RU2354896C1

RU2354896C1 - Photo power plant

Info

Publication number: RU2354896C1
Application number: RU2007146583/06A
Authority: RU
Inventors: Вячеслав Михайлович Андреев (RU); Вячеслав Михайлович Андреев; Валерий Романович Ларионов (RU); Валерий Романович Ларионов; Павел Васильевич Покровский (RU); Павел Васильевич Покровский; Валерий Дмитриевич Румянцев (RU); Валерий Дмитриевич Румянцев
Priority date: 2007-12-18
Filing date: 2007-12-18
Publication date: 2009-05-10

Abstract

FIELD: heating.

SUBSTANCE: invention is related to solar power engineering and may find application in solar power plants for transformation of solar energy into electric power, and also as power plant of individual use. Photo power plant comprises concentrator photoelectric modules installed on system of concentrator photoelectric modules orientation at the Sun with device for control of the Sun position, which comprises subsystem of azimuthal rotation and subsystem of zenithal rotation. Subsystem of azimuthal rotation is arranged in the form of fixed stand, on which pipe is put with the possibility of rotation and installed on stand end by means of thrust bearing and equipped with horizontal double-arm lever on lower end, on one arm of which drive of azimuthal rotation subsystem is fixed with horizontal gear coupled with corrugated part of end surface of horizontal disc fixed in the center on stand. Horizontal axis is fixed on pipe upper end, on which zenithal rotation subsystem is installed with the possibility of rotation and arranged in the form of space frame with concentrator photoelectric modules arranged in the form of steps and fixed to frame bottom by two vertical sectors with corrugated circular end surfaces coupled with vertical gears of zenithal rotation subsystem drive, which are installed accordingly on the first and second arms of mentioned horizontal lever.

EFFECT: simplification of plant design.

3 cl, 5 dwg

Description

Изобретение относится к солнечной энергетике и может найти применение в солнечных электростанциях для преобразования солнечной энергии в электрическую, а также может быть использовано в качестве энергетической установки индивидуального пользования.The invention relates to solar energy and can find application in solar power plants for converting solar energy into electrical energy, and can also be used as a power plant for individual use.

Известна солнечная фотоэлектрическая установка, содержащая несущую конструкцию с закрепленным на ней параболическим концентратором, выполненным из плоских зеркальных фацет, соединенную с выходом блока слежения за Солнцем, а также протяженный фотоэлектрический преобразователь, расположенный по фокусной линии параболического концентратора. На несущей конструкции за параболическим концентратором соосно ему установлен эллиптический отражатель, один фокус которого совмещен с фокусом параболического концентратора, во втором фокусе которого установлен фотоэлектрический датчик, выход которого соединен с входом блока слежения за Солнцем. С тыльной стороны каждой из зеркальных фацет на ее продольной оси перпендикулярно ее поверхности установлен обращенный к эллиптическому отражателю плоский отражающий элемент (см. патент RU, №2222755, МПК F24J 2/14, опубликован 27.01.2004).Known solar photovoltaic installation, containing the supporting structure with a parabolic concentrator mounted on it, made of flat mirror faces, connected to the output of the solar tracking unit, as well as an extended photoelectric converter located along the focal line of the parabolic concentrator. An elliptical reflector is mounted coaxially with it on the supporting structure behind the parabolic concentrator, one focus of which is aligned with the focus of the parabolic concentrator, in the second focus of which there is a photoelectric sensor, the output of which is connected to the input of the solar tracking unit. On the back side of each of the mirror facets, a flat reflecting element facing the elliptical reflector is installed on its longitudinal axis perpendicular to its surface (see patent RU, No. 2222755, IPC F24J 2/14, published January 27, 2004).

Данная установка относительно проста по конструкции. Однако она имеет одноосную систему слежения за Солнцем. В ней используются фотоэлектрические преобразователи большой площади, что удорожает установку из-за большого расхода дорогих полупроводниковых материалов преобразователя. В установке используется комбинированная система наведения на Солнце, при этом грубое наведение осуществляется от внешнего процессора с использованием астрономического времени и широты местности, что требует перепрограммирования процессора при любом изменении местонахождения установки.This installation is relatively simple in design. However, it has a uniaxial tracking system for the sun. It uses large area photoelectric converters, which makes installation more expensive due to the high consumption of expensive converter semiconductor materials. The installation uses a combined guidance system on the Sun, while rough guidance is carried out from an external processor using astronomical time and latitude, which requires reprogramming of the processor for any change in the location of the installation.

Известна фотоэлектрическая установка, включающая гелиоэнергетический модуль для преобразования электромагнитного излучения и систему его ориентации. Гелиоэнергетический модуль для преобразования принимаемого электромагнитного излучения включает порядно расположенные на опорной поверхности несущей конструкции солнечные панели прямоугольной формы с боковыми отражателями, смонтированными наклонно к фоточувствительной поверхности панелей в междурядных промежутках последних. В систему ориентации, включающую блок слежения, связанный выходом с несущей конструкцией, первый фотоэлектрический датчик, оптически сопрягаемый своим входом с источником преобразуемого электромагнитного излучения, а выходом подключенный к первому входу блока слежения, введен второй фотоэлектрический датчик, подключенный выходом ко второму входу, предусмотренному на блоке слежения, при этом первый и второй фотоэлектрические датчики смонтированы под боковыми отражателями одной из солнечных панелей зеркально-симметрично относительно продольной оси симметрии последней, а в боковых отражателях предусмотрены каналы для прохода оптического сигнала при оптическом сопряжении входа первого или второго фотоэлектрических датчиков при дезориентации модуля с источником преобразуемого электромагнитного излучения соответственно через боковой отражатель солнечной панели, расположенный напротив соответствующего фотоэлектрического датчика (см. патент RU №2270964, МПК F24J 2/16, опубликован 27.02.2006).Known photovoltaic installation, including a solar module for converting electromagnetic radiation and its orientation system. The solar energy module for converting the received electromagnetic radiation includes rectangular solar panels arranged horizontally on the supporting surface of the supporting structure with side reflectors mounted obliquely to the photosensitive surface of the panels in the row spacing of the latter. In the orientation system, including a tracking unit connected by an output to the supporting structure, a first photoelectric sensor optically coupled by its input to a source of converted electromagnetic radiation, and an output connected to the first input of the tracking unit, a second photoelectric sensor connected by an output to the second input provided on tracking unit, while the first and second photoelectric sensors are mounted under the side reflectors of one of the solar panels mirror-symmetrically relative on the longitudinal axis of symmetry of the latter, and in the side reflectors channels are provided for the passage of the optical signal when the input of the first or second photoelectric sensors is optically coupled when the module is disoriented with the converted electromagnetic radiation source, respectively, through the side reflector of the solar panel opposite the corresponding photoelectric sensor (see RU patent No. 2270964, IPC F24J 2/16, published February 27, 2006).

Недостатком известной установки является то, что она обеспечивает низкую кратность концентрирования солнечного излучения, преобразуемого фотоэлементами.A disadvantage of the known installation is that it provides a low multiplicity of concentration of solar radiation converted by solar cells.

Известна поддерживающая структура для ориентации вертикальных панелей, включающая опорную башню в виде треугольной или пятиугольной рамы, на боковой стороне которой установлена панель из фотоэлектрических преобразователей. Башня, снабженная системой вращения вокруг горизонтальной оси, установлена на круге, снабженном приводом и вращающимся вокруг вертикальной оси. Система вращения вокруг горизонтальной оси включает две дуговые зубчатые планки, закрепленные на круговом цилиндрическом основании опорной башни, входящие в зацепление с шестернями, закрепленными на горизонтальной оси привода (см. международная заявка № WO 2007091287, МПК H01L 31/042, опубликована 16.08.2007).A support structure for orienting vertical panels is known, including a support tower in the form of a triangular or pentagonal frame, on the side of which a panel of photoelectric converters is mounted. A tower equipped with a system of rotation around a horizontal axis is mounted on a circle equipped with a drive and rotating around a vertical axis. The system of rotation around the horizontal axis includes two arc gears fixed on the circular cylindrical base of the support tower, engaged with gears fixed on the horizontal axis of the drive (see international application No. WO 2007091287, IPC H01L 31/042, published on 16.08.2007) .

Недостатком известной установки является то, что панель из фотоэлектрических преобразователей испытывает значительную ветровую нагрузку.A disadvantage of the known installation is that the panel of photovoltaic cells experiences a significant wind load.

Известна солнечная фотоэлектрическая установка, совпадающая с заявляемым решением по наибольшему числу существенных признаков и принятая за прототип, содержащая солнечную батарею с линзами Френеля и принимающими излучение фотоэлектрическими преобразователями, размещенную на механической системе, поддерживающей перпендикулярное положение солнечной батареи к направлению на Солнце и оснащенной системой ориентации солнечной батареи на Солнце. Поддерживающая механическая система образована двумя рамами - базовой и подвешенной, из которых базовая рама установлена с возможностью вращения вокруг вертикальной оси, опираясь на подстилающую поверхность с помощью колес, одно из которых снабжено электроприводом, а подвешенная рама установлена с возможностью вращения вокруг горизонтальной оси от электропривода, при этом сама солнечная батарея состоит из модулей с солнечными концентраторами, расположенных на подвешенной раме в виде ступеней, а система ориентации батареи содержит основной и дополнительный датчики положения Солнца, основной из которых состоит из затеняющего экрана с отверстием и восьмью фотоэлементами каскадного типа, четыре из которых размещены справа, слева, сверху и снизу по наружным сторонам экрана и образуют каналы азимутального и зенитального грубого наведения, вырабатывающие электрические сигналы при изменении положения Солнца, а четыре другие фотоэлемента расположены таким же образом по внутренним сторонам экрана и образуют каналы точного наведения, упомянутый дополнительный датчик состоит из трех фотоэлементов каскадного типа, подключенных к азимутальному каналу, два из которых направлены налево и направо по отношению к основному датчику, а третий - в противоположную сторону, и полярность его подключения меняется при прохождении направления Юг-Север, при этом сигнал на включение электропривода колеса базовой рамы подается от фотоэлементов азимутального канала, а сигнал на включение электропривода подвешенной рамы подается от фотоэлементов зенитального канала (см. патент RU №2286517, МПК F24J 2/42, опубликован 27.10.2006).Known solar photovoltaic installation that matches the claimed solution for the largest number of essential features and adopted for the prototype, containing a solar battery with Fresnel lenses and receiving radiation photovoltaic cells, mounted on a mechanical system that supports the perpendicular position of the solar battery to the direction to the Sun and equipped with a solar orientation system batteries in the sun. The supporting mechanical system is formed by two frames - the base and suspended, of which the base frame is mounted rotatably around the vertical axis, relying on the underlying surface using wheels, one of which is equipped with an electric drive, and the suspended frame is mounted rotatably around the horizontal axis from the electric drive, the solar battery itself consists of modules with solar concentrators located on a suspended frame in the form of steps, and the battery orientation system contains new and additional sensors of the position of the Sun, the main of which consists of a shading screen with a hole and eight cascade-type photocells, four of which are placed on the right, left, top and bottom on the outer sides of the screen and form azimuthal and zenithal coarse guidance channels that generate electrical signals when changes in the position of the Sun, and four other photocells are located in the same way on the inner sides of the screen and form accurate guidance channels, the mentioned additional sensor It consists of three cascade-type photocells connected to the azimuth channel, two of which are directed left and right with respect to the main sensor, and the third is directed in the opposite direction, and the polarity of its connection changes when passing the South-North direction, while the signal to turn on the electric drive the wheels of the base frame are supplied from the photocells of the azimuth channel, and the signal for switching on the electric drive of the suspended frame is supplied from the photocells of the anti-aircraft channel (see patent RU No. 2286517, IPC F24J 2/42, published October 27, 2006).

Известная фотоэнергоустановка недостаточно надежна при установке на открытой местности, так как опирание базовой рамы на подстилающую поверхность с помощью вращающихся колес затрудняет слежение за Солнцем при снежных или песчаных заносах.The well-known photovoltaic installation is not reliable enough when installed in an open area, since the support of the base frame on the underlying surface with the help of rotating wheels makes it difficult to track the sun during snow or sand drifts.

Задачей технического решения являлась разработка такой фотоэнергоустановки, которая бы имела упрощенную конструкцию механической системы и надежно действовала в различных условиях внешней среды.The objective of the technical solution was the development of such a photovoltaic power plant, which would have a simplified design of the mechanical system and reliably operate in various environmental conditions.

Поставленная задача решается тем, фотоэнергоустановка содержит концентраторные фотоэлектрические модули, размещенные на системе ориентации концентраторных фотоэлектрических модулей на Солнце с устройством контроля положения Солнца и содержащей подсистему азимутального вращения и подсистему зенитального вращения. Подсистема азимутального вращения выполнена в виде неподвижной стойки, на которую надета с возможностью вращения труба, установленная на торце стойки посредством упорного подшипника и снабженная на нижнем конце горизонтальным двуплечим рычагом, на одном плече которого закреплен привод подсистемы азимутального вращения с горизонтальной шестерней, сопряженной с рифленой частью торцовой поверхности горизонтального диска, закрепленного по центру на стойке. На верхнем конце трубы закреплена горизонтальная ось, на которой с возможностью вращения установлена подсистема зенитального вращения, выполненная в виде пространственной рамы с размещенными на ней в виде ступеней концентраторными фотоэлектрическими модулями и прикрепленными снизу к раме двумя вертикальными секторами с рифлеными круговыми торцовыми поверхностями, сопряженными с вертикальными шестернями привода подсистемы зенитального вращения, установленными соответственно на первом и втором плечах упомянутого горизонтального рычага.The problem is solved in that the photovoltaic installation contains concentrator photovoltaic modules located on the orientation system of the concentrator photovoltaic modules on the Sun with a device for controlling the position of the Sun and containing a subsystem of azimuthal rotation and a subsystem of zenithal rotation. The azimuthal rotation subsystem is made in the form of a stationary stand, on which the pipe is mounted for rotation, mounted on the end of the rack by means of a thrust bearing and equipped with a horizontal two-arm lever on the lower end, on one shoulder of which the azimuthal rotation subsystem drive with a horizontal gear coupled to the grooved part is fixed the end surface of the horizontal disk, mounted in the center on the rack. A horizontal axis is fixed at the upper end of the pipe, on which the zenithal rotation subsystem is mounted rotatably, made in the form of a spatial frame with concentric photovoltaic modules placed on it in the form of steps and two vertical sectors attached to the bottom from the frame with corrugated circular end surfaces mating with vertical anti-aircraft rotation subsystem drive gears mounted respectively on the first and second shoulders of said horizontal ychaga.

Рифленая часть торцовой поверхности горизонтального диска может быть выполнена в виде закрепленного по торцу отрезка роликовой цепи. Рифленая круговая торцовая поверхность вертикальных секторов может быть также выполнена в виде закрепленной по торцу отрезка роликовой цепи.The corrugated part of the end surface of the horizontal disk can be made in the form of a roller chain fixed at the end. The corrugated circular end surface of the vertical sectors can also be made in the form of a roller chain fixed at the end.

Так как основание фотоэнергоустановки выполнено в виде стойки, то для ее монтажа не требуется специальной подготовки территории. Работы по установке фотоэнергоустановки сводятся к выборке достаточного отверстия в грунте для бетонирования стойки. Кроме этого слежение за Солнцем не затрудняется из-за снежных или песчаных заносов.Since the base of the photovoltaic installation is made in the form of a rack, it does not require special preparation of the territory for its installation. The installation of a photovoltaic installation is reduced to the selection of a sufficient hole in the ground for concrete rack. In addition, tracking the Sun is not difficult because of snow or sand drifts.

Заявляемая фотоэнергоустановка поясняется чертежами, где:The inventive photovoltaic installation is illustrated by drawings, where:

на фиг.1 показана в аксонометрии заявляемая фотоэнергоустановка;figure 1 shows a perspective view of the inventive photovoltaic installation;

на фиг.2 изображена в аксонометрии заявляемая фотоэнергоустановка со снятыми фотоэлектрическими модулями;figure 2 depicts a perspective view of the inventive photovoltaic installation with removed photovoltaic modules;

на фиг.3 изображены узлы подсистемы зенитального вращения и подсистемы азимутального вращения;figure 3 shows the nodes of the anti-aircraft rotation subsystem and the azimuthal rotation subsystem;

на фиг.4 показан в аксонометрии участок горизонтального диска, сопряженный с шестерней привода подсистемы азимутального вращения;figure 4 shows in a perspective view a portion of a horizontal disk mated to a gear of a drive of a subsystem of azimuthal rotation;

на фиг.5 изображен в аксонометрии участок вертикального сектора, сопряженный с шестерней привода подсистемы зенитального вращения.figure 5 shows a perspective view of a section of the vertical sector, coupled with the gear drive of the anti-aircraft rotation subsystem.

Заявляемая солнечная фотоэлектрическая установка (см. фиг.1, фиг.2) содержит концентраторные фотоэлектрические модули 1, размещенные на системе 2 ориентации концентраторных фотоэлектрических модулей 1 на Солнце с устройством 3 контроля положения Солнца, включающей подсистему 4 азимутального вращения и подсистему 5 зенитального вращения (см. фиг.3). В качестве устройства 3 контроля положения Солнца может быть использовано любое известное устройство такого же назначения, например устройство контроля положения Солнца, описанное в патенте RU №2286517. Подсистема 4 азимутального вращения выполнена в виде неподвижной стойки 6, на которую надета с возможностью вращения труба 7, установленная на торце стойки 6 посредством упорного подшипника 8 (см. фиг.2) и снабженная на нижнем конце горизонтальным двуплечим рычагом 9. На одном плече двуплечего рычага 9 закреплен привод 10 подсистемы 4 азимутального вращения с горизонтальной шестерней 11, сопряженной с рифленой частью торцовой поверхности 12 (см фиг.3, фиг.4) горизонтального диска 13, закрепленного по центру на стойке 6. В качестве рифленой части торцовой поверхности 12 может быть использован, например, отрезок роликовой цепи 14. На верхнем конце трубы 7 закреплена горизонтальная ось 15, выполненная, например, из металлической трубы. На горизонтальной оси 15 с возможностью вращения, например, на подшипниках, установлена подвешенная подсистема 5 зенитального вращения, выполненная в виде пространственной рамы 16 с размещенными на ней в виде ступеней концентраторными фотоэлектрическими модулями 1 и прикрепленными снизу к раме 16 двумя вертикальными секторами 17 с рифлеными круговыми торцовыми поверхностями 18, выполненными, например, в виде отрезка роликовой цепи 19, которые сопряжены с вертикальными шестернями 20 привода 21 подсистемы 5 зенитального вращения (см. фиг.5), установленными соответственно на первом и втором плечах упомянутого горизонтального двуплечего рычага 9.The inventive solar photovoltaic installation (see figure 1, figure 2) contains concentrator photovoltaic modules 1 located on the orientation system 2 of the concentrator photovoltaic modules 1 on the Sun with a device 3 for controlling the position of the Sun, including a subsystem 4 of azimuthal rotation and a subsystem 5 of zenithal rotation ( see figure 3). As the device 3 for controlling the position of the Sun, any known device of the same purpose can be used, for example, the device for monitoring the position of the Sun described in patent RU No. 2286517. The azimuthal rotation subsystem 4 is made in the form of a stationary stand 6, on which a pipe 7 is mounted for rotation, mounted on the end of the stand 6 by means of a thrust bearing 8 (see Fig. 2) and equipped at the lower end with a horizontal two-arm lever 9. On one shoulder of the two-shouldered of the lever 9, the drive 10 of the subsystem 4 of azimuthal rotation is fixed with a horizontal gear 11 associated with the corrugated part of the end surface 12 (see FIG. 3, FIG. 4) of the horizontal disk 13 mounted centrally on the stand 6. As the corrugated part of the end wail surface 12 may be used, for example, a segment of the roller chain 14. At the upper end of the tube 7 is fixed horizontal axis 15, made for example of metal pipes. On the horizontal axis 15 with the possibility of rotation, for example, on bearings, a suspended zenithal rotation subsystem 5 is installed, made in the form of a spatial frame 16 with concentric photoelectric modules 1 placed on it in the form of steps and two vertical sectors 17 attached to the bottom of the frame 16 with corrugated circular end surfaces 18, made, for example, in the form of a segment of a roller chain 19, which are paired with vertical gears 20 of the drive 21 of the subsystem 5 of the anti-aircraft rotation (see figure 5), is set respectively on the first and second shoulders of said horizontal two-armed lever 9.

Система 2 ориентации концентраторных фотоэлектрических модулей 1 на Солнце с устройством 3 контроля положения Солнца направляет концентраторный фотоэлектрический модуль 1 фотоэнергоустановки таким образом, чтобы расположить его фронтальную поверхность перпендикулярно солнечным лучам; вырабатываемая концентраторным фотоэлектрическим модулем 1 электроэнергия подается внешнему потребителю или накопителю электроэнергии.The orientation system 2 of the concentrator photovoltaic modules 1 on the Sun with the device 3 for controlling the position of the Sun directs the concentrator photovoltaic module 1 of the photovoltaic installation so as to arrange its front surface perpendicular to the sun's rays; Electricity generated by the concentrator photovoltaic module 1 is supplied to an external consumer or electric energy storage device.

Claims

1. A photovoltaic installation containing concentrator photovoltaic modules placed on the orientation system of concentrator photovoltaic modules on the Sun with a device for controlling the position of the Sun, containing the azimuthal rotation subsystem and the zenithal rotation subsystem, the azimuthal rotation subsystem is made in the form of a fixed stand, on which the tube is rotated, mounted on the end of the rack by means of a thrust bearing and provided on the lower end with a horizontal two-arm lever, on the bottom of the shoulder of which the drive of the azimuthal rotation subsystem is fixed with a horizontal gear mating with the corrugated part of the end surface of the horizontal disk mounted centrally on the stand, the horizontal axis is fixed at the upper end of the pipe, on which the zenithal rotation subsystem is mounted, which is designed as a spatial frame with concentric photovoltaic modules placed on it in the form of steps and attached to the bottom of the frame by two vertical sectors with a riffle bubbled circular end surfaces, mating with the vertical gear drive subsystem zenith of rotation, mounted respectively on the first and second arms of said horizontal lever.

2. Photo-energy installation according to claim 1, characterized in that the corrugated part of the end surface of the horizontal disk is made in the form of a roller chain fixed at the end.

3. Photo-energy installation according to claim 1, characterized in that the corrugated circular end surface of the vertical sectors is made in the form of a roller chain fixed at the end.