że śledząca słońce część układu solarnego może swobodnie obracać się wokół jednej lub dwóch wzajemnie krzyżujących się osi obrotu, na konstrukcji wsporczej, w taki sposób że jego punkt ciężkości pozycjonuje się poprzez naturalne wyrównanie sił bezwładności bez oddziaływania sił zewnętrznych, obraca się swobodnie na ułożyskowaniu, ponadto charakteryzuje się tym, że w dowolnie przyjętej odległości od jego środka ciężkości do części urządzenia śledzącego słońce jedna lub więcej mas jest tak przymocowanych, że się w różne możliwe sposoby przemieszcza środek ciężkości śledzącej słońce części urządzenia a ten kontrolowany przez mechanizm nastawczy ruch tak się odbywa, że część śledząca słońce ustawia się w kierunku słońca, tak aby mogła zaabsorbować możliwie największą energie słońca poprzez powierzchnie absorpcyjną.

Celem wynalazku jest opracowanie nowego systemu sterującego urządzeniami śledzącymi słońce, mogący być stosowane w kolektorach słonecznych, układach fotowoltaicznych oraz elektrowniach skoncentrowanej energii słonecznej (CSP), głównie w urządzeniach wykorzystujących promienie słoneczne, odporny na oddziaływanie niekorzystnych warunków atmosferycznych i zwiększoną odpornością na awaryjność.

W rozwiązaniu według wynalazku urządzenie zaopatrzone w obudowę nośną, konstrukcję wsporczą, odznacza się tym, że ma łukową obudowę posadowioną na kołysce zaopatrzoną w zbiorniki płynno gazowe w których są membrany oddzielające część płynną od części gazowej połączone przewodami rurowymi przepływowymi z zainstalowanymi na nich łączącymi zaworami pneumatycznymi z zespołem zbiorników kompensacyjnych powyżej którego jest osadzony element sterujący.

Urządzenie według wynalazku odznacza się tym, że części płynne zbiorników płynno gazowych są wzajemnie połączone przewodem rurowym przepływowym.

Urządzenie według wynalazku odznacza się tym, że zespół zbiorników kompensacyjnych ma zbiornik o obniżonym ciśnieniu i zbiornik o podwyższonym ciśnieniu, wzajemnie połączone elementem sprężającym.

Urządzenie według wynalazku odznacza się tym, że części gazowe zbiorników płynno gazowych, których zmienna objętość jest wyznaczana membraną oddzielającą ma część gazową podwyższonego ciśnienia i ma część gazową obniżonego ciśnienia.

Urządzenie według wynalazku odznacza się tym, że części gazowe zbiorników płynno gazowych mają tłoczne połączenie z zespołem zbiorników kompensacyjnych oraz mają upustowe połączenie z zespołem zbiorników kompensacyjnych.

Urządzenie według wynalazku odznacza się tym, że na tłocznych połączeniach z zespołem zbiorników kompensacyjnych oraz na upustowych połączeniach z zespołem zbiorników kompensacyjnych zainstalowane są zawory pneumatyczne.

Urządzenie według wynalazku odznacza się tym, że łukowa obudowa utworzona z wycinka kuli jest zaopatrzona w przeźroczystą osłonę.

Urządzenie według wynalazku odznacza się tym, że łukowa obudowa jest osadzona na konstrukcji wsporczej w punkcie obrotu zaopatrzony w element obrotowy.

Zastosowanie rozwiązania według wynalazku umożliwia uzyskanie urządzenia śledzącego słońce, mogące być stosowane w kolektorach słonecznych, układach fotowoltaicznych oraz elektrowniach skoncentrowanej energii słonecznej (CSP), głównie w urządzeniach wykorzystujących promienie

PL 220 774 B1 słoneczne, odporne na oddziaływanie niekorzystnych warunków atmosferycznych i zwiększoną odporność na awaryjność.

Rozwiązanie według wynalazku pokazane jest w przykładzie wykonania i na załączonym rysunku, na którym fig. 1 - przedstawia urządzenie w przekroju, fig. 2 - przedstawia urządzenie i zwierciadłem skupiającym, fig. 3 - przedstawia urządzenie osadzone w punkcie obrotu.

W przykładowym wykonaniu urządzenie ma łukową obudowę 1 ukształtowaną wycinkiem kuli 2 posadowioną na kołysce 3. Łukowa obudowa 1 jest zaopatrzona w zbiorniki płynno gazowe 4 w których są membrany oddzielające 5 na część płynną 6 i część gazową 1. Części płynne 6 zbiorników płynno gazowych 4. są wzajemnie połączone przewodem rurowym przepływowym 8. Zbiornik kompensacyjny 9 ma zbiornik o obniżonym ciśnieniu 10 i zbiornik o podwyższonym ciśnieniu 11, wzajemnie połączone elementem sprężającym 12 poprzez łącza tłoczne 13. Części gazowe 1 zbiorników płynno gazowych 4, których zmienna objętość jest wyznaczana membraną oddzielającą 5 ma część gazową podwyższonego ciśnienia 14 i część gazową obniżonego ciśnienia 15. Części gazowe 1 zbiorników płynno gazowych 4 mają tłoczne połączenie 16 oraz upustowe połączenie 11 z zespołem zbiorników kompensacyjnych 9. Łukowa obudowa 1 utworzona z wycinka kuli 2 jest zaopatrzona w przeźroczystą osłonę 18. Powyżej zbiorników płynno gazowych 4 połączonych przewodami rurowymi ze zbiornikami kompensacyjnymi 9, mają osadzony element sterujący 19. Kołyska 3 utwierdzona do podłoża 20 ma łożyska toczne 21 przechyłu łukowej obudowy 1. Łukowa obudowa 1 z przytwierdzonym absorberem 22 poddawany działaniu promieniom słonecznym 23, jest zabezpieczona przeźroczystą osłoną 18. W innym wykonaniu łukowa obudowa 1 jest wsparta w punkcie obrotu 24 który jest zaopatrzony w element obrotowy 25. Tłoczne połączenie 16 oraz upustowe połączenie 17 jest łączone z zespołem zbiorników kompensacyjnych 9 poprzez zawory pneumatyczne 26. Punkt obrotu 24 z elementem obrotowym 25 łukowej obudowy 1 korzystnie jest utworzony na konstrukcji wsporczej 27.

W przykładowym wykonaniu urządzenia przedstawionym na rysunku fig. 3, łukowa obudowa 1 o dowolnym ukształtowaniu jest posadowiona na konstrukcji wsporczej 27 w punkcie obrotu 24, który jest zaopatrzony w element obrotowy 25. W innym przykładowym wykonaniu przedstawionym na rysunku fig. 2, absorber 22 znajduje się na zewnątrz sfery stworzonej poprzez przeźroczystą osłonę 18 oraz łukową obudowę 1 i jest w ognisku zwierciadła skupiającego 28.

Części gazowe 1 zbiorników płynno gazowych 4, których zmienna objętość jest wyznaczana membraną oddzielającą 5 i część gazowa podwyższonego ciśnienia 14 i część gazowa obniżonego ciśnienia 15 połączonych tłocznym połączeniem 16 oraz upustowym połączeniem 17 z zespołem zbiorników kompensacyjnych 9, wywołują pożądaną zmianę położenia środka ciężkości skutkiem zmian kąta padania promieni słonecznych 23. Zmiana położenia środka ciężkości powoduje przechył urządzenia w odpowiedniej proporcji do zmiany środka ciężkości. W wyniku zmiany środka ciężkości urządzenia, absorber 4 jest ustawiany w kierunku prostopadłego padania promieni słonecznych 23. W przypadku poziomego położenia urządzenia części gazowe 1 zbiorników płynno gazowych 4 mają równoważne ciśnienia co przekłada się na równoważną ilość płynu w częściach płynnych 6 zbiorników płynno gazowych 4 leżących po przeciwnych stronach punktu obrotu 24.

Inne przykłady wykonania wynalazku.

P r z y k ł a d pierwszy:

Nieprzepuszczalną membranę oddzielającą 5 na część płynną 6 i część gazową 1 w zbiornikach płynno gazowych 4 może stanowić tłok. Zastosowanie tłoka, który tłoczyskiem będzie zmieniał objętości części płynnej 6 i części gazowej 1 nie zmieni istoty rozwiązania.

P r z y k ł a d drugi:

Elementy sterujące 19 mogą stanowić układy fotowoltaiczne połączone elektrycznie z odpowiednimi zaworami pneumatycznymi 26 sterowalnymi sygnałem elektrycznym, zamontowanymi na tłocznych połączeniach 16 oraz na upustowych połączeniach 17.

P r z y k ł a d trzeci:

Elementy sterujące 19 mogą stanowić absorbery cieplne połączone przewodami rurowymi z odpowiednimi zaworami pneumatycznymi 26 sterowalnymi sygnałem pneumatycznym, zamontowanymi na tłocznych połączeniach 16 oraz na upustowych połączeniach 17.

P r z y k ł a d czwarty:

Element sprężający 12 może wystąpić w postaci sprężarki lub objętości sprężającej, czyli objętością przylegającą bezpośrednio do absorbera 22, w której to następuje sprężenie gazu poprzez wzrost temperatury zamkniętego w stałej objętości gazu. Wzrost temperatury gazu następuje poprzez odbiór ciepła z absorbera 22.

PL 220 774 B1

P r z y k ł a d piąty:

Zastosowanie systemu otwartego, w którym gaz stanowi powietrze atmosferyczne. Brak występowania zbiornika gazowego obniżonego ciśnienia 15. Gaz jest dostarczany z otoczenia oraz sprężany do zbiornika gazowego podwyższonego ciśnienia 14 poprzez element sprężający 12.

P r z y k ł a d szósty:

Przeźroczysta osłona 18 może przyjmować różne kształty. Jej kształt może przyjmować kształt części sfery/kuli, która tworzy wraz z łukową obudową 1 kształt pełnej sfery/kuli, może przyjmować kształt spłaszczonej sfery, której część obwodowa posiada kształt wycinka sfery/kuli natomiast środek stanowi powierzchnie płaską, równoległą do powierzchni absorbera 22 przedstawionego na rysunku fig. 1, może być również stanowić całkowicie płaską powierzchnie, równoległą do powierzchni abso rbera 22 przedstawionego na rysunku fig. 1.

P r z y k ł a d siódmy:

Wykonanie urządzenia bez przeźroczystej osłony 18 również nie zmieni istoty rozwiązania według wynalazku.

P r z y k ł a d ósmy:

Absorber 22 przedstawiony na rysunku fig. 2, może znajdować się we wnętrzu sfery utworzonej poprzez przeźroczystą osłonę 18 oraz łukową obudowę 1 i znajdować się w ognisku zwierciadła skupiającego.

P r z y k ł a d dziewiąty:

Jak przedstawiono na rysunku fig. 2, gaz o podwyższonym ciśnieniu może być dostarczany z zewnątrz a jego produkcja następuje w niezależnym układnie/urządzeniu takim jak przykładowo element sprężający 12 w postaci sprężarki.

P r z y k ł a d dziesiąty:

W przypadku, w którym obrót urządzenia śledzącego słońce następuje tylko w jednej osi obrotu, kołyska 3 może zostać zastąpiona konstrukcją wsporczą z punktem podparcia urządzenia w osi obrotu. Przy takiej konstrukcji wsporczej urządzenie może przyjąć zasadę działania przedstawioną na r ysunku fig. 1 i 2. W takim przypadku nie jest wymagana łukowa obudowa 1.

P r z y k ł a d jedenasty:

Przeźroczysta osłona 18 może przyjąć formę soczewki skupiającej schodkowej/fresnela przez co może ona pełnić funkcje soczewki skupiającej promieniowanie słoneczne 23 w środku urządzenia w punkcie w którym znajduje się absorber 22.

PL 220 774 B1

Wykaz pozycji

1. łukowa obudowa,

2. wycinek kuli,

3. kołyska,

4. zbiorniki płynno gazowe,

5. membrany oddzielające,

6. część płynna,

7. część gazowa,

8. przewód rurowy przepływowy,

9. zbiornik kompensacyjny,

10. zbiornik o obniżonym ciśnieniu,

11. zbiornik o podwyższonym ciśnieniu,

12. element sprężający,

13. łącza tłoczne,

14. część gazowa podwyższonego ciśnienia,

15. część gazowa obniżonego ciśnienia,

16. tłoczne połączenie,

17. upustowe połączenie,

18. przeźroczysta osłona,

19. element sterujący,

20. podłoże,

21. łożyska toczne,

22. absorber,

23. promienie słoneczne,

24. punkt obrotu,

25. element obrotowy,

26. zawory pneumatyczne,

27. konstrukcja wsporcza,

28. zwierciadło skupiające.

Claims (8)

1. Urządzenie nadążne za ruchem słońca, zaopatrzone w obudowę nośną, konstrukcję wsporczą, znamienne tym, że ma łukową obudowę (1) posadowioną na kołysce (3) zaopatrzoną w zbiorniki płynno gazowe (4) w których są membrany oddzielające (5) część płynną (6) od części gazowej (1) połączone przewodami rurowymi przepływowymi (8) z zainstalowanymi na nich łączącymi zaworami pneumatycznymi (26) z zespołem zbiorników kompensacyjnych (9) powyżej którego jest osadzony element sterujący (19).

2. Urządzenie według zastrz. 1, znamienne tym, że części płynne (6) zbiorników płynno gazowych (4) są wzajemnie połączone przewodem rurowym przepływowym (8).

3. Urządzenie według zastrz. 1, znamienne tym, że zespół zbiorników kompensacyjnych (9) ma zbiornik o obniżonym ciśnieniu (10) i zbiornik o podwyższonym ciśnieniu (11), wzajemnie połączone elementem sprężającym (12).

4. Urządzenie według zastrz. 1, znamienne tym, że części gazowe (1) zbiorników płynno gazowych (4), których zmienna objętość jest wyznaczana membraną oddzielającą (5) ma część gazową podwyższonego ciśnienia (14) i ma część gazową obniżonego ciśnienia (15).

5. Urządzenie według zastrz. 1, znamienne tym, że części gazowe (1) zbiorników płynno gazowych (4) mają tłoczne połączenie (16) z zespołem zbiorników kompensacyjnych (9) oraz mają upustowe połączenie (17) z zespołem zbiorników kompensacyjnych (9).

6. Urządzenie według zastrz. 1, znamienne tym, że na tłocznych połączeniach (16) z zespołem zbiorników kompensacyjnych (9) oraz na upustowych połączeniach (17) z zespołem zbiorników kompensacyjnych (9) zainstalowane są zawory pneumatyczne (26).

7. Urządzenie według zastrz. 1, znamienne tym, że łukowa obudowa (1) utworzona z wycinka kuli (2) jest zaopatrzona w przeźroczystą osłonę (18).

8. Urządzenie według zastrz. 1, znamienne tym, że łukowa obudowa (1) jest posadowiona na konstrukcji wsporczej (27) w punkcie obrotu (24) zaopatrzony w element obrotowy (25).

PL 220 774 B1