RU124440U1

RU124440U1 - SOLAR PHOTOELECTRIC INSTALLATION

Info

Publication number: RU124440U1
Application number: RU2012135048/06U
Authority: RU
Inventors: Сергей Федорович Яцун; Владимир Яковлевич Мищенко; Григорий Сергеевич Наумов
Priority date: 2012-08-15
Filing date: 2012-08-15
Publication date: 2013-01-20

Abstract

Солнечная фотоэлектрическая установка, содержащая солнечную батарею с принимающими излучение фотоэлектрическими преобразователями, размещенную на механической системе, поддерживающей перпендикулярное положение солнечной батареи к направлению на Солнце и оснащенной системой ориентации солнечной батареи на Солнце, отличающаяся тем, что механическая система включает в себя два исполнительных органа - подвижный диск, обеспечивающий поворот установки вокруг вертикальной оси, закрепленный на неподвижном основании и снабженный электроприводом, и вал с закрепленной на нем подвижной платформой, обеспечивающий поворот вокруг горизонтальной оси от электропривода, при этом сама солнечная батарея состоит из модулей с фотоэлектрическими преобразователями и снабжена устройством для защиты от неблагоприятных атмосферных воздействий, а система ориентации содержит пять датчиков уровня освещенности, представляющих себой фоторезисторы в корпусе с защитным экраном, закрепленные справа, слева, сверху, снизу и сзади от солнечной батареи и образующие каналы азимутального и зенитального наведения, вырабатывающие сигналы при изменении положения Солнца, при этом датчик, расположенный сзади от солнечной батареи, осуществляет измерение уровня рассеянного освещения и разворот установки при начале нового дня, а сигнал на включение электроприводов подвижного диска и вала подается от датчиков азимутального и зенитального каналов соответственно.A solar photovoltaic installation containing a solar battery with radiation-receiving photoelectric converters, mounted on a mechanical system supporting the perpendicular position of the solar battery to the direction to the Sun and equipped with a solar battery orientation system to the Sun, characterized in that the mechanical system includes two actuators - a movable one a disk that provides rotation of the installation around a vertical axis, mounted on a fixed base and equipped with an electric drive, and a shaft with a movable platform fixed on it, which provides rotation around the horizontal axis from the electric drive, while the solar battery itself consists of modules with photoelectric converters and is equipped with a device for protection from adverse atmospheric influences, and the orientation system contains five light level sensors representing self-photoresistors in a housing with a protective screen, mounted to the right, left, top, bottom and rear of the solar battery and forming the azimuth and zenith channels directional signals that generate signals when the position of the Sun changes, while the sensor located behind the solar battery measures the level of ambient light and turns the unit at the beginning of a new day, and the signal to turn on the electric drives of the moving disk and shaft is supplied from the sensors of the azimuth and zenith channels, respectively .

Description

Полезная модель относится к солнечной энергетике и может найти применение в солнечных электростанциях для преобразования солнечной энергии в электрическую, а кроме того, может быть использована в качестве энергетической установки индивидуального пользования.The utility model relates to solar energy and can be used in solar power plants to convert solar energy into electrical energy, and in addition, it can be used as an individual power plant.

Известна солнечная фотоэлектрическая установка, которая содержит несущую конструкцию с закрепленным на ней параболическим концентратором, выполненным из плоских зеркальных фацет, соединенную с выходом блока слежения за Солнцем, а также протяженный фотоэлектрический преобразователь, расположенный по фокусной линии параболического концентратора. На несущей конструкции за параболическим концентратором соосно ему установлен эллиптический отражатель, один фокус которого совмещен с фокусом параболического концентратора, во втором фокусе которого установлен фотоэлектрический датчик, выход которого соединен с входом блока слежения за Солнцем. С тыльной стороны каждой из зеркальных фацет на ее продольной оси перпендикулярно ее поверхности установлен обращенный к эллиптическому отражателю плоский отражающий элемент (см. патент РФ №2222755 от 17.05.2002 г.).Known solar photovoltaic installation, which contains a supporting structure with a parabolic concentrator mounted on it, made of flat mirror faces, connected to the output of the solar tracking unit, as well as an extended photoelectric converter located along the focal line of the parabolic concentrator. An elliptical reflector is mounted coaxially with it on the supporting structure behind the parabolic concentrator, one focus of which is combined with the focus of the parabolic concentrator, in the second focus of which there is a photoelectric sensor, the output of which is connected to the input of the solar tracking unit. On the back side of each of the mirror facets, a flat reflecting element facing the elliptical reflector is installed on its longitudinal axis perpendicular to its surface (see RF patent No. 2222755 of 05.17.2002).

Недостатком данной установки является то, что она имеет одноосную систему слежения за Солнцем, а также то, что в ней используются фотоэлектрические преобразователи большой площади, что удорожает установку из-за большого расхода дорогих полупроводниковых материалов преобразователя. Кроме того, используется комбинированная система наведения на Солнце. Грубое наведение осуществляется от внешнего процессора, используя астрономическое время и широту местности, таким образом, любое изменение места положения установки требует перепрограммирования процессора.The disadvantage of this installation is that it has a uniaxial tracking system for the Sun, as well as the fact that it uses large-area photoelectric converters, which makes the installation more expensive due to the high consumption of expensive converter semiconductor materials. In addition, a combined guidance system on the Sun is used. Coarse guidance is carried out from an external processor using astronomical time and latitude, so any change in installation location requires reprogramming of the processor.

Известна солнечная фотоэлектрическая установка, содержащая солнечную батарею с линзами Френеля и принимающими излучение фотоэлектрическими преобразователями, размещенную на механической системе, поддерживающей перпендикулярное положение солнечной батареи к направлению на Солнце и оснащенной системой ориентации солнечной батареи на Солнце, отличающаяся тем, что поддерживающая механическая система образована двумя рамами - базовой и подвешенной, из которых базовая рама установлена с возможностью вращения вокруг вертикальной оси, опираясь на подстилающую поверхность с помощью колес, одно из которых снабжено электроприводом, а подвешенная рама установлена с возможностью вращения вокруг горизонтальной оси от электропривода, при этом сама солнечная батарея состоит из модулей с солнечными концентраторами, расположенных на подвешенной раме в виде ступеней, а система ориентации батареи содержит основной и дополнительный датчики положения Солнца, основной из которых состоит из затеняющего экрана с отверстием и восьми фотоэлементов каскадного типа, четыре из которых размещены справа, слева, сверху и снизу по наружным сторонам экрана и образуют каналы азимутального и зенитального грубого наведения, вырабатывающие электрические сигналы при изменении положения Солнца, а четыре другие фотоэлемента расположены таким же образом по внутренним сторонам экрана и образуют каналы точного наведения, упомянутый дополнительный датчик состоит из трех фотоэлементов каскадного типа, подключенных к азимутальному каналу, два из которых направлены налево и направо по отношению к основному датчику, а третий - в противоположную сторону, и полярность его подключения меняется при прохождении направления Юг-Север, при этом сигнал на включение электропривода колеса базовой рамы подается от фотоэлементов азимутального канала, а сигнал на включение электропривода подвешенной рамы подается от фотоэлементов зенитального канала (см. патент РФ №2286517 от 21.02.2005 г.).Known solar photovoltaic installation containing a solar battery with Fresnel lenses and receiving radiation photovoltaic cells, mounted on a mechanical system supporting the perpendicular position of the solar battery to the direction to the Sun and equipped with a solar battery orientation system to the Sun, characterized in that the supporting mechanical system is formed by two frames - base and suspended, of which the base frame is mounted to rotate around a vertical axis, o leaning on the underlying surface using wheels, one of which is equipped with an electric drive, and the suspended frame is mounted to rotate around a horizontal axis from the electric drive, while the solar battery itself consists of modules with solar concentrators located on the suspended frame in the form of steps, and the orientation system The battery contains the primary and secondary solar position sensors, the main of which consists of a shading screen with a hole and eight cascade type solar cells, four of which located on the right, left, top and bottom on the outer sides of the screen and form azimuthal and zenith coarse guidance channels that generate electrical signals when the position of the Sun changes, and four other photocells are located in the same way on the inner sides of the screen and form accurate guidance channels, the mentioned additional sensor consists of three cascade-type photocells connected to the azimuth channel, two of which are directed left and right with respect to the main sensor, and the third is opposite opolozhnuyu side, and the polarity of the connection is changed when passing North-South direction, the signal to switch the base frame is supplied from the drive wheel photocells azimuth channel and the signal on the switch actuator is supplied from a suspended frame of photocells zenith channel (see. RF patent No. 2286517 dated 02.21.2005).

Недостатком данной конструкции является то, что в качестве исполнительного звена, осуществляющего вращение установки вокруг вертикальной оси, используется ведущее колесо, а, следовательно, подстилающая поверхность (поверхность, на которой находится установка) должна быть строго ровной, иначе не будет обеспечена адекватная отработка управляющего сигнала исполнительным звеном. Также, недостатком является то, что солнечная батарея состоит из модулей с солнечными концентраторами, расположенными в виде ступеней, что приводит к недостаточной защищенности установки от атмосферных осадков в виде снега. Все это приводит к снижению функциональных возможностей установки в северных широтах, так как уровень атмосферных осадков в виде снега там достаточно высок.The disadvantage of this design is that the drive wheel is used as the executive link, which rotates the installation around the vertical axis, and, therefore, the underlying surface (the surface on which the installation is located) must be strictly smooth, otherwise adequate control signal processing will not be provided executive link. Also, the disadvantage is that the solar battery consists of modules with solar concentrators located in the form of steps, which leads to insufficient protection of the installation from atmospheric precipitation in the form of snow. All this leads to a decrease in the functionality of the installation in the northern latitudes, since the level of precipitation in the form of snow there is quite high.

Задача полезной модели - расширение функциональных возможностей установки.The purpose of the utility model is to expand the functionality of the installation.

Поставленная задача достигается тем, что в известной фотоэлектрической установке, содержащей солнечную батарею с принимающими излучение фотоэлектрическими преобразователями, размещенную на механической системе, поддерживающей перпендикулярное положение солнечной батареи к направлению на Солнце и оснащенной системой ориентации солнечной батареи на Солнце, механическая система включает в себя два исполнительных органа - подвижный диск, обеспечивающий поворот установки вокруг вертикальной оси, закрепленный на неподвижном основании и снабженный электроприводом, и вал с закрепленной на нем подвижной платформой, обеспечивающий поворот вокруг горизонтальной оси от электропривода, при этом сама солнечная батарея состоит из модулей с фотоэлектрическими преобразователями и снабжена устройством для защиты от неблагоприятных атмосферных воздействий, а система ориентации содержит пять датчиков уровня освещенности, представляющие из себя фоторезисторы в корпусе с защитным экраном, закрепленные справа, слева, сверху, снизу и сзади от солнечной батареи и образующие каналы азимутального и зенитального наведения, вырабатывающие сигналы при изменении положения солнца, при этом датчик, расположенный сзади от солнечной батареи, осуществляет измерение уровня рассеянного освещения и разворот установки при начале нового дня, а сигнал на включение электроприводов подвижного диска и вала подается от датчиков азимутального и зенитального каналов соответственно.The problem is achieved in that in a known photovoltaic installation containing a solar battery with radiation-receiving photoelectric converters, mounted on a mechanical system supporting the perpendicular position of the solar battery to the direction to the Sun and equipped with a solar battery orientation system to the Sun, the mechanical system includes two executive body - a movable disk, providing the rotation of the installation around a vertical axis, mounted on a fixed base and equipped with an electric drive, and a shaft with a movable platform fixed on it, providing rotation around a horizontal axis from the electric drive, while the solar battery itself consists of modules with photoelectric converters and is equipped with a device for protection from adverse atmospheric influences, and the orientation system contains five light level sensors , which are photoresistors in a housing with a protective screen, mounted on the right, left, top, bottom and rear of the solar panel and form a channel azimuthal and zenithal guidance, generating signals when the position of the sun changes, while the sensor located behind the solar battery measures the level of ambient light and turns the unit at the beginning of a new day, and the signal to turn on the electric drives of the moving disk and shaft is fed from azimuthal and zenithal sensors channels respectively.

Заявляемое техническое решение отличается от прототипа тем, что поддерживающая механическая система включает в себя два исполнительных органа - подвижный диск, обеспечивающий поворот установки вокруг вертикальной оси, закрепленный на неподвижном основании и снабженный электроприводом, и вал с закрепленной на нем подвижной платформой, обеспечивающий поворот вокруг горизонтальной оси от электропривода, при этом сама солнечная батарея состоит из модулей с фотоэлектрическими преобразователями и снабжено устройством для защиты от неблагоприятных атмосферных воздействий, а система ориентации содержит пять датчиков уровня освещенности, представляющие из себя фоторезисторы в корпусе с защитным экраном, закрепленные справа, слева, сверху, снизу и сзади от солнечной батареи и образующие каналы азимутального и зенитального наведения, вырабатывающие сигналы при изменении положения солнца, при этом датчик, расположенный сзади, осуществляет измерение уровня рассеянного освещения и разворот установки при начале нового дня, а сигнал на включение электроприводов подвижного диска и вала подается от датчиков азимутального и зенитального каналов соответственно.The claimed technical solution differs from the prototype in that the supporting mechanical system includes two actuators - a movable disk that provides rotation of the installation around a vertical axis, mounted on a fixed base and equipped with an electric drive, and a shaft with a movable platform mounted on it, providing rotation around a horizontal axis from the electric drive, while the solar battery itself consists of modules with photoelectric converters and is equipped with a device for protection against nebla favorable atmospheric influences, and the orientation system contains five light level sensors, which are photoresistors in a housing with a protective screen, mounted to the right, left, top, bottom and rear of the solar battery and forming azimuth and zenith guidance channels that generate signals when the position of the sun changes at the same time, the sensor located at the rear measures the level of ambient light and turns the unit at the beginning of a new day, and the signal to turn on the electric drives of ska shaft and fed from the zenith and the azimuth sensor channels respectively.

Отличительные признаки в заявляемом техническом решении не выявлены при изучении данной и смежных областей техники.Distinctive features in the claimed technical solution were not identified when studying this and related areas of technology.

Совокупность заявляемых признаков обеспечивает достижение задачи полезной модели - расширение функциональных возможностей.The combination of the claimed features ensures the achievement of the task of the utility model - the expansion of functionality.

На фиг.1 показан общий вид предлагаемого устройства, на фиг.2 - устройство для защиты от неблагоприятных атмосферных воздействий, на фиг.3 - система управления.Figure 1 shows a General view of the proposed device, figure 2 - a device for protection from adverse weather conditions, figure 3 - control system.

Конструкция состоит из неподвижного основания 1, на котором размещены блок управляющей электроники и подвижный диск 2, приводимый в движение приводом горизонтального вращения 3, двух стоек 4, платформы с закрепленной на ней солнечной батареей 5, приводимой в движение приводом горизонтального вращения 6, находящимся внутри одной из стоек. Для обеспечения обратной связи устройство включает в себя две пары датчиков уровня освещенности 7 и дополнительный датчик 8, закрепленный с обратной стороны платформы, который служит для измерения рассеянного излучения, исключения его влияния на два других датчика и запуска системы в утренние часы. Также в системе присутствует микроконтроллер 9 в качестве центрального управляющего устройства и концевые датчики 10 для реализации заданного диапазона вращения исполнительных звеньев. Устройство для защиты от неблагоприятных атмосферных воздействий состоит из солнечной батареи, закрепленной на платформе 11, двух подвижных катков 12, и прозрачной пленки, обхватывающей катки и имеющей в своем сечении наружные утолщения. Под воздействием снега, скапливающегося за утолщениями и таким образом воздействующим на них своим весом, прозрачная пленка 13 перемещается при помощи подвижных катков 12, переходя на тыльную сторону платформы и под воздействием силы притяжения и вибраций очищаясь от снега. Таким образом, при снегопаде участки пленки непрерывно сменяют друг друга в процессе работы установки.The design consists of a fixed base 1, on which the control electronics unit and a movable disk 2 are placed, driven by a horizontal rotation drive 3, two racks 4, a platform with a solar battery 5 mounted on it, driven by a horizontal rotation drive 6, located inside one from the racks. To provide feedback, the device includes two pairs of light level sensors 7 and an additional sensor 8 mounted on the back of the platform, which serves to measure the scattered radiation, eliminate its effect on two other sensors and start the system in the morning. Also in the system there is a microcontroller 9 as a central control device and end sensors 10 to implement a given range of rotation of the executive links. The device for protection against adverse atmospheric influences consists of a solar battery mounted on the platform 11, two movable rollers 12, and a transparent film covering the rollers and having external thickenings in its section. Under the influence of snow accumulating behind the thickenings and thus acting on them with its weight, the transparent film 13 moves with the help of movable rollers 12, passing to the back side of the platform and under the influence of gravity and vibration, clears the snow. Thus, during snowfall, sections of the film continuously replace each other during the operation of the installation.

Фотоэлектрическая установка работает следующим образом: Сигнал с горизонтальной пары датчиков уровня освещенности 7 поступает на микроконтроллер 9, который в соответствии с заложенной программы обрабатывает его, определяя разницу между уровнем освещенности каждого датчика, а также сравнивая этот сигнал с сигналом от дополнительного датчика 8. В случае существенной разницы в уровне освещенности микроконтроллер посылает управляющий сигнал через драйвер на электропривод 3, приводящий в движение подвижный диск 2. Таким образом, осуществляется наведение в вертикальной плоскости. При этом, если вал подвижного диска 2 доходит до одного из своих предельных положений, на микроконтроллер поступает соответственно сигнал с одного из концевых датчиков 10, и вращение диска прекращается.The photovoltaic installation operates as follows: The signal from a horizontal pair of light level sensors 7 is supplied to the microcontroller 9, which processes it in accordance with the program laid down, determining the difference between the light levels of each sensor, and also comparing this signal with the signal from the additional sensor 8. In the case of a significant difference in the level of illumination, the microcontroller sends a control signal through the driver to the electric drive 3, which drives the movable disk 2. Thus, Guidance in the vertical plane. Moreover, if the shaft of the movable disk 2 reaches one of its limiting positions, the signal from one of the end sensors 10 is supplied to the microcontroller, and the rotation of the disk stops.

Аналогично осуществляется и наведение в горизонтальной плоскости. Сигнал с вертикальной пары датчиков уровня освещенности 7 поступает на микроконтроллер 9, который в соответствии с заложенной программы обрабатывает его, определяя разницу между уровнем освещенности каждого датчика, а также сравнивая этот сигнал с сигналом от дополнительного датчика 8. В случае существенной разницы в уровне освещенности микроконтроллер посылает управляющий сигнал через драйвер на электропривод 6, приводящий в движение вал подвижной платформы 5. При этом, если вал подвижной платформы 5 доходит до одного из своих предельных положений, на микроконтроллер поступает соответственно сигнал с одного из концевых датчиков 10, и вращение вала прекращается.Similarly, guidance is carried out in the horizontal plane. The signal from a vertical pair of light level sensors 7 is fed to the microcontroller 9, which processes it in accordance with the program laid down, determining the difference between the light levels of each sensor, and comparing this signal with the signal from the additional sensor 8. In the case of a significant difference in the light level, the microcontroller sends a control signal through the driver to the electric drive 6, which drives the shaft of the mobile platform 5. Moreover, if the shaft of the mobile platform 5 reaches one of its maximum x positions, the microcontroller receives a signal from one of the end sensors 10, respectively, and the rotation of the shaft stops.

Использование данного устройства обеспечит упрощение конструкции механической системы, а также улучшение ее работы в среде с неблагоприятными атмосферными воздействиямиThe use of this device will simplify the design of the mechanical system, as well as improving its operation in an environment with adverse atmospheric influences

Claims

A solar photovoltaic installation containing a solar battery with radiation-receiving photoelectric converters, mounted on a mechanical system supporting the perpendicular position of the solar battery to the direction to the Sun and equipped with a solar battery orientation system to the Sun, characterized in that the mechanical system includes two actuators - a movable one a disk that provides rotation of the installation around a vertical axis, mounted on a fixed base and equipped with an electric drive, and a shaft with a movable platform fixed on it, which provides rotation around the horizontal axis from the electric drive, while the solar battery itself consists of modules with photoelectric converters and is equipped with a device for protection from adverse atmospheric influences, and the orientation system contains five light level sensors representing self-photoresistors in a housing with a protective screen, mounted to the right, left, top, bottom and back of the solar battery and forming the channels of azimuthal and zenith directional signals that generate signals when the position of the Sun changes, while the sensor located behind the solar battery measures the level of ambient light and turns the unit at the beginning of a new day, and the signal to turn on the electric drives of the moving disk and shaft is supplied from the sensors of the azimuth and zenith channels, respectively .