RU140582U1

RU140582U1 - BIONIC SOLAR POWER PLANT

Info

Publication number: RU140582U1
Application number: RU2013154823/28U
Authority: RU
Inventors: Сергей Федорович Яцун; Владимир Яковлевич Мищенко; Григорий Сергеевич Наумов
Priority date: 2013-12-10
Filing date: 2013-12-10
Publication date: 2014-05-10

Abstract

Бионическая солнечная электростанция, содержащая несколько солнечных батарей с принимающими излучение фотоэлектрическими преобразователями, размещённых на механической системе, оснащённой системой ориентации, поддерживающей перпендикулярное положение солнечной батареи по отношению к солнцу, отличающаяся тем, что механическая система включает в себя неподвижное основание и блок ориентации, обеспечивающий поворот платформы с закрепленными солнечными батареями вокруг горизонтальной оси, при этом платформа состоит из центральной панели и двух боковых панелей, приводимых в движение при помощи двух приводов вращательного движения, двух винтовых передач, преобразующих вращательное движение винта в поступательное движение гайки, и двух шатунов, образующих вместе с гайками и боковыми панелями кривошипно-шатунные механизмы и обеспечивающих вращение боковых панелей относительно центральной, а также двух фотодатчиков, закрепленных на центральной панели и подающих сигнал на включение привода блока ориентации при изменении положения солнца, и датчиков скорости воздушного потока и дождя, посылающих сигналы на приводы, управляющие движением боковых панелей при возникновении неблагоприятных для работы установки погодных условий. A bionic solar power plant containing several solar panels with radiation-receiving photovoltaic cells mounted on a mechanical system equipped with an orientation system supporting the perpendicular position of the solar battery with respect to the sun, characterized in that the mechanical system includes a fixed base and an orientation unit that allows rotation platforms with fixed solar panels around a horizontal axis, while the platform consists of a central non-panels and two side panels, driven by two rotary motion drives, two screw gears that convert the rotational movement of the screw into translational motion of the nut, and two connecting rods, which together with the nuts and side panels form crank mechanisms and ensure the rotation of the side panels relative to central, as well as two photosensors mounted on the central panel and giving a signal to turn on the drive of the orientation unit when the position of the sun changes, and air speed sensors th stream and rain, sending signals to the actuators that control the movement of the side panels in the event of adverse weather operation of the plant.

Description

Полезная модель относится к области энергетики. Она может найти применение в электростанциях, предназначенных для преобразования солнечной энергии в электрическую энергию.The utility model relates to the field of energy. It can find application in power plants designed to convert solar energy into electrical energy.

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 года).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 модули с концентраторами, из которых состоит солнечная батарея, расположены в виде ступеней, что приводит к недостаточной защищенности установки от атмосферных осадков, в частности, снега. Также, в конструкции фотоэлектрической установки не предусмотрено никакой защиты солнечной батареи от механических воздействий и неблагоприятных погодных условий. Все это приводит к уменьшению срока службы фотоэлектрических модулей, используемых в устройстве, и снижению возможностей использования установки в регионам с холодным климатом и высоким уровнем атмосферных осадков.The disadvantage of this design is that the modules with the concentrators that make up the solar battery are arranged in steps, which leads to insufficient protection of the installation from atmospheric precipitation, in particular, snow. Also, the design of the photovoltaic installation does not provide any protection for the solar battery from mechanical stress and adverse weather conditions. All this leads to a decrease in the service life of the photovoltaic modules used in the device and a decrease in the possibilities of using the installation in regions with a cold climate and high levels of atmospheric precipitation.

Известна 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, 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 (см. патент РФ №124440 от 20.01.2013 года).Known solar photovoltaic installation containing a solar battery with radiation-receiving photoelectric converters, located on a mechanical system that maintains the perpendicular position of the solar battery to the direction to the Sun and is equipped with a solar battery orientation system to the Sun, characterized in that the mechanical system includes two actuators - a movable disk, providing rotation of the installation around a vertical axis, mounted on a fixed base and equipped with electric drive, and a shaft with a movable platform fixed to it, providing 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 to protect from adverse atmospheric influences, and the orientation system contains five light level sensors, consisting of photoresistors in a housing with a protective screen, mounted on the right, left, top, bottom and back of the solar battery and forming the azimuth channels 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 supplied from azimuthal and zenithal sensors channels respectively (see RF patent No. 124440 dated January 20, 2013).

Недостатком данной конструкции является то, что механическая система, состоящая из подвижного диска и подвижной платформы, является достаточно громоздкой конструкцией, и требует для осуществления ориентации по солнцу электроприводов большой мощности, что, вкупе с недостаточной площадью фотоэлектрических преобразователей, приводит к пониженной энергоэффективности установки. Также, устройство защиты от неблагоприятных атмосферных воздействий не предохраняет солнечные батареи от сильного ветра и механических воздействий.The disadvantage of this design is that the mechanical system, consisting of a movable disk and a movable platform, is a rather cumbersome design, and requires high power electric drives for solar orientation, which, coupled with the insufficient area of the photoelectric converters, leads to reduced energy efficiency of the installation. Also, a weather protection device does not protect solar panels from strong winds and mechanical stresses.

Задачи полезной модели - повышение энергоэффективности установки.The objectives of the utility model are to increase the energy efficiency of the installation.

Поставленная задача достигается тем, что бионическая солнечная электростанция, содержащая несколько солнечных батарей с принимающими излучение фотоэлектрическими преобразователями, размещенных на механической системе, оснащенной системой ориентации, поддерживающей перпендикулярное положение солнечной батареи по отношению к Солнцу, причеммеханическая система включает в себя неподвижное основание и блок ориентации, обеспечивающий поворот платформы с закрепленными солнечными батареями вокруг горизонтальной оси, при этом платформа состоит из центральной панели и двух боковых панелей, приводимых в движение при помощи двух приводов вращательного движения, двух винтовых передач, преобразующих вращательное движение винта в поступательное движение гайки, и двух шатунов, образующих вместе с гайками и боковыми панелями кривошипно-шатунные механизмы и обеспечивающих вращение боковых панелей относительно центральной, а также двух фотодатчиков, закрепленных на центральной панели и подающих сигнал на включение привода блока ориентации при изменении положения Солнца, и датчиков скорости воздушного потока и дождя, посылающих сигналы на приводы, управляющие движением боковых панелей при возникновении неблагоприятных для работы установки погодных условий.The problem is achieved in that a bionic solar power plant containing several solar panels with radiation-receiving photovoltaic cells placed on a mechanical system equipped with an orientation system supporting the perpendicular position of the solar battery with respect to the Sun, the mechanical system includes a fixed base and an orientation unit, providing rotation of the platform with fixed solar panels around a horizontal axis, while the platforms consists of a central panel and two side panels, driven by two rotary motion drives, two screw gears that convert the rotational movement of the screw into translational movement of the nut, and two connecting rods, which together with the nuts and side panels form crank mechanisms and provide rotation side panels relative to the central, as well as two photosensors mounted on the central panel and giving a signal to turn on the drive of the orientation unit when the position of the Sun changes, and Occupancy rate of air flow and rain, sending signals to the actuators that control the movement of the side panels in the event of adverse weather operation of the plant.

Заявляемое техническое решение отличается от прототипа тем, что поддерживающая механическая система включает в себя неподвижное основание и блок ориентации, обеспечивающий поворот платформы с закрепленными солнечными батареями вокруг горизонтальной оси, при этом платформа состоит из центральной панели и двух боковых панелей, приводимых в движение при помощи двух приводов вращательного движения, двух винтовых передач, преобразующих вращательное движение винта в поступательное движение гайки, и двух шатунов, образующих вместе с гайками и боковыми панелями кривошипно-шатунные механизмы и обеспечивающих вращение боковых панелей относительно центральной, а также двух фотодатчиков, закрепленных на центральной панели и подающих сигнал на включение привода блока ориентации при изменении положения Солнца, и датчиков скорости воздушного потока и дождя, посылающих сигналы на приводы, управляющие движением боковых панелей при возникновении неблагоприятных для работы установки погодных условий.The claimed technical solution differs from the prototype in that the supporting mechanical system includes a fixed base and an orientation unit, which enables rotation of the platform with fixed solar panels around the horizontal axis, while the platform consists of a central panel and two side panels, driven by two rotational motion drives, two screw gears that convert the rotational motion of the screw into the translational movement of the nut, and two connecting rods, forming together with the nut with crank and side panels and crank mechanisms that provide rotation of the side panels relative to the central, as well as two photosensors mounted on the central panel and giving a signal to turn on the drive of the orientation unit when the position of the Sun changes, and air flow and rain sensors that send signals to the drives that control the movement of the side panels in the event of adverse weather conditions.

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 - повышение энергоэффективности установки.The combination of the claimed features ensures the achievement of the objective of the utility model - improving the energy efficiency of the installation.

На фиг. 1 показан общий вид бионической солнечной электростанции, на фиг. 2 - платформа, предназначенная для закрепления солнечных батарей.In FIG. 1 shows a general view of a bionic solar power station; FIG. 2 - a platform designed for fixing solar panels.

Конструкция электростанции состоит из неподвижного основания -металлического стержня 1, жестко закрепляющегося относительно какого-либо неподвижного объекта (или вкапываемого в землю), блока ориентации 2, внутри которого находятся привод, механическая передача, платы управляющей электроники, и платформа 3, на которой закрепляются солнечные батареи 7, 8 и 9.The design of the power plant consists of a fixed base - a metal rod 1, rigidly fixed relative to some fixed object (or dug into the ground), an orientation unit 2, inside which there are a drive, a mechanical transmission, control electronics boards, and a platform 3 on which solar batteries 7, 8 and 9.

Платформа 3, предназначенная для закрепления солнечных батарей, состоит из центральной панели 4 и двух боковых панелей 5 и 6, предназначенных для размещения трех солнечных батарей 7, 8 и 9, а также двух приводов вращательного движения 10 и 11, двух винтовых передач 12 и 13, преобразующих вращательное движение винта в поступательное движение гайки, и двух шатунов 14 и 15, образующих вместе с гайками и боковыми панелями кривошипно-шатунные механизмы. Для обеспечения обратной связи устройство оснащено датчиками освещенности 16 и 17, датчиком дождя 18 и скорости воздушного потока 19 и 20.The platform 3, designed to secure the solar panels, consists of a central panel 4 and two side panels 5 and 6, designed to accommodate three solar panels 7, 8 and 9, as well as two rotational drives 10 and 11, two screw gears 12 and 13 transforming the rotational movement of the screw into the translational movement of the nut, and two connecting rods 14 and 15, forming, along with the nuts and side panels, the crank mechanisms. To provide feedback, the device is equipped with light sensors 16 and 17, a rain sensor 18 and air flow rates 19 and 20.

Устройство работает следующим образом. Блок ориентации 2 на основании показаний с датчиков освещенности 16 и 17 поворачивает платформу 3 с закрепленными солнечными батареями 7, 8 и 9 таким образом, чтобы обеспечить ее перпендикулярность солнечным лучам. На рассвете боковые панели 5 и 6 платформы раскрываются, поглощая и преобразовывая за счет внутреннего фотоэлектрического эффекта солнечную энергию в электрическую, а на закате - закрываются. В данном устройстве процессы «раскрытия» и «закрытия» осуществляются за счет кривошипно-шатунных механизмов. Моменты открытия и закрытия контролируются при помощи соответствующих датчиков освещенности 16 и 17, датчиком дождя 18 и скорости воздушного потока 19 и 20.The device operates as follows. Orientation unit 2, on the basis of indications from light sensors 16 and 17, rotates the platform 3 with solar panels 7, 8, and 9 fixed in such a way as to ensure its perpendicularity to the sun's rays. At dawn, the side panels 5 and 6 of the platform open, absorbing and converting solar energy into electrical energy due to the internal photoelectric effect, and close at sunset. In this device, the processes of "opening" and "closing" are carried out due to the crank mechanisms. The opening and closing moments are monitored using the appropriate light sensors 16 and 17, the rain sensor 18 and the air velocity 19 and 20.

Такая конструкция позволяет реализовать бионический принцип работы платформы, подобный поведению некоторых растений, в частности, цветков.This design allows you to implement the bionic principle of the platform, similar to the behavior of some plants, in particular flowers.

Передачи винт-гайка скольжения 12 и 13 в данном случае обеспечивает самоторможение и большой выигрыш в силе, следовательно, мощность используемых приводов будет меньше, чем при использовании вместо описанной кинематической цепи какой-либо одной механической передачи (например, фрикционной или зубчатой). Таким образом, достигается требование минимального энергопотребления устройства, что очень важно для автоматической электростанции. Помимо всего прочего, использование в данной конструкции трех солнечных батарей вместо одной позволяет увеличить выходную мощность электрической энергии, генерируемой электростанцией.In this case, the slip screw-nut gears 12 and 13 provide self-braking and a big gain in strength, therefore, the power of the drives used will be less than when using any one mechanical gear (for example, friction or gear) instead of the described kinematic chain. Thus, the requirement of minimum power consumption of the device is achieved, which is very important for an automatic power plant. Among other things, the use of three solar panels in this design instead of one allows you to increase the output power of the electric energy generated by the power plant.

Использование в данном устройстве одного привода, управляющего движением вокруг горизонтальной оси вращения, оправдано как с позиции уменьшения потерь вырабатываемой электроэнергии, так и с позиции минимизации энергопотребления самого механизма ориентации. Одна степень свободы устройства позволяет реализовывать отслеживание положения Солнца при фиксированной широте, при этом контролируется угол наклона Солнца над горизонтом.The use of one drive in this device that controls the movement around the horizontal axis of rotation is justified both from the standpoint of reducing losses of generated electricity, and from the standpoint of minimizing the energy consumption of the orientation mechanism itself. One degree of freedom of the device allows tracking the position of the Sun at a fixed latitude, while the angle of inclination of the Sun above the horizon is controlled.

Подобная конструкция платформы позволяет предохранить хрупкие и легкоповреждаемые солнечные элементы от пагубных воздействий ветра, снегопада, ливня и прочих неблагоприятных погодных условий.Such a platform design protects fragile and easily damaged solar cells from the harmful effects of wind, snowfall, rain and other adverse weather conditions.

Claims

A bionic solar power plant containing several solar panels with radiation-receiving photovoltaic cells mounted on a mechanical system equipped with an orientation system supporting the perpendicular position of the solar battery with respect to the sun, characterized in that the mechanical system includes a fixed base and an orientation unit that allows rotation platforms with fixed solar panels around a horizontal axis, while the platform consists of a central non-panels and two side panels, driven by two rotary motion drives, two screw gears that convert the rotational movement of the screw into translational motion of the nut, and two connecting rods, which together with the nuts and side panels form crank mechanisms and ensure the rotation of the side panels relative to central, as well as two photosensors mounted on the central panel and giving a signal to turn on the drive of the orientation unit when the position of the sun changes, and air speed sensors th stream and rain, sending signals to the actuators that control the movement of the side panels in the event of adverse weather operation of the plant.