RU223343U1 - Призматическая солнечная электростанция - Google Patents

Abstract

Полезная модель относится к солнечной энергетике и предназначена для преобразования солнечной энергии в электрическую. Компоновка солнечных панелей вертикально в виде призмы позволяет размещать данную солнечную электростанцию на ограниченной площади, для питания потребителей небольшой мощности в любых погодных условиях, а также в условиях плотной городской застройки. Каждая из четырех граней призмы ориентирована по азимуту таким образом, что участвует в выработке электроэнергии в течение всего светового дня. Преимуществом компоновки массива солнечных панелей в виде призмы является то, что в зимний период, когда мощность солнечного излучения в несколько раз ниже, чем летом, данная электростанция вырабатывает электроэнергии больше, чем при традиционной компоновке на горизонтальной площади.

Description

Предлагаемая полезная модель относится к области солнечной энергетики и может найти применение в качестве фотоэлектрической энергоустановки для автономного электроснабжения удаленных от электрических сетей потребителей, электроприемников, размещенных в сложившихся условиях городской архитектурной среды и плотной городской застройки, а также в качестве объекта микрогенерации.

Известно, что падение лучей на плоскость поверхности фотоэлектрического преобразователя (ФЭП) под наклоном, существенно снижает плотность потока солнечного излучения, и, следовательно, снижает вырабатываемую им мощность (патент РФ №2479910 С1, МПК H02J 7/35, F24J 2/00, H01L 31/00, опубл. 20.04.2013). Решают данную проблему путем использования установок, которые непрерывно следят за положением Солнца, обеспечивая максимальную мощность излучения за счет падения солнечных лучей перпендикулярно плоскости ФЭП. Существует огромное количество различных вариантов конструкции таких систем (RU 2479910 С1, RU 2298860 С2, RU 2476957 C1, RU 171448 U1, RU 2702413 C1, RU 2377472 С1, и др.), но все они имеют следующие недостатки: сложность и невысокую надежность механической части конструкции, и ограничения по размерам подвижной части, на которой может быть размещен массив ФЭП.

Суть этого варианта конструкции солнечной электростанции (СЭС) заключается в использовании двух массивов ФЭП, один из которых ориентирован на восток, а второй на запад. Так, солнечный дом (RU 2730544 С1), имеет двухскатную крышу с солнечными модулями, первый скат из которых обращен на восток, второй скат обращен на запад, а конек крыши направлен меридионально. Оба ската крыши расположены под углом 60° друг к другу и образуют с плоскостью опорного для них перекрытия дома равносторонний треугольник (Патент РФ №2730544 С1, МПК E04D 13/18, H02S 20/24, F24S 25/61, опубл. 24.08.2020). Данная конструкция позволяет получать солнечную энергию до полудня под оптимальным углом наклона массива ФЭП ориентированным на восток, а после полудня -ориентированным на запад. Отсюда следует и главный недостаток: первую половину дня затенена (не работают ФЭП СЭС) часть, ориентированная на запад, вторую половину дня затенена восточная часть.

Кроме того, для географических широт Российской Федерации, мощность солнечного излучения зимой меньше, чем летом, в несколько раз, а в течение дня, наибольшую мощность СЭС можно получить в полдень, ориентируя массив ФЭП на юг под оптимальным углом наклона. Таким образом, СЭС, состоящая из двух массивов ФЭП с неподвижной ориентацией на восток и на запад, в полдень, в любое время года, будет получать минимум солнечного излучения.

Известны и другие способы повышения эффективности солнечной электростанции (СЭС) без использования механизмов непрерывного слежения за положением Солнца. Особенность заключается в использовании двухсторонних ФЭП, располагаемых под углом 90° к плоскости земли. Также как и в предыдущем варианте, одна сторона ФЭП ориентирована на восток, другая на запад. Основное преимущество такой конструкции заключатся в том, что в зимний период на поверхности ФЭП не скапливаются осадки в виде снега, снижая тем самым их эффективность.

Наиболее близкой по технической сущности и принятой за прототип является солнечная энергетическая установка, содержащая установленные перпендикулярно поверхности крыши солнечные модули и параллельно поверхности крыши здания отражатели солнечного излучения (Патент РФ №2755657 С1, МПК H02S 10/30, опубл. 20.09.2021).

Недостатками данной установки является то, что установка отражателей усложняет конструкцию, а на их поверхности могут скапливаться атмосферные осадки, пыль и прочие загрязнения, ухудшающие эффективность СЭС.

Задачей предлагаемой полезной модели является повышение эффективности и обеспечение широкого диапазона установленной мощности, а также уменьшение габаритов и сложности конструкции призматической солнечной электростанции, и, соответственно, обеспечение более высокой надежности и технологичности.

Решение этой задачи достигается тем, что призматическая солнечная электростанция содержит солнечные панели, согласно полезной модели, объединенные в один или более ярусов, каждый из которых представляет вертикально соединенные между собой солнечные панели в количестве 4 шт. Солнечные панели образуют квадрат, площадь которого является площадью основания призматической солнечной электростанции. Ребра образуемой солнечными панелями призмы устанавливаются ориентированными на восток, юг, запад и север.

Традиционно считается, что мощность СЭС зависит от количества ФЭП, геометрические размеры которых, в свою очередь, также связаны с их номинальной мощностью. Так, например, ФЭП мощностью 200 Вт имеет площадь ~1 м², 400 Вт - ~2 м², и т.д. Соответственно, общая занимаемая площадь СЭС мощностью 10 кВт может колебаться (в зависимости от ориентации и угла наклона ФЭП) от 60 м² до 80 м². Промышленные солнечные электростанции при мощности 10 МВт занимают площадь в несколько десятков гектаров.

Мощность призматической солнечной электростанции зависит от суммарной мощности солнечных панелей одного яруса, и общего числа ярусов в конструкции. За счет того, что солнечные панели размещаются не в горизонтальной, а в вертикальной плоскости, значительно сокращается площадь, требуемая для размещения электростанции. Даже при максимальной установленной мощности призматическая солнечная электростанция может занимать площадь не более 4-6 м. Также исключается накопление атмосферных осадков в виде снега, что значительно повышает эффективность солнечной электростанции в зимний период.

Ребра образуемой солнечными панелями призмы должны быть ориентированы на восток, юг, запад и север. При такой ориентации, в течение всего светового дня, в выработке электроэнергии участвуют все грани призматической электростанции.

Преимуществом компоновки массива солнечных панелей в виде призмы является то, что в зимний период, когда мощность солнечного излучения в несколько раз ниже, чем летом, данная электростанция вырабатывает электроэнергии больше, чем при традиционной компоновке на горизонтальной площади.

Предлагаемая призматическая солнечная электростанция поясняется чертежами, где на фиг. 1 изображен общий вид призматической солнечной электростанции; на фиг. 2 - участие солнечных батарей в выработке электроэнергии в течение всего светового дня.

Призматическая солнечная электростанция имеет форму призмы, мощность зависит от ее высоты Н, которая складывается из числа ярусов Y. При этом каждый ярус - это 4 вертикально расположенные солнечные панели, соединенные между собой и образующие квадрат L×L, площадь которого и является площадью основания (фундамента) призматической солнечной электростанции (фиг. 1).

Одно из ребер призмы по азимуту должно быть ориентировано строго на юг. В результате, все четыре стороны призматической солнечной электростанции будут участвовать в выработке электроэнергии в течение всего светового дня. В утренние часы в выработке электроэнергии участвуют солнечный панели СП1 и СП2, в полдень - СБП и СП3, а на закате – СП3 и СП4 (фиг. 2).

Схема электрических соединений солнечных панелей каждого яруса и ярусов между собой построена таким образом, что частичное или полное затенение любой из солнечных панелей не влияет на величину генерируемого всей системой тока.

Таким образом, предлагаемая призматическая солнечная электростанция позволяет обеспечить высокую надежность и технологичность при достаточно простой конструкции, а также высокую мощность при минимальной площади размещения.

Claims (1)

1. Призматическая солнечная электростанция, содержащая солнечные панели, отличающаяся тем, что они объединены в один или более ярусов, каждый из которых представляет вертикально соединенные между собой солнечные панели в количестве 4 штук, образующие квадрат, площадь которого является площадью основания призматической солнечной электростанции, а ребра образуемой солнечными панелями призмы устанавливаются ориентированными на восток, юг, запад и север.

Images