RU2718376C1

RU2718376C1 - Combined helio-piezoelectric modular unit

Info

Publication number: RU2718376C1
Application number: RU2019132378A
Authority: RU
Inventors: Анастасия Петровна Пирожникова; Максим Александрович Говорунов; Татьяна Леонидовна Пирожникова
Priority date: 2019-10-14
Filing date: 2019-10-14
Publication date: 2020-04-02

Abstract

FIELD: renewable energy.SUBSTANCE: invention relates to renewable energy and can be used for generation of electric energy by conversion of solar radiation, as well as vibration, mechanical and wind effects, with subsequent use to provide consumers with different purposes. Combined helio-piezoelectric modular unit consists of a single structural frame structure, which combines protective screens, carcass bases, carcass beams and transverse guides, on which fixing bases are placed with helio-piezoelectric composite elements placed in them, wherein helio-piezoelectric composite elements are made from materials with shape recovery function, and single structural frame structure, by means of controller of automation system, has the possibility of adjusting angle of inclination and orientation of helio-piezoelectric composite elements by mechanical transmission.EFFECT: intensification of production of electric energy from renewable sources with possibility of adjustment for curvature of mounting surface, adjustment of angle of inclination and orientation of helio-piezoelectric composite elements, change of dimensions and arrangement on any surface.7 cl, 11 dwg, 1 tbl

Description

Изобретение относится к области возобновляемой энергетики, и может быть использовано для генерирования электрической энергии посредством преобразования солнечной радиации, а также вибрационного, механического и ветрового воздействия, с последующим использованием для обеспечения потребителей различного назначения.The invention relates to the field of renewable energy, and can be used to generate electrical energy by converting solar radiation, as well as vibration, mechanical and wind effects, followed by use to provide consumers for various purposes.

Известны фотоэлектрические модули, служащие для преобразования солнечной энергии в электрическую, и выполненные из монокристаллических, поликристаллических или аморфных кремниевых элементов (см., например, В.И. Виссарионова, Г.В. Дерюгина «Солнечная энергетика», учебное пособие. – Москва: Издательский дом МЭИ, 2008 г. С. 209-210). Недостатком данных устройств является ограниченность посезонной эксплуатации: невозможно применение при отсутствии солнечного излучения. В отличие от комбинированных установок, выработка электрической энергии осуществляется только от одного энергетического источника, вследствие чего КПД фотоэлектрических модулей ниже. Known photovoltaic modules that are used to convert solar energy into electrical energy, and made of single-crystal, polycrystalline or amorphous silicon elements (see, for example, V.I. Vissarionova, G.V.Deryugina "Solar Energy", study guide. - Moscow: Publishing House MPEI, 2008, S. 209-210). The disadvantage of these devices is the limited seasonal operation: it is impossible to use in the absence of solar radiation. Unlike combined installations, the generation of electrical energy is carried out only from one energy source, as a result of which the efficiency of photovoltaic modules is lower.

Известны ветроэнергетические установки с вертикально или горизонтально ориентированными лопастями, которые приводятся во вращательное движение при воздействии на них ветровой нагрузки (см., например, А.П. Кашкаров, «Ветрогенераторы, солнечные батареи и другие полезные конструкции», учебное пособие. – Москва: ДМК Пресс, 2011 г. С. 38-39). Недостатками данных устройств является низкое КПД, зависимость от высокой величины скорости движения ветра (генерация электроэнергии осуществляется только при скорости ветра более 7 м/с), большие габариты, возможность установки только за пределами населенных пунктов, что требует большой протяженности линий электропередач, зависимость от направления воздушного потока, отсутствие возможности прямого преобразования вибрационного и механического воздействия в электрическую энергию и высокое шумовое воздействие, в том числе, инфразвуковое.Known wind power plants with vertically or horizontally oriented blades that are driven in rotational motion when exposed to wind loads (see, for example, A.P. Kashkarov, "Wind generators, solar panels and other useful structures", study guide. - Moscow: DMK Press, 2011, pp. 38-39). The disadvantages of these devices are low efficiency, the dependence on the high value of the wind speed (electricity is generated only at a wind speed of more than 7 m / s), large dimensions, the ability to install only outside the settlements, which requires a large length of power lines, depending on the direction air flow, the inability to directly convert vibration and mechanical effects into electrical energy and high noise impact, including infrasound st.

Известны устройства для преобразования вибрационного и механического воздействия в электрическую энергию и состоящие из пьезокристаллических элементов, принцип работы которых основывается на прямом пьезоэлектрическом эффекте (генерации электрической энергии при воздействии на пьезокристалл обратимых механических деформаций) (см., например, В.А. Головнин, И.А. Каплунов, О.В. Малышкина, Б.Б. Педько, А.А. Мовчикова «Физические основы, методы исследования и практическое применение пьезоматериалов», учебное пособие. – Москва: Техносфера, 2013 г. С. 218-224). Недостатками данных устройств является низкое КПД, при генерации электричества только от одного источника, и зависимость эффективности генерации электрической энергии от механического и вибрационного воздействия, при котором влияние распространяется на всю группу пьезоэлементов.Known devices for converting vibrational and mechanical effects into electrical energy and consisting of piezocrystalline elements, the principle of operation of which is based on the direct piezoelectric effect (generation of electrical energy when the piezocrystal is subjected to reversible mechanical deformations) (see, for example, V.A. Golovnin, I .A. Kaplunov, OV Malyshkina, BB Pedko, AA Movchikova “Physical fundamentals, research methods and practical application of piezomaterials”, textbook. - Moscow: Technosphere, 2013 Pp. 218-224). The disadvantages of these devices are the low efficiency when generating electricity from only one source, and the dependence of the efficiency of generating electrical energy on mechanical and vibrational effects, in which the effect extends to the entire group of piezoelectric elements.

Известно изобретение гелиоветровой энергетической установки, состоящей из горизонтально ориентированного лопастного вентилятора, преобразующего энергию ветра, и солнечной батареи, вырабатывающей электрическую энергию посредством фотоэффекта (см. патент RU 2349792 С1, F03D 1/02, F03D 1/04, опубликовано 20.03.2009). Недостатками данной комбинированной установки являются большие габариты, зависимость от направления и величины скорости ветра, высокое шумовое воздействие, в том числе, инфразвуковое, необходимость размещения за чертой населенных пунктов и невозможность прямого преобразования в электрическую энергию вибрационного и механического воздействия.The invention of a solar wind power plant is known, consisting of a horizontally oriented blade fan that converts wind energy, and a solar battery that generates electrical energy through the photoelectric effect (see patent RU 2349792 C1, F03D 1/02, F03D 1/04, published March 20, 2009). The disadvantages of this combined installation are the large dimensions, the dependence on the direction and magnitude of the wind speed, high noise impact, including infrasound, the need to locate settlements outside the boundaries and the inability to directly convert vibration and mechanical effects into electrical energy.

Наиболее близким техническим решением является изобретение гелиоветровой энергетической установки, состоящей из фотоэлектрических модулей, генерирующих электрическую энергию от солнечного излучения, пьезоэлектрической пленки, преобразующей энергию вибрационного и механического воздействия ветра в электрическую энергию, и вертикально ориентированного лопастного ветряка, генерирующего электрическую энергию путем преобразования воздействия воздушных потоков, формируемых ветром (см. патент RU 2406941 С1, F24J 2/42, опубликовано 20.12.2010).The closest technical solution is the invention of a solar wind power plant, consisting of photovoltaic modules generating electrical energy from solar radiation, a piezoelectric film that converts the energy of the vibration and mechanical effects of wind into electrical energy, and a vertically oriented paddle windmill generating electrical energy by converting the effects of air currents formed by the wind (see patent RU 2406941 C1, F24J 2/42, published on December 20, 2010).

Недостатками данного устройства являются: большие габариты при расположении в условиях городской застройки, низкая надежность пьезоэлементов, выполненных в форме пленки, имеющей вероятность порыва, при критическом нагружении или воздействии твердых дисперсных частиц (в особенности краеугольных и режущих), отсутствие возможности регулирования ориентации установки и угла наклона фотоэлектрических модулей, а также большая материалоемкость. The disadvantages of this device are: large dimensions when located in urban areas, low reliability of piezoelectric elements made in the form of a film having a probability of rupture under critical loading or exposure to solid dispersed particles (especially corner and cutting), the inability to control the orientation of the installation and angle tilt of PV modules, as well as high material consumption.

Задачей изобретения является интенсификация производительности электрической энергии от возобновляемых источников, путем формирования комбинированной всесезонной компактной модульной системы, генерирующей электроэнергию посредством преобразования солнечной радиации, вибрационного, механического и ветрового воздействия, при существующей возможности размещения в условиях городской застройки без нарушения пределов шумового воздействия, на любой поверхности с любым углом наклона и кривизной.The objective of the invention is to intensify the performance of electric energy from renewable sources, by forming a combined multigrade compact modular system that generates electricity by converting solar radiation, vibration, mechanical and wind effects, with the existing possibility of placement in urban areas without violating the limits of noise exposure, on any surface with any angle of inclination and curvature.

Технический результат – осуществление интенсификации производительности электрической энергии от возобновляемых источников с возможностью подстраиваться под кривизну установочной поверхности, регулирования угла наклона и ориентации гелио-пьезоэлектрических композитных элементов, изменения габаритов и размещения на любой поверхности. EFFECT: intensification of electric energy productivity from renewable sources with the ability to adapt to the curvature of the installation surface, adjusting the angle and orientation of the helio-piezoelectric composite elements, changing the dimensions and placement on any surface.

Сущность изобретения заключается в том, что комбинированная гелио-пьезоэлектрическая модульная установка, состоящая из единой структурной каркасной конструкции, совмещающей защитные экраны, каркасные основания, каркасные балки и поперечные направляющие, на которых размещаются фиксирующие основания с помещенными в них гелио-пьзоэлектрическими композитными элементами, при этом гелио-пьезоэлектрические композитные элементы выполняются из материалов с функцией восстановления формы, а единая структурная каркасная конструкция, посредством контроллера системы автоматики, имеет возможность регулирования угла наклона и ориентации гелио-пьезоэлектрических композитных элементов, путем механической передачи.The essence of the invention lies in the fact that the combined helio-piezoelectric modular installation, consisting of a single structural frame structure that combines protective screens, frame bases, frame beams and transverse guides on which the fixing bases are placed with the helio-piezoelectric composite elements placed in them, This helio-piezoelectric composite elements are made of materials with the function of shape recovery, and a single structural frame structure, in the middle Twomey controller control system, has the possibility of regulating the angle of inclination and orientation helio-composite piezoelectric elements, by mechanical transmission.

Механическая передача содержит осевые стержни, зубчатые направляющие, шестерни регулирования ориентации, цепи горизонтальных зубчатых колес, цепи вертикальных зубчатых колес, горизонтальных зубчатых колес, вертикальных зубчатых колес, валов горизонтальных зубчатых колес и направляющих зубчатых колес. A mechanical transmission comprises axial rods, gear rails, orientation control gears, horizontal gear chains, vertical gear chains, horizontal gears, vertical gears, horizontal gear shafts and guide gears.

Механическая передача выполнена из полимерных материалов с функцией абсорбции ударной нагрузки.The mechanical transmission is made of polymer materials with shock absorption function.

Каркасное основание и защитные экраны выполнены с наличием поворотных элементов.The frame base and protective shields are made with rotary elements.

Защитные экраны выполнены с возможностью изменения длины.Protective screens are made with the possibility of changing the length.

Между фиксирующим основанием и гелио-пьезоэлектрическим композитным элементом выполнена герметизирующая резиновая прослойка.A sealing rubber layer is made between the fixing base and the helio-piezoelectric composite element.

Угол наклона гелио-пьезоэлектрических композитных элементов может меняться в пределах от 15° до 165°.The inclination angle of the helio-piezoelectric composite elements can vary from 15 ° to 165 °.

Сущность изобретения поясняется чертежами. The invention is illustrated by drawings.

На фиг. 1 изображен вертикальный профильный разрез основания гелио-пьезоэлектрического композитного элемента.In FIG. 1 shows a vertical profile section of the base of a helio-piezoelectric composite element.

На фиг. 2 изображен вертикальный фронтальный разрез гелио-пьезоэлектрического композитного элемента.In FIG. 2 shows a vertical frontal section of a helio-piezoelectric composite element.

На фиг. 3 изображен вертикальный профильный разрез гелио-пьезоэлектрического композитного элемента.In FIG. 3 shows a vertical sectional view of a helio-piezoelectric composite element.

На фиг. 4 изображен вертикальный профильный разрез гелио-пьезоэлектрического композитного элемента в наклонном положении.In FIG. 4 shows a vertical sectional view of a helio-piezoelectric composite element in an inclined position.

На фиг. 5 изображен вертикальный профильный разрез гелио-пьезоэлектрического композитного элемента в процессе эксплуатации.In FIG. 5 shows a vertical profile section of a helio-piezoelectric composite element during operation.

На фиг. 6 изображена изометрическая проекция гелио-пьезоэлектрического композитного элемента с вырезом четверти.In FIG. 6 is an isometric view of a helio-piezoelectric composite element with a quarter cut.

На фиг. 7 изображен блок регулирования ориентации и угла наклона гелио-пьезоэлектрических композитных элементов.In FIG. 7 shows a control unit for the orientation and inclination of the helio-piezoelectric composite elements.

На фиг. 8 изображен фронтальный вид механической передачи регулирования угла наклона гелио-пьезоэлектрических композитных элементов.In FIG. 8 is a front view of a mechanical transmission for adjusting the angle of inclination of the helio-piezoelectric composite elements.

На фиг. 9 изображена изометрическая проекция комбинированной гелио-пьезоэлектрической модульной установки.In FIG. 9 is an isometric view of a combined helio-piezoelectric modular installation.

На фиг. 10 изображена электрическая схема подключения комбинированной гелио-пьезоэлектрической модульной установки и ее системы автоматики.In FIG. 10 shows an electrical connection diagram of a combined solar-piezoelectric modular installation and its automation system.

На фиг. 11 изображена изометрическая проекция крепежного профильного Т-образного соединения.In FIG. 11 is an isometric view of a mounting profile T-shaped joint.

Гелио-пьезоэлектрический композитный элемент 1 комбинированной гелио-пьезоэлектрической модульной установки состоит из мягкого силиконового корпуса 2 с функцией памяти формы, в объем которого помещены пьезокристаллы 3 и гибкий фотоэлектрический элемент 4, с размещенной между ними продольной перегородкой 5. При этом мягкий силиконовый корпус 2 покрыт светопрозрачной армирующей пленкой 6, предотвращающей механические повреждения гелио-пьезоэлектрического композитного элемента 1. А с целью интенсификации производительности электрической энергии на поверхность внутренней стороны мягкого силиконового корпуса 2 и на поверхность внешней стороны светопрозрачной армирующей пленки 6 нанесен слой антирефлектирующего селективного покрытия 7, повышающего коэффициент поглощения и уменьшающего коэффициент отражения гибкого фотоэлектрического элемента 4. При этом нанесение антирефлектирующего селективного покрытия 7 производится только на поверхность эквидистантную площади лучеприемной поверхности 8 гибкого фотоэлектрического элемента 4.The helio-piezoelectric composite element 1 of the combined helio-piezoelectric modular installation consists of a soft silicone case 2 with a shape memory function, in the volume of which piezoelectric crystals 3 and a flexible photoelectric element 4 are placed, with a longitudinal partition 5 placed between them. The soft silicone case 2 is covered translucent reinforcing film 6, which prevents mechanical damage to the helio-piezoelectric composite element 1. And in order to intensify the performance of the electric energy on the surface of the inner side of the soft silicone housing 2 and on the surface of the outer side of the translucent reinforcing film 6 is applied a layer of antireflective selective coating 7, which increases the absorption coefficient and reduces the reflection coefficient of the flexible photoelectric element 4. In this case, the deposition of antireflective selective coating 7 is made only on an equidistant surface the area of the beam surface 8 of the flexible photoelectric element 4.

Процесс работы гелио-пьезоэлектрической модульной установки основывается на явлениях прямых фото- и пьезоэлектрического эффектов, где пьезоэлектрический эффект обуславливает генерацию электрической энергии от погодных факторов, воздействующих на пьезокристалл 3 путем формирования вибрационной и механической нагрузок, а фотоэлектрический эффект позволяет генерировать электрическую энергию посредством облучения лучеприемной поверхности 8 гибкого фотоэлектрического элемента 4 солнечными лучами. При этом механическая нагрузка на пьезокристалл 3 формируется за счет ветрового воздушного потока 9, вызывающего линейную обратимую деформацию пьезокристалла 3, а вибрационная обуславливается влиянием, ударяющихся капель дождя о гелио-пьезоэлектрический композитный элемент 1 и его каркасную основу 10 (см.: фиг. 9). The process of operation of the solar-piezoelectric modular installation is based on the phenomena of direct photo- and piezoelectric effects, where the piezoelectric effect determines the generation of electrical energy from weather factors acting on the piezoelectric crystal 3 by forming vibrational and mechanical loads, and the photoelectric effect allows the generation of electrical energy by irradiating the radiation receiving surface 8 flexible photovoltaic cell 4 sunbeams. In this case, the mechanical load on the piezocrystal 3 is formed due to the wind air flow 9, which causes a linear reversible deformation of the piezocrystal 3, and the vibrational stress is caused by the impact of raindrops on the helio-piezoelectric composite element 1 and its frame base 10 (see: Fig. 9) .

Кроме того, механическое и вибрационное воздействие формируется за счет выпадения осадков в виде твердых частиц (градин и иных крупнодисперсных тел), способных передать импульс пьезокристаллу 3. In addition, mechanical and vibrational effects are formed due to precipitation in the form of solid particles (hailstones and other coarse particles), capable of transmitting momentum to piezocrystal 3.

При этом отвод электрической энергии сгенерированной пьезокристаллом 3 и гибким фотоэлектрическим элементом 4 осуществляется медным проводником 11 через провод 12, заключенный в полимерную гофрированную оболочку 13, предотвращающую перекручивание и изгиб провода 12.While the removal of electrical energy generated by the piezocrystal 3 and the flexible photoelectric element 4 is carried out by a copper conductor 11 through a wire 12 enclosed in a polymeric corrugated sheath 13, which prevents twisting and bending of the wire 12.

Для возможности крепления к поперечным направляющим 14 гелио-пьезоэлектрические композитные элементы 1 размещаются в фиксирующих основаниях 15 путем разъемного соединения на зацепах 16, выполненного с наличием герметизирующей резиновой прокладки 17 по всей площади контакта мягкого силиконового корпуса 2 с фиксирующим основанием 15 каждого гелио-пьезоэлектрического композитного элемента 1. При этом герметизирующая резиновая прокладка 17 выполнена таким образом, чтобы упруго жестко фиксировать гофрированную оболочку 13 путем размещения у места ее присоединения к медному проводнику 11 окаймляющей формы 18.For the possibility of fastening to the transverse rails 14, the helio-piezoelectric composite elements 1 are placed in the fixing bases 15 by releasably connected to the hooks 16, made with the presence of a sealing rubber strip 17 over the entire contact area of the soft silicone housing 2 with the fixing base 15 of each helio-piezoelectric composite element 1. At the same time, the sealing rubber gasket 17 is made in such a way as to firmly fix the corrugated shell 13 by placing it near hundred of its accession to the copper conductor 11 forms a bordering 18.

Герметизирующие резиновые прокладки 17 также выполняют функцию формирования виброизоляционных оснований, возвращающих на гелио-пьезоэлектрические композитные элементы 1 основную часть вибрационного воздействия. Sealing rubber pads 17 also perform the function of forming vibration isolation bases, returning to the helio-piezoelectric composite elements 1 the main part of the vibration effect.

Размещение поперечных направляющих 14 выполняется на каркасных балках 19, имеющих ориентированные к ее оси вогнутые сегменты 20. При этом крепление поперечных направляющих 14 к каркасным балкам 19 не осуществляется, их функция заключается в армирующем усилении комбинированной гелио-пьезоэлектрической модульной установки. Устойчивое положение поперечных направляющих 14 на каркасных балках 19 обусловлено наличием в каждой поперечной направляющей 14 осевого стержня 21, служащего для изменения угла наклона гелио-пьезоэлектрических композитных элементов 1 путем вращения поперечных направляющих 14. The placement of the transverse guides 14 is carried out on the frame beams 19 having concave segments oriented to its axis 20. However, the fastening of the transverse guides 14 to the frame beams 19 is not carried out, their function is to reinforce the combined helio-piezoelectric modular installation. The stable position of the transverse guides 14 on the frame beams 19 is due to the presence of an axial rod 21 in each transverse guide 14, which serves to change the angle of inclination of the helio-piezoelectric composite elements 1 by rotating the transverse guides 14.

Функция регулирования дополняется возможностью изменения ориентации гелио-пьезоэлектрических композитных элементов 1 посредством зубчатых направляющих 22 осуществляющих вращение шестерней регулирования ориентации 23, располагаемых под фиксирующими основаниями 15 каждого гелио-пьезоэлектрического композитного элемента 1. При этом шестерни регулирования ориентации 23 присоединены к фиксирующим основаниям 15, а в центре имеют отверстие для прохода гофрированных оболочек 13, выступающих осью вращения гелио-пьезоэлектрических композитных элементов 1. Изменение ориентации гелио-пьезоэлектрических композитных элементов 1 предусматривает оптимизацию вертикального положения по отношению к направлению воздействия интенсивности солнечного излучения и ветрового воздушного потока 9.The regulation function is complemented by the ability to change the orientation of the helio-piezoelectric composite elements 1 by means of gear rails 22 that rotate the orientation control gears 23 located under the fixing bases 15 of each helio-piezoelectric composite element 1. In this case, the orientation control gears 23 are attached to the fixing bases 15, and in in the center have an opening for the passage of corrugated shells 13, protruding by the axis of rotation of the solar-piezoelectric composite elements 1. Changing the orientation of the helio-piezoelectric composite elements 1 provides for the optimization of the vertical position relative to the direction of exposure to the intensity of solar radiation and wind air flow 9.

Результатом функции регулирования угла наклона и ориентации гелио-пьезоэлектрических композитных элементов 1 является интенсификация производительности комбинированной гелио-пьезоэлектрической модульной установки. The result of the function of regulating the angle and orientation of the solar-piezoelectric composite elements 1 is the intensification of the performance of the combined solar-piezoelectric modular installation.

Контроль процесса регулирования угла наклона и ориентации гелио-пьезоэлектрических композитных элементов 1 осуществляется системой автоматики 24 по данным получаемым от датчика направления и скорости движения воздушного потока 25, датчика ориентации на Солнце 26 и датчика наличия осадков 27, анализирующих погодные условия и передающих полученные данные на контроллер 28 системы автоматики 24. Контроллер 28 системы автоматики 24 производит параметрические вычисления и относительно полученных величин скорости движения и направления ветрового воздушного потока 9, положения Солнца и наличия осадков, задает наиболее оптимальный для данных условий режим регулирования угла наклона и ориентации, путем подачи соответствующих сигналов на механические приводы 29, которые после получения команды приводят в движение цепи нижних горизонтальных зубчатых колес 30 и цепи вертикальных зубчатых колес 31. При этом нижние горизонтальные зубчатые колеса 32 и вертикальные зубчатые колеса 33 располагаются в блоках регулирования 34, которыми по обоим концам оснащаются все поперечные направляющие 14. The control of the process of adjusting the angle and orientation of the helio-piezoelectric composite elements 1 is carried out by the automation system 24 according to the data received from the direction and velocity sensor of the air flow 25, the orientation sensor to the Sun 26 and the presence of rainfall sensor 27, analyzing weather conditions and transmitting the data to the controller 28 of the automation system 24. The controller 28 of the automation system 24 performs parametric calculations with respect to the obtained values of the speed and direction of the wind air flow 9, the position of the Sun and the presence of precipitation, sets the most optimal mode for adjusting the angle of inclination and orientation for these conditions, by applying the corresponding signals to mechanical drives 29, which, after receiving a command, drive the lower horizontal gears 30 and the vertical gears 31. In this case, the lower horizontal gears 32 and the vertical gears 33 are located in the control units 34, which are equipped at both ends with all the transverse rails 14.

Основной функцией блоков регулирования 34 является защита от механического воздействия вращающихся элементов механической передачи: цепей нижних горизонтальных зубчатых колес 30, цепей вертикальных зубчатых колес 31, нижних горизонтальных зубчатых колес 32, вертикальных зубчатых колес 33, валов 35, верхних горизонтальных зубчатых колес 36 и зубчатых направляющих 22. Вследствие чего корпусы 37 блоков регулирования 34 выполняются из полимерного материала стойкого к внешнему механическому воздействию. Аналогичную функцию – защиту от внешнего механического воздействия, выполняют и защитные экраны 38, располагаемые вдоль всей протяженности цепей нижних горизонтальных зубчатых колес 30 и цепей вертикальных зубчатых колес 31.The main function of the control units 34 is to protect against mechanical stress the rotating elements of the mechanical transmission: chains of the lower horizontal gears 30, chains of the vertical gears 31, the lower horizontal gears 32, the vertical gears 33, the shafts 35, the upper horizontal gears 36 and the gear rails 22. As a result, the housings 37 of the control units 34 are made of a polymer material resistant to external mechanical stress. A similar function is protection against external mechanical stress, and protective shields 38 are located along the entire length of the chains of the lower horizontal gears 30 and the chains of the vertical gears 31.

Принцип работы механической передачи в блоках регулирования 34 при изменении угла наклона гелио-пьезоэлектрических композитных элементов 1 осуществляется следующим образом: цепи вертикальных зубчатых колес 31 приводятся в движение механическими приводами 29, в результате чего вертикальные зубчатые колеса 33 вращаются, приводя в движение осевые стержни 21 поперечных направляющих 14. При этом движение цепей вертикальных зубчатых колес 31 осуществляется механическими приводами 29 синхронно – в одном направлении, с одной скоростью и по обеим сторонам всех поперечных направляющих 14.The principle of operation of the mechanical transmission in the control units 34 when the angle of inclination of the helio-piezoelectric composite elements 1 is changed is as follows: the chains of the vertical gears 31 are driven by mechanical drives 29, as a result of which the vertical gears 33 rotate, driving the axial rods 21 of the transverse guides 14. In this case, the movement of the chains of vertical gears 31 is carried out by mechanical drives 29 synchronously - in one direction, at one speed and on both For all transverse rails 14.

Принцип работы механической передачи в блоках регулирования 34, при регулировании ориентации гелио-пьезоэлектрических композитных элементов 1 осуществляется следующим образом: цепи нижних горизонтальных зубчатых колес 30 приводятся в движение механическими приводами 29, вследствие чего нижние горизонтальные зубчатые колеса 32 вращаются, приводя в движение валы 35, соединенные с верхними горизонтальными зубчатыми колесами 36, которые в свою очередь приводят в движение зубчатые направляющие 22, осуществляющие вращение шестерней регулирования ориентации 23. При этом движение цепей нижних горизонтальных зубчатых колес 31 также осуществляется механическими приводами 29 синхронно – в одном направлении, с одной скоростью и по обеим сторонам поперечных направляющих 14.The principle of operation of the mechanical transmission in the control units 34, when controlling the orientation of the helio-piezoelectric composite elements 1, is as follows: the chains of the lower horizontal gears 30 are driven by mechanical drives 29, as a result of which the lower horizontal gears 32 rotate, driving the shafts 35, connected to the upper horizontal gears 36, which in turn drive the gear rails 22 that rotate the gears Orientation 23. In this case, the movement of the chains of the lower horizontal gears 31 is also carried out by mechanical drives 29 synchronously - in one direction, at the same speed and on both sides of the transverse guides 14.

Верхние горизонтальные зубчатые колеса 36 расположены перед вертикальными зубчатыми колесами 33, в результате чего формируется положение, при котором зубчатые направляющие 22 проходят сквозь вертикальные зубчатые колеса 33. С целью возможности параллельного регулирования угла наклона и ориентации гелио-пьезоэлектрических композитных элементов 1, при котором не происходит нарушение механической передачи, в вертикальных зубчатых колесах предусмотрены кольцевые окна 39. При этом изменение угла наклона гелио-пьезоэлектрических композитных элементов 1 возможно в пределах 15°-165°. Вследствие чего, при сопутствующей возможности регулирования ориентации гелио-пьезоэлектрических композитных элементов 1, осуществляется оптимизация положения лучеприемной поверхности 7 гибких фотоэлектрических элементов 4 по отношению к Солнцу и пьезокристаллов 3 по отношению к формирующемуся ветровому воздушному потоку 9. The upper horizontal gears 36 are located in front of the vertical gears 33, as a result of which a position is formed in which the gear rails 22 pass through the vertical gears 33. In order to be able to parallelly control the inclination angle and orientation of the helio-piezoelectric composite elements 1, in which case violation of the mechanical transmission, annular windows 39 are provided in the vertical gear wheels. In this case, the angle of inclination of the helio-piezoelectric composite elements 1 is possible in the range of 15 ° -165 °. As a result, with the concurrent possibility of controlling the orientation of the helio-piezoelectric composite elements 1, the position of the beam-receiving surface 7 of the flexible photoelectric elements 4 with respect to the Sun and the piezocrystals 3 with respect to the forming wind air stream 9 is optimized.

Для оптимизации производительности комбинированной гелио-пьезоэлектрической модульной установки системой автоматики 24 предусмотрено несколько базовых режимов регулирования, подразделяющихся по степени воздействия преобладающих погодных факторов в конкретных условиях.To optimize the performance of the combined solar-piezoelectric modular installation, the automation system 24 provides several basic control modes, divided by the degree of influence of prevailing weather factors in specific conditions.

В случае, когда отсутствует ветровое воздействие, но гелио-пьезоэлектрические композитные элементы 1 облучаются солнечной радиацией, угол наклона и ориентация гелио-пьезоэлектрических композитных элементов 1 настраивается таким образом, чтобы падающие на лучеприемную поверхность 8 гибкого фотоэлектрического элемента 4 солнечные лучи приходились на нее тангенциально. При этом процесс данного режима регулирования осуществляется системой автоматики 24 только относительно данных датчика ориентации на Солнце 26.In the case where there is no wind effect, but the helio-piezoelectric composite elements 1 are irradiated with solar radiation, the tilt angle and orientation of the helio-piezoelectric composite elements 1 is adjusted so that the sun's rays incident on the light receiving surface 8 of the flexible photoelectric element 4 are tangential to it. The process of this regulation mode is carried out by the automation system 24 only relative to the data of the orientation sensor on the Sun 26.

В случае, когда облучение солнечной радиацией гелио-пьезоэлектрических композитных элементов 1 отсутствует, но формируется ветровой воздушный поток 9, ориентация гелио-пьезоэлектрических композитных элементов 1 настраивается так, чтобы ветровой воздушный поток 9 воздействовал на гелио-пьезоэлектрические композитные элементы 1 тангенциально. При этом угол наклона гелио-пьезоэлектрических композитных элементов 1 оптимизируется таким образом, чтобы интенсифицировать генерацию электрической энергии пьезокристаллами 3 и сохранить безопасный режим эксплуатации комбинированной гелио-пьезоэлектрической модульной установки, при котором не происходит достижение критической нагрузки, вызывающей разрушение или необратимую деформацию гелио-пьезоэлектрических композитных элементов 1. Такое положение гелио-пьезоэлектрических композитных элементов 1, при котором не происходит достижение критической нагрузки, характеризуется углом наклона близким к горизонтали, то есть 15°-60° или 120°-165°, если гелио-пьезоэлектрические композитные элементы 1 перевернуты. In the case when the solar radiation irradiation of the helio-piezoelectric composite elements 1 is absent, but a wind air stream 9 is formed, the orientation of the helio-piezoelectric composite elements 1 is adjusted so that the wind air stream 9 acts tangentially on the helio-piezoelectric composite elements 1. In this case, the inclination angle of the helio-piezoelectric composite elements 1 is optimized in such a way as to intensify the generation of electric energy by piezoelectric crystals 3 and maintain a safe operating mode of the combined helio-piezoelectric modular installation, in which the critical load does not occur, causing destruction or irreversible deformation of the helio-piezoelectric composite elements 1. This position of the helio-piezoelectric composite elements 1, in which there is no additional reduction of the critical load is characterized by an inclination angle close to the horizontal, i.e. 15 ° -60 ° or 120 ° -165 °, if the helio-piezoelectric composite elements 1 are inverted.

В случае, когда облучение солнечной радиацией гелио-пьезоэлектрических композитных элементов 1 отсутствует, но идет дождь, а также формируется ветровой воздушный поток 9, ориентация гелио-пьезоэлектрических композитных элементов 1 настраивается по направлению движения ветрового воздушного потока 9, с целью интенсификации ветрового воздействия, а угол наклона гелио-пьезоэлектрических композитных элементов 1, для повышения площади контакта с падающими каплями дождя и сопутствующим сохранением максимальной величины ветрового воздействия, вычисляется относительно направления и скорости ветра, таким образом, чтобы учесть траекторию падения капель дождя и максимально свести ее тангенциально относительно поверхности гелио-пьезоэлектрических композитных элементов 1. При этом процесс данного режима регулирования осуществляется системой автоматики 24 по данным, получаемым от датчика наличия осадков 27 и датчика направления и скорости движения воздушного потока 25.In the case when the solar radiation irradiation of the helio-piezoelectric composite elements 1 is absent, but it is raining, and the wind air stream 9 is formed, the orientation of the helio-piezoelectric composite elements 1 is adjusted in the direction of movement of the wind air stream 9, in order to intensify the wind effect, and the angle of inclination of the helio-piezoelectric composite elements 1, to increase the area of contact with falling rain drops and the concomitant preservation of the maximum value of the wind effect I, is calculated relative to the direction and speed of the wind, so as to take into account the trajectory of the rain drops and minimize it tangentially relative to the surface of the helio-piezoelectric composite elements 1. In this case, the process of this regulation mode is carried out by the automation system 24 according to the data received from the rainfall sensor 27 and the sensor of the direction and speed of air flow 25.

В случае, когда на гелио-пьезоэлектрические композитные элементы 1 оказывается смешанное воздействие ветрового воздушного потока 9 и солнечного излучения, угол наклона и ориентация настраивается из условия интенсификации генерируемой электрической энергии и сопутствующей оптимизации, с целью сохранения безопасного режима эксплуатации комбинированной гелио-пьезоэлектрической модульной установки. In the case when the helio-piezoelectric composite elements 1 are mixed by the influence of the wind air stream 9 and solar radiation, the angle and orientation are adjusted from the conditions of intensification of the generated electric energy and associated optimization, in order to maintain a safe operating mode of the combined helio-piezoelectric modular installation.

В случае, когда на гелио-пьезоэлектрические композитные элементы 1 оказывается одновременное воздействие ветра, капель дождя и града, ориентация настраивается по направлению формирующихся воздушных ветровых потоков 9, а угол наклона близким к нормали (75°-105°), исходя из необходимости соблюдения безопасного режима эксплуатации, предотвращающего разрушение гелио-пьезоэлектрических элементов от падающих градин. При этом контроллером 28 системы автоматики 24 учитываются данные датчика направления и скорости движения воздушного потока 25, датчика наличия осадков 27 и прогнозов погоды от ближайших метеостанций.In the case when the helio-piezoelectric composite elements 1 is subjected to the simultaneous influence of wind, raindrops and hail, the orientation is adjusted in the direction of the forming air wind flows 9, and the angle of inclination is close to normal (75 ° -105 °), based on the need to observe safe operating mode, preventing the destruction of the helio-piezoelectric elements from falling hail. In this case, the controller 28 of the automation system 24 takes into account the data of the direction sensor and the speed of air flow 25, the sensor of the presence of precipitation 27 and weather forecasts from the nearest weather stations.

В случае, когда на гелио-пьезоэлектрические композитные элементы 1 оказывается одновременное воздействие ветра, дождя и солнечного излучения, данный режим регулирования сводится к учету только воздействия от ветра и солнечной радиации, по причине малой вероятности формирования подобных погодных условий, их кратковременности и совпадающей настройке ориентации относительно направления ветра и падающих капель дождя. In the case when the helio-piezoelectric composite elements 1 is subjected to the simultaneous influence of wind, rain and solar radiation, this control mode is reduced to taking into account only the effects of wind and solar radiation, due to the low probability of the formation of such weather conditions, their short duration and coincident orientation setting relative to the direction of the wind and falling raindrops.

При этом ввиду сложности процесса регулирования и сопутствующей возможности скоротечного изменения погодных условий, положение гелио-пьезоэлектрических композитных элементов 1 настраивается контроллером 28 системы автоматики 24 на кратные временные промежутки, задаваемые программным кодом на стадии монтажа, подключения и осуществления пусконаладочных работ контроллера 28 системы автоматики 24, с сопутствующим учетом климатических и градостроительных условий района эксплуатации.In this case, due to the complexity of the regulation process and the associated possibility of a transient change in weather conditions, the position of the solar-piezoelectric composite elements 1 is set by the controller 28 of the automation system 24 for multiple time periods specified by the program code at the stage of installation, connection and commissioning of the controller 28 of the automation system 24, with concomitant consideration of climatic and urban conditions of the area of operation.

Положение комбинированной гелио-пьезоэлектрической модульной установки, в зависимости от характера кривизны и угла наклона установочной поверхности 40, может быть горизонтальным, наклонным или смешанным (когда часть поперечных направляющих 14 располагаются горизонтально, а часть под углом). При этом возможность размещения комбинированной гелио-пьезоэлектрической модульной установки на любой поверхности обуславливается наличием в каркасной основе 10 и защитном экране 38 поворотных элементов 41, которые при монтаже комбинированной гелио-пьезоэлектрической модульной установки настраиваются вручную, при помощи шестигранных ключей, до необходимых для оптимального размещения на поверхности углов изгиба каркасной основы 10 и защитных экранов 38. The position of the combined solar-piezoelectric modular installation, depending on the nature of the curvature and the angle of inclination of the mounting surface 40, can be horizontal, inclined or mixed (when part of the transverse guides 14 are horizontal and part are at an angle). In this case, the possibility of placing the combined solar-piezoelectric modular installation on any surface is determined by the presence of rotary elements 41 in the frame base 10 and the protective screen 38, which, when mounting the combined solar-piezoelectric modular installation, are manually adjusted using hex keys to necessary for optimal placement on the surface of the bending angles of the frame base 10 and the protective shields 38.

Во время монтажа все гелио-пьезоэлектрические композитные элементы 1 приводятся в вертикальное положение, что позволяет системе автоматики 24 производить синхронное регулирование угла наклона и ориентации всех гелио-пьезоэлектрических композитных элементов 1, без осуществления вычислений, учитывающих положение отдельных поперечных направляющих 14, при конкретном горизонтальном, наклонном или смешанном положении комбинированной гелио-пьезоэлектрической модульной установки.During installation, all helio-piezoelectric composite elements 1 are brought into a vertical position, which allows the automation system 24 to synchronously adjust the angle and orientation of all helio-piezoelectric composite elements 1, without performing calculations that take into account the position of individual transverse rails 14, with a particular horizontal, tilted or mixed position combined solar-piezoelectric modular installation.

Крепление комбинированной гелио-пьезоэлектрической модульной установки к установочной поверхности 40 осуществляется с помощью крепежных профильных Т-образных соединений 42 (см.: фиг. 11), имеющих на верхней платформе 43 отверстия под болты 44 для крепления к каркасному основанию 10 и на нижних платформах 45 отверстия под самонарезающие винты 46, предназначенные для присоединения к установочной поверхности 40.The combined helio-piezoelectric modular installation is mounted to the mounting surface 40 by means of mounting profile T-shaped joints 42 (see: Fig. 11) having bolt holes 44 on the upper platform 43 for fastening to the frame base 10 and on the lower platforms 45 holes for self-tapping screws 46, intended for attachment to the mounting surface 40.

Дополнительно также возможно ручное изменение расстояния между поперечными направляющими 14, путем наложения защитных экранов 38 друг на друга в области поворотных элементов 41, что осуществимо в результате наличия полого объема внутри защитных экранов 38. При этом каркасное основание 10 остается неизменным по длине, так как выполняется цельным и во время монтажа комбинированной гелио-пьезоэлектрической модульной установки присоединяется к поперечным направляющим 14 только после осуществления всех необходимых для выполнения функции изменения длины настроек механических приводов 29, блоков регулирования 34 и углов изгиба каркасного основания 10 и защитных экранов 38. Возможно также изменение длины каркасного основания 10 в производственных условиях. Для этого на проектной стадии производятся вычисления требуемых и допустимых габаритов комбинированной гелио-пьезоэлектрической модульной установки относительно прогнозируемых погодных условий конкретного климатического района строительства и условий размещения. После чего осуществляется разработка вариативных проектных решений, ориентированных на учет факторов, воздействующих на процесс работы комбинированной гелио-пьезоэлектрической модульной установки.Additionally, it is also possible to manually change the distance between the transverse rails 14, by applying protective shields 38 to each other in the area of the rotary elements 41, which is possible as a result of the hollow volume inside the protective shields 38. In this case, the frame base 10 remains unchanged in length, since integral and during installation of the combined solar-piezoelectric modular installation is connected to the transverse rails 14 only after the implementation of all necessary to perform the function of changing eniya length settings mechanical drives 29, control units 34 and the bending angles of the frame base 10 and the shielding material 38. It is also possible change of length of the frame base 10 in a production environment. To do this, at the design stage, the required and permissible dimensions of the combined solar-piezoelectric modular installation are calculated with respect to the predicted weather conditions of the specific climatic region of construction and placement conditions. After that, the development of variable design solutions is carried out, focused on taking into account factors affecting the operation of the combined solar-piezoelectric modular installation.

Данная конфигурация каркасной основы 10 и защитных экранов 38 позволяет располагать комбинированные гелио-пьезоэлектрические модульные установки кроме установочных поверхностей 40 на стационарных и передвижных объектах. При этом режимы регулирования ориентации и углов наклона гелио-пьезоэлектрических композитных элементов 1 настраиваются на проектной и монтажной стадии, относительно прогнозируемых условий ветрового и механического воздействия, путем программирования контроллера 28 системы автоматики 24 и ручной настройки поворотных элементов 41 каркасной основы 10 и защитных экранов 38.This configuration of the frame base 10 and the protective shields 38 allows you to place the combined helio-piezoelectric modular installation in addition to the mounting surfaces 40 on stationary and mobile objects. In this case, the modes of controlling the orientation and inclination of the helio-piezoelectric composite elements 1 are adjusted at the design and installation stage, relative to the predicted conditions of wind and mechanical impact, by programming the controller 28 of the automation system 24 and manually adjusting the rotary elements 41 of the frame base 10 and protective screens 38.

Во избежание нарушения безопасного режима эксплуатации комбинированной гелио-пьезоэлектрической модульной установки, ввиду повышенных скоростей угол наклона гелио-пьезоэлектрических композитных элементов 1 приводится в положение близкое к горизонтальному (15°-30° или 150°-165°), результатом чего является снижение площади контакта гелио-пьезоэлектрических композитных элементов 1 с ветровым воздушным потоком 9, обуславливающее, при небольшом угле изгиба, малую величину линейной обратимой деформации пьезокристалла 3, и сопутствующее формирование неудовлетворительного угла наклона для генерации электрической энергии гибкими фотоэлектрическими элементами 4.In order to avoid violation of the safe operating mode of the combined solar-piezoelectric modular installation, due to the increased speeds, the angle of inclination of the solar-piezoelectric composite elements 1 is brought to a position close to horizontal (15 ° -30 ° or 150 ° -165 °), resulting in a decrease in the contact area a helio-piezoelectric composite element 1 with a wind air flow of 9, which, at a small bending angle, causes a small amount of linear reversible deformation of the piezocrystal 3, and the concomitant formation An unsatisfactory angle of inclination for the generation of electrical energy by flexible photovoltaic cells 4.

Кроме критической величины механического воздействия, приводящего к необратимой линейной деформации гелио-пьезоэлектрического композитного элемента 1. In addition to the critical value of the mechanical effect, leading to irreversible linear deformation of the helio-piezoelectric composite element 1.

Таблица Table

Характеристики основных условий эксплуатации относительно ветровой нагрузкиCharacteristics of the main operating conditions regarding wind load

Место размещенияPlacement Возможный угол наклона гелио-пьезоэлектрических композитных элементовPossible tilt angle of helio-piezoelectric composite elements Оптимальная (допустимая) скорость ветра, м/сOptimal (permissible) wind speed, m / s Вероятность превышения критической нагрузкиThe probability of exceeding the critical load Целесообразность размещенияFeasibility of placement Горизонтальная плоскостьHorizontal plane 15°-165°15 ° -165 ° 5-8 (25)5-8 (25) Минимальная (при ураганных погодных условиях или при размещении на большой высоте)Minimum (in hurricane weather conditions or when placed at high altitude) Оптимальная, ввиду минимального риска, полного диапазона углов наклона, простоты монтажа и проектирования.Optimal, due to minimal risk, a full range of tilt angles, ease of installation and design. Вертикальная плоскостьVertical plane 105°-165°
(с переворотом)105 ° -165 °
(with a coup) 4-7 (22)4-7 (22) Средняя (за счет формирующейся зоны аэродинамического следа)Medium (due to the emerging aerodynamic wake zone) Допустимая, ввиду приемлемого риска и углов наклона, а также низких требований к скорости ветра.Acceptable due to acceptable risk and inclination angles, as well as low wind speed requirements. Наклонная плоскостьInclined plane 15°-165° (в зависимости от наклона плоскости)15 ° -165 ° (depending on the inclination of the plane) Поверхность с кривизнойCurvature surface 15°-165° (в зависимости от наклона плоскости)15 ° -165 ° (depending on the inclination of the plane) 4-8 (25)4-8 (25) Средняя (в зависимости от степени кривизны поверхности)Medium (depending on the degree of curvature of the surface) Поверхность движущегося объектаSurface of a moving object 15°-30° или 150°-165° при перевороте15 ° -30 ° or 150 ° -165 ° during a coup 10-12 (30)10-12 (30) Высокая (в зависимости от скорости, развиваемой движущимся объектом)High (depending on the speed developed by a moving object) Возможная, но нерекомендуемая, ввиду повышенного риска достижения критической деформации и малого диапазона углов наклонаPossible, but not recommended, due to the increased risk of achieving critical deformation and a small range of tilt angles

Дополнительно с целью предотвращения развития небезопасного режима эксплуатации на фиксирующих основаниях 15 за гелио-пьезоэлектрическими композитными элементами 1 устанавливаются спинки 47, формируемые дугами из жесткого эластичного материала (например, каучука). При этом максимальная допустимая величина изгиба спинок 47 задается жесткостью используемого материала, а определение максимальной допустимой величины изгиба осуществляется на проектной стадии относительно критической обратимой линейной деформации гелио-пьезоэлектрических композитных элементов 1. Additionally, in order to prevent the development of an unsafe operating mode on the fixing bases 15, backs 47 are formed behind the helio-piezoelectric composite elements 1, which are formed by arcs of rigid elastic material (for example, rubber). In this case, the maximum allowable amount of bending of the backs 47 is determined by the rigidity of the material used, and the determination of the maximum allowable amount of bending is carried out at the design stage relative to the critical reversible linear deformation of the helio-piezoelectric composite elements 1.

Питание системы автоматики 24 комбинированной гелио-пьезоэлектрической модульной установки осуществляется от потребительской электросети 48, куда поступает сгенерированная гелио-пьезоэлектрическими композитными элементами 1 электрическая энергия. При этом отвод электрической энергии от комбинированной гелио-пьезоэлектрической модульной установки осуществляется через инвертор 49, служащий для стабилизации напряжения электрического тока. Где инвертор 49 присоединен к аккумулятору 50 через предохранитель 51, который также присоединен к контроллеру электрической сети 52, предназначенному для анализа и вывода параметрических данных электрического тока в проводах 12 и комбинированной гелио-пьезоэлектрической модульной установке.The automation system 24 of the combined helio-piezoelectric modular installation is supplied with power from the consumer electric network 48, where 1 electric energy generated by the helio-piezoelectric composite elements is supplied. In this case, electric energy is removed from the combined solar-piezoelectric modular installation through an inverter 49, which serves to stabilize the voltage of the electric current. Where the inverter 49 is connected to the battery 50 through a fuse 51, which is also connected to the controller of the electric network 52, intended for analysis and output of parametric data of the electric current in the wires 12 and the combined solar-piezoelectric modular installation.

Также в комбинированной гелио-пьезоэлектрической модульной установке предусмотрена функция быстрой регенерации поврежденных гелио-пьезоэлектрических композитных элементов 1. Для этого разъемное соединение на зацепах 13 выполнено с возможностью осуществления отсоединения гелио-пьезоэлектрического композитного элемента 1 от фиксирующего основания 15. Данный процесс выполняется вручную путем нажатия на внешние стенки фиксирующего основания 15, изготовляемого из полимерного материала с функцией обратимости линейной деформации при механическом воздействии.Also, in the combined helio-piezoelectric modular installation, a function is provided for the quick regeneration of damaged helio-piezoelectric composite elements 1. For this, the detachable connection on the hooks 13 is configured to disconnect the helio-piezoelectric composite element 1 from the fixing base 15. This process is performed manually by pressing the outer walls of the fixing base 15, made of a polymeric material with a function of reversibility of linear deformation during fur nical impact.

Таким образом, в изобретение осуществляется процесс интенсификации производительности электрической энергии от возобновляемых источников, путем формирования комбинированной всесезонной компактной модульной системы, генерирующей электроэнергию посредством преобразования солнечной радиации, вибрационного, механического и ветрового воздействия, при существующей возможности размещения в условиях городской застройки без нарушения пределов шумового воздействия, на любой поверхности с любым углом наклона и кривизной.Thus, in the invention, the process of intensifying the productivity of electric energy from renewable sources is carried out by forming a combined multigrade compact modular system that generates electricity by converting solar radiation, vibration, mechanical and wind effects, with the existing possibility of placement in urban areas without violating the limits of noise exposure , on any surface with any angle of inclination and curvature.

При этом работа комбинированных гелио-пьезоэлектрических модульных установок осуществляется перманентно на всем сроке эксплуатации, без длительных перерывов, и может осуществляться даже в ночное время, когда отсутствует воздействие солнечной радиации. At the same time, the operation of combined solar-piezoelectric modular installations is carried out permanently throughout the entire operation period, without long interruptions, and can be carried out even at night when there is no exposure to solar radiation.

Кроме того, известно, что в среднем на каждые 10 метров высоты, повышается скорость движения ветра на 1 м/с. Вследствие чего при расположении комбинированных модульных установок на высотных зданиях или сооружениях эффективность работы и производительность электрической энергии комбинированными гелио-пьезоэлектрическими модульными установками возрастает. А также известно, что в условиях плотной высотной городской застройки, формируются зоны аэродинамического следа, характеризуемые более высокой скоростью движения ветровых воздушных потоков 9. Данное явление также обуславливает повышение производительности комбинированных гелио-пьезоэлектрических модульных установок, при размещении на вертикальных, наклонных и, в частности, горизонтальных установочных поверхностях 40 высотных зданий и сооружений районов с плотной городской застройкой.In addition, it is known that, on average, for every 10 meters of height, the wind speed increases by 1 m / s. As a result, when the combined modular installations are located on high-rise buildings or structures, the work efficiency and electric energy productivity of combined helio-piezoelectric modular installations increases. It is also known that in the conditions of dense high-rise urban development, aerodynamic wake zones are formed, characterized by a higher speed of movement of wind air currents 9. This phenomenon also leads to an increase in the performance of combined solar-piezoelectric modular installations when placed on vertical, inclined and, in particular , horizontal installation surfaces of 40 high-rise buildings and structures of areas with dense urban development.

При этом комбинированные гелио-пьезоэлектрические модульные установки в условиях городской застройки располагаются компактно, не занимая площади проезжих частей, тротуаров или мест для строительства. А также при их эксплуатации не происходит нарушение нормируемых пределов шумообразования, так как процесс работы комбинированных гелио-пьезоэлектрических модульных установок характеризуется формированием минимального звукового воздействия – 5-10 дБ, практически неуловимого человеческим слухом. At the same time, combined solar-piezoelectric modular installations in urban areas are located compactly, without occupying the area of carriageways, sidewalks or places for construction. And also during their operation, there is no violation of the normalized limits of noise generation, since the operation of combined solar-piezoelectric modular units is characterized by the formation of a minimum sound effect - 5-10 dB, which is almost imperceptible to human hearing.

Комбинированная гелио-пьезоэлектрическая модульная установка не образует инфразвук.The combined helio-piezoelectric modular installation does not form infrasound.

Для того чтобы мягкий силиконовый корпус 2, находящийся перед лучеприемной поверхностью 8 гибкого фотоэлектрического модуля 4 не ухудшал процесс фотоэффекта, силикон при производстве мягкого силиконового корпуса 2 смешивается с веществом, обладающим низким коэффициентом поглощения и рассеивания света (например, кремнийорганической жидкостью).In order that the soft silicone case 2, which is located in front of the beam-receiving surface 8 of the flexible photovoltaic module 4, does not worsen the photoelectric effect, silicone is mixed with a substance having a low absorption and scattering coefficient of light (for example, organosilicon liquid) in the manufacture of soft silicone case 2.

Кроме того, гибкий фотоэлектрический элемент 4 может содержать функцию отвода тепловой энергии от лучеприемной поверхности 8 с целью дальнейшего преобразования в электрическую энергию. В результате чего будет образована возможность дополнительной интенсификации КПД комбинированной гелио-пьезоэлектрической модульной установки, а также возможность снижения температуры лучеприемной поверхности 8 гибкого фотоэлектрического элемента 4, с целью предотвращения небезопасного режима эксплуатации, который характеризуется вероятностью изменения физических свойств мягкого силиконового корпуса 2 при повышении температуры, что обуславливает ухудшение процесса фотоэффекта и риск разрушения гелио-пьезоэлектрического композитного элемента 1. In addition, the flexible photoelectric element 4 may include a function of removing thermal energy from the radiation receiving surface 8 in order to further convert it into electrical energy. As a result, it will be possible to further intensify the efficiency of the combined solar-piezoelectric modular installation, as well as the possibility of lowering the temperature of the beam surface 8 of the flexible photoelectric element 4, in order to prevent unsafe operation, which is characterized by the likelihood of changes in the physical properties of the soft silicone housing 2 with increasing temperature, which leads to a deterioration of the photoelectric effect process and the risk of destruction of the helio-piezoelectric composite Total item 1.

Каркасные основания 10, поперечные направляющие 14, фиксирующие основания 15, каркасные балки 19, осевые стержни 21, зубчатые направляющие 22, шестерни регулирования ориентации 23, цепи нижних горизонтальных зубчатых колес 30, цепи вертикальных зубчатых колес 31, нижние горизонтальные зубчатые колеса 32, вертикальные зубчатые колеса 33, валы 35 верхних горизонтальных зубчатых колес 32, направляющие зубчатые колеса 36, а также корпусы 37 блоков регулирования 34, защитные экраны 38 и поворотные элементы 41 выполняются из полимерных материалов, способных к абсорбции краткосрочной ударной нагрузки.Frame bases 10, transverse guides 14, fixing bases 15, frame beams 19, axial rods 21, gear rails 22, orientation control gears 23, chains of lower horizontal gears 30, chains of vertical gears 31, lower horizontal gears 32, vertical gears wheels 33, shafts 35 of the upper horizontal gears 32, guide gears 36, as well as cases 37 of control units 34, protective shields 38 and rotary elements 41 are made of polymer materials capable of ab sorption of short-term shock load.

Крепежное профильное Т-образное соединение 42 выполняется из холоднокатанной тонколистовой оцинкованной стали толщиной 1,5-2 мм, способной к длительной эксплуатации в суровых погодных условиях.The mounting profile T-shaped joint 42 is made of cold-rolled galvanized sheet steel with a thickness of 1.5-2 mm, capable of long-term operation in severe weather conditions.

Claims

1. Combined helio-piezoelectric modular installation, consisting of a single structural frame structure that combines protective shields, frame bases, frame beams and transverse rails, on which fixing bases are placed with helio-piezoelectric composite elements placed in them, characterized in that the solar piezoelectric composite elements are made of materials with the function of shape restoration, and a single structural frame structure, through the controller of the system aromatics, has the ability to control the angle of inclination and orientation of the helio-piezoelectric composite elements by mechanical transmission.

2. The combined helio-piezoelectric modular installation according to claim 1, characterized in that the mechanical transmission comprises axial rods, gear rails, orientation control gears, chains of horizontal gears, chain of vertical gears, horizontal gears, vertical gears, horizontal shafts gears and guide gears.

3. The combined helio-piezoelectric modular installation according to claim 1, characterized in that the mechanical transmission is made of polymer materials with a function of shock absorption.

4. The combined helio-piezoelectric modular installation according to claim 1, characterized in that the frame base and protective shields are made with rotary elements.

5. The combined helio-piezoelectric modular installation according to claim 1, characterized in that the protective screens are made with the possibility of changing the length.

6. The combined helio-piezoelectric modular installation according to claim 1, characterized in that a sealing rubber layer is made between the fixing base and the helio-piezoelectric composite element.

7. The combined helio-piezoelectric modular installation according to claim 1, characterized in that the inclination angle of the helio-piezoelectric composite elements can vary from 15 to 165 °.