RU2382935C1 - Solar power plant with thermo-electric generator for navigation equipment devices - Google Patents

Solar power plant with thermo-electric generator for navigation equipment devices Download PDF

Info

Publication number
RU2382935C1
RU2382935C1 RU2008150263/06A RU2008150263A RU2382935C1 RU 2382935 C1 RU2382935 C1 RU 2382935C1 RU 2008150263/06 A RU2008150263/06 A RU 2008150263/06A RU 2008150263 A RU2008150263 A RU 2008150263A RU 2382935 C1 RU2382935 C1 RU 2382935C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
solar
energy
thermoelectric
sun
navigation equipment
Prior art date
Application number
RU2008150263/06A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Евгений Петрович Гладских (RU)
Евгений Петрович Гладских
Владимир Александрович Катенин (RU)
Владимир Александрович Катенин
Владимир Анатольевич Максимов (RU)
Владимир Анатольевич Максимов
Original Assignee
Федеральное Государственное Унитарное Предприятие "Государственный Научно-Исследовательский Навигационно- Гидрографический Институт Министерства Обороны Российской Федерации"
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Федеральное Государственное Унитарное Предприятие "Государственный Научно-Исследовательский Навигационно- Гидрографический Институт Министерства Обороны Российской Федерации" filed Critical Федеральное Государственное Унитарное Предприятие "Государственный Научно-Исследовательский Навигационно- Гидрографический Институт Министерства Обороны Российской Федерации"
Priority to RU2008150263/06A priority Critical patent/RU2382935C1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2382935C1 publication Critical patent/RU2382935C1/en

Links

Images

Classifications

    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02EREDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E10/00Energy generation through renewable energy sources
    • Y02E10/40Solar thermal energy, e.g. solar towers

Landscapes

  • Photovoltaic Devices (AREA)

Abstract

FIELD: heating systems.
SUBSTANCE: invention refers to independent electric power supply devices of navigation shore-based and sea-based equipment devices as power source for charging the energy storage units (storage batteries) with thermoelectric conversion of solar power. Plant with thermoelectric generator is intended for visual devices of navigation equipment, includes light-optical device, independent electric power source (accumulator) and storage energy device with mechanism of its being connected to this source; at that, it is equipped with thermoelectric converter (thermoelectric generator) as charging device, which converts heat solar energy to electric one, and which is placed inside solar-heat collector, the functions of which are performed with optical device on the basis of Fresnel lens, which is rigidly fixed in caustic neck (focus) of solar-heat collector.
EFFECT: invention shall provide design simplification, increase in reliability, life time and operation process at sites with navigation equipment devices.
1 dwg

Description

Описание изобретенияDescription of the invention

Изобретение относится к области электротехники, а в частности, к автономным энергетическим установкам зрительных средств навигационного оборудования (плавучих предостерегательных знаков и береговых светящих знаков), использующим энергию Солнца.The invention relates to the field of electrical engineering, and in particular, to stand-alone power plants for the visual aids of navigation equipment (floating warning signs and coastal luminous signs) using the energy of the Sun.

Известны средства навигационного оборудования (СНО) различных модификаций и назначения, использующие для электропитания светооптической аппаратуры и других потребителей энергию Солнца. Всеми солнечными энергетическими установками известных СНО используется эффект фотоэлектронной эмиссии (фотоэлектрические преобразователи - солнечные батареи), например, гидрометеорологический буй DB 4700 производства норвежской фирмы AANDERAA Data Instruments (информация: «Компания ИНФОМАР» www.infomarcompany.com). Для электропитания светооптической и гидрометеорологической аппаратуры этот буй оснащен девятью солнечными панелями по 5,5 Вт каждая.Known means of navigation equipment (SSS) of various modifications and purposes that use the energy of the sun to power optical equipment and other consumers. All solar power plants of known SSS use the effect of photoelectron emission (photoelectric converters - solar panels), for example, a hydrometeorological buoy DB 4700 manufactured by the Norwegian company AANDERAA Data Instruments (information: INFOMAR Company www.infomarcompany.com). For power supply of light-optical and hydrometeorological equipment, this buoy is equipped with nine solar panels of 5.5 W each.

Существенным недостатком эксплуатации данного буя является наружное расположение солнечных панелей на его корпусе. Для буев, используемых в замерзающих морях, это является неприемлемым из-за повреждений солнечных модулей льдинами в периоды ледостава и ледохода.A significant drawback in the operation of this buoy is the external arrangement of solar panels on its body. For buoys used in freezing seas, this is unacceptable due to damage to solar modules by ice floes during periods of freezing and freezing.

В СНО берегового базирования недостатком применения солнечных панелей является схема их ориентации. Классикой в северном полушарии является жесткая ориентация солнечных панелей лицевой стороной на юг под углом наклона, равным широте места. Вследствие такого расположения, солнечная радиация максимально используется только в полуденное время, а в утренние и вечерние часы уровень получаемой радиации значительно снижается из-за острых углов падения солнечных лучей на поверхность модуля. Это обстоятельство, а также невозможность использования гелиоконцентраторов при данном модульном исполнении фотоэлектрических преобразователей, делает процесс преобразования солнечной энергии малоэффективным. Кроме того, наружное расположение солнечных панелей не защищает их от затенения снежным покровом и обледенения, а также проявлений вандализма.In coastal navigation aids, the disadvantage of using solar panels is their orientation pattern. A classic in the northern hemisphere is the rigid orientation of the solar panels with their faces to the south at an angle of inclination equal to the latitude of the place. Due to this arrangement, solar radiation is maximally used only in the afternoon, and in the morning and evening hours the level of radiation received is significantly reduced due to the sharp angles of incidence of sunlight on the surface of the module. This fact, as well as the impossibility of using solar concentrators with this modular design of photovoltaic converters, makes the process of converting solar energy inefficient. In addition, the external location of the solar panels does not protect them from shading with snow and icing, as well as manifestations of vandalism.

Известны также энергетические установки, использующие для питания светооптических устройств СНО термоэлектрические преобразователи тепловой энергии в электрическую, такие как радиоизотопные термоэлектрические генераторы - РИТЭГ.Power plants are also known that use thermoelectric converters of thermal energy to electric energy, such as radioisotope thermoelectric generators - RTGs, for powering light-optic devices СНО.

Использование РИТЭГ признано отрицательным вследствие неблагоприятного воздействия на здоровье человека и окружающую среду. В соответствии с Федеральным Законом №187-ФЗ от 23.12.2003 г. проводится демонтаж и утилизация РИТЭГ, расположенных в прибрежной зоне морей Российской Федерации.The use of RTGs was recognized as negative due to adverse effects on human health and the environment. In accordance with Federal Law No. 187-FZ of December 23, 2003, RTGs located in the coastal zone of the seas of the Russian Federation are dismantled and disposed of.

Данные обстоятельства обуславливают разработку и создание новых, экологически чистых, автономных источников энергии для значительного количества зрительных СНО берегового и морского базирования.These circumstances determine the development and creation of new, environmentally friendly, autonomous energy sources for a significant number of visual aids to coast and sea based.

Задачей настоящего изобретения является создание автономной энергетической установки для СНО, работа которой основана на преобразовании тепловой энергии Солнца в электрическую, и предназначенной для подзарядки накопителя энергии, питающего источник света, а также обеспечивающей экологическую чистоту, надежность, долговечность, упрощение процесса эксплуатации объектов СНО и способной предохранить составные элементы солнечной энергетической установки с термоэлектрическим генератором от внешних повреждений и проявлений вандализма.The objective of the present invention is to provide an autonomous energy installation for aids to navigation, the operation of which is based on the conversion of thermal energy of the sun into electrical energy, and is designed to recharge the energy store that supplies the light source, as well as providing environmental cleanliness, reliability, durability, simplification of the operation of aids to navigation and capable of to protect the components of a solar power plant with a thermoelectric generator from external damage and manifestations of vandalism .

Поставленная задача достигается тем, что в солнечной энергетической установке с термоэлектрическим генератором, предназначенной для зрительных средств навигационного оборудования, содержится светооптическое устройство, автономный источник электропитания (аккумулятор) и подзарядное энергетическое устройство с механизмом подключения его к данному источнику. Она снабжена в качестве подзарядного устройства термоэлектрическим преобразователем (термоэлектрическим генератором), преобразующим тепловую энергию Солнца в электрическую и помещенным внутри гелиоконцетратора, функции которого выполняет оптическое устройство на основе линзы Френеля, исключающего необходимость использования системы слежения за видимым движением Солнца и позволяющего преломлять и фокусировать направленное солнечное излучение независимо от положения Солнца по горизонту и высоте и жестко закрепленного в шейке каустики (фокусе) гелиоконцентратора.The task is achieved by the fact that in a solar power installation with a thermoelectric generator designed for the visual aids of navigation equipment, it contains a light-optical device, an autonomous power source (battery) and a rechargeable energy device with a mechanism for connecting it to this source. It is equipped as a recharging device with a thermoelectric converter (thermoelectric generator) that converts the thermal energy of the Sun into electrical energy and placed inside the helioconceptor, the functions of which are performed by an optical device based on a Fresnel lens, eliminating the need to use a tracking system for the visible movement of the Sun and allowing to refract and focus directed solar radiation irrespective of the position of the Sun in horizon and height and rigidly fixed in the neck sticks (focus) of the helioconcentrator.

В состав любой солнечной энергетической системы с термоэлектрическим генератором (ТЭГ) входит: сам ТЭГ с термоэлементами, система концентрации солнечной радиации (гелиоконцентратор) и система слежения за видимым движением Солнца.The composition of any solar energy system with a thermoelectric generator (TEG) includes: the TEG itself with thermocouples, a concentration system of solar radiation (solar concentrator) and a system for tracking the visible movement of the sun.

Предлагаемое устройство значительно упрощает данную схему, поскольку исключает систему слежения, а функции гелиоконцентратора выполняет линза Френеля. Используемые в СНО линзы Френеля предназначены для преломления светового потока источника света, помещенного в фокусе диоптрической системы, и направления его вдоль оптической оси, т.е. создания направленного светового потока. Линза Френеля обладает способностью и обратного действия - направленное солнечное излучение фокусируется за линзой в каустике. В самом узком месте каустики (шейке каустики) находится практический фокус оптической системы, в котором и должен помещаться термоэлемент ТЭГ. При использовании линзы Френеля отпадает необходимость слежения за Солнцем по горизонту, а для учета изменяющейся в течение дня высоты Солнца профиль Френеля с учетом предложения Аллара создается таким образом, чтобы в любой момент времени определенная часть ступеней линзы фокусировала солнечные лучи в шейку каустики, в которую помещается термоэлемент.The proposed device greatly simplifies this scheme, since it eliminates the tracking system, and the Fresnel lens performs the functions of the solar concentrator. Fresnel lenses used in aids to navigation are designed to refract the light flux of a light source placed at the focus of the diopter system and direct it along the optical axis, i.e. creating directional light output. The Fresnel lens also has the ability to reverse the action - directed solar radiation focuses behind the lens in the caustic. At the narrowest point of the caustic (caustic neck) is the practical focus of the optical system, in which the thermocouple TEG should be placed. When using the Fresnel lens, there is no need to monitor the Sun horizontally, and to take into account the altitude of the Sun changing during the day, the Fresnel profile, taking into account Allar’s proposal, is created so that at any time a certain part of the lens steps focus the sun's rays into the caustic neck, into which thermocouple.

Выработанное ТЭГ электричество, системой управления, включающей в себя контроллер заряда, подается в накопитель энергии (аккумулятор или батарею аккумуляторов), который в свою очередь обеспечивает электроэнергией светодиодный излучатель (СДИ) в темное время суток.The electricity generated by the TEG, a control system that includes a charge controller, is supplied to the energy storage device (battery or battery), which in turn provides electricity to the LED emitter (LED) in the dark.

Предлагаемое техническое решение является новым, поскольку из общедоступных источников информации не выявлено описание подобной солнечной энергетической системы СНО, использующей термоэлектрические генераторы.The proposed technical solution is new, because from publicly available sources of information there is no description of such a solar energy system of aids to navigation, using thermoelectric generators.

Предлагаемое техническое решение имеет изобретательский уровень, поскольку из опубликованных научных данных и известных технических решений явным образом не следует, что заявленные отличительные технические признаки солнечной энергетической установки с термоэлектрическим генератором при ее использовании могут существенно повысить надежность, долговечность и значительно упростить процесс эксплуатации зрительных СНО.The proposed technical solution has an inventive step, since it does not explicitly follow from published scientific data and known technical solutions that the claimed distinctive technical features of a solar power plant with a thermoelectric generator, when used, can significantly increase the reliability, durability and greatly simplify the operation of visual Aids.

Предлагаемое техническое решение промышленно применимо, так как для его реализации могут быть использованы стандартные средства навигационного оборудования, традиционные технологии по изготовлению линз Френеля и термоэлектрических генераторов, а также стандартное оборудование и приспособления для модернизации этих средств.The proposed technical solution is industrially applicable, since standard means of navigation equipment, traditional technologies for the manufacture of Fresnel lenses and thermoelectric generators, as well as standard equipment and devices for the modernization of these tools can be used for its implementation.

Пример реализацииImplementation example

На чертеже схематично изображен вид и принципиальная блок-схема солнечной термоэнергетической установки визуального СНО с расположением внутри его корпуса 7 предлагаемых технических средств и их структурное соединение.The drawing schematically shows a view and a basic block diagram of a solar thermal power installation of visual aids to navigation with the location of 7 proposed technical means inside its body and their structural connection.

Данная установка имеет в своем составе: светодиодный излучатель 1, сопряженный системой управления 4 с накопителем энергии (аккумуляторной батареей) 5, фокусирующую линзу Френеля 2, термоэлектрический преобразователь с блоком термоэлементов 3, передающий электрическую энергию через систему управления 4 в накопитель энергии (аккумуляторную батарею) 5 и световой датчик 6, подающий сигнал системе управления 4 на включение светодиодного излучателя 1 при наступлении сумерек и отключение его с рассветом.This installation includes: an LED emitter 1, interfaced with a control system 4 with an energy storage device (battery) 5, a focusing Fresnel lens 2, a thermoelectric converter with a thermocouple block 3 that transfers electric energy through a control system 4 to an energy storage device (battery) 5 and a light sensor 6, which gives a signal to the control system 4 to turn on the LED emitter 1 at dusk and turn it off at dawn.

Работа солнечной энергетической установки с термоэлектрическим генератором осуществляется следующим образом. С восходом Солнца световой датчик 6 подает сигнал в систему управления 4, которая выключает светодиодный излучатель 1. С этого момента начинается процесс накопления энергии в накопителе энергии (аккумуляторной батарее) 5. Направленное солнечное излучение (на чертеже схематично показано положение Солнца на восходе/закате, в полдень и утреннее/вечернее время) преломляется и фокусируется определенными ступенями линзы Френеля 2 в шейку каустики (фокус), в котором находится центр блока термоэлементов термоэлектрического генератора 3. Преобразованная солнечная энергия с термогенератора 3 подается в систему управления 4, в состав которой входит контроллер заряда накопителя энергии (аккумуляторной батареи). Контроллер регулирует процесс заряда накопителя и обеспечивает его защиту от перезаряда.The work of a solar power plant with a thermoelectric generator is as follows. With the rising of the sun, the light sensor 6 sends a signal to the control system 4, which turns off the LED emitter 1. From this moment, the process of energy storage in the energy storage (battery) starts 5. Directional solar radiation (the drawing schematically shows the position of the Sun at sunrise / sunset, at noon and morning / evening time) it is refracted and focused by certain steps of the Fresnel lens 2 into the caustic neck (focus), in which the center of the block of thermoelements of the thermoelectric generator 3 is located. bathroom solar energy with thermoelectric generator 3 is supplied to the control system 4, which includes the charge energy storage controller (storage battery). The controller regulates the charge process of the drive and provides its protection against overcharging.

С заходом Солнца световой датчик 6 подает сигнал в систему управления 4, в составе которой имеется проблескатор, осуществляющий включение светодиодного излучателя 1 и его работу с заданными характеристиками. Электропитание светодиодного излучателя происходит от накопителя энергии (аккумуляторной батареи) 5.With the sunset, the light sensor 6 sends a signal to the control system 4, which includes a flashlight, which turns on the LED emitter 1 and its operation with the specified characteristics. The power supply of the LED emitter comes from the energy storage device (battery) 5.

Технико-экономическая эффективность заявленного устройства заключается в существенном повышении экологичности, безопасности, надежности и упрощении процесса эксплуатации зрительных СНО, а также высокой вандалозащищенности, обусловленной внутренним расположением элементов устройства. Благодаря предложенным отличительным признакам заявленного изобретения, обеспечивается значительное сокращение финансовых расходов на обслуживание СНО.The technical and economic efficiency of the claimed device is to significantly increase the environmental friendliness, safety, reliability and simplification of the operation of visual aids, as well as high vandal resistance, due to the internal arrangement of the elements of the device. Thanks to the proposed distinguishing features of the claimed invention, a significant reduction in financial costs for maintenance of aids to navigation is provided.

Claims (1)

Солнечная энергетическая установка с термоэлектрическим генератором, предназначенная для зрительных средств навигационного оборудования, содержащая светооптическое устройство, автономный источник электропитания (аккумулятор) и подзарядное энергетическое устройство с механизмом подключения его к данному источнику, отличающаяся тем, что она снабжена в качестве подзарядного устройства термоэлектрическим преобразователем (термоэлектрическим генератором), преобразующим тепловую энергию Солнца в электрическую и помещенным внутри гелиоконцетратора, функции которого выполняет оптическое устройство на основе линзы Френеля, исключающего необходимость использования системы слежения за видимым движением Солнца и позволяющего преломлять и фокусировать направленное солнечное излучение независимо от положения Солнца по горизонту и высоте и жестко закрепленного в шейке каустики (фокусе) гелиоконцентратора. A solar power plant with a thermoelectric generator, designed for the visual aids of navigation equipment, containing a light-optical device, an autonomous power source (battery) and a rechargeable energy device with a mechanism for connecting it to this source, characterized in that it is equipped with a thermoelectric converter (thermoelectric as a charging device) generator), which converts the thermal energy of the sun into electrical energy and is placed inside of a lyoconcentrator, whose functions are performed by an optical device based on a Fresnel lens, eliminating the need to use a tracking system for the visible movement of the Sun and allowing refracting and focusing directed solar radiation regardless of the position of the Sun across the horizon and height and the helioconcentrator rigidly fixed in the caustic neck (focus).
RU2008150263/06A 2008-12-18 2008-12-18 Solar power plant with thermo-electric generator for navigation equipment devices RU2382935C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2008150263/06A RU2382935C1 (en) 2008-12-18 2008-12-18 Solar power plant with thermo-electric generator for navigation equipment devices

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2008150263/06A RU2382935C1 (en) 2008-12-18 2008-12-18 Solar power plant with thermo-electric generator for navigation equipment devices

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2382935C1 true RU2382935C1 (en) 2010-02-27

Family

ID=42127884

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2008150263/06A RU2382935C1 (en) 2008-12-18 2008-12-18 Solar power plant with thermo-electric generator for navigation equipment devices

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2382935C1 (en)

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2617607C1 (en) * 2016-05-05 2017-04-25 Открытое акционерное общество "Государственный научно-исследовательский навигационно-гидрографический институт" (ОАО "ГНИНГИ") Navigation buoy with integrated power plant
RU2640795C1 (en) * 2016-11-08 2018-01-12 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Донской государственный аграрный университет" (ФГБОУ ВО Донской ГАУ) Method of layout and spatial orientation of photoelectric panels in solar electric station without tracing sun
RU2672830C1 (en) * 2018-02-12 2018-11-19 Владимир Васильевич Чернявец Navigation buoy with complex energy installation
WO2024130916A1 (en) * 2022-12-23 2024-06-27 深圳供电局有限公司 Laser navigation device and intelligent substation inspection system

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2617607C1 (en) * 2016-05-05 2017-04-25 Открытое акционерное общество "Государственный научно-исследовательский навигационно-гидрографический институт" (ОАО "ГНИНГИ") Navigation buoy with integrated power plant
RU2640795C1 (en) * 2016-11-08 2018-01-12 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Донской государственный аграрный университет" (ФГБОУ ВО Донской ГАУ) Method of layout and spatial orientation of photoelectric panels in solar electric station without tracing sun
RU2672830C1 (en) * 2018-02-12 2018-11-19 Владимир Васильевич Чернявец Navigation buoy with complex energy installation
WO2024130916A1 (en) * 2022-12-23 2024-06-27 深圳供电局有限公司 Laser navigation device and intelligent substation inspection system

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US20080232094A1 (en) Solar powered post lamp
US7582826B2 (en) Compact photovoltaic generation assembly and power supply
RU2382935C1 (en) Solar power plant with thermo-electric generator for navigation equipment devices
UA112906C2 (en) SOLAR-WIND INSTALLATION
RU2488915C2 (en) Solar concentrator module (versions)
CN108431519B (en) Solar energy and wind energy power generation device and system
KR100931400B1 (en) System for collecting solar energy for hot water
Whavale et al. A review of Adaptive solar tracking for performance enhancement of solar power plant
CN211830323U (en) Novel solar energy ocean buoy self-power supply device
Sahu et al. Automatic sun tracking for the enhancement of efficiency of solar energy system
KR101290126B1 (en) Illumination system having mirrors to condense and sense the sun exactly and a multiplex renewable energy system
CN204127847U (en) Light-focusing type solar photoelectric LED street lamp
US20160315583A1 (en) Solar water-collecting, air-conditioning, light-transmitting and power generating house
CN101639192A (en) Solar LED lamp
Keskar Vinaya Electricity generation using solar power
CN201731427U (en) Solar fiber lamp
CN106642742A (en) Solar heat collection technology based on outward-bulging lens internally provided with steps
RU2544896C1 (en) Mobile stand-alone solar power plant
RU117589U1 (en) CIRCULAR MULTI-FUNCTIONAL SOLAR POWER INSTALLATION
CN203442660U (en) Natural lighting solar device
Chhetri et al. Effect of Phase Change Material and orientation angles on the efficiency of hexagonal solar Photo-voltaic module
RU2431787C2 (en) Solar power station
Vincenzi et al. Low concentration solar louvres for building integration
Ali et al. Efficient autonomous heliostat system
JP6116741B1 (en) Photovoltaic generator

Legal Events

Date Code Title Description
MM4A The patent is invalid due to non-payment of fees

Effective date: 20101219