RU2377472C1 - Солнечная энергетическая установка - Google Patents
Солнечная энергетическая установка Download PDFInfo
- Publication number
- RU2377472C1 RU2377472C1 RU2008146149/06A RU2008146149A RU2377472C1 RU 2377472 C1 RU2377472 C1 RU 2377472C1 RU 2008146149/06 A RU2008146149/06 A RU 2008146149/06A RU 2008146149 A RU2008146149 A RU 2008146149A RU 2377472 C1 RU2377472 C1 RU 2377472C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- solar
- modules
- sun
- installation
- photovoltaic modules
- Prior art date
Links
Images
Classifications
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F24—HEATING; RANGES; VENTILATING
- F24S—SOLAR HEAT COLLECTORS; SOLAR HEAT SYSTEMS
- F24S30/00—Arrangements for moving or orienting solar heat collector modules
- F24S30/40—Arrangements for moving or orienting solar heat collector modules for rotary movement
- F24S30/45—Arrangements for moving or orienting solar heat collector modules for rotary movement with two rotation axes
- F24S30/452—Vertical primary axis
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E10/00—Energy generation through renewable energy sources
- Y02E10/40—Solar thermal energy, e.g. solar towers
- Y02E10/47—Mountings or tracking
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- Sustainable Development (AREA)
- Sustainable Energy (AREA)
- Thermal Sciences (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Combustion & Propulsion (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- General Engineering & Computer Science (AREA)
- Photovoltaic Devices (AREA)
Abstract
Изобретение относится к солнечной энергетике и может найти применение как в солнечных электростанциях, так и в качестве энергетической установки индивидуального пользования. Солнечная фотоэнергетическая установка включает солнечную батарею (1), размещенную на механической системе (2). Солнечная батарея состоит из отдельных одинаковых модулей (3) с панелью (6) гелиоконцентраторов и панелью (7) фотоэлементов. Механическая система (2) содержит привод (10) азимутального вращения и приводы (9) зенитального вращения и оснащена устройством (8) контроля положения Солнца. Модули (3) расположены на механической системе параллельными рядами (5) вплотную друг к другу в каждом ряду (5). Солнечная батарея (1) соединена по меньшей мере с одним приводом (9) зенитального вращения и одним приводом (10) азимутального вращения. Изобретение должно обеспечить уменьшение ветровых нагрузок при сохранении упрощенной конструкции и высокой эффективности преобразования солнечной энергии в электричество. 3 з.п. ф-лы, 3 ил.
Description
Изобретение относится к солнечной энергетике и может найти применение как в солнечных электростанциях, так и в качестве энергетической установки индивидуального пользования.
Фотоэлектрическое преобразование концентрированного солнечного излучения с использованием солнечных элементов, оптических концентраторов и специальных опорно-поворотных устройств, оснащенных датчиками положения Солнца и электроприводами, является одним из наиболее перспективных методов получения электроэнергии из возобновляемых источников.
Известна солнечная энергетическая установка (см. патент RU №2270964, МПК F24J 2/16, опубликован 27.02.2006), 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, введен второй фотоэлектрический датчик, подключенный выходом ко второму входу, предусмотренному на блоке слежения. Первый фотоэлектрический датчик оптически сопряжен своим входом с источником преобразуемого электромагнитного излучения, а выходом подключен к первому входу блока слежения. Первый и второй фотоэлектрические датчики смонтированы под боковыми отражателями одной из солнечных панелей зеркально-симметрично относительно продольной оси симметрии последней.
Известная солнечная энергетическая установка имеет большую парусность, а также не обеспечивает высокую кратность концентрирования солнечного излучения, преобразуемого фотоэлементами.
Известна солнечная энергетическая установка с вертикальными панелями (см. международная заявка №WO 2007091287, МПК H01L 31/042, опубликована 16.08.2007). Установка включает 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.
Недостатком известной установки является то обстоятельство, что панель из фотоэлектрических преобразователей испытывает значительную ветровую нагрузку.
Известна солнечная энергетическая установка IHCPV (см. "Оценка стоимости интегрированной высококонцентраторной фотовольтаики для крупномасштабных применений, связанных с сетями централизованного электроснабжения"; Материалы 25-й конференции специалистов по фотовольтаике Американского института инженеров по электротехнике и электронике, Вашингтон; 13-17 мая 1996, с.1373-1376). Данная солнечная энергетическая установка содержит солнечную батарею с линзами Френеля и принимающими излучение фотоэлектрическими преобразователями, размещенную на механической поддерживающей системе и оснащенную системой ориентации батареи на Солнце. Солнечная батарея состоит из 168 линз Френеля и соответствующих им фотоэлектрических преобразователей. Линзы Френеля и фотоэлектрические преобразователи размещены в прямоугольной перфорированной металлической раме площадью 159 м2, обладающей возможностью двухосевого механического перемещения, которая установлена на строго вертикальной несущей стойке, жестко зафиксированной в грунте. Несущая рама солнечной батареи оснащена системой ориентации на Солнце. В двухосевой следящей системе используется двигатель для азимутального поворота и механизм с винтовым домкратом для вертикального вращения. Двигатель может поворачивать систему на ±180° относительно южного направления и на 90° по вертикали. Контроль за слежением осуществляется при помощи системы автоматического регулирования с разомкнутым контуром. Микропроцессор рассчитывает направление на Солнце, используя астрономическое время и широту местности, и соответственно ориентирует следящую систему. Следящая система сохраняет верное положение при помощи датчиков Холла, закрепленных на оси мотора азимутального и вертикального приводов. Считая число оборотов мотора относительно известного нулевого положения и данные параметров привода, система контроля может ориентировать следящую систему на Солнце с точностью 0,05°.
Известная солнечная энергетическая установка подвергается относительно большим ветровым нагрузкам из-за солнечной батареи, представленной в виде монолитной панели больших габаритов. Кроме этого, солнечная фотоэлектрическая установка IHCPV имеет довольно сложную конструкцию, а технология монтажа требует больших трудозатрат вследствие необходимости обеспечения жесткой и строго вертикальной фиксации в грунте несущего столба механической поддерживающей системы.
Известна солнечная энергетическая установка (см. патент RU №2286517, МПК F24J 2/42, опубликован 27.10.2006), совпадающая с заявляемым техническим решением по наибольшему числу существенных признаков и принятая за прототип. Установка-прототип содержит солнечную батарею из концентраторных фотоэлектрических модулей, размещенных на механической системе ориентации концентраторных фотоэлектрических модулей на Солнце, содержащей привод азимутального вращения, привод зенитального вращения и устройство контроля положения Солнца, имеющее подсистемы зенитального и азимутального слежения. Механическая система ориентации образована двумя рамами - базовой и подвешенной. Базовая рама установлена с возможностью вращения вокруг вертикальной оси, опираясь на подстилающую поверхность с помощью колес, одно из которых снабжено электроприводом. Подвешенная рама установлена с возможностью вращения вокруг горизонтальной оси от электропривода. Солнечная батарея состоит из модулей с солнечными концентраторами, расположенных на подвешенной раме в виде ступеней. Система ориентации батареи содержит основной и дополнительный датчики положения Солнца. Основной датчик состоит из затеняющего экрана с отверстием и восьми фотоэлементов каскадного типа, четыре из которых размещены справа, слева, сверху и снизу по наружным сторонам экрана и образуют каналы азимутального и зенитального грубого наведения. Четыре другие фотоэлемента расположены таким же образом по внутренним сторонам экрана и образуют каналы точного наведения. Дополнительный датчик состоит из трех фотоэлементов каскадного типа, подключенных к азимутальному каналу. 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.
Известная фотоэлектрическая установка имеет относительно простую конструкцию, высокую эффективность преобразования солнечной энергии в электричество за счет использования линз Френеля в качестве концентраторов, однако расположение модулей с солнечными концентраторами на подвешенной раме в виде ступеней может привести к повышенным ветровым нагрузкам на установку.
Задачей заявляемого технического решения являлась разработка фотоэнергетической установки, имеющей уменьшенные ветровые нагрузки при сохранении упрощенной конструкции и высокой эффективности преобразования солнечной энергии в электричество.
Поставленная задача решается тем, что солнечная фотоэнергетическая установка включает солнечную батарею из концентраторных фотоэлектрических модулей, размещенных на механической системе ориентации концентраторных фотоэлектрических модулей на Солнце в виде горизонтальной рамной конструкции, содержащей привод азимутального вращения и приводы зенитального вращения. Солнечная фотоэнергетическая установка снабжена устройством контроля положения Солнца, имеющим каналы зенитального и азимутального слежения. Механическая система поддерживает перпендикулярное положение солнечной батареи к направлению на Солнце. Концентраторные фотоэлектрические модули расположены на механической системе параллельными рядами вплотную друг к другу в каждом ряду, при этом горизонтальное расстояние d между соседними рядами концентраторных фотоэлектрических модулей удовлетворяет соотношению, см:
h≤d≤h/sin(22,6-0,2*φ),
где h - вертикальный размер модуля, см;
φ - географическая широта места расположения установки, град.
Разность h1 высот предыдущего и последующего рядов концентраторных фотоэлектрических модулей удовлетворяет соотношению, см:
0≤h1≤h.
Привод азимутального слежения является общим для всех модулей. Каждый ряд концентраторных фотоэлектрических модулей может быть снабжен индивидуальным приводом зенитального вращения. Привод зенитального вращения может быть общим по меньшей мере для двух рядов концентраторных фотоэлектрических модулей.
Горизонтальное расстояние d между рядами модулей должно быть равно или больше вертикального размера модуля h, т.к. расположение рядов на меньшем расстоянии сделает невозможным ориентирование модулей перпендикулярно солнечным лучам в случае, если Солнце находится в зените. В то же время горизонтальное расстояние d между рядами модулей должно быть меньше h/sin(22,6-0,2*φ), где φ - географическая широта места расположения установки в градусах. Расположение рядов на большем расстоянии, чем h/sin(22,6-0,2*φ) приведет к неоправданному увеличению размеров установки, не приводящему к заметному увеличению эффективности преобразования. Каждый последующий ряд модулей расположен не ниже предыдущего ряда модулей, т.к. в противном случае часть линзовой поверхности каждого последующего ряда будет затеняться предыдущим рядом модулей. Каждый последующий ряд модулей не возвышается над предыдущим рядом на величину, большую вертикального размера модуля h. Если ряды модулей будут возвышаться друг над другом на величину, большую размера модуля h, то установка станет громоздкой и менее ветроустойчивой.
Определение положения модулей с привязкой к географической широте местности позволяет добиваться наилучшего сочетания высокой эффективности преобразования солнечного излучения и хорошей ветроустойчивости не зависимо от того, в какой точке планеты используется данная фотоэнергетическая установка.
Заявляемая фотоэнергетическая установка поясняется чертежами, где
на фиг.1 показан первый вариант заявляемой фотоэнергетической установки (вид сбоку);
на фиг.2 показан второй вариант заявляемой фотоэнергетической установки (вид сбоку);
на фиг.3 изображен вид спереди на первый вариант заявляемой фотоэнергетической установки.
Заявляемая солнечная фотоэнергетическая установка (см. фиг.1-3) включает солнечную батарею 1, размещенную на механической системе 2 ориентации концентраторных фотоэлектрических модулей 3 на Солнце в виде горизонтальной рамной конструкции 4. Концентраторные фотоэлектрические модули 3 расположены на механической системе 2 параллельными рядами 5 вплотную друг к другу в каждом ряду. Каждый модуль 3 батареи 1 включает панель 6 гелиоконцентраторов и панель 7 фотоэлементов. Механическая система 2 ориентации концентраторных фотоэлектрических модулей 3 на Солнце поддерживает перпендикулярное положение солнечной батареи 1 к направлению на Солнце и оснащена устройством 8 контроля положения Солнца. Система ориентации 2 включает приводы 9 зенитального вращения, привод 10 азимутального вращения, управляемые устройством 8 контроля положения Солнца. В качестве устройства 8 контроля положения Солнца может быть использовано любое известное устройство такого же назначения, например устройство контроля положения Солнца, описанное в патенте RU №2286517. Механическая система 2 с помощью рамной конструкции 4 обеспечивает поддержку модулей 3, зенитальное вращение рядов 5, например, с помощью вращающихся осей 11, соединенных приводами 9 зенитального вращения. Рамная конструкция 4 опирается на подстилающую поверхность 12, например, с помощью колес 13, одно из которых соединено с приводом 10 азимутального вращения.
Механическая система 2 ориентации концентраторных фотоэлектрических модулей 3 на Солнце фотоэнергетической установки с устройством 8 контроля положения Солнца ориентирует модули 3 таким образом, чтобы расположить панель 6 гелиоконцентраторов перпендикулярно солнечным лучам. Вырабатываемая модулями 3 электроэнергия подается внешнему потребителю или накопителю электроэнергии.
Заявляемая солнечная фотоэнергетическая установка позволяет расширить область применения фотоэнергетических установок за счет их расположения на поверхностях, хорошо освещаемых Солнцем, но с сильными порывами ветра, например на крышах промышленных и жилых объектов или в прибрежных зонах.
Claims (4)
1. Солнечная фотоэнергетическая установка, включающая солнечную батарею из концентраторных фотоэлектрических модулей, размещенных на механической системе ориентации концентраторных фотоэлектрических модулей на Солнце в виде горизонтальной рамной конструкции, содержащей привод азимутального вращения и приводы зенитального вращения, устройство контроля положения Солнца, имеющее каналы зенитального и азимутального слежения, концентраторные фотоэлектрические модули расположены на упомянутой механической системе параллельными рядами вплотную друг к другу в каждом ряду, при этом горизонтальное расстояние d между соседними рядами концентраторных фотоэлектрических модулей удовлетворяет соотношению, см:
h≤d≤h/sin(22,6-0,2·φ);
где h - вертикальный размер модуля, см;
φ - географическая широта места расположения установки, град;
разность h1 высот предыдущего и последующего рядов концентраторных фотоэлектрических модулей удовлетворяет соотношению, см:
0≤h1≤h.
h≤d≤h/sin(22,6-0,2·φ);
где h - вертикальный размер модуля, см;
φ - географическая широта места расположения установки, град;
разность h1 высот предыдущего и последующего рядов концентраторных фотоэлектрических модулей удовлетворяет соотношению, см:
0≤h1≤h.
2. Установка по п.1, отличающаяся тем, что каждый ряд концентраторных фотоэлектрических модулей снабжен индивидуальным приводом зенитального вращения.
3. Установка по п.1, отличающаяся тем, что привод зенитального вращения является общим по меньшей мере для двух рядов концентраторных фотоэлектрических модулей.
4. Установка по п.1, отличающаяся тем, что привод азимутального вращения является общим для всех модулей.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2008146149/06A RU2377472C1 (ru) | 2008-11-14 | 2008-11-14 | Солнечная энергетическая установка |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2008146149/06A RU2377472C1 (ru) | 2008-11-14 | 2008-11-14 | Солнечная энергетическая установка |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2377472C1 true RU2377472C1 (ru) | 2009-12-27 |
Family
ID=41643074
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2008146149/06A RU2377472C1 (ru) | 2008-11-14 | 2008-11-14 | Солнечная энергетическая установка |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2377472C1 (ru) |
Cited By (9)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2476783C1 (ru) * | 2011-07-19 | 2013-02-27 | Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Северо-Кавказская государственная гуманитарно-технологическая академия" | Солнечная энергетическая установка |
| RU2476956C1 (ru) * | 2011-08-09 | 2013-02-27 | Российская Федерация, От Имени Которой Выступает Министерство Промышленности И Торговли Российской Федерации | Солнечная концентраторная фотоэлектрическая установка |
| RU2476957C1 (ru) * | 2011-08-01 | 2013-02-27 | Российская Федерация, От Имени Которой Выступает Министерство Промышленности И Торговли Российской Федерации | Солнечная фотоэнергоустановка |
| RU191004U1 (ru) * | 2019-01-10 | 2019-07-18 | Сико Соломонович Галаванишвили | Солнечная батарея |
| RU2702311C1 (ru) * | 2018-10-24 | 2019-10-07 | Федеральное государственное бюджетное научное учреждение Федеральный научный агроинженерный центр ВИМ(ФГБНУ ФНАЦ ВИМ) | Солнечная электростанция (варианты) |
| CN110332630A (zh) * | 2019-08-01 | 2019-10-15 | 大唐东营发电有限公司 | 一种发电厂用空气处理装置 |
| WO2020070603A1 (ru) * | 2018-10-04 | 2020-04-09 | Анатолий Иванович КИРСАНОВ | Солнечный дом |
| RU2730188C1 (ru) * | 2016-12-02 | 2020-08-19 | Болимедиа Холдингз Ко. Лтд. | Солнечная электростанция |
| RU2766384C1 (ru) * | 2021-04-02 | 2022-03-15 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Санкт-Петербургский государственный аграрный университет" (ФГБОУ ВО СПбГАУ) | Способ компоновки фотоэлектрических модулей солнечной станции без слежения за солнцем |
-
2008
- 2008-11-14 RU RU2008146149/06A patent/RU2377472C1/ru active
Cited By (9)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2476783C1 (ru) * | 2011-07-19 | 2013-02-27 | Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Северо-Кавказская государственная гуманитарно-технологическая академия" | Солнечная энергетическая установка |
| RU2476957C1 (ru) * | 2011-08-01 | 2013-02-27 | Российская Федерация, От Имени Которой Выступает Министерство Промышленности И Торговли Российской Федерации | Солнечная фотоэнергоустановка |
| RU2476956C1 (ru) * | 2011-08-09 | 2013-02-27 | Российская Федерация, От Имени Которой Выступает Министерство Промышленности И Торговли Российской Федерации | Солнечная концентраторная фотоэлектрическая установка |
| RU2730188C1 (ru) * | 2016-12-02 | 2020-08-19 | Болимедиа Холдингз Ко. Лтд. | Солнечная электростанция |
| WO2020070603A1 (ru) * | 2018-10-04 | 2020-04-09 | Анатолий Иванович КИРСАНОВ | Солнечный дом |
| RU2702311C1 (ru) * | 2018-10-24 | 2019-10-07 | Федеральное государственное бюджетное научное учреждение Федеральный научный агроинженерный центр ВИМ(ФГБНУ ФНАЦ ВИМ) | Солнечная электростанция (варианты) |
| RU191004U1 (ru) * | 2019-01-10 | 2019-07-18 | Сико Соломонович Галаванишвили | Солнечная батарея |
| CN110332630A (zh) * | 2019-08-01 | 2019-10-15 | 大唐东营发电有限公司 | 一种发电厂用空气处理装置 |
| RU2766384C1 (ru) * | 2021-04-02 | 2022-03-15 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Санкт-Петербургский государственный аграрный университет" (ФГБОУ ВО СПбГАУ) | Способ компоновки фотоэлектрических модулей солнечной станции без слежения за солнцем |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| RU2377472C1 (ru) | Солнечная энергетическая установка | |
| Huang et al. | Feasibility study of one axis three positions tracking solar PV with low concentration ratio reflector | |
| RU2354896C1 (ru) | Фотоэнергоустановка | |
| AU2008203786A1 (en) | Solar electricity generator | |
| US20100206302A1 (en) | Rotational Trough Reflector Array For Solar-Electricity Generation | |
| KR100914273B1 (ko) | 음영방지기능을 갖춘 태양광 모듈의 태양광 추적 장치 및 그 제어방법 | |
| Verma et al. | A review paper on solar tracking system for photovoltaic power plant | |
| Azam et al. | Performance enhancement of solar PV system introducing semi-continuous tracking algorithm based solar tracker | |
| US20100089436A1 (en) | Multiplexing solar light chamber | |
| CN102354222A (zh) | 一种双轴太阳能光伏阵列发电系统的无阴影跟踪方法 | |
| WO2017187259A1 (en) | Sun position tracker for concentrated photo voltaic power generation system and the method for tracking thereof | |
| Horne et al. | Concentrating photovoltaic systems and applications | |
| Khalil et al. | Solar Tracking Techniques and Implementation in Photovoltaic Power Plants: a Review: Solar Tracking Techniques and Implementation in Photovoltaic Power Plants | |
| CN103208947B (zh) | 一种屋顶太阳能聚光发电系统 | |
| KR20110031053A (ko) | 태양광 전지판의 양축형 회전장치 | |
| Whavale et al. | A review of Adaptive solar tracking for performance enhancement of solar power plant | |
| RU2286517C1 (ru) | Солнечная фотоэлектрическая установка | |
| Faranda et al. | Analysis of a PV system with single-axis tracking energy production and performances | |
| KR20200104992A (ko) | 집광 및 분광에 의한 고효율 태양광 발전시스템 | |
| RU160476U1 (ru) | Солнечная энергетическая установка | |
| Marinescu et al. | Control optimizing algorithm for soft sun-trackers | |
| CN202872691U (zh) | 一种屋顶太阳能聚光发电系统 | |
| Barhdadi et al. | Implementation of high concentration photovoltaic grid connected power plant for training, research, innovation and solar electricity production | |
| JP5615209B2 (ja) | 太陽光発電装置 | |
| RU2827548C1 (ru) | Способ и устройство для повышения выработки электроэнергии двухсторонних фотоэлектрических панелей |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| QA4A | Patent open for licensing |
Effective date: 20170306 |