Гелиоветростанция

Полезная модель относится к преобразованию солнечной и ветровой энергии в электрическую и, в частности, к конструкциям энергетических установок, предназначенных для автономного электроснабжения объектов различного назначения. Гелиоветростанция представляет собой сборно-разборное мобильное устройство.

Основой гелиоветростанции служит каркас в форме правильной многогранной призмы. К верхним ребрам каркаса присоединены торцы прямоугольных солнечных батарей с возможностью изменения их угла наклона относительно плоскости земли, а к одному из боковых ребер жестко прикреплена мачта с ветрогенератором. Сезонное изменение наклона солнечных модулей проводится не реже двух раз в год. В плоскости нижнего основания каркаса могут быть размещены накопители электроэнергии, преобразователи напряжения и контроллеры заряда. Солнечные батареи могут быть выполнены из двусторонних фотоэлементов.

Заменяющие листы 1-2 к заявке 2011101322/06(001645)

ГЕЛИОВЕТРОСТАНЦИЯ

Полезная модель относится к преобразованию солнечной и ветровой энергии в электрическую и, в частности, к конструкциям энергетических установок, предназначенных для автономного электроснабжения объектов различного назначения.

Известен повышенный интерес к устройствам нетрадиционной энергетики [Нетрадиционная энергетика и энергосбережение в России. Ж. «Энергосбережение» 1, 2008, с 68.], как в России, так и во всем мире. Российские производители предлагают потребителям различные ветроэлектрические и солнечные фотоэлектрические установки, включающие в свой состав, наряду с генерирующими компонентами (электроветрогенераторы и солнечные батареи), накопители электроэнергии (аккумуляторы), преобразователи постоянного тока в переменный (инверторы) и контроллеры заряда [Справочник-каталог «Оборудование нетрадиционной и малой энергетики». М, АО ВИЭН]. Однако, промышленный выпуск компактных интегрированных солнечно-ветровых энергетических установок, удобных для транспортировки и монтажа, отсутствует.

Известно устройство гелиоветростанции (RU 2182674 С2, прототип), содержащее опору в виде центрального вертикального ствола, к которому через радиальные кронштейны прикреплен треугольник, в вершинах которого укреплены ветродвигатели (ВД), в хвостовых частях которых вертикально установлены солнечные батареи (СБ) для ориентации ветроколес относительно направления ветра. К верхней части ствола под некоторым углом к нему прикреплена крестовина, на которой размещены рабочие СБ трапеции - дальной формы.

По своей технической сути упомянутая гелиоветростанция является сложной в изготовлении и не может быть использована как сборно-разборное мобильное устройство. Кроме того, в данном устройстве не предусмотрено сезонное изменение ориентации рабочих СБ, а сами батареи стационарно ориентированы относительно поверхности земли, обеспечивая максимальную выработку электроэнергии летом. Зимой при низком стоянии солнца это приведет к значительному снижению КПД СБ и налипанию снега на их рабочую поверхность.

Технический результат, на достижение которого направлено заявляемое решение, состоит в создании гелиоветростанции на основе нового расположения рабочих тел и характеризующейся возможностью ее монтажа и демонтажа в местах базирования, а также сезонного изменения ориентации солнечных батарей в зенитальном направлении.

Положительный результат достигается тем, что в предлагаемой гелиоветростанции, содержащей опорную конструкцию, фотоэлектрические солнечные батареи и ветроэлектрический генератор, опорная конструкция представляет собой сборно-разборный каркас в форме прямой многогранной призмы, к ребрам верхнего основания которой прикреплены торцы солнечных фотоэлектрических батарей с возможностью изменения угла их наклона относительно плоскости земли, а к одному из боковых ребер каркаса жестко прикреплена мачта с ветроэлектрогенератором.

Целесообразно изменение угла наклона солнечных батарей производить не менее двух раз в год.

Целесообразно расположить контроллеры заряда, накопители и преобразователи электроэнергии в плоскости нижнего основания каркаса.

Целесообразно использовать солнечные батареи с двусторонними фотоэлементами.

Сущность предлагаемого технического решения поясняется фигурой 1 для случая, когда опорной конструкцией является каркас в форме прямой восьмигранной призмы.

Солнечные фотоэлектрические батареи (СБ) в виде прямоугольных модулей 1-8 одним из торцов прикреплены к ребрам верхнего основания 13 сборно-разборного каркаса 9 с возможностью их поворота в зенитальном направлении и стабилизации угла их наклона к горизонтальной плоскости земли упорами 10. Мачта 11 ветроэлектрогенератора 12 прочно соединена с одним из боковых ребер каркаса 9. Накопители, контроллеры заряда и преобразователи энергии расположены в плоскости нижнего основания каркаса (не показано). Положение каркаса на фигуре установлено таким, что СБ 1 и 6 ориентированы рабочей поверхностью на юг, СБ 2 и 7 - на юговосток, СБ 3 и 8 - на югозапад, СБ 4 - на запад, СБ 5 - на восток.

Гелиоветростанция работает следующим образом. Электрическая энергия, генерируемая ВГ 12 в ветреную погоду и производимая СБ 1-8 в светлое время суток подается в накопительные аккумуляторы. Контроллер заряда регулирует подачу электроэнергии в аккумуляторы, не допуская их перезаряда и отключая нагрузку при снижении их заряда ниже нормы. Потребителям электроэнергия может подаваться как непосредственно с аккумуляторов, так и в преобразованном инвертором виде (220 В, 50 Гц). Ориентация ветроколеса относительно ветра происходит автоматически за счет флюгирования. Ориентация солнечных батарей в зенитальном направлении выполняется вручную и фиксируется упорами 10. Значения углов наклона каждой из СБ 1-8 определяются в зависимости от географической широты местоположения гелиоветростанции, времени года, а также азимутальной ориентации граней каркаса. Это связано с тем, что в северном полушарии каждый день в астрономический полдень солнце ориентировано на южный полюс, высота стояния солнца максимальна в полдень летнего солнцестояния и значительно меньше в полдень зимнего солнцестояния. Поэтому, для обеспечения максимальной сезонной эффективности солнечных батарей необходимо угол наклона каждой солнечной батареи определять расчетным путем известными способами, например, используя on-line калькуляторы (www.planetcalc.ru). Использование СБ с двусторонними фотэлементами повышает производительность СБ, особенно в зимнее время, когда рассеянная составляющая солнечного излучения может превышать прямую радиацию. Проведенные исследования показали, что близкое к вертикальному положению СБ зимой практически полностью исключает налипание снега на их рабочую поверхность.

По данному предложению была изготовлена демонстрационная гелиоветростанция, изображенная на фиг 1. Каркас был выполнен из металлических уголков и труб, соединенных между собой болтами и гайками. В состав гелиоветростанции входят СБ мощностью по 120 Вт, ВГ мощностью 0,5 кВт. Пять аккумуляторов, емкостью по 200 А·ч напряжением по 12 В, преобразователь (инвертор) напряжения 12 В - 220 В, 50 Гц мощностью 1,5 кВт, контроллер заряда аккумуляторов размещенны в плоскости нижнего основания каркаса. Местоположение станции 56°30' с.ш. Летом угол наклона солнечных батарей 1 и 6, ориентированных рабочей поверхностью на юг был установлен 40° к поверхности земли. Наклон солнечных батарей 2, 3, 7 и 8, ориентированных на юго-восток и юго-запад составил 50°, наклон батарей 4 и 5 (восточная и западная экспозиция) составил 60°. Зимой наклон всех солнечных батарей устанавливался 75°.

Предлагаемое устройство может быть в разобранном виде доставлено автотранспортом к месту базирования, где достаточно легко два человека могут его собрать на специально не подготовленной площадке.

1. Гелиоветростанция, содержащая опорную конструкцию, фотоэлектрические солнечные батареи и ветроэлектрический генератор, отличающаяся тем, что опорная конструкция представляет собой сборно-разборный каркас в форме прямой многогранной призмы, к ребрам верхнего основания которой прикреплены торцы солнечных фотоэлектрических батарей с возможностью изменения угла их наклона относительно плоскости земли, а к одному из боковых ребер каркаса жестко прикреплена мачта с ветроэлектрогенератором.

2. Гелиоветростанция по п.1, отличающаяся тем, что изменение угла наклона солнечных батарей производится не менее двух раз в год.

3. Гелиоветростанция по п.1, отличающаяся тем, что контроллер заряда, накопитель и преобразователь электроэнергии размещены в плоскости нижнего основания каркаса.

4. Гелиоветростанция по п.1, отличающаяся тем, что солнечные батареи выполнены с двусторонними фотоэлементами.