RU2792492C1 - Wind-photo-electric complex with pneumatic solar tracker - Google Patents

Wind-photo-electric complex with pneumatic solar tracker Download PDF

Info

Publication number
RU2792492C1
RU2792492C1 RU2023101514A RU2023101514A RU2792492C1 RU 2792492 C1 RU2792492 C1 RU 2792492C1 RU 2023101514 A RU2023101514 A RU 2023101514A RU 2023101514 A RU2023101514 A RU 2023101514A RU 2792492 C1 RU2792492 C1 RU 2792492C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
wind
shaft
output shaft
compressor
photovoltaic
Prior art date
Application number
RU2023101514A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Александр Юрьевич Лаврик
Original Assignee
федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Санкт-Петербургский горный университет"
Filing date
Publication date
Application filed by федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Санкт-Петербургский горный университет" filed Critical федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Санкт-Петербургский горный университет"
Application granted granted Critical
Publication of RU2792492C1 publication Critical patent/RU2792492C1/en

Links

Images

Abstract

FIELD: hybrid electrical systems.
SUBSTANCE: advantage of using the device is increased power generation of the wind-photovoltaic complex due to the low pressure reservoir, which allows to accumulate energy in the form of compressed air, as well as a pneumatic solar tracker, which ensures the orientation of the photovoltaic panel to the Sun.
EFFECT: increased generation of electricity by the wind-photovoltaic complex.
1 cl, 2 dwg

Description

Изобретение относится к гибридным электротехническим комплексам, генерирующим электрическую энергию за счёт ветроэлектрических установок и фотоэлектрических панелей, ориентируемых на Солнце. The invention relates to hybrid electrical systems that generate electrical energy due to wind turbines and photovoltaic panels oriented towards the sun.

Известна энергоаккумулирующая установка для обогрева теплиц (авторское свидетельство СССР №1687113, опубл. 03.03.1989), включающая солнечные батареи, установленные на железобетонных опорах, и ветроагрегат, связанные через инвертор и преобразователь напряжения с компрессором атмосферного воздуха. Компрессор сообщается посредством воздуховода с пневмоаккумулятором и теплообменником, расположенным внутри теплового гидроаккумулятора. На выходе пневмоаккумулятора установлен редуктор, а на выходе гидроаккумулятора – обратный клапан. При работе установки энергия солнечного излучения и ветра преобразуется в тепло и энергию сжатого воздуха, аккумулируемые в емкостях пневмоаккумулятора и теплообменника.Known energy-storage plant for heating greenhouses (USSR author's certificate No. 1687113, publ. 03/03/1989), including solar panels mounted on reinforced concrete supports, and a wind turbine connected through an inverter and a voltage converter with an atmospheric air compressor. The compressor communicates through an air duct with a pneumatic accumulator and a heat exchanger located inside the thermal accumulator. A reducer is installed at the outlet of the pneumatic accumulator, and a check valve is installed at the outlet of the hydraulic accumulator. During the operation of the installation, the energy of solar radiation and wind is converted into heat and energy of compressed air, accumulated in the tanks of the pneumatic accumulator and heat exchanger.

Недостатком устройства являются опоры, на которых жёстко закреплены солнечные батареи, что не обеспечивает увеличение выработки солнечных батарей за счёт слежения за Солнцем. Другим недостатком является электрический привод компрессора, снижающий КПД устройства за счёт множественного преобразования энергии: при работе ветроагрегата механическая энергия ветроколеса преобразовывается в электрическую, а затем снова в механическую. Кроме того, электрически привод компрессора исключает возможность сжатия воздуха при скорости ветра, меньшей скорости включения ветряной турбины, а также использования потенциала ветровой энергии при скорости ветра, большей номинальной для данной ветряной турбины.The disadvantage of the device is the supports on which the solar panels are rigidly fixed, which does not provide an increase in the production of solar panels by tracking the Sun. Another disadvantage is the electric drive of the compressor, which reduces the efficiency of the device due to multiple energy conversion: during the operation of the wind turbine, the mechanical energy of the wind wheel is converted into electrical energy, and then again into mechanical energy. In addition, the electrically driven compressor eliminates the possibility of compressing air at wind speeds that are lower than the turn-on speed of the wind turbine, as well as using the potential of wind energy at wind speeds greater than the nominal wind turbine.

Известна защищённая от внешних воздействий энергоустановка автономного электроснабжения (патент РФ 2773678, опубл. 07.06.2022), включающая ветродвигатель, механически соединенный с мультипликатором, который через обгонную муфту механически соединен с синхронным электрогенератором, гибкие солнечные панели, устройство ориентации по Солнцу, систему изменения угла атаки лопастей ветродвигателя, аккумуляторную батарею, бензогенератор и систему защиты солнечных панелей и ветродвигателя от внешних воздействий.A self-contained power supply protected from external influences is known (RF patent 2773678, publ. 06/07/2022), including a wind turbine mechanically connected to a multiplier, which is mechanically connected through a freewheel to a synchronous electric generator, flexible solar panels, a solar orientation device, a system for changing the angle attacks of wind turbine blades, a storage battery, a gas generator and a system for protecting solar panels and a wind turbine from external influences.

Недостатком устройства является устройство ориентации по Солнцу, потребляющее электрическую энергию, что особенно критично при большом количестве солнечных панелей и неблагоприятных метеорологических условиях. Другим недостатком устройства являются гибкие солнечные панели, причём теллурид-кадмиевые гибкие солнечные панели содержат токсичные металлы – кадмий и теллур, а гибкие солнечные панели, изготовленные из других материалов, имеют более низкий по сравнению с кремниевыми панелями КПД. Также недостатком является аккумуляторная батарея, имеющая ограниченное суммарное количество циклов заряда и разряда, исчисляемое несколькими тысячами, и высокие требования к температурному режиму, что снижает срок службы и надёжность устройства. The disadvantage of the device is a solar orientation device that consumes electrical energy, which is especially critical with a large number of solar panels and adverse weather conditions. Another disadvantage of the device is flexible solar panels, and flexible telluride-cadmium solar panels contain toxic metals - cadmium and tellurium, and flexible solar panels made from other materials have a lower efficiency compared to silicon panels. Another disadvantage is the rechargeable battery, which has a limited total number of charge and discharge cycles, estimated at several thousand, and high temperature requirements, which reduces the service life and reliability of the device.

Известно устройство хранения сжатого воздуха в опорной конструкции ветряной турбины (патент US 9581140, опубл. 28.02.2017), включающее ветряную турбину, газовый компрессор, сконфигурированный для приведения в действие ветряной турбиной, и опорную конструкцию. Стенки опорной конструкции образуют камеру, сообщающуюся с газовым компрессором, при этом камера предназначена для хранения газа, сжатого газовым компрессором. Генератор выполнен с возможностью выработки электроэнергии за счет расширения сжатого газа, вытекающего из камеры.A device for storing compressed air in the support structure of a wind turbine is known (patent US 9581140, publ. 02/28/2017), including a wind turbine, a gas compressor configured to drive a wind turbine, and a support structure. The walls of the support structure form a chamber in communication with the gas compressor, the chamber being designed to store the gas compressed by the gas compressor. The generator is configured to generate electricity by expanding the compressed gas flowing from the chamber.

Недостатком является генератор, механическая энергия на который передаётся с ветряной турбины или с камеры хранения сжатого газа, в то время как оптимальные параметры генератора для двух указанных случаев будут отличаться. Другим недостатком устройства является то, что в качестве источника питания используется, по меньшей мере, одна ветряная турбина, что в условиях значительного потенциала солнечной радиации не обеспечивает высокую степень автономности устройства.The disadvantage is the generator, the mechanical energy of which is transferred from a wind turbine or from a compressed gas storage chamber, while the optimal parameters of the generator for the two indicated cases will differ. Another disadvantage of the device is that at least one wind turbine is used as a power source, which, under conditions of significant solar radiation potential, does not provide a high degree of autonomy of the device.

Известна гибридная система генерации электроэнергии из источников солнечной тепловой и ветряной энергии (патент WO 2013160897, опубл. 31.10.2013), включающая систему генерации электроэнергии ветряной турбиной, систему сжатия воздуха, систему накопления энергии в сжатом воздухе, гелиостаты, систему тепловой генерации электроэнергии. Гелиостаты сконфигурированы для приёма солнечного света и его отражения в воздушные ресиверы, входящие в состав системы тепловой генерации электроэнергии. Система сжатия воздуха электрически соединена с системой генерации электроэнергии ветряной турбиной и приводится в действие за счёт получаемой от неё электроэнергии.A hybrid system for generating electricity from sources of solar thermal and wind energy is known (patent WO 2013160897, published on October 31, 2013), which includes a wind turbine power generation system, an air compression system, an energy storage system in compressed air, heliostats, and a thermal power generation system. Heliostats are configured to receive sunlight and reflect it into air receivers that are part of a thermal power generation system. The air compression system is electrically connected to the power generation system of the wind turbine and is powered by the electricity generated from it.

Недостатком устройства является электрический привод компрессора, исключающий возможность сжатия воздуха при скорости ветра, меньшей скорости включения ветряной турбины. Также электрический привод компрессора не позволяет использовать потенциал ветровой энергии при скорости ветра, большей номинальной скорости ветроколеса ветряной турбины, когда выработка электрической энергии ветряной турбиной равна номинальному значению и со скоростью ветра более не увеличивается. Кроме того, электрический привод компрессора снижает КПД устройства за счёт множественного преобразования энергии: при работе ветроагрегата механическая энергия ветроколеса преобразовывается в электрическую, а затем снова в механическую.The disadvantage of the device is the electric drive of the compressor, which excludes the possibility of compressing air at wind speeds lower than the wind turbine turn-on speed. Also, the electric drive of the compressor does not allow using the potential of wind energy at a wind speed greater than the nominal speed of the wind turbine wind wheel, when the generation of electric energy by the wind turbine is equal to the nominal value and does not increase with the wind speed anymore. In addition, the electric drive of the compressor reduces the efficiency of the device due to multiple energy conversion: during the operation of the wind turbine, the mechanical energy of the wind wheel is converted into electrical energy, and then again into mechanical energy.

Известен автономный источник энергоснабжения на основе ветросиловой установки (патент РФ 2614451, опубл. 28.03.2017), принятый за прототип, включающий установленную на башне-опоре ветросиловую установку, механически связанную с электрогенератором и компрессором-бустером, связанным трубопроводом с резервуаром высокого давления, турбодетандер, компрессор, механически связанный с ветросиловой установкой, электрогенератор, механически связанный с турбодетандером, расположенный в башне-опоре резервуар низкого давления, внутри которого соосно размещен резервуар высокого давления. An autonomous source of power supply based on a wind power plant is known (RF patent 2614451, publ. 03/28/2017), adopted as a prototype, including a wind power plant mounted on a support tower, mechanically connected to an electric generator and a booster compressor, connected by a pipeline to a high-pressure reservoir, a turbo expander , a compressor mechanically connected to the wind power plant, an electric generator mechanically connected to the turboexpander, a low-pressure tank located in the support tower, inside which a high-pressure tank is coaxially placed.

Недостатком устройства является резервуар низкого давления, корпус которого образован стенками башни опоры, что затрудняет доступ к оборудованию в гондоле ветросиловой установки без потери потенциальной энергии сжатого газа. Другим недостатком является то, что в качестве источника питания используется, по меньшей мере, одна ветросиловая установка, что в условиях значительного потенциала солнечной радиации не обеспечивает высокую степень автономности устройства. The disadvantage of the device is the low-pressure tank, the body of which is formed by the walls of the support tower, which makes it difficult to access the equipment in the nacelle of the wind power plant without losing the potential energy of the compressed gas. Another disadvantage is that at least one wind power plant is used as a power source, which, under conditions of a significant solar radiation potential, does not provide a high degree of autonomy of the device.

Техническим результатом является увеличение выработки электроэнергии ветро-фотоэлектрическим комплексом.The technical result is to increase the generation of electricity by the wind-photovoltaic complex.

Технический результат достигается тем, что дополнительно установлен редуктор, на выходном валу которого закреплен тормозной модуль, при этом входной вал редуктора соединён с выходным валом ветроколеса, а его выходной вал соединён с входным валом привода-распределителя, в верхней части гондолы выполнено отверстие, в которое установлен воздухозаборник, на резервуаре низкого давления установлены электромагнитные клапаны и клапан сброса давления, которые через трубопроводы соединены турбодетандером и блоком управления трекером, который установлен в поворотном модуле на стойке, при этом поворотные модули соединены с возможностью вращения с фотоэлектрическими панелями, которые соединены через кабель друг с другом и с преобразовательным блоком, который соединен с электрогенераторами, при этом блок управления трекером соединен через информационный кабель с метеостанцией, а через трубопровод – с пневматическими цилиндрами, первый пневматический цилиндр соединён с рычажной системой, которая соединена через шарнир с фотоэлектрической панелью, второй пневматический цилиндр соединён через механическую передачу с поворотным модулем. The technical result is achieved by the fact that an additional gearbox is installed, on the output shaft of which a braking module is fixed, while the input shaft of the gearbox is connected to the output shaft of the wind wheel, and its output shaft is connected to the input shaft of the distributor drive, a hole is made in the upper part of the nacelle, into which an air intake is installed, electromagnetic valves and a pressure relief valve are installed on the low pressure tank, which are connected through pipelines by a turbo expander and a tracker control unit, which is installed in a rotary module on a rack, while the rotary modules are connected for rotation with photovoltaic panels, which are connected through a cable to each other with a friend and with a converter unit, which is connected to electric generators, while the tracker control unit is connected via an information cable to a weather station, and through a pipeline - to pneumatic cylinders, the first pneumatic cylinder is connected to a lever system, which is connected dinena through a hinge with a photoelectric panel, the second pneumatic cylinder is connected through a mechanical transmission to the rotary module.

Ветро-фотоэлектрический комплекс с пневматическим солнечным трекером поясняется следующей фигурой:A wind-photovoltaic complex with a pneumatic solar tracker is illustrated by the following figure:

фиг. 1 – схема ветро-фотоэлектрического комплекса с пневматическим солнечным трекером;fig. 1 - diagram of a wind-photovoltaic complex with a pneumatic solar tracker;

фиг. 2 – пневматический солнечный трекер, где:fig. 2 - pneumatic solar tracker, where:

1 – башня-опора;1 - support tower;

2 – ветроколесо;2 - wind wheel;

3 – редуктор;3 - reducer;

4 – тормозной модуль;4 – braking module;

5 – привод-распределитель;5 - drive-distributor;

6 – электрогенератор;6 - electric generator;

7 – компрессор;7 - compressor;

8 – трубопровод;8 - pipeline;

9 – резервуар низкого давления;9 – low pressure tank;

10 – турбодетандер;10 – turbo expander;

11 – гондола;11 - gondola;

12 – электромагнитный клапан;12 - solenoid valve;

13 – воздухозаборник;13 - air intake;

14 – метеостанция;14 - weather station;

15 – информационный кабель;15 - information cable;

16 – фотоэлектрическая панель;16 - photovoltaic panel;

17 – стойка;17 - stand;

18 – поворотный модуль;18 - rotary module;

19 – кабель;19 - cable;

20 – преобразовательный блок;20 - converter block;

21 – клапан сброса давления;21 - pressure relief valve;

22 – шарнир;22 - hinge;

23 – рычажная система;23 - lever system;

24 – пневматический цилиндр;24 - pneumatic cylinder;

25 – механическая передача;25 - mechanical transmission;

26 – подшипниковый узел;26 - bearing assembly;

27 – блок управления трекером.27 - tracker control unit.

Ветро-фотоэлектрический комплекс с пневматическим солнечным трекером включает башню-опору 1 (фиг. 1), на которой установлена подвижная гондола 11. В верхней части гондолы 11 выполнено отверстие, в которое установлен воздухозаборник 13. В торцевой части гондолы 11 выполнено осевое отверстие, через которое выходной вал ветроколеса 2 соединён с входным валом редуктора 3, установленным внутри гондолы 11. На выходной вал редуктора 3 установлен тормозной модуль 4. Выходной вал редуктора 3 соединён с входным валом привода-распределителя 5. Первый выходной вал привода-распределителя 5 соединён с валом первого электрогенератора 6, установленного в гондоле 11, а второй выходной вал – с валом компрессора 7. Компрессор 7 с помощью трубопровода 8 соединён с резервуаром низкого давления 9. На резервуаре низкого давления 9 установлены клапан сброса давления 21 и электромагнитные клапаны 12. Первый электромагнитный клапан 12 с помощью трубопровода 8 соединён с турбодетандером 10. Выходной вал турбодетандера 10 соединён с валом второго электрогенератора 6. Электрогенераторы 6 с помощью кабелей 19 соединены с преобразовательным блоком 20. Преобразовательный блок 20 с помощью кабеля 19 соединён с фотоэлектрическими панелями 16. Каждая фотоэлектрическая панель 16 с помощью шарнира 22 установлена на поворотном модуле 18. Поворотный модуль 18 с помощью подшипникового узла 26 подвижно закреплён на стойке 17 (фиг. 2). В поворотном модуле 18 установлен блок управления трекером 27, который с помощью трубопровода 8 соединён со вторым электромагнитным клапаном 12, а с помощью информационного кабеля 15 – с метеостанцией 14. Преобразовательный блок 22 соединён с сетью потребителей электроэнергии. Блок управления трекером 27 с помощью трубопровода 8 соединён с пневматическими цилиндрами 24, первый из которых установлен в поворотном модуле 18, а второй установлен внутри стойки 17. В блок управления трекером 27 установлен источник электропитания (на фигуре не показан). Первый пневматический цилиндр 24 с помощью рычажной системы 23 соединён с шарниром 22, закреплённым на фотоэлектрической панели 16. Второй пневматический цилиндр 24 соединён с механической передачей 25, которая соединена с поворотным модулем 18. Механическая передача 25 подвижно закреплена на стойке 17 с помощью подшипникового узла (на фигуре не показан). The wind-photovoltaic complex with a pneumatic solar tracker includes a support tower 1 (Fig. 1), on which a movable gondola 11 is installed. A hole is made in the upper part of the gondola 11, into which an air intake 13 is installed. An axial hole is made in the end part of the gondola 11, through which the output shaft of the wind wheel 2 is connected to the input shaft of the gearbox 3 installed inside the nacelle 11. The brake module 4 is installed on the output shaft of the gearbox 3. The output shaft of the gearbox 3 is connected to the input shaft of the distributor drive 5. The first output shaft of the distributor drive 5 is connected to the shaft the first electric generator 6 installed in the nacelle 11, and the second output shaft - with the shaft of the compressor 7. The compressor 7 is connected to the low pressure tank 9 by means of a pipeline 8. A pressure relief valve 21 and solenoid valves 12 are installed on the low pressure tank 9. The first solenoid valve 12 is connected to the turboexpander 10 by means of a pipeline 8. The output shaft of the turbodetender andera 10 is connected to the shaft of the second electric generator 6. The electric generators 6 are connected to the converter unit 20 by means of cables 19. The converter unit 20 is connected to the photovoltaic panels 16 by means of a cable 19. Each photovoltaic panel 16 is mounted on the rotary module 18 by means of a hinge 22. The rotary module 18 is movably fixed on the rack 17 with the help of the bearing assembly 26 (Fig. 2). In the rotary module 18, a tracker control unit 27 is installed, which is connected to the second solenoid valve 12 with the help of a pipeline 8, and with the help of an information cable 15 to the weather station 14. The converter unit 22 is connected to the network of electricity consumers. The tracker control unit 27 is connected to the pneumatic cylinders 24 by means of a pipeline 8, the first of which is installed in the rotary module 18, and the second one is installed inside the rack 17. The power supply is installed in the tracker control unit 27 (not shown in the figure). The first pneumatic cylinder 24 is connected by means of a lever system 23 to the hinge 22 fixed on the photovoltaic panel 16. The second pneumatic cylinder 24 is connected to a mechanical transmission 25, which is connected to the rotary module 18. The mechanical transmission 25 is movably fixed on the rack 17 using a bearing assembly ( not shown in figure).

Устройство работает следующим образом. Ветроколесо 2 вращается под воздействием ветрового потока, передавая крутящий момент входному валу редуктора 3, установленного внутри гондолы 11, подвижной относительно вертикальной оси и установленной на башне-опоре 1. Выходной вал редуктора 3 приводит в движение входной вал привода-распределителя 5, который обеспечивает передачу вращающего момента на вал электрогенератора 6, установленного в гондоле 11, или вал компрессора 7. При передаче вращающего момента на вал электрогенератора 6 электрогенератор 6 вырабатывает электроэнергию, передаваемую с помощью кабеля 19 в преобразовательный блок 20. Компрессор 7 установлен в верхней части гондолы 11 и соединён с воздухозаборником 13, что обеспечивает сжатие атмосферного воздуха при передаче вращающего момента на вал компрессора 7 и его последующую передачу по трубопроводу 8 в резервуар низкого давления 9. При открытии первого электромагнитного клапана 12 сжатый воздух из резервуара низкого давления 9 по трубопроводу 8 поступает на турбодетандер 10, где потенциальная энергия сжатого газа переходит в кинетическую энергию выходного вала турбодетандера 10. Выходной вал турбодетандера 10 передаёт вращающий момент валу электрогенератора 6, который вырабатывает электроэнергию, передаваемую с помощью кабеля 19 в преобразовательный блок 20.The device works as follows. The wind wheel 2 rotates under the influence of the wind flow, transmitting torque to the input shaft of the gearbox 3 installed inside the nacelle 11, movable relative to the vertical axis and mounted on the support tower 1. The output shaft of the gearbox 3 drives the input shaft of the drive-distributor 5, which provides transmission torque to the shaft of the electric generator 6 installed in the nacelle 11, or the shaft of the compressor 7. When the torque is transmitted to the shaft of the electric generator 6, the electric generator 6 generates electricity transmitted via cable 19 to the converter unit 20. The compressor 7 is installed in the upper part of the nacelle 11 and is connected with an air intake 13, which ensures the compression of atmospheric air during the transfer of torque to the compressor shaft 7 and its subsequent transmission through the pipeline 8 to the low pressure tank 9. When the first solenoid valve 12 is opened, the compressed air from the low pressure tank 9 through the pipeline 8 enters the turbodet der 10, where the potential energy of the compressed gas is converted into the kinetic energy of the output shaft of the turboexpander 10. The output shaft of the turboexpander 10 transmits torque to the shaft of the electric generator 6, which generates electricity transmitted via cable 19 to the converter unit 20.

Фотоэлектрические панели 16 вырабатывают электроэнергию под воздействием солнечного излучения. Каждая фотоэлектрическая панель с помощью шарнира 22 закреплена на поворотном модуле 18. Поворотный модуль 18 за счёт подшипникового узла 26 подвижно установлен на стойке 17 с возможностью поворота в азимутальной плоскости. Поворотный модуль 18 осуществляет ориентирование фотоэлектрических панелей 16 на Солнце за счёт энергии сжатого воздуха, поступающего от второго электромагнитного клапана 12 по трубопроводу 8 в блок управления трекером 27, закреплённый в поворотном модуле 18. Управляющие сигналы в блок управления трекером 27 поступают по информационному кабелю 15 с метеостанции 14. Сжатый воздух с выхода блока управления трекером 27 подаётся в пневматические цилиндры 24. Первый пневматический цилиндр 24 при подаче сжатого воздуха приводит в действие рычажную систему 23, которая соединена с помощью шарнира 22 с фотоэлектрической панелью 16. Второй пневматический цилиндр 24 приводит в действие механическую передачу 25, которая соединена с поворотным модулем 18. Механическая передача 25 может быть соединена со вторым пневматическим цилиндром 24 с помощью червячно-реечной передачи, а с поворотным модулем 18 – с помощью цилиндрической косозубой передачи, что обеспечит плавность работы механизма. Электроэнергия от фотоэлектрических панелей 16 передаётся в преобразовательный блок 20 с помощью кабеля 19. Преобразовательный блок 20 обеспечивает отслеживание точки максимальной мощности ветро-фотоэлектрического комплекса, согласование разнородных источников генерации и соответствие показателей качества электроэнергии предъявляемым требованиям.Photovoltaic panels 16 generate electricity under the influence of solar radiation. Each photovoltaic panel is fixed on the rotary module 18 by means of a hinge 22. The rotary module 18 is movably mounted on the rack 17 due to the bearing assembly 26 with the possibility of rotation in the azimuthal plane. The rotary module 18 orients the photovoltaic panels 16 to the Sun due to the energy of compressed air coming from the second electromagnetic valve 12 through the pipeline 8 to the tracker control unit 27, fixed in the rotary module 18. Control signals to the tracker control unit 27 are received via an information cable 15 s weather station 14. Compressed air from the output of the tracker control unit 27 is supplied to the pneumatic cylinders 24. The first pneumatic cylinder 24, when compressed air is supplied, actuates the lever system 23, which is connected by means of a hinge 22 to the photoelectric panel 16. The second pneumatic cylinder 24 actuates mechanical transmission 25, which is connected to the rotary module 18. The mechanical transmission 25 can be connected to the second pneumatic cylinder 24 by means of a worm-and-pinion gear, and to the rotary module 18 by means of a cylindrical helical gear, which will ensure the smooth operation of the mechanism. Electricity from photovoltaic panels 16 is transmitted to the conversion unit 20 using cable 19. The conversion unit 20 provides tracking of the maximum power point of the wind-photovoltaic complex, coordination of heterogeneous generation sources and compliance of power quality indicators with the requirements.

Для торможения ветроколеса 2 при достижении максимальной скорости вращения, определённой для данной ветроэлектрической установки (ВЭУ), а также для обеспечения экстренного торможения и остановки, в гондоле 11 на выходном валу редуктора 3 предусматривается установка тормозного модуля 4. Для ограничения давления в резервуаре низкого давления 9 установлен клапан сброса давления 21.To brake the wind wheel 2 upon reaching the maximum rotation speed determined for a given wind power plant (wind turbine), as well as to ensure emergency braking and stopping, a brake module 4 is provided in the nacelle 11 on the output shaft of the gearbox 3. To limit the pressure in the low pressure tank 9 pressure relief valve 21 installed.

Ветро-фотоэлектрический комплекс с пневматическим солнечным трекером работает в следующем режиме. Если скорость ветра меньше минимальной скорости ветра, определённой для данной ВЭУ, привод-распределитель 5 осуществляет передачу вращающего момента на вал компрессора 7, благодаря чему энергия ветрового потока, теряемая при использовании ВЭУ классической конструкции, запасается в виде сжатого воздуха. Если скорость ветра больше минимальной скорости ветра, появляется возможность выработки электрической энергии за счёт электрогенератора 6, установленного в гондоле 11. В этом случае привод-распределитель 6 осуществляет передачу вращающего момента на вал электрогенератора 6. При этом сохраняется возможность накопления энергии в виде сжатого в резервуаре низкого давления 9 воздуха, что обеспечивается передачей вращающего момента либо только на вал компрессора 7, либо одновременно на вал электрогенератора 6 и вал компрессора 7. Если скорость ветра превышает номинальную скорость ветра, определённую для данной ВЭУ, привод-распределитель 5 осуществляет передачу вращающего момента одновременно на вал электрогенератора 6 и вал компрессора 7. Электрогенератор 6 при этом выдаёт в сеть потребителя мощность, а компрессор 7 обеспечивает накопление электроэнергии, теряемой при использовании ВЭУ классической конструкции. При заполнении резервуара низкого давления 9 номинальным объёмом воздуха, автоматически отслеживаемым с помощью манометра (на фигуре не показан), открывается клапан сброса давления 21. Для сохранения возможности ориентации фотоэлектрических панелей 16 на Солнце при проектировании ветро-фотоэлектрического комплекса с пневматическим солнечным трекером определяется минимальный объём сжатого газа в резервуаре низкого давления 9, необходимый для ориентации фотоэлектрических панелей 16 на Солнце в течение заданного количества часов. При уменьшении объёма сжатого газа в резервуаре низкого давления 9 до минимального уровня, работа турбодетандера 10 и соединённого с ним электрогенератора 6 прекращается, и работа поворотного модуля 18 гарантированно обеспечивается в течение заданного времени. The wind-photovoltaic complex with a pneumatic solar tracker operates in the following mode. If the wind speed is less than the minimum wind speed determined for a given wind turbine, the distributor drive 5 transfers torque to the compressor shaft 7, due to which the energy of the wind flow lost when using a wind turbine of a classical design is stored in the form of compressed air. If the wind speed is greater than the minimum wind speed, it becomes possible to generate electrical energy due to the electric generator 6 installed in the nacelle 11. In this case, the distributor drive 6 transfers torque to the shaft of the electric generator 6. At the same time, it remains possible to accumulate energy in the form of compressed in the tank low pressure 9 air, which is ensured by the transfer of torque either only to the shaft of the compressor 7, or simultaneously to the shaft of the electric generator 6 and the shaft of the compressor 7. If the wind speed exceeds the nominal wind speed determined for this wind turbine, the distributor drive 5 transfers torque simultaneously on the shaft of the electric generator 6 and the shaft of the compressor 7. At the same time, the electric generator 6 outputs power to the consumer's network, and the compressor 7 ensures the accumulation of electricity lost when using a wind turbine of a classical design. When the low-pressure tank 9 is filled with a nominal volume of air, automatically monitored using a pressure gauge (not shown in the figure), the pressure relief valve 21 opens. compressed gas in the low pressure tank 9, necessary for the orientation of photovoltaic panels 16 to the Sun for a given number of hours. When the volume of compressed gas in the low-pressure tank 9 decreases to a minimum level, the operation of the turboexpander 10 and the electric generator 6 connected to it is stopped, and the operation of the rotary module 18 is guaranteed to be ensured for a specified time.

Преимущество использования устройства состоит в увеличении выработки электроэнергии ветро-фотоэлектрическим комплексом за счёт резервуара низкого давления, позволяющего накапливать энергию в виде сжатого воздуха, а также пневматического солнечного трекера, обеспечивающего ориентацию фотоэлектрической панели на Солнце.The advantage of using the device is to increase the power generation of the wind-photovoltaic complex due to the low pressure reservoir, which allows to accumulate energy in the form of compressed air, as well as a pneumatic solar tracker, which ensures the orientation of the photovoltaic panel to the Sun.

Claims (1)

Ветро-фотоэлектрический комплекс с пневматическим солнечным трекером, содержащий башню-опору, ветроколесо, привод-распределитель, электрогенераторы, компрессор, трубопроводы, резервуар низкого давления, турбодетандер, гондолу, причём башня-опора соединена с гондолой, выходной вал привода-распределителя соединён с валом электрогенератора и валом компрессора, который с помощью трубопровода соединён с резервуаром низкого давления, выходной вал турбодетандера соединён с валом электрогенератора, отличающийся тем, что дополнительно установлен редуктор, на выходном валу которого закреплен тормозной модуль, при этом входной вал редуктора соединён с выходным валом ветроколеса, а его выходной вал соединён с входным валом привода-распределителя, в верхней части гондолы выполнено отверстие, в которое установлен воздухозаборник, на резервуаре низкого давления установлены электромагнитные клапаны и клапан сброса давления, которые через трубопроводы соединены турбодетандером и блоком управления трекером, который установлен в поворотном модуле на стойке, при этом поворотные модули соединены с возможностью вращения с фотоэлектрическими панелями, которые соединены через кабель друг с другом и с преобразовательным блоком, который соединен с электрогенераторами, при этом блок управления трекером соединен через информационный кабель с метеостанцией, а через трубопровод – с пневматическими цилиндрами, первый пневматический цилиндр соединён с рычажной системой, которая соединена через шарнир с фотоэлектрической панелью, второй пневматический цилиндр соединён через механическую передачу с поворотным модулем. A wind-photovoltaic complex with a pneumatic solar tracker, containing a support tower, a wind wheel, a distributor drive, electric generators, a compressor, pipelines, a low-pressure tank, a turbo expander, a nacelle, and the support tower is connected to the nacelle, the output shaft of the distributor drive is connected to the shaft an electric generator and a compressor shaft, which is connected by a pipeline to a low-pressure reservoir, the output shaft of the turboexpander is connected to the shaft of the electric generator, characterized in that a gearbox is additionally installed, on the output shaft of which a braking module is fixed, while the input shaft of the gearbox is connected to the output shaft of the wind wheel, and its output shaft is connected to the input shaft of the drive-distributor, in the upper part of the nacelle there is a hole in which the air intake is installed, electromagnetic valves and a pressure relief valve are installed on the low pressure tank, which are connected through pipelines by a turbo expander and a track control unit rum, which is installed in the rotary module on the rack, while the rotary modules are connected for rotation with photovoltaic panels, which are connected via cable to each other and to the converter unit, which is connected to the power generators, while the tracker control unit is connected via an information cable to the weather station , and through a pipeline - with pneumatic cylinders, the first pneumatic cylinder is connected to a lever system, which is connected through a hinge to a photovoltaic panel, the second pneumatic cylinder is connected through a mechanical transmission to a rotary module.
RU2023101514A 2023-01-25 Wind-photo-electric complex with pneumatic solar tracker RU2792492C1 (en)

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2792492C1 true RU2792492C1 (en) 2023-03-22

Family

ID=

Citations (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR100919488B1 (en) * 2007-07-27 2009-09-28 주식회사 세기도장 Tracker of solar power generator
WO2013160897A1 (en) * 2012-04-24 2013-10-31 Or Yogev Hybrid system for electric power generation from solar-thermal energy and wind energy sources
RU2614451C1 (en) * 2015-12-24 2017-03-28 федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Московский физико-технический институт (государственный университет)" Independent power source based on wind power installation
US20180023547A1 (en) * 2016-07-19 2018-01-25 Larry Jeffus Hybrid Wind-Solar Power Generation System
WO2018095446A1 (en) * 2016-11-23 2018-05-31 Stanislav Mach Power system using a renewable source of mechanical energy
RU180765U1 (en) * 2017-10-10 2018-06-22 Кирилл Владимирович Селиванов DEVICE FOR AUTOMATIC ORIENTATION OF THE SOLAR BATTERY PANEL IN THE DIRECTION OF LIGHT FLOW
MD4787C1 (en) * 2020-03-06 2022-08-31 Технический университет Молдовы Photovoltaic panel orientation installations
RU2021113644A (en) * 2021-05-13 2022-11-14 Алексей Леонидович Торопов AUTONOMOUS HYBRID TRIGERATION ENERGY COMPLEX USING RENEWABLE ENERGY SOURCES

Patent Citations (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR100919488B1 (en) * 2007-07-27 2009-09-28 주식회사 세기도장 Tracker of solar power generator
WO2013160897A1 (en) * 2012-04-24 2013-10-31 Or Yogev Hybrid system for electric power generation from solar-thermal energy and wind energy sources
RU2614451C1 (en) * 2015-12-24 2017-03-28 федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Московский физико-технический институт (государственный университет)" Independent power source based on wind power installation
US20180023547A1 (en) * 2016-07-19 2018-01-25 Larry Jeffus Hybrid Wind-Solar Power Generation System
WO2018095446A1 (en) * 2016-11-23 2018-05-31 Stanislav Mach Power system using a renewable source of mechanical energy
RU180765U1 (en) * 2017-10-10 2018-06-22 Кирилл Владимирович Селиванов DEVICE FOR AUTOMATIC ORIENTATION OF THE SOLAR BATTERY PANEL IN THE DIRECTION OF LIGHT FLOW
MD4787C1 (en) * 2020-03-06 2022-08-31 Технический университет Молдовы Photovoltaic panel orientation installations
RU2021113644A (en) * 2021-05-13 2022-11-14 Алексей Леонидович Торопов AUTONOMOUS HYBRID TRIGERATION ENERGY COMPLEX USING RENEWABLE ENERGY SOURCES

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US9869299B2 (en) Wind energy system and method for using same
US20100276935A1 (en) Renewable energy fluid pump to fluid-based energy generation
CN102410150B (en) Mechanically-coupled mini-type hybrid wind power generating system capable of storing energy in form of compressed air
RU2583168C2 (en) Electric power generation on basis of power accumulation exploiting natural energy and power generation system
US20180030958A1 (en) Hydro-pneumatic engery storage system
US20130284608A1 (en) Wind energy system and method for using same
US20110025058A1 (en) Communicating energy storages with different functions
CA2566996A1 (en) Power generation systems and method of operating same
CN104682832B (en) A kind of post, field energy supplyystem
WO2020244809A1 (en) A natural gas liquefaction system
US10790724B2 (en) Apparatus and method of generating energy from renewable energy sources
US20180112648A1 (en) Hybrid wind turbine for power output in low and zero wind conditions
CN202326032U (en) Mechanical coupling type compressed air energy storage micro hybrid wind power generation system
CN102400858A (en) Energy storage generating system and method for vertical axis wind turbine
CN102162431A (en) Stable wind driven generating device under air pressure/ hydraulic hybrid control
KR100786301B1 (en) Wind force generation system
RU2792492C1 (en) Wind-photo-electric complex with pneumatic solar tracker
CN201627683U (en) Pneumatic/hydraulic hybrid-controlled stable wind power generating device
CN110318950A (en) A kind of wind-power compressed air energy-storing and power-generating system
CN209994164U (en) Energy storage device
KR20120051631A (en) System for storing and transforming energy by using fluid compression type
CN113217291A (en) Double-fed wind turbine generator set integrating compressed air energy storage function and working method thereof
GB2546252A (en) Floating wind turbine
US20110133456A1 (en) Wind turbine brake power generation
US11002254B2 (en) Power plant unit for a hybrid power plant