початок розділу Виробничі, аматорські радіоаматорські Авіамодельний, ракетомодельного Корисні, цікаві	хитрощі майстру електроніка фізика технології винаходи	таємниці космосу таємниці Землі таємниці Океану хитрощі Карта розділу
Використання матеріалів сайту дозволяється за умови посилання (для сайтів - гіперпосилання)

ВИНАХІД
Патент Російської Федерації RU2230395

СОНЯЧНА ЕЛЕКТРОСТАНЦІЯ

Ім'я винахідника: Прокопов О.І. (RU); Ярмухаметов У.Р. (RU); Швейкіна Є.В.
Ім'я патентовласника: Башкирська державний аграрний університет
Адреса для листування: 450001, Уфа, вул. 50 років Жовтня, 34, БГАУ
Дата початку дії патенту: 2002.11.10

Винахід відноситься до сонячних електростанцій, призначеним для перетворення сонячної променевої енергії в електрику. Сутність: сонячна електростанція складається з вертикального вала з приводом його обертання, на верхньому кінці якого встановлений горизонтальний вал з приводом його обертання, при цьому на горизонтальному валу закріплена сонячна фотобатарея з командними фотоелементами зенітального і азимутального повороту валів стеження за сонцем за рахунок реверсивного включення їх приводів . Зі зворотного боку сонячної фотобатареї встановлений додатковий задній фотоелемент, який подає сигнал на привід вертикального вала лівого повороту, коли сонце розташоване на звороті, наприклад вранці.

ОПИС ВИНАХОДИ

Винахід відноситься до сонячних електростанцій, призначеним для перетворення сонячної променевої енергії в електричну як в сонячну погоду, так і в похмуру.

Відома сонячна електростанція для перетворення сонячної променевої енергії в електричну, що включає в себе вертикальний та горизонтальний вали повороту, на останньому з яких встановлена ​​сонячна фотобатарея, яка має систему повороту валів орієнтації фотобатареї на сонці [1].

Недоліком електростанції є низька ефективність, тому що зенітального установка проводиться вручну раз на місяць або квартал, що відповідає усередненим азимуту за широтою і пори року. Поворот електростанції добовий здійснюється автоматично за допомогою двох циліндричних (лівий і правий) термопріводов, що нагріваються сонячними променями, що має малу надійність в умовах низьких температур і високих вітрових навантажень. Недоліком і є повна відсутність повернення станції в початкове положення вечір-ранок.

Прототипом винаходу є сонячна електростанція, що включає в себе вертикальний вал з приводом азимутального повороту, на якому закріплено майданчик, а на верхньому кінці згаданого валу, вище площадки, встановлений горизонтальний вал з приводом зенітального повороту, на якому закріплена сонячна фотобатарея, забезпечена системою автоматики зенітального і азимутального приводу стеження за сонцем, що включають в себе командні фотоелементи малоточних реле і виконавчих реле приводів реверсивних двигунів [2].

Недоліком прототипу є низька надійність в умовах змінної або тимчасової хмарності, неможливість автоматичної установки в робоче положення вранці. Це пояснюється тим, що стежить пристрій виконано на фотоелементах розміщених в трубці. При кілька хвилинної хмарності, при відсутності сонячного променя, цей пристрій не діє, а після хмарності сонячний промінь в трубку пристрої вже не потрапляє і станція більше не орієнтується по сонцю - настає відмова. А при мінливій хмарності за день це може статися сотні разів. Навіть в чисто сонячну погоду з настанням ночі станція "дивиться" на захід, а вранці на схід сонця зі сходу. Станція розвернутися не може, потрібно ручна наводка.

Даний винахід дозволяє отримати новий технічний ефект - цілодобова надійність роботи з автоматичним стеженням за сонцем незалежно від погоди.

Цей технічний ефект досягається тим, що командні фотоелементи малоточних реле, встановлені в чотирьох площинах щодо сторін сонячної фотобатареї, переважно під кутом 250 ... 255 градусів до її активної поверхні; на вертикальному валу азимутального повороту встановлений додатковий командний фотоелемент в зворотну сторону азимутального стеження під кутом до площини горизонту, рівним половині максимального зенітального кута сонця, а контакти його малоточного реле Запаралеленими в ланцюг електроживлення послідовно через нормально замкнуті контакти виконавчих реле лівого і правого поворотів азимутального стеження і нормально розімкнуті контакти її виконавчого реле, при цьому нормально розімкнуті контакти виконавчого реле лівого повороту запаралеллени нормально роз'єднаними контактами виконавчого реле додаткового фотоелемента.

На фіг.1 показаний загальний вигляд сонячної електростанції.

На фіг.2 показана електрична схема електростанції.

Електростанція складається з підстави 1, на якому на опорному підшипнику 2 встановлений вертикальний вал 3 з провідним зубчастим колесом 4, що контактують з гвинтовим валом 5 реверсивного електроприводу 6 (М2) постійного струму. Вище вал 3 забезпечений муфтою 7 з опорної хрестовиною 8, а над муфтою 7 на цьому валу 3 закріплена горизонтальна майданчик 9. На верхньому кінці вала 3 встановлений горизонтальний вал 10, на якому жорстко закріплені зубчасте колесо 11 і сонячна фотобатарея 12 (ФЕ) електростанції. Зубчасте колесо 11 вала 10 ланцюговою передачею 13, з певною редукцією, пов'язане з зубчастим колесом 14 вала реверсивного електроприводу 15 (Ml) постійного струму. На сонячної фотобатарей 12 (ФЕ) закріплені два бічних, лівий 16 (Фл) і правий 17 (Ф п), командних фотоелемента і два, нижній 18 (Фн) і верхній 19 (Фв), командних фотоелемента.

Всі ці фотоелементи 16, 17, 18 і 19 щодо робочої поверхні фотобатареї 12 (ФЕ) переважно встановлені під кутом 250 ... 255 градусів. На майданчику 9, назад стеженню за сонцем, на кронштейні 20 встановлений додатковий задній фотоелемент 21 (Фз), встановлений до площини горизонту під кутом половини максимального зенітального кута сонця. Цей кут пояснюється тим, щоб забезпечити ефективний прийом фотоелементом 21 (Фз) сонячних променів при будь-якому зенітального положенні сонця зі зворотного боку електростанції. Для екватора максимальний зенітального кут сонця становить 66,5 ... 90º, для наших середніх широт - 15 ... 40º, в залежності від пори року. Тоді, відповідно, кути зенітального установки фотоелемента 21 (Фз) складають 33 ... 45º і 7,5 ... 20º, а це відповідає коефіцієнту відображення 5 ... 6% і 4.7 ... 4.7%. З огляду на, що при прямому куті падіння сонячного променя коефіцієнт відображення становить 4,7%, випливає, що для простоти конструкції така установка фотоелемента 21 доцільна.

Кути установки командних фотореле 16, 17, 18 і 19 обгрунтовуються з тих же позицій, тобто щодо сонячних променів вони постійно знаходяться під кутом 15 ... 20º, з відображенням до 39%, при відхиленні сонця на 15 ... 20º, робочий кут з одного боку збільшується на цю величину, а з іншого зменшується. Тоді з одного боку відображення світлових променів доходить 6,6 ... 9,8%, з іншого до 100%. Цим забезпечується ефективність роботи згаданих фотоелементів.

Електрична схема сонячної електростанції включає в себе сонячну фотобатарей "ФЕ" електростанції, яка через вимикач ВК1 має висновки + і - постійного струму до споживача. В системі електропостачання електростанції через зворотний діод "Д1" приєднаний акумулятор "АК" з вимикачем "ВК2", а й до діода "Д1" встановлено вольтметр "V1" вимірювання напруги сонячної фотобатареї "ФЕ". На виході електростанції і встановлено вольтметр "V2" напруги в мережі електропостачання і амперметр "А". Вона оснащена двома командними зенітального фотоелементами - верхній "Фв" і нижній "Фн", з'єднані зустрічно з обмоткою поляризованого малоточного реле "РП1", двома азимутними командними реле - правий "Ф п" і лівий "Фл", з'єднані зустрічно з обмоткою поляризованого малоточного реле "РП2", а й командним фотоелементом "Фз", встановленим на зворотному боці сонячної орієнтації, який підключений до обмотки поляризованого реле "РП3". Всі проміжні малоточние реле "РП1", "РП2" і "РП3" мають нейтральний якір з лівими і правими контактами замикання, в ланцюзі яких встановлені обмотки виконавчих реле, відповідно на "РП1" - "РС1" і "РС2", на "РП2 "-" РС3 "і" РС4 ", на" РП3 "-" РС5 ". Всі виконавчі реле "РС1" ... "РС5" через якоря "РП1", "РП2", "РП3" безпосередньо підключені до мережі живлення електростанції, а реле "РС5" має паралельну додаткову ланцюжок, що включає в себе нормально замкнуті контакти "РС3 .2 "," РС4.2 "і нормально розімкнені власні контакти" РС5.1 ".

Все нормально замкнуті контакти виконавчих реле "РС1", "РС2", "РС3" і "РС4" підключені до однієї фазі електроживлення, наприклад "-", а їх нормально розімкнуті контакти - до іншої фази електроживлення, наприклад "+", при цьому кожна з цих ланцюгів забезпечена нормально замкнутими контактами кінцевих вимикачів, відповідно "КВ1", "КВ2", "КВ3" і "Кв-4". Між якорями реле "РС1" і "РС2" підключений реверсивний двигун "M1" постійного струму, а між якорями реле "РС3" і "РС4" - реверсивний двигун "М2". При цьому нормально розімкнуті контакти "РС4.1" Запаралеленими нормально роз'єднаними контактами "РС5.2". Для візуального контролю в ланцюзі фотобатареї "ФЕ" включений світлодіод "Д2", а на виході - сигнальна лампа "Л".

ЕЛЕКТРОСТАНЦІЯ працює наступним чином

Сонячна фотобатарея "ФЕ" електростанції орієнтується на сонячні світлові промені і виробляє розрахункову електричну енергію за напругою і постійного струму. При включеному вимикачі "ВК1" забезпечує електроживленням споживача, а при включеному вимикачі "ВК2" проводиться зарядка акумулятора "АК", який при падінні напруги на фотобатарей "ФЕ", наприклад при хмарності або вночі, забезпечує споживача електроживленням. При цьому вольтметр "V1" показує справжнє напруга на фотобатарей "ФЕ", a "V2" - на виході електростанції з урахуванням акумулятора "АК".

Діод "Д1" запобігає навантаження акумулятора "АК" на електричну мережу фотобатареї "ФЕ" при її неработой. Робота фотобатареї "ФЕ" контролюється світловим діодом "Д2", а всієї станції - сигнальної лампою "Л".

З ранку починається зенітального і азимутальное переміщення сонця. Зі збільшенням зенітального кута сонця на 15 ... 20º веде до висвітлення верхнього фотоелемента "Фв", в якому виробляється електричний постійний струм і подається на обмотку "РП1" в одному напрямку, при цьому фотоелемент "Фн" нижній затемнений і не виробляє електроенергію. Обмотка "РП1" притягує якір реле "РП1" і замикає його ліві контакти і ставить під струм обмотку виконавчого реле "РС1", яке розмикає свої нормально замкнуті контакти "РС1" і замикає нормально розімкнуті контакти "РС1", тим самим перекидає свій якір на другу фазу, зокрема на "+", і через контакти "КВ1" і нормально замкнуті контакти "РС2" ставить під струм реверсивний двигун "Ml" (15), який своїм валом приводить в обертання зубчасте колесо 14 і через ланцюгову передачу 13 - зубчасте колесо 11 з валом 10, із закріпленим на ньому фотобатарея "ФЕ" за годинниковою стрілкою (за кресленням), тобто збільшуючи зенітального кут. Відбувається вирівнювання освітленості фотоелементів верхнього "Фв" і нижнього "Фн", в яких виробляються однакові малі струми зустрічно на обмотку реле "РП1", яка знеструмлюється і опускає свій якір "РП1", відповідно знеструмлюється обмотка виконавчого реле "РС1", останнім відпускає свій якір "РС1" і обезструмлює реверсивний привід "М1", припиняється зенітального поворот. При подальшому підвищенні зенітального кута сонця описана операція повторюється протягом першої половини дня.

Протягом другої половини дня відбувається зниження зенітального кута сонця.

Зі зменшенням зенітального кута сонця на 15 ... 20º веде до висвітлення нижнього фотоелемента "Фн", в якому виробляється електричний постійний струм і подається на обмотку "РП1" в іншому напрямку, при цьому фотоелемент "Фв" верхній затемнений і не виробляє електроенергію. Обмотка "РП1" притягує якір реле "РП1" і замикає його праві контакти і ставить під струм обмотку виконавчого реле "РС2", яке розмикає свої нормально замкнуті контакти і замикає нормально розімкнуті контакти "РС2", тим самим через нормально замкнуті контакти "КВ2" і "РС1" ставить під струм реверсивний привід "M1" (15), який своїм валом призводить в зворотне обертання зубчасте колесо 14 і через ланцюгову передачу 13 - зубчасте колесо 11 з валом 10, із закріпленою на ньому фотобатарееей "ФЕ" проти годинникової стрілки (за кресленням), тобто зменшує зенітального кут. Відбувається вирівнювання освітленості фотоелементів нижнього "Фн" і верхнього "Фв", в яких виробляються однакові малі струми зустрічно на обмотку реле "РП1", остання знеструмлюється і опускає свій якір "РП1", відповідно знеструмлюється обмотка виконавчого реле "РС2", останнім опускає свій якір "РС2" і обезструмлює реверсивний привід "M1". Припиняється зенітального поворот. При подальшому зменшенні зенітального кута сонця цикл роботи повторюється до заходу сонця.

У той же час сонце змінює азимутальное положення протягом дня від сходу до заходу. У цьому випадку таким же чином відбувається збільшення кута падіння сонячних променів на правий фотоелемент "Ф п" і затемнення лівого фотоелемента "Фл". Правий фотоелемент виробляє струм, який подається на обмотку реле "РП2", остання спрацьовує, і замикає якір "РП2" на лівий контакт, і ставить під струм обмотку виконавчого реле "РС3", яка розмикає свої нормально замкнуті контакти і замикає нормально розімкнуті контакти " РС3.1 ", тим самим ставить під струм реверсивний привід" М2 "(6). Останній через черв'ячний вал 5 і зубчасте колесо 4 обертає вертикальний вал 3 вправо і розгортає всю станцію по азимутальної положенню сонця. При азимутному вирівнюванні обидва фотоелемента "Ф п" і "Фл" під малим кутом до сонячних променів виробляють однакові малі струми, які врівноважуються на обмотці "РП2", остання знеструмлюється і опускає свій якір "РП2". Ланцюг живлення виконавчого реле "РС3" знеструмлюється, яке опускає свій якір "РС3.1" і обезструмлює привід "М2" (6). Азимутальний поворот станції припиняється. При подальшому азимутному зміні сонця операція повторюється до заходу сонця.

Електростанція ночує "задом" на схід.

Вранці при сході сонця його промені падають на задній фотоелемент "Фз" (21), останній виробляє електричний струм на обмотку реле "РП3", яке своїм якорем замикає ланцюг харчування виконавчого реле "РС5". Останнє замикає свої контакти "РС5.1" і самоблокується через нормально замкнуті контакти реле "РС3.1" і "РС4.2", в той же час контактами реле "РС5.2" ставиться під струм реверсивний привід "М2" (6) , який через черв'ячний вал 5 і зубчасте колесо 4 обертає вертикальний вал 3 вліво і розгортає всю станцію до тих пір, поки сонячні промені впадуть на лівий фотоелемент "Фл" під кутом 15 ... 20º, тобто при орієнтації станції до сонця під кутом 140 ... 150º. Останній виробляє електричний струм на обмотку "РП2" зворотного напрямку і замикає свій якір на правий контакт "РП2", тим самим ставить під струм виконавче реле "РС4", яке своїми контактами "Р4.2" розмикає ланцюг живлення реле "РС5, замикає свої контакти "РС4.1" і триває розворот електростанції вищеописаним чином до вирівнювання освітленості фотоелементів "Ф п" і "Фл". Відповідно знеструмленому реле "РС5" опускає свої контакти "РС5.2" і "РС5.1", схема приходить у вихідне положення.

Після такого азимутального розвороту одночасно починають працювати фотоелементи "Фв" і "Фн", які описаним чином забезпечують зенітального орієнтацію станції.

За умовами погоди (хмарність, дощ) орієнтація електростанції може припинитися в будь-якому її положенні, наприклад в будь-який час дня між сходом і заходом сонця. В цьому випадку з виходом сонця під промені потрапляє або задній "Фз", або "Фл", і станція в будь-якому випадку буде орієнтуватися описаним чином. У мінливу хмарність азимутний розворот сонця буде відбуватися за рахунок роботи фотоелемента "Ф п".

У разі якщо орієнтація станції припинилася до азимутального кута заходу більш ніж на 145 ... 150º, тобто практично з ранку до вечора, то вечірні промені не порушуватимуть правий фотоелемент "Ф п", але зате потраплять на задній фотоелемент "Фз". Відбудеться описаним чином розворот станції на схід (вліво). В цьому випадку не один з "Ф п" і "Фл" не потраплять під промені сонця. Станція буде розгортатися до тих пір, поки натисне і вимкне кінцевий вимикач "Кв-4" лівого обмеження повороту, залишаючись в готовності роботи зі сходом сонця. Вранці зі сходом сонця промені потрапляють на "Ф п", і описаним чином забезпечується азимутальний правий поворот електростанції, при цьому відпускається кінцевий вимикач "Кв-4", забезпечуючи ланцюг харчування лівого повороту.

У всьому ланцюгу харчування роботи приводів "M1" і "М2" поворотів відповідно включені кінцеві вимикачі "КВ1", "КВ2", "КВ3" і "Кв-4", що виключають аварійні ситуації в роботі електросхем, а й можливі спрацьовування в нічний час від випадкових джерел світла, наприклад фар автомобілів, прожекторів та ін.

Релейні схеми можуть бути зібрані на електронних реле. Правий поворот станції виключений для уникнення застосування ряду контактних кілець. Таким чином забезпечуються цілодобова зенітального і азимутальная самоорієнтація станції, простота і висока надійність.

ДЖЕРЕЛА ІНФОРМАЦІЇ

1. Соняшник на сонячних батареях. НПП "Квант", Москва, 2002 г.

2. Р.Р.Апарісі, Б.А.Гарф "Використання сонячної енергії"; М. Академія наук, 1958, сс. 39-43. (Прототип).

ФОРМУЛА ВИНАХОДУ

1. Сонячна електростанція, що включає в себе вертикальний вал з приводом азимутального повороту, на якому закріплено майданчик, а на верхньому кінці вище площадки встановлений горизонтальний вал з приводом зенітального повороту, на якому закріплена сонячна фотобатарея, забезпечена системою автоматики зенітального і азимутального приводів стеження за сонцем , що включає в себе командні фотоелементи малоточних реле і виконавчих реле приводів реверсивних двигунів, що відрізняється тим, що командні фотоелементи малоточних реле, встановлені в чотирьох площинах щодо сторін сонячної фотобатареї, переважно під кутом 250-255º до її активної поверхні.

2. Сонячна електростанція по п.1, що відрізняється тим, що на вертикальному валу азимутального повороту встановлений додатковий командний фотоелемент в зворотну сторону азимутального стеження під кутом до площини горизонту, рівним половині максимального зенітального кута сонця, а контакти його малоточного реле Запаралеленими в ланцюг електроживлення послідовно через нормально замкнуті контакти виконавчих реле лівого і правого поворотів азимутального стеження і нормально розімкнуті контакти її виконавчого реле, при цьому нормально розімкнуті контакти виконавчого реле лівого повороту Запаралеленими нормально роз'єднаними контактами виконавчого реле додаткового фотоелемента.

Версія для друку
Дата публікації 03.02.2007гг

НОВІ СТАТТІ ТА ПУБЛІКАЦІЇ
	Технологія виготовлення універсальних муфт для бесварочного, безрезьбовиє, бесфлянцевого з'єднання відрізків труб в трубопроводах високого тиску (мається відео)
	Технологія очищення нафти і нафтопродуктів
	Про можливість переміщення замкнутої механічної системи за рахунок внутрішніх сил
	Світіння рідини в тонких діелектричних каналох
	Взаємозв'язок між квантової і класичної механікою
	Міліметрові хвилі в медицині. Новий погляд. ММВ терапія
	магнітний двигун
	Джерело тепла на базі нососних агрегатів