SK5784Y1

SK5784Y1 - Solar device for energy efficiency increasing of photovoltaic and photothermic systems

Info

Publication number: SK5784Y1
Application number: SK50073-2010U
Authority: SK
Inventors: Jan Zupa; Peter Zupa; Jaroslav Zupa; Jan Tobik
Original assignee: Goldensun Slovakia S R O
Priority date: 2010-09-14
Filing date: 2010-09-14
Publication date: 2011-07-06
Also published as: SK500732010U1; CZ21815U1

Abstract

Solar device for energy efficiency increasing of photovoltaic and photothermic systems is characterized in that mirror surfaces (1) having against active areas (2) of solar panels (3) mounted on a fixed supporting structure (15) an adjustable pitch angle. An upper edge (4) of a reflected area (5) of solar radiation from the mirror surface (1) coincides with the upper edge (6) of the active areas (2) of the solar panels (3), the mirror surfaces (1) are tilting about a horizontal axis to a rotary hinge (9) mounted on the support fixed parts (7) and the mirror parts (8) bearing on the opposite side the mirror surfaces (1). A tilting mechanism (10) is mounted on the support fixed part (7) and on the mirror part (8) and is connected with a controller (11), which has in a feedback circuit connected at least two differential solar sensors (12, 13).

Description

Oblasť technikyTechnical field

Technické riešenie sa týka solárneho zariadenia na zvýšenie energetického prínosu fotovoltických a fototermických systémov. Zariadenie môže byť inštalované ako nezávislé od konštrukcie solárneho fotovoltického alebo fototermického, alebo môže byť do ich konštrukcie priamo zaintegrované, prepojením tak vytvárajúc efektívnejšie využitie spoločných, najmä nosných a montážnych komponentov.The technical solution relates to a solar system for increasing the energy contribution of photovoltaic and photothermal systems. The device may be installed independently of the solar photovoltaic or photothermal design, or may be directly integrated into their design, by interconnecting, thereby making more efficient use of common, in particular support and assembly components.

Doterajší stav technikyBACKGROUND OF THE INVENTION

Súčasne je mnoho fotovoltických elektrární alebo solárnych termických systémov s fotovoltickými panelmi alebo solárnymi kolektormi inštalovanými v inklinácii na fixných podperných konštrukciách v radách za sebou, medzi ktorými sú vytvorené medzery pre zabezpečenie stanovených uhlov vzájomného tienenia fotovoltických panelov alebo solárnych kolektorov vzhľadom k ich optimálnej inklinácii pre geografické podmienky v mieste inštalácie. Takto vytvorené voľné priestory medzi radmi fotovoltických panelov alebo solárnych kolektorov znižujú územnú plošnú využiteľnosť energie solárneho potenciálu dopadajúceho na miesto inštalácie fotovoltického alebo fototermického systému, a tým znižujú efektivitu a zvyšujú investičné aj prevádzkové náklady fotovoltickej elektrárne alebo fototermického systému. Čiastočne je možné uvedené nedostatky riešiť podľa úžitkového vzoru 50101-2009 s názvom: „Hrebeňová konštrukcia na montáž solárnych panelov“, kde v priestoroch medzi radmi fotovoltických panelov sú fixne upevnené reflexné zrkadlové plochy orientované v zmysle uhlov vzájomného tienenia fotovoltických panelov tak, aby v dôsledku nimi odrazeného slnečného žiarenia na fotovoltické panely sa zvýšil energetický prínos fotovoltickej elektrárne. Nevýhodou riešenia zrkadlovej hrebeňovej konštrukcie je v tom, že fixné neriadené uhly zrkadlových plôch voči aktívnym plochám fotovoltických panelov neumožňujú vytváranie rovnomerných svetelných podmienok pre všetky sériovo radené články fotovoltických panelov, ako aj všetky fotovoltické panely zapojené do série. V dôsledku neriadených uhlov odrazu zrkadlových plôch často nedochádza k výraznejšiemu zvýšeniu výkonu fotovoltických panelov a solárnych kolektorov a navyše môže často dochádzať k nežiaducim odrazom slnečného žiarenia do okolia.At the same time, many photovoltaic power plants or solar thermal systems with photovoltaic panels or solar collectors are installed in an inclination on fixed support structures in series, between which gaps are provided to provide defined shielding angles of photovoltaic panels or solar collectors for their optimal inclination for geographic conditions at the place of installation. The open spaces between the rows of photovoltaic panels or solar collectors thus created reduce the territorial utilization of the solar potential energy incident at the installation site of the photovoltaic or photothermal system, thereby reducing efficiency and increasing the investment and operating costs of the photovoltaic power plant or photothermal system. Particularly, the above-mentioned deficiencies can be solved according to utility model 50101-2009 entitled: "Rack structure for mounting solar panels", where reflective mirrored surfaces are fixed in the spaces between rows of photovoltaic panels oriented in terms of angles of mutual shielding of photovoltaic panels so that the solar radiation reflected on the photovoltaic panels increased the energy benefit of the photovoltaic power plant. The disadvantage of the mirror ridge construction is that the fixed, uncontrolled angles of the mirror surfaces relative to the active surfaces of the photovoltaic panels do not allow uniform light conditions to be created for all series array photovoltaic panels as well as all photovoltaic panels connected in series. Due to the uncontrolled reflection angles of the mirrored surfaces, there is often no significant increase in the performance of photovoltaic panels and solar collectors and, in addition, undesirable solar radiation reflections into the environment can often occur.

Podstata technického riešeniaThe essence of the technical solution

Uvedené nedostatky v podstatnej miere odstraňuje riešenie solárneho zariadenia na zvýšenie energetického prínosu fotovoltických a fototermických systémov, tvorené súvislými radmi zrkadlových plôch rovnobežne umiestnenými pred a medzi radmi solárnych panelov umiestnených v radoch na fixných konštrukciách tak, že zrkadlové plochy vytvárajú s aktívnymi plochami solárnych panelov tvar písmena „V“, potom solárne zariadenie je tvorené zrkadlovými plochami, ktoré majú proti aktívnym plochám solárnych panelov upevnených na nosnej fixnej konštrukcii nastaviteľný uhol sklonu tak, že horný okraj odrazenej plochy slnečného žiarenia od zrkadlovej plochy sa kryje s hornou hranou aktívnych plôch solárnych panelov. Zrkadlové plochy sú jednoradové alebo viacradové, sú naklápateľné okolo horizontálnej osi na otočných závesoch upevnených na nosných fixných častiach a zrkadlových častiach, ktoré z opačnej strany nesú zrkadlové plochy. Naklápanie sa vykonáva naklápacím mechanizmom spojeným s regulátorom, ktorý má v obvode spätnej väzby pripojené najmenej dva diferenciálne solárne snímače. Prvý solárny snímač priameho aj odrazeného slnečného žiarenia pre naklápanie zrkadlových plôch v pravotočivom smere P je umiestnený na alebo pri homej hrane aktívnych plôch solárnych panelov s nasmerovaním na protiľahlé zrkadlové plochy. Druhý solárny snímač priameho slnečného žiarenia pre naklápanie zrkadlových plôch v ľavotočivom smere L je umiestnený najmä na alebo pri homej hrane otočnej zrkadlovej plochy s nasmerovaním oproti oblohe.The above-mentioned shortcomings are substantially eliminated by the solution of a solar device for increasing the energy contribution of photovoltaic and photothermal systems, consisting of continuous rows of mirror surfaces parallel to and in front of rows of solar panels placed in rows on fixed structures so that mirror surfaces form letters with active surfaces "V", then the solar device consists of mirror surfaces having an adjustable angle of inclination relative to the active surfaces of the solar panels mounted on the supporting fixed structure so that the upper edge of the reflected solar radiation surface from the mirror surface coincides with the upper edge of the active surfaces of the solar panels. The mirror surfaces are single-row or multi-row, tilting about a horizontal axis on pivoting hinges mounted on load-bearing fixed parts and mirror parts, which on the other side carry the mirror surfaces. The tilting is performed by a tilting mechanism connected to a regulator having at least two differential solar sensors connected in the feedback circuit. The first solar sensor of both direct and reflected solar radiation for tilting the mirror surfaces in the clockwise direction P is located on or at the upper edge of the active surfaces of the solar panels, pointing to the opposite mirror surfaces. A second solar direct sunlight sensor for tilting the mirror surfaces in the left-hand L-direction is located, in particular, at or at the upper edge of the rotating mirror surface facing the sky.

Naklápací mechanizmus môže byť elektromechanický mechanizmus elektricky pripojený na výstup elektronického regulátora. Naklápací mechanizmus môže byť hydraulický mechanizmus pripojený na výstup elektronického regulátora. Naklápací mechanizmus môže byť pneumatický mechanizmus pripojený na výstup elektronického regulátora. Naklápací mechanizmus môže byť pohybová skrutka pripojená na výstup elektronického regulátora.The tilt mechanism may be an electromechanical mechanism electrically connected to the output of the electronic controller. The tilt mechanism may be a hydraulic mechanism connected to the output of the electronic controller. The tilt mechanism may be a pneumatic mechanism connected to the output of the electronic controller. The tilting mechanism may be a motion screw connected to the output of the electronic controller.

Viacradové zrkadlové plochy sú na zrkadlových častiach opatrené mechanickým prípravkom na ich spoločné naklápanie jediným naklápacím mechanizmom. V tomto prípade potom nie je potrebné pre každý rad použiť nezávislý naklápací mechanizmus ale naklápanie sa vykonáva jedným a mechanický prípravok prenesie pohyb na všetky rady zrkadlových plôch.The multi-row mirror surfaces are provided on the mirror parts with a mechanical device for their tilting together by a single tilting mechanism. In this case, it is then not necessary to use an independent tilting mechanism for each row, but the tilting is performed by one and the mechanical jig transmits the movement to all rows of mirror surfaces.

Solárne zariadenie s elektronicky riadeným uhlom odrazu zrkadlových plôch optimalizuje odraz slnečného žiarenia na solárne panely tak, že ich aktívne plochy sú v rámci technických možností homogénne osvetlené od ich horného okraja smerom dole a súčasne minimalizuje nežiaduce odrazy slnečného žiarenia do okolia.An electronically controlled mirror reflection solar system optimizes solar radiation reflection on solar panels so that their active surfaces are homogeneously illuminated downwards from their upper edge, while minimizing unwanted solar reflections to the surroundings.

SK 5784 Υ1SK 5784 Υ1

Výhodou využitia solárneho zariadenia je najmä zvýšenie výkonu a tým aj energetického prínosu fotovoltických elektrárni v rámci ich výkonovej rezervy medzi projektovaným a skutočným výkonom. Experimentálnymi metódami bolo potvrdené, že v podmienkach Slovenskej republiky a Českej republiky je možné s využitím navrhovaného riešenia zvýšiť energetický prínos fotovoltických elektrárni o 15 až 30 %.The advantage of using solar equipment is especially the increase of output and hence the energy benefit of photovoltaic power plants within their power reserve between the projected and actual output. Experimental methods confirmed that in the conditions of the Slovak Republic and the Czech Republic it is possible to increase the energy benefit of photovoltaic power plants by 15 to 30% using the proposed solution.

Ďalšími výhodami riešenia solárneho zariadenia je, že nastaviteľným uhlom zrkadlových plôch sa dosiahne zvýšenie intenzity a homogenity osvetlenia fotovoltických panelov a solárnych kolektorov a najmä sa dosiahne obmedzenie nežiaducich odrazov slnečného žiarenia do okolia.Another advantage of the solar installation is that by adjusting the angle of the mirror surfaces, the intensity and homogeneity of the illumination of the photovoltaic panels and the solar collectors is increased and, in particular, the undesirable reflection of the solar radiation into the environment is reduced.

Ďalšími výhodami riešenia solárneho zariadenia je, že zrkadlové plochy je možné umiestniť na existujúce fotovoltických a fototermických systémov, umiestnených v radoch na fixných konštrukciách tak, že zrkadlové plochy vytvárajú s aktívnymi plochami solárnych panelov tvar písmena „V“, a s neaktívnymi plochami _Avyužijúc už zabudované konštrukcie týchto systémov pričom horné hrany zrkadlových plôch a fotovoltických systémov môž u byť na jednej osi.Further advantages of the solar system solution are that mirror surfaces can be placed on existing photovoltaic and photothermal systems placed in rows on fixed constructions so that the mirror surfaces form a "V" letter with the active surfaces of the solar panels and with the inactive surfaces _A using already built-in construction of these systems whereby the upper edges of mirror surfaces and photovoltaic systems can be on one axis.

Prehľad obrázkov na výkresochBRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS

Na pripojených obrázkoch je znázornené vyhotovenie solárneho zariadenia, kde na obr. 1 je schematicky znázornené usporiadanie zrkadlovej plochy s nastaviteľným uhlom sklonu oproti solárnym panelom s umiestnením diferenciálnych solárnych snímačov a ich pripojením na vstupy elektronického regulátora, na ktorého výstup je pripojený naklápací mechanizmus. Na obr. 2 je schematicky znázornené prekrytie horného okraja odrazenej plochy slnečného žiarenia s hornou hranou aktívnej plochy solárnych panelov.The accompanying drawings show an embodiment of a solar installation, where in FIG. 1 schematically shows an arrangement of a mirror surface with an adjustable angle of inclination relative to solar panels with the location of differential solar sensors and their connection to the inputs of an electronic controller to which the tilting mechanism is connected. In FIG. 2 is a schematic representation of an overlap of the upper edge of the reflected solar radiation surface with the upper edge of the active surface of the solar panels.

Na obr. 3 je schematicky v bočnom pohľade znázornené obecné riešenie viacradovej zrkadlovej konštrukcie, kde čiarkovanou čiarou je znázornené mechanické spriahnutie jednotlivých zrkadlových radov.In FIG. 3 is a schematic side view of a general solution of a multi-row mirror structure, wherein the dashed line shows the mechanical coupling of the individual mirror rows.

Príklady uskutočneniaEXAMPLES

Solárne zariadenie je tvorené zrkadlovými plochami i, ktoré majú proti aktívnym plochám 2 solárnych panelov 3 upevnených na nosnej fixnej konštrukcii 15 nastaviteľný uhol sklonu tak, že horný okraj 4 odrazenej plochy 5 slnečného žiarenia od zrkadlovej plochy i sa kryje s hornou hranou 6 aktívnych plôch 2 solárnych panelov 3. Zrkadlové plochy I sú jednoradové alebo viacradové, sú naklápateľné okolo horizontálnej osi na otočných závesoch 9 upevnených na nosných fixných častiach 7 a zrkadlových častiach 8, ktoré z opačnej strany nesú zrkadlové plochy 1. Naklápanie sa vykonáva naklápacím mechanizmom 10 spojeným s regulátorom 11, ktorý má v obvode spätnej väzby pripojené najmenej dva diferenciálne solárne snímače 12, 13. Prvý solárny snímač 12 priameho aj odrazeného slnečného žiarenia pre naklápanie zrkadlových plôch i v pravotočivom smere P je umiestnený na alebo pri hornej hrane 6 aktívnych plôch 2 solárnych panelov 3 s nasmerovaním na protiľahlé zrkadlové plochy L Druhý solárny snímač 13 priameho slnečného žiarenia pre naklápanie zrkadlových plôch i v ľavotočivom smere Lje umiestnený na alebo pri hornej hrane 14 otočnej zrkadlovej plochy 1 s nasmerovaním oproti oblohe.The solar device consists of mirror surfaces 1 which have an adjustable angle of inclination relative to the active surfaces 2 of the solar panels 3 mounted on the supporting fixed structure 15 so that the upper edge 4 of the reflected surface 5 of the sun radiation from the mirror surface 1 coincides with the upper edge 6 of the active surfaces 2. solar panels 3. The mirror surfaces I are single-row or multi-row, they can be tilted about a horizontal axis on pivoting hinges 9 mounted on supporting fixed parts 7 and mirror parts 8, which on the opposite side carry mirror surfaces 1. The tilting is performed by tilting mechanism 10 connected to the regulator 11, which has at least two differential solar sensors 12, 13 connected in the feedback circuit. The first solar sensor 12 of both direct and reflected solar radiation for tilting the mirror surfaces in the right-hand P direction is located at or near the upper edge of 6 active surfaces of 2 solar panels. 3 with directing on opposite mirror surfaces L The second solar direct sunlight sensor 13 for tilting the mirror surfaces also in the left-hand direction L is located on or at the upper edge 14 of the rotating mirror surface 1 with the orientation against the sky.

Naklápací mechanizmus 10 môže byť elektromechanický mechanizmus elektricky pripojený na výstup elektronického regulátora 11. Naklápací mechanizmus 10 môže byť hydraulický mechanizmus pripojený na výstup elektronického regulátora H. Naklápací mechanizmus 10 môže byť pneumatický mechanizmus pripojený na výstup elektronického regulátora 11. Naklápací mechanizmus 10 môže byť pohybová skrutka pripojená na výstup elektronického regulátora 11.The tilt mechanism 10 may be an electromechanical mechanism electrically connected to the output of the electronic regulator 11. The tilt mechanism 10 may be a hydraulic mechanism connected to the output of the electronic regulator H. The tilt mechanism 10 may be a pneumatic mechanism connected to the output of the electronic regulator 11. connected to the output of the electronic controller 11.

Viacradové zrkadlové plochy i sú na zrkadlových častiach 8 opatrené mechanickým prípravkom 16 na ich spoločné naklápanie jediným naklápacím mechanizmom K). V tomto prípade potom nie je potrebné pre každý rad použiť nezávislý naklápací mechanizmus 10 ale naklápanie sa vykonáva jedným a mechanický prípravok 16 prenesie pohyb na všetky rady zrkadlových plôch i.The multi-row mirror surfaces 1 are provided on the mirror portions 8 with a mechanical fixture 16 for tilting them together by a single tilting mechanism 10). In this case, it is then not necessary to use an independent tilting mechanism 10 for each row but the tilting is performed by one and the mechanical jig 16 transfers the movement to all rows of mirror surfaces 1.

Solárne zariadenie s elektronicky riadeným uhlom odrazu zrkadlových plôch 1 optimalizuje odraz slnečného žiarenia na solárne panely 3 tak, že ich aktívne plochy 2 sú v rámci technických možností homogénne osvetlené od ich horného okraja smerom dole a súčasne minimalizuje nežiaduce odrazy slnečného žiarenia do okolia.The solar device with electronically controlled angle of reflection of the mirror surfaces 1 optimizes the reflection of solar radiation on the solar panels 3 so that their active surfaces 2 are, as far as possible, homogeneously illuminated downwards from their upper edge while minimizing undesirable solar radiation reflections.

Priemyselná využiteľnosťIndustrial usability

Solárne zariadenie podľa patentu je možné využiť na ekonomické a efektívne zvýšenie energetického prínosu fotovoltických elektrární a solárnych termických systémov.The patented solar system can be used to economically and efficiently increase the energy benefits of photovoltaic power plants and solar thermal systems.

Claims

PROTECTION REQUIREMENTS

1. Solar equipment for increasing the energy benefit of photovoltaic and photothermal systems, consisting of continuous rows of mirrored surfaces parallel to and in front of rows of solar panels placed in rows on fixed structures so that the mirrored surfaces form a "V" letter with active solar panel surfaces in that the mirror surfaces (1) have an adjustable angle of inclination relative to the active surfaces (2) of the solar panels (3) mounted on the supporting fixed structure (15) so that the upper edge (4) of the reflected surface (5) of the solar radiation from the mirror surface (1) coincides with the upper edge (6) of the active surfaces (2) of the solar panels (3), the mirror surfaces (1) are pivotable about a horizontal axis on the hinges (9) mounted on the supporting fixed parts (7) and the mirror parts ( 8), which on the opposite side carry mirror surfaces (1), the tilting mechanism (10) being mounted on a fixed part (7) and a mirror part (8) and is connected to a controller (11) having at least two differential solar sensors (12, 13) connected in the feedback circuit, wherein the first solar sensor (12) of both direct and reflected solar radiation for tilting the mirrored surfaces (1) in clockwise direction P is located on or at the upper edge (6) of the active surfaces (2) of the solar panels (3) pointing to opposite mirror surfaces (1) and the second solar sensor (13) of direct sunlight The radiation for tilting the mirror surfaces (1) in the left-handed direction L is located in particular on or at the upper edge (14) of the rotating mirror surface (1) with the orientation against the sky.

Solar installation according to claim 1, characterized in that the mirror surfaces (1) are multi-row.

Solar device according to claim 1 and 2, characterized in that the tilting mechanism (10) is an electromechanical mechanism electrically connected to the output of the electronic regulator (11) or the tilting mechanism (10) is a hydraulic mechanism whose drive is connected to the output of the electronic regulator (11). 11) or the tilting mechanism (10) is a pneumatic mechanism whose drive is connected to the output of the electronic controller (11) or the tilting mechanism (10) is a movement screw whose drive is connected to the output of the electronic controller (11).

Solar device according to Claim 2 and 3, characterized in that the multi-row mirror surfaces (1) are provided on the mirror parts (8) with a mechanical device (16) for their tilting together by a single tilting mechanism (10).