Установка для ориентации на солнце преобразователей солнечной энергии

МИНИСТЕРСТВО ЮСТИЦИИ РЕСПУБЛИКИ КАЗАХСТАН ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ К ИННОВАЦИОННОМУ ПАТЕНТУ приемника-преобразователя на горизонтальной оси у нижнего торца прямоугольной консоли с изменением при этом угла наклона фронтальной поверхности приемника-преобразователя относительно горизонтальной плоскости. Для оптимальной ориентации на Солнце с помощью данной установки используются управляющие сигналы с фотодатчиков азимутальной и зенитальной ориентации, подключенных к блоку контроля. Управляющие сигналы с блока контроля поступают на электроприводы, осуществляющие азимутальный поворот платформы по колее и зенитальный поворот консоли вместе с приемником-преобразователем до оптимального положения, соответствующего перпендикулярному расположению фронтальной плоскости приемникапреобразователя по отношению к направлению солнечного излучения. В результате, установка поддерживает оптимальное расположение приемника- преобразователя по отношению к направлению солнечного излучения. В течение всего светового дня. Существенным для предлагаемого решения является также возможность использования приемникапреобразователя размером до нескольких десятков квадратных метров с обеспечением при этом необходимой эффективности и надежности работы энергетического преобразователя,а также возможность применения его в различных регионах без дополнительных расчетов поправок для учета географической широты месторасположения данной установки.(73) Акционерное общество Казахский научноисследовательский институт энергетики им. академика Ш.Ч. Чокина(54) УСТАНОВКА ДЛЯ ОРИЕНТАЦИИ НА СОЛНЦЕ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЕЙ СОЛНЕЧНОЙ ЭНЕРГИИ(57) Изобретение относится к области солнечной энергетики, предназначено для обеспечения оптимальной ориентации приемниковпреобразователей энергии солнечного излучения и может найти применение в солнечных электростанциях и различного рода энергетических установках- солнечных коллекторах, воздушных солнечных коллекторах в самых разных отраслях производства, социальной сфере, частном бизнесе и др. Установка содержит платформу с размещенной на ней прямоугольной консолью для закрепления приемника-преобразователя солнечного излучения и систему слежения за Солнцем, включающую в себя подсистемы азимутального и зенитального поворота преобразователя солнечного излучения. Подсистема азимутального поворота включает платформу,снабженную, по меньшей мере, четырьмя колесами,опирающимися на кольцеобразную колею. При этом, по меньшей мере, одно из колес снабжено электроприводом и является ведущим. Подсистема зенитального поворота обеспечивает поворот Предлагаемое техническое решение относится к области солнечной энергетики, предназначено для ориентации приемников-преобразователей солнечной энергии к направлению солнечного излучения и может найти применение в солнечных электростанциях, а также в теплоэнергетических установках, преобразующих энергию солнечного излучения в электроэнергию и/или тепло. Применение предлагаемого решения направлено на повышение эффективности и надежности преобразования солнечной энергии с применением приемника-преобразователя большой рабочей поверхности. Известна установка для ориентации на Солнце фотоэлектрической батареи (см. заявка РСТ О 2008000863, МПК 24 2/00, опубликована 03.01.2008), включающая прямоугольную раму для размещения на ней панели фотоэлектрических преобразователей,систему азимутального и зенитального слежения с приводом и средством контроля. Прямоугольная рама несимметрично установлена на колонне с возможностью вращения вокруг вертикальной оси для автоматического расположения панелей солнечных батарей за счет эффекта флюгера при ветровых нагрузках. Несимметричное расположение колонны относительно прямоугольной рамы приводит к тому, что конструкция не будет жестко закреплена,и сильные порывы ветра будут создавать повышенные динамические нагрузки с возможностью разрушения всей конструкции, в частности, при использовании преобразователей большой площади. Известна установка для ориентации на Солнце фотоэлектрической батареи (см. патент 2286517,МПК 24 2/42,опубликован 27.10.2007), содержащая систему для ориентации солнечной батареи к направлению солнечного излучения. Данная система образована двумя рамами - базовой и подвешенной. Первая из них установлена с возможностью вращения вокруг вертикальной оси с опорой 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 приемник-преобразователь в виде солнечной батареи устанавливается на подвешенной раме в виде ступеней. Недостаток данной установки в невозможности размещения на подвешенной раме приемникапреобразователя достаточно большого размера без потери устойчивости и надежности конструкции. Известна установка для ориентации солнечных модулей на Солнце (см. Патент ЕР 1710651, МПК 24 2/00, опубликован 11.10.2006), содержащая пространственную раму для солнечных модулей,шарнирно закрепленную на стойке с возможностью поворота вокруг горизонтальной оси,и механическую систему слежения по двум осям. Использование полностью механической системы слежения делает ее недостаточно универсальной и эффективной, поскольку не 2 обеспечивает достаточную точность ориентации при коррекции механической системы, требующей учета как географической широты места расположения установки, так и сезонных изменений высоты Солнца над горизонтом. Известна установка для ориентации фотоэлектрической батареи на Солнце (см. заявка 10343374, МПК 24 2/38, опубликована 23.12.2004), которая совпадает с заявляемым техническим решением по наибольшему числу существенных признаков и принята за прототип. Установка-прототип содержит кольцевую платформу, на которой размещена прямоугольная консоль для закрепления на ней фотоэлектрической батареи и система слежения за Солнцем. Система включает подсистему азимутального поворота и подсистему зенитального поворота, из которых первая выполнена в виде горизонтального кольцевого основания с закрепленными на нижней поверхности разнесенными по окружности ведущими роликами с приводами. Ролики опираются на верхнюю поверхность кольцевой платформы. Подсистема зенитального поворота и прямоугольная консоль для закрепления фотоэлектрической батареи установлены с возможностью вращения на горизонтальной оси,закрепленной на вершине призматической рамы. Недостаток известной установки-прототипа заключается в недостаточной ее устойчивости и надежности подсистемы зенитального вращения вокруг горизонтальной оси. При таком местоположении оси вращения и организации самого вращения снижается надежность установления требуемого зенитального положения приемника- преобразователя и устойчивость несущей конструкции в целом. Это особенно проявится при ветровых нагрузках и, в частности,при использовании приемников- преобразователей с достаточно большой площадью рабочей поверхности. Задачей заявляемого технического решения является разработка конструкции установки для ориентации на Солнце приемниковпреобразователей преимущественно достаточно больших размеров, имеющих рабочую поверхность,например, в несколько десятков квадратных метров. При этом установка должна быть универсальной по отношению к разным типам приемниковпреобразователей с обеспечением устойчивости к повышенным ветровым нагрузкам и достаточной надежности и точности их работы. Поставленная задача решается тем, что установка для ориентации на Солнце различных типов приемников-преобразователей содержит плоскую платформу с размещенной на ней прямоугольной консолью для закрепления на ней приемника- преобразователя и систему слежения за Солнцем, включающую подсистему азимутального поворота и подсистему зенитального поворота приемника- преобразователя. Платформа опирается закрепленными к ней по меньшей мере четырьмя разнесенными по окружности колесами на кольцеобразную колею, жестко зафиксированную в горизонтальной плоскости на подстилающей поверхности. При этом, по меньшей мере, одно из упомянутых колес является ведущим с электроприводом. Подсистема зенитального поворота обеспечивает возможность поворота приемника- преобразователя вокруг горизонтальной оси, расположенной вблизи платформы у нижнего торца приемника-преобразователя с обеспечением требуемого угла наклона фронтальной поверхности приемника-преобразователя к горизонтальной плоскости. Для оптимальной ориентации на Солнце используются управляющие сигналы азимутальной и зенитальной подсистем поворота, формируемые фотодатчиками, размещенными, соответственно, на фронтальной поверхности боковых торцов консоли,а также на ее нижнем и верхнем торцах. Сигналы с фотодатчиков поступают на блок контроля, с которого затем управляющие сигналы подаются на соответствующие приводы,осуществляющие азимутальный поворот платформы и зенитальный поворот консоли вместе с приемникомпреобразователем до оптимального расположения фронтальной поверхности последнего перпендикулярно по отношению к направлению солнечного излучения. При этом, повышение надежности, эффективности и точности работы данной системы обеспечивается тем, что в данной установке для осуществления зенитального поворота консоли вместе с приемникомпреобразователем применен такой элемент конструкции, как задняя опорная стойка консоли,которая в этом случае выполняет одновременно как функцию повышения конструктивной устойчивости консоли при повышенных ветровых и весовых нагрузках, также и функцию электропривода(актуатора) в виде домкрата с электрическим управлением,обеспечивающего повышенную надежность и точность ориентации приемника преобразователя, особенно при больших размерах последнего. Дополнительное повышение чувствительности системы к изменению азимутального и зенитального расположения Солнца по отношению к приемникупреобразователю достигается расположением фотодатчиков попарно на противоположных торцах консоли таким образом, чтобы фронтальные плоскости противоположно размещенных датчиков были повернуты друг к другу (или друг от друга) на небольшой, но равный по величине угол, например,2-3. Предлагаемое техническое решение должно обеспечить повышение эффективности, надежности и точности функционирования энергетического преобразователя в течение всего светового дня и в различных географических широтах без необходимости дополнительных поправок на учет географического месторасположения. При этом приемник-преобразователь может иметь повышенную площадь своей рабочей поверхности. Заявляемая установка поясняется чертежами,где На Фиг.1 приведен общий вид установки с основными ее элементами. На Фиг.2 представлены два варианта расположения фотодатчиков под углом друг к другу на противоположных торцах консоли с иллюстрацией формирования первичных сигналов при изменении положения Солнца относительно приемника-преобразователя. На Фиг.3 представлен один из возможных вариантов схемного решения) для блока контроля электроприводов системы ориентации,Заявляемая установка (см. фиг.1-2) включает плоскую платформу 1, по меньшей мере, с четырьмя колесами 2, опирающуюся на кольцевую колею 4. При этом, по меньшей мере, одно из колес 2 является ведущим с электроприводом 3, с возможностью кругового поворота платформы 1 на колее 4 в обе стороны на 180. На поверхности платформы 1 установлена прямоугольная консоль 5 для закрепления на ней приемника- преобразователя 6 солнечного излучения (далее преобразователя 6). При этом консоль 5 своим нижним торцом опирается у поверхности платформы 1 на шарнирно связанные с ней стойки 7, а верхним торцом шарнирно связана с задней опорной стойкой 8,которая на нижнем конце шарнирно связана с платформой 1. При этом задняя опорная стойка 8 объединена с блоком электропривода 9,обеспечивающим изменение длины стойки 8 с помощью электродвигателя с редукционношестеренчатой связью подобно домкрату с электроприводом. Такая опорная стойка наряду с повышением устойчивости конструкции обеспечивает поворот консоли 5 вместе с преобразователем 6 путем изменения своей длины и этим изменяет угол наклона консоли 5 по отношению к горизонтальной плоскости. Данная система ориентации оснащена также блоком контроля 10, включающим в себя два канала контроля-азимутальной ориентации и зенитальной ориентации, выполненные по идентичной схеме. В качестве примера ее практической реализации на Фиг.3 приведен один из возможных вариантов такого схемного решения для одного из каналов блока управления. При этом, на входе каждый из каналов блока контроля 10 подключен к двум фотодатчикам 11, попарно размещенным на противоположных боковых, а также на нижнем и верхнем торцах прямоугольной консоли 5 (на приведенной схеме каждая такая пара датчиков обозначена позициями 15 и 16). Эти датчики подключены к дифференциальным усилителям 17 и 18, выходы которых подключены к диагонали мостовой схемы 19, в диагональ которой включен электродвигатель 20 соответствующего электропривода (3 или 9). На выходе блока контроля 10 один из двух его каналов подключен к электроприводу 3 азимутального поворота платформы 1, а другой- к электроприводу 9 зенитального поворота консоли 5. При этом,дополнительное повышение эффективности и точности работы данной системы обеспечивается также и пространственным расположением попарно размещенных фотодатчиков на противоположных торцах консоли, причем таким образом, чтобы их 3 фронтальные плоскости были повернуты друг к другу (или наоборот друг от друга) на некоторый угол а, величина которого определяется такими факторами, как требуемая Данная схема приведена на сайте См. Устройство слежения за Солнцем точность ориентации на Солнце 14 применяемого преобразователя 6 и угловая чувствительность применяемых фотодатчиков 11 (см. Фиг.2). При этом для повышения точности контроля и для датчиков с меньшей угловой чувствительностью к изменению направления солнечного излучения упомянутый угол а должен быть больше. Заявляемая установка для ориентации на Солнце преобразователя 6 работает следующим образом. Управляющими сигналами для азимутальной и зенитальной ориентации установки на Солнце 14 являются сигналы 12 и 13, сформированные блоком контроля 10 на основе первичных сигналов,поступающих с фотодатчиков 11, размещенных попарно на противоположных торцах прямоугольной консоли 5. При этом поступающий на электропривод 3 управляющий сигнал 12 в зависимости от его полярности осуществляет вращение ведущего колеса 2 в ту или иную сторону с поворотом платформы 1 в новое азимутальное положение, соответствующее нулевому значению управляющего сигнала 12. А управляющий сигнал зенитальной ориентации вызывает соответствующее изменение длины задней опорной стойки 7, чем переводит консоль 5 с закрепленным на ней преобразователем 6 в новое положение,соответствующее нулевому значению управляющего сигнала 13 зенитальной ориентации. При достигнутом таким образом новом положении преобразователя 6 его фронтальная поверхность будет перпендикулярна направлению солнечного излучения и, следовательно, будет находиться в оптимальном положении,обеспечивающем максимальную эффективность преобразования энергии солнечного излучения в электрическую и/или тепловую энергию в зависимости от используемого преобразователя 6. При этом,изменение направления солнечного излучения(например, вследствие движения Солнца 14 по небосводу) приводит к изменению первичных сигналов с каждого из фотодатчиков 11 (см. Фиг.2),в результате чего приведенная выше совокупность операций повторится. В более подробном рассмотрении это будет происходить таким образом. Появление различия в величине сигналов,поступающих с пары фотодатчиков 11 (на схеме Фиг.3- фотодатчиков 15 и 16) на дифференциальные усилители 17 и 18, приводит к многократному усилению данных сигналов. Усиленные сигналы затем подаются на противоположные плечи моста 19, к которым подключен также и электродвигатель 20 соответствующего электропривода (3 или 9),работа которого будет приводить преобразователь 6 в оптимальное положение с одновременным уменьшением разности в сигналах с фотодатчиков 15 и 16 до нулевого уровня (см.Фиг 2). В результате,размещенный на такой установке преобразователь энергии солнечного излучения будет работать от восхода Солнца 14 и до его заката с максимальной эффективностью. При этом, использование задней опорной стойки 7 консоли 5 с переменной длиной(актуатор) в качестве электропривода одновременно повысит устойчивость конструкции установки к повышенным ветровым и весовым нагрузкам, что позволит применять преобразователи 6 с повышенной рабочей поверхностью. ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ 1. Установка для ориентации приемникапреобразователя солнечного излучения (далее преобразователя),содержащая подвижную платформу с размещенной на ней прямоугольной консолью для закрепления на ней преобразователя с возможностью поворота платформы вокруг вертикальной оси на неподвижном основании в виде кольцеобразной колеи с помощью электропривода и, по крайней мере, одного ведущего колеса с возможностью поворота упомянутого преобразователя вокруг горизонтальной оси с помощью электропривода зенитального поворота,отличающаяся тем,что электроприводом зенитального поворота является задняя опора прямоугольной консоли, шарнирно связанная своим верхним концом с верхним торцом прямоугольной консоли, а нижним концом - с платформой с возможностью изменения длины задней опоры посредством управляющего сигнала зенитального поворота с блока контроля, подключенного по входу к фотодатчикам, попарно размещенным на верхнем и нижнем торцах прямоугольной консоли. 2. Установка для ориентации преобразователя солнечного излучения по п.1, отличающаяся тем,что фотодатчики азимутального и зенитального контроля размещены на боковых торцах прямоугольной консоли на верхнем и нижнем торцах данной консоли таким образом, что каждая из пар датчиков, размещенных на противоположных торцах консоли,повернуты фронтальными поверхностями друг к другу (либо друг от друга) на одинаковый по величине угол, определяемый угловой чувствительностью используемых фотодатчиков и требуемой точностью ориентации на Солнце применяемого преобразователя.