RU2793560C1

RU2793560C1 - Photovoltaic power unit

Info

Publication number: RU2793560C1
Application number: RU2022121056A
Authority: RU
Inventors: Георгий Владимирович Макаров; Владислав Владимирович Трибунский
Original assignee: Открытое Акционерное Общество "Завод Продмаш"
Filing date: 2022-08-02
Publication date: 2023-04-04

Abstract

FIELD: solar technology; photovoltaic power unit.

SUBSTANCE: photovoltaic power unit contains photovoltaic modules, framework providing the possibility of movable fixation of photovoltaic modules, piles and an automatic control device, including sensors, a control unit, a drive. The device contains a central bearing pile, connected in the upper part with a support for fixing the drive by means of rows of oval holes and high-strength bolts, and also contains in-line bearing piles as a support for the rotary shaft, connected in the upper part to the support for fixing the bearing by means of rows of oval holes and high-strength bolts. The device additionally includes a telescopic damper, which is connected at one end through a lever to the rotary shaft, and at the other end to the in-line bearing pile through the damper support. The framework is a beam made of a profile with longitudinal slots at the top for mounting photovoltaic modules and at the bottom for attaching to a rotary shaft.

EFFECT: maintaining high wind load, avoiding detachment from piles, framework for photovoltaic modules used at wind speeds up to 30 m/s.

9 cl, 6 dwg

Description

Изобретение относится к гелиотехнике и может быть использовано в качестве энергетической установки, преобразующей лучистую энергию Солнца в электроэнергию, тепло и другие формы.The invention relates to solar technology and can be used as a power plant that converts the radiant energy of the sun into electricity, heat and other forms.

Из «Уровня техники» известна бионическая солнечная электростанция, содержащая несколько солнечных батарей с принимающими излучение фотоэлектрическими преобразователями, размещенных на механической системе, оснащенной системой ориентации, поддерживающей перпендикулярное положение солнечной батареи по отношению к Солнцу. При этом механическая система включает в себя неподвижное основание и блок ориентации, обеспечивающий поворот платформы с закрепленными солнечными батареями вокруг горизонтальной оси. Кроме того, платформа состоит из центральной панели и двух боковых панелей, приводимых в движение при помощи двух приводов вращательного движения, двух винтовых передач, преобразующих вращательное движение винта в поступательное движение гайки, и двух шатунов, образующих вместе с гайками и боковыми панелями кривошипно-шатунные механизмы и обеспечивающих вращение боковых панелей относительно центральной, а также двух фотодатчиков, закрепленных на центральной панели и подающих сигнал на включение привода блока ориентации при изменении положения Солнца, и датчиков скорости воздушного потока и дождя, посылающих сигналы на приводы, управляющие движением боковых панелей при возникновении неблагоприятных для работы установки погодных условий (см. патент РФ №140582, кл. МПК F24J2/42, опубл. 10.05.2014).A bionic solar power station is known from the "Prior Art" containing several solar panels with radiation-receiving photoelectric converters placed on a mechanical system equipped with an orientation system that maintains a perpendicular position of the solar battery with respect to the Sun. In this case, the mechanical system includes a fixed base and an orientation unit that rotates the platform with fixed solar panels around a horizontal axis. In addition, the platform consists of a central panel and two side panels driven by two rotary motion drives, two screw gears that convert the rotational motion of the screw into the translational motion of the nut, and two connecting rods that, together with the nuts and side panels, form cranks and connecting rods. mechanisms that ensure the rotation of the side panels relative to the central one, as well as two photo sensors mounted on the central panel and giving a signal to turn on the drive of the orientation block when the position of the Sun changes, and sensors for the speed of the air flow and rain that send signals to the drives that control the movement of the side panels when unfavorable weather conditions for the operation of the installation (see RF patent No. 140582, class IPC F24J2 / 42, publ. 10.05.2014).

Кроме того, известно устройство для преобразования солнечной энергии, выполненное с возможностью автоматической ориентации солнечной батареи и содержащее систему автоматического регулирования, состоящую из солнечной батареи, блока управления, электромеханического привода, неподвижной, установленной с регулируемой опорой, и подвижной, с установленной, по крайней мере, одной солнечной батареей, рам. Причем в качестве электромеханического привода используется линейный актуатор. При этом на неподвижной раме, установленной на вертикальных, регулируемых по высоте, стойках с фиксирующими отверстиями, которые закреплены в бетонных сваях, при помощи шарнира, имеющего одну степень свободы поворотного движения, в верхней части конструкции, и подшипника качения в основании конструкции, закреплена вспомогательная подвижная рама, выполненная в виде треугольника, на которой установлены солнечные батареи, количество которых может варьироваться. Причем линейный актуатор закреплен с одной стороны шарниром, имеющим две степени свободы поворотного движения, к тыльной стороне подвижной рамы, а с другой - жестким соединением к неподвижной раме, система автоматического регулирования ориентацией солнечных батарей выполнена в виде двух активных датчиков фоторезисторов, электрически соединенных с блоком управления приводом подвижной рамы (см. патент РФ №180901, кл. МПК H02S 20/32, опубл. 29.06.2018).In addition, a device for converting solar energy is known, made with the possibility of automatic orientation of the solar battery and containing an automatic control system consisting of a solar battery, a control unit, an electromechanical drive, fixed, installed with an adjustable support, and movable, with at least , one solar battery, frames. Moreover, a linear actuator is used as an electromechanical drive. At the same time, on a fixed frame mounted on vertical, height-adjustable racks with fixing holes, which are fixed in concrete piles, an auxiliary a movable frame made in the form of a triangle, on which solar panels are installed, the number of which may vary. Moreover, the linear actuator is fixed on one side by a hinge having two degrees of freedom of rotary movement to the back side of the movable frame, and on the other hand by a rigid connection to the fixed frame, the automatic control system for the orientation of solar panels is made in the form of two active sensors of photoresistors electrically connected to the block movable frame drive control (see RF patent No. 180901, class IPC H02S 20/32, publ. 06/29/2018).

Техническая проблема заключается в том, что известные фотоэлектрические энергетические устройства, выполненные одновременно с возможностью удержания фотоэлектрических модулей и их ориентации в зависимости от положения Солнца, не могут быть использованы в районах с высокой ветровой нагрузкой.The technical problem is that the known photovoltaic power devices, made simultaneously with the possibility of holding photovoltaic modules and their orientation depending on the position of the sun, cannot be used in areas with high wind load.

Задачей настоящего изобретения является устранение вышеприведенных недостатков.The objective of the present invention is to eliminate the above disadvantages.

Технический результат заключается в том, что фотоэлектрическое энергетическое устройство выдерживает высокие ветровые нагрузки, исключает отрыв от свай и/или стропил фотоэлектрических модулей при скорости ветра до 30 м/с.EFFECT: technical result is that the photovoltaic power device withstands high wind loads, excludes detachment from piles and/or rafters of photovoltaic modules at wind speeds up to 30 m/s.

Технический результат обеспечивается тем, что фотоэлектрическое энергетическое устройство содержит фотоэлектрические модули, стропила, обеспечивающие возможность подвижной фиксации фотоэлектрических модулей, сваи и устройство автоматического регулирования, включающее датчики, блок управления, привод. При этом устройство содержит центральную сваю-стойку, соединенную в ее верхней части с опорой для фиксации привода посредством выполненных в центральной свае-стойке и в опоре рядов овальных отверстий и болтов высокопрочных, а также в качестве опоры поворотного вала устройство содержит рядные сваи-стойки, соединенные в каждой ее верхней части с опорой для фиксации подшипника посредством выполненных в рядной свае-стойке и в опоре рядов овальных отверстий и болтов высокопрочных. Кроме того, устройство дополнительно включает телескопический демпфер, который одним концом через рычаг соединен с поворотным валом, а другим концом через опору демпфера соединен с рядной сваей-стойкой. Каждое стропило представляет собой балку, выполненную из профиля, имеющего продольны пазы вверху для монтажа фотоэлектрических модулей и внизу для прикрепления стропила к поворотному валу.The technical result is ensured by the fact that the photovoltaic power device contains photovoltaic modules, rafters that enable movable fixation of photovoltaic modules, piles and an automatic control device, including sensors, a control unit, a drive. At the same time, the device comprises a central pile-rack, connected in its upper part with a support for fixing the drive by means of rows of oval holes and high-strength bolts made in the central pile-rack and in the support, and also as a support for the rotary shaft, the device contains row piles-racks, connected in each of its upper part with a support for fixing the bearing by means of rows of oval holes and high-strength bolts made in the row pile-rack and in the support. In addition, the device additionally includes a telescopic damper, which is connected at one end through the lever to the rotary shaft, and at the other end through the damper support is connected to the in-line pile-rack. Each rafter is a beam made of a profile having longitudinal slots at the top for mounting photovoltaic modules and at the bottom for attaching the rafters to the rotary shaft.

Устройство обеспечивает следующие частные случаи его выполнения.The device provides the following special cases of its implementation.

Привод выполнен в виде мотор-редуктора.The drive is made in the form of a gear motor.

Устройство выполнено с возможностью регулировки высоты установки мотор-редуктора в непрерывном диапазоне 70 мм.The device is made with the possibility of adjusting the installation height of the motor-reducer in a continuous range of 70 mm.

Каждое стропило представляет собой балку, выполненную из алюминиевого замкнутого профиля, при этом крепление стропила к поворотному валу обеспечивается при помощи шпилек и прижимных планок, а фиксация фотоэлектрических модулей осуществлена посредством детали прижимной, винта и зажима.Each rafter is a beam made of an aluminum closed profile, while the rafters are fastened to the rotary shaft by means of pins and clamping bars, and the photovoltaic modules are fixed by means of a clamping part, a screw and a clamp.

Телескопический демпфер выполнен в виде телескопического масляного амортизатора, кроме того, опора демпфера соединена с рядной сваей-стойкой через прикрепленной к свае-стойке кронштейн L-образной формы и с помощью болтовых соединений.The telescopic damper is made in the form of a telescopic oil shock absorber, in addition, the damper support is connected to the in-line pile-rack through an L-shaped bracket attached to the pile-rack and with the help of bolted connections.

Сваи являются забивными, либо сваи выполнены с возможностью их опирания на железобетонный фундамент, либо сваи выполнены винтовыми.The piles are driven, or the piles are made with the possibility of their support on a reinforced concrete foundation, or the piles are made with screws.

Устройство обеспечивает возможность подвижной фиксации с портретным размещением фотоэлектрических модулей в 2 яруса.The device provides the possibility of mobile fixation with portrait placement of photovoltaic modules in 2 tiers.

Сущность настоящего изобретения поясняется следующими иллюстрациями:The essence of the present invention is illustrated by the following illustrations:

Фиг. 1 - схематическое изображение принципа работы устройства с закрепленными фотоэлектрическими модулями;Fig. 1 is a schematic representation of the principle of operation of the device with fixed photovoltaic modules;

Фиг. 2 узел крепления центральной сваи-стойки с опорой для фиксации привода;Fig. 2 fastening unit of the central pile-rack with a support for fixing the drive;

Фиг. 3 узел крепления рядной сваи-стойки с опорой для подвижной фиксации поворотного вала;Fig. 3 fastening unit of a row pile-rack with a support for movable fixation of the rotary shaft;

Фиг. 4 - узел опирания мотор-редуктора;Fig. 4 - node supporting the motor-reducer;

Фиг. 5 - узел опоры поворотного вала;Fig. 5 - node support of the rotary shaft;

Фиг. 6 узел крепления стропила с поворотным валом.Fig. 6 rafter attachment point with a swivel shaft.

Устройство содержит стропила 2, обеспечивающие возможность подвижной фиксации фотоэлектрических модулей 1, сваи и устройство автоматического регулирования, включающее датчики, блок управления, привод. При этом устройство содержит центральную сваю-стойку 3, соединенную в ее верхней части с опорой 4 для фиксации привода посредством выполненных в центральной свае-стойке 3 и в опоре 4 рядов овальных отверстий и болтов высокопрочных, а также в качестве опоры поворотного вала 5 устройство содержит рядные сваи-стойки 6, соединенные в каждой ее верхней части с опорой 7 для фиксации подшипника скольжения сферического 8 посредством выполненных в рядной свае-стойке бив опоре 7 рядов овальных отверстий и болтов высокопрочных. Предпочтительно, чтобы опоры 4 и 7 были выполнены в виде насадок на верхнюю часть свай (крепится сверху на сваю, закрывает верхнюю часть сваи и часть боковой поверхности сваи) и содержали боковые поверхности, включающие по меньшей мере две стороны, прилегающие к боковым стенкам (противолежащим стенкам или одновременно всем стенкам) сваи с формообразованием на основе прямоугольного параллелепипеда и выполненные с возможностью соединения со стенками сваи с помощью рядов овальных отверстий и болтов высокопрочных. Каждое место крепления боковой стенки центральной сваи-стойки 3 и опоры 4 с помощью рядов овальных отверстий и болтов содержит по меньшей мере два вертикальных ряда, включающих три овальных отверстия, и по меньшей мере два болтовых соединения. Каждое место крепления боковой стенки рядной сваи-стойки 6 и опоры 7 включает один вертикальный ряд, содержащий два овальных отверстия и два болтовых соединения. При этом опора 7 для фиксации корпуса 9 подшипника 8 состоит из 2-х кронштейнов для независимости от погрешности размеров высоты сечения профиля±3 мм. В опоре 7 предусмотренные овальные отверстия позволяют регулировать высоту установки опоры 7 относительно верха сваи-стойки 6 в непрерывном диапазоне и возможность юстировки в процессе эксплуатации.The device contains rafters 2, which provide the possibility of movable fixation of photovoltaic modules 1, piles and an automatic control device, including sensors, a control unit, a drive. At the same time, the device comprises a central pile-rack 3 connected in its upper part to a support 4 for fixing the drive by means of rows of oval holes and high-strength bolts made in the central pile-rack 3 and in the support 4, and also as a support for the rotary shaft 5, the device contains in-line pile-racks 6, connected in each of its upper part with a support 7 for fixing a spherical plain bearing 8 by means of rows of oval holes and high-strength bolts made in a row pile-rack. It is preferable that the supports 4 and 7 are made in the form of caps on the top of the piles (mounted on top of the pile, cover the top of the pile and part of the side surface of the pile) and contain side surfaces, including at least two sides adjacent to the side walls (opposite walls or all walls at the same time) piles with shaping on the basis of a rectangular parallelepiped and made with the possibility of connection with the pile walls using rows of oval holes and high-strength bolts. Each place of attachment of the side wall of the central pile-rack 3 and support 4 with the help of rows of oval holes and bolts contains at least two vertical rows, including three oval holes, and at least two bolted connections. Each place of attachment of the side wall of the row pile-rack 6 and support 7 includes one vertical row containing two oval holes and two bolted connections. In this case, the support 7 for fixing the housing 9 of the bearing 8 consists of 2 brackets for independence from the error in the dimensions of the height of the profile section ± 3 mm. The provided oval holes in the support 7 make it possible to adjust the installation height of the support 7 relative to the top of the pile-rack 6 in a continuous range and the possibility of adjustment during operation.

Кроме того, устройство дополнительно включает демпфер, который одним концом через рычаг соединен с поворотным валом 5, а другим концом через опору демпфера соединен с рядной сваей-стойкой 6.In addition, the device additionally includes a damper, which is connected at one end through the lever to the rotary shaft 5, and at the other end through the damper support is connected to the in-line pile-rack 6.

В заявленном устройстве обеспечено сочетание необходимой жесткости конструкции, которая обусловлена применением специальных крепежных и конструктивных элементов, и гашения демпфером крутильных колебаний поворотного вала 5 и стропил 2 от ветровых пульсаций. Это сочетание позволяет противостоять действующим ветровым нагрузкам при скорости ветра до 30 м/с и исключить отрыв от свай и/или стропил фотоэлектрических модулей.The claimed device provides a combination of the necessary rigidity of the structure, which is due to the use of special fasteners and structural elements, and damping damper torsional vibrations of the rotary shaft 5 and rafters 2 from wind pulsations. This combination makes it possible to withstand the current wind loads at wind speeds up to 30 m/s and to prevent separation from piles and/or rafters of photovoltaic modules.

При этом привод выполнен в виде мотор-редуктора 10. Узел крепления поворотного вала 5 к мотор-редуктору 10 может быть реализован за счет крепления трубы 140×5 к хвостовику мотор-редуктора 10 внешним сечением 110×110 мм. Такой принцип крепления поворотного вала 5 осуществляется при помощи переходной детали из трубы 120×4. В другом альтернативном варианте используют приварные пластины внутри трубы 140×5.In this case, the drive is made in the form of a gear motor 10. The fastening unit of the rotary shaft 5 to the gear motor 10 can be implemented by attaching a 140 × 5 pipe to the shank of the gear motor 10 with an external section of 110 × 110 mm. This principle of fastening the rotary shaft 5 is carried out with the help of an adapter made of a 120 × 4 pipe. In another alternative, weld plates are used inside the 140×5 pipe.

Устройство выполнено с возможностью регулировки высоты установки мотор-редуктора 10 в непрерывном диапазоне 70 мм.The device is made with the possibility of adjusting the installation height of the motor-reducer 10 in a continuous range of 70 mm.

Каждое стропило 2 представляет собой балку, выполненную из алюминиевого замкнутого профиля, имеющего продольны пазы 11, 12 вверху для монтажа фотоэлектрических модулей 1 и внизу для прикрепления стропила к поворотному валу 5, при этом крепление стропила 2 к поворотному валу 5 обеспечивается при помощи шпилек М10 13, гаек М10 14 и прижимных планок 15, а фиксация фотоэлектрических модулей 1 осуществлена посредством детали прижимной, винта и зажима. При этом прижимная деталь опирается на достаточно жесткую вертикальную стенку рамки фотоэлектрического модуля 1. Такой принцип крепления отличается высокой надежностью, кроме того, прост в монтаже.Each rafter 2 is a beam made of an aluminum closed profile having longitudinal grooves 11, 12 at the top for mounting photovoltaic modules 1 and at the bottom for attaching the rafters to the rotary shaft 5, while the rafters 2 are fastened to the rotary shaft 5 using M10 13 studs , M10 nuts 14 and clamping bars 15, and the fixation of photovoltaic modules 1 is carried out by means of a clamping part, a screw and a clamp. In this case, the clamping part rests on a fairly rigid vertical wall of the frame of the photovoltaic module 1. This mounting principle is highly reliable, and, moreover, is easy to install.

Проблема гальванопары между стропилом 2 и рамкой фотоэлектрического модуля 1 не возникает в принципе. Вопрос о заземлении фотоэлектрического модуля 1 решен применением болта М5, установленного через специальное отверстие в рамке модуля 1 и отверстие в стропиле 2.The problem of a galvanic couple between the rafter 2 and the frame of the photovoltaic module 1 does not arise in principle. The issue of grounding the photovoltaic module 1 was solved by using an M5 bolt installed through a special hole in the frame of the module 1 and a hole in the rafter 2.

Демпфер выполнен в виде телескопического масляного амортизатора, кроме того, опора демпфера соединена с рядной сваей-стойкой 6 через прикрепленной к рядной свае-стойке 6 кронштейн L-образной формы и с помощью пары болтовых соединений.The damper is made in the form of a telescopic oil shock absorber, in addition, the damper support is connected to the in-line pile-rack 6 through an L-shaped bracket attached to the row pile-rack 6 and using a pair of bolted connections.

Сваи являются забивными либо выполнены с возможностью их опирания на железобетонный фундамент, кроме того, сваи могут быть выполнены винтовыми. В среднем глубина забивки свай составляет 2500 мм.The piles are driven or made with the possibility of their support on a reinforced concrete foundation, in addition, the piles can be made screw. The average pile driving depth is 2500 mm.

Устройство обеспечивает возможность портретного или альбомного размещения 100 фотоэлектрических модулей размером 2279×1134.The device provides the possibility of portrait or landscape placement of 100 photovoltaic modules with a size of 2279×1134.

Устройство функционирует следующим образом.The device functions as follows.

Ориентация фотоэлектрических модулей 1 регулируется посредством поворота мотор-редуктором 10 стропил 2, прикрепленных к поворотному валу 5. Мотор-редуктор 10 управляется блоком управления на основе схемы компаратора, который получает питание непосредственно от фотоэлектрических модулей 1. На блок управления, в свою очередь, подается сигнал от датчиков - фоторезисторов, которые производят мониторинг пространственного положения Солнца. Сигнал сравнивается в блоке управления, и происходит подача сигнала на включение мотор-редуктора 10 для поворота стропил 2 с закрепленными на них фотоэлектрическими модулями 1 в сторону с большей освещенностью. Обеспечивается возможность регулировки светочувствительности датчиков, что позволяет устройству функционировать ночью при установке на среднюю настройку светочувствительности, что, в свою очередь, позволяет приводить устройство в исходное положение (с ориентацией на восток) при восходе.The orientation of the photovoltaic modules 1 is controlled by turning the rafters 2 attached to the rotary shaft 5 by the gearmotor 10. The gearmotor 10 is controlled by the control unit based on the comparator circuit, which is powered directly from the photovoltaic modules 1. The control unit, in turn, is supplied with a signal from sensors - photoresistors that monitor the spatial position of the Sun. The signal is compared in the control unit, and a signal is sent to turn on the motor-reducer 10 to turn the rafters 2 with photovoltaic modules 1 attached to them to the side with more illumination. The light sensitivity of the sensors can be adjusted, allowing the device to function at night when set to a medium light sensitivity setting, which in turn allows the device to be brought to its home position (orientated to the east) at sunrise.

Claims

1. A photovoltaic power device containing photovoltaic modules, rafters that enable movable fixation of photovoltaic modules, piles and an automatic control device, including sensors, a control unit, a drive, characterized in that the device contains a central pile-rack connected in its upper part with support for fixing the drive by means of rows of oval holes and high-strength bolts made in the central pile-rack and in the support, and also as a support for the rotary shaft, the device contains in-line pile-racks connected in each of its upper parts with a support for fixing the bearing by means of in-line pile-rack and in the support of rows of oval holes and high-strength bolts, in addition, the device additionally includes a telescopic damper, which at one end through the lever is connected to the rotary shaft, and the other end through the damper support is connected to the in-line pile-rack, and each rafter is a beam made of a profile having longitudinal slots at the top for mounting photovoltaic modules and at the bottom for attaching the rafters to the rotary shaft.

2. The device according to claim. 1, characterized in that the drive is made in the form of a gear motor.

3. The device according to claim. 2, characterized in that the device is made with the possibility of adjusting the installation height of the motor-reducer in a continuous range of 70 mm.

4. The device according to any one of paragraphs. 1-3, characterized in that each rafter is a beam made of an aluminum closed profile, while the fastening of the stop to the rotary shaft is provided with the help of pins and clamping bars, and the fixation of the photovoltaic modules is carried out by means of a clamping part, a screw and a clamp.

5. The device according to claim 4, characterized in that the telescopic damper is made in the form of a telescopic oil shock absorber, in addition, the damper support is connected to the in-line pile-rack through an L-shaped bracket attached to the pile-rack and using bolted connections.

6. The device according to claim 5, characterized in that the piles are driven.

7. The device according to claim 5, characterized in that the piles are made with the possibility of their support on a reinforced concrete foundation.

8. The device according to p. 5, characterized in that the piles are made of screw.

9. The device according to any one of paragraphs. 6-8, characterized in that it provides the possibility of movable fixation with portrait placement of photovoltaic modules in 2 tiers.