Бионическая солнечная электростанция
Использование: солнечные электростанции для преобразования солнечной энергии в электрическую. Задача: повышение энергоэффективности установки. Сущность изобретения: Конструкция электростанции состоит из неподвижного основания - металлического стержня 1, жестко закрепляющегося относительно какого-либо неподвижного объекта, блока ориентации 2, внутри которого находятся привод, механическая передача, платы управляющей электроники, и платформа 3, на которой закрепляются солнечные батареи 7, 8 и 9. Блок ориентации 2 на основании показаний с датчиков освещенности 16 и 17 поворачивает платформу 3 с закрепленными солнечными батареями 7, 8 и 9 таким образом, чтобы обеспечить ее перпендикулярность солнечным лучам. На рассвете боковые панели 5 и 6 платформы 3 раскрываются, поглощая и преобразовывая за счет внутреннего фотоэлектрического эффекта солнечную энергию в электрическую, а на закате - закрываются. Моменты открытия и закрытия контролируются при помощи соответствующих датчиков освещенности 16 и 17, датчиком дождя 18 и скорости воздушного потока 19 и 20. Положительный эффект: предохранение хрупкие и легкоповреждаемые солнечные элементы от пагубных воздействий ветра, снегопада, ливня и прочих неблагоприятных погодных условий.
Полезная модель относится к области энергетики. Она может найти применение в электростанциях, предназначенных для преобразования солнечной энергии в электрическую энергию.
Известна солнечная фотоэлектрическая установка, 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, отличающаяся тем, что 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 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, 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 РФ 
2286517 от 21.02.2005 года).
Недостатком данной конструкции является то, что модули с концентраторами, из которых состоит солнечная батарея, расположены в виде ступеней, что приводит к недостаточной защищенности установки от атмосферных осадков, в частности, снега. Также, в конструкции фотоэлектрической установки не предусмотрено никакой защиты солнечной батареи от механических воздействий и неблагоприятных погодных условий. Все это приводит к уменьшению срока службы фотоэлектрических модулей, используемых в устройстве, и снижению возможностей использования установки в регионам с холодным климатом и высоким уровнем атмосферных осадков.
Известна солнечная фотоэлектрическая установка, содержащая солнечную батарею с 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, отличающаяся тем, что механическая система включает в себя два исполнительных органа - подвижный диск, обеспечивающий поворот установки вокруг вертикальной оси, закрепленный на неподвижном основании и снабженный электроприводом, и вал с закрепленной на нем подвижной платформой, обеспечивающий поворот вокруг горизонтальной оси от электропривода, при этом сама солнечная батарея состоит из модулей с фотоэлектрическими преобразователями и снабжена устройством для защиты от неблагоприятных атмосферных воздействий, а система ориентации содержит пять датчиков уровня освещенности, представляющие из себя фоторезисторы в корпусе с защитным экраном, закрепленные справа, слева, сверху, снизу и сзади от солнечной батареи и образующие каналы азимутального и зенитального наведения, вырабатывающие сигналы при изменении положения солнца, при этом датчик, расположенный сзади от солнечной батареи, осуществляет измерение уровня рассеянного освещения и разворот установки при начале нового дня, а сигнал на включение электроприводов подвижного диска и вала подается от датчиков азимутального и зенитального каналов соответственно (см. патент РФ 124440 от 20.01.2013 года).
Недостатком данной конструкции является то, что механическая система, состоящая из подвижного диска и подвижной платформы, является достаточно громоздкой конструкцией, и требует для осуществления ориентации по солнцу электроприводов большой мощности, что, вкупе с недостаточной площадью фотоэлектрических преобразователей, приводит к пониженной энергоэффективности установки. Также, устройство защиты от неблагоприятных атмосферных воздействий не предохраняет солнечные батареи от сильного ветра и механических воздействий.
Задачи полезной модели - повышение энергоэффективности установки.
Поставленная задача достигается тем, что бионическая солнечная электростанция, содержащая несколько солнечных батарей с принимающими излучение фотоэлектрическими преобразователями, размещенных на механической системе, оснащенной системой ориентации, поддерживающей перпендикулярное положение солнечной батареи по отношению к Солнцу, причеммеханическая система включает в себя неподвижное основание и блок ориентации, обеспечивающий поворот платформы с закрепленными солнечными батареями вокруг горизонтальной оси, при этом платформа состоит из центральной панели и двух боковых панелей, приводимых в движение при помощи двух приводов вращательного движения, двух винтовых передач, преобразующих вращательное движение винта в поступательное движение гайки, и двух шатунов, образующих вместе с гайками и боковыми панелями кривошипно-шатунные механизмы и обеспечивающих вращение боковых панелей относительно центральной, а также двух фотодатчиков, закрепленных на центральной панели и подающих сигнал на включение привода блока ориентации при изменении положения Солнца, и датчиков скорости воздушного потока и дождя, посылающих сигналы на приводы, управляющие движением боковых панелей при возникновении неблагоприятных для работы установки погодных условий.
Заявляемое техническое решение отличается от прототипа тем, что поддерживающая механическая система включает в себя неподвижное основание и блок ориентации, обеспечивающий поворот платформы с закрепленными солнечными батареями вокруг горизонтальной оси, при этом платформа состоит из центральной панели и двух боковых панелей, приводимых в движение при помощи двух приводов вращательного движения, двух винтовых передач, преобразующих вращательное движение винта в поступательное движение гайки, и двух шатунов, образующих вместе с гайками и боковыми панелями кривошипно-шатунные механизмы и обеспечивающих вращение боковых панелей относительно центральной, а также двух фотодатчиков, закрепленных на центральной панели и подающих сигнал на включение привода блока ориентации при изменении положения Солнца, и датчиков скорости воздушного потока и дождя, посылающих сигналы на приводы, управляющие движением боковых панелей при возникновении неблагоприятных для работы установки погодных условий.
Отличительные признаки в заявляемом техническом решении не выявлены при изучении данной и смежных областей техники.
Совокупность заявляемых признаков обеспечивает достижение задачи полезной модели - повышение энергоэффективности установки.
На фиг. 1 показан общий вид бионической солнечной электростанции, на фиг. 2 - платформа, предназначенная для закрепления солнечных батарей.
Конструкция электростанции состоит из неподвижного основания -металлического стержня 1, жестко закрепляющегося относительно какого-либо неподвижного объекта (или вкапываемого в землю), блока ориентации 2, внутри которого находятся привод, механическая передача, платы управляющей электроники, и платформа 3, на которой закрепляются солнечные батареи 7, 8 и 9.
Платформа 3, предназначенная для закрепления солнечных батарей, состоит из центральной панели 4 и двух боковых панелей 5 и 6, предназначенных для размещения трех солнечных батарей 7, 8 и 9, а также двух приводов вращательного движения 10 и 11, двух винтовых передач 12 и 13, преобразующих вращательное движение винта в поступательное движение гайки, и двух шатунов 14 и 15, образующих вместе с гайками и боковыми панелями кривошипно-шатунные механизмы. Для обеспечения обратной связи устройство оснащено датчиками освещенности 16 и 17, датчиком дождя 18 и скорости воздушного потока 19 и 20.
Устройство работает следующим образом. Блок ориентации 2 на основании показаний с датчиков освещенности 16 и 17 поворачивает платформу 3 с закрепленными солнечными батареями 7, 8 и 9 таким образом, чтобы обеспечить ее перпендикулярность солнечным лучам. На рассвете боковые панели 5 и 6 платформы раскрываются, поглощая и преобразовывая за счет внутреннего фотоэлектрического эффекта солнечную энергию в электрическую, а на закате - закрываются. В данном устройстве процессы «раскрытия» и «закрытия» осуществляются за счет кривошипно-шатунных механизмов. Моменты открытия и закрытия контролируются при помощи соответствующих датчиков освещенности 16 и 17, датчиком дождя 18 и скорости воздушного потока 19 и 20.
Такая конструкция позволяет реализовать бионический принцип работы платформы, подобный поведению некоторых растений, в частности, цветков.
Передачи винт-гайка скольжения 12 и 13 в данном случае обеспечивает самоторможение и большой выигрыш в силе, следовательно, мощность используемых приводов будет меньше, чем при использовании вместо описанной кинематической цепи какой-либо одной механической передачи (например, фрикционной или зубчатой). Таким образом, достигается требование минимального энергопотребления устройства, что очень важно для автоматической электростанции. Помимо всего прочего, использование в данной конструкции трех солнечных батарей вместо одной позволяет увеличить выходную мощность электрической энергии, генерируемой электростанцией.
Использование в данном устройстве одного привода, управляющего движением вокруг горизонтальной оси вращения, оправдано как с позиции уменьшения потерь вырабатываемой электроэнергии, так и с позиции минимизации энергопотребления самого механизма ориентации. Одна степень свободы устройства позволяет реализовывать отслеживание положения Солнца при фиксированной широте, при этом контролируется угол наклона Солнца над горизонтом.
Подобная конструкция платформы позволяет предохранить хрупкие и легкоповреждаемые солнечные элементы от пагубных воздействий ветра, снегопада, ливня и прочих неблагоприятных погодных условий.
Бионическая солнечная электростанция, содержащая несколько солнечных батарей с принимающими излучение фотоэлектрическими преобразователями, размещённых на механической системе, оснащённой системой ориентации, поддерживающей перпендикулярное положение солнечной батареи по отношению к солнцу, отличающаяся тем, что механическая система включает в себя неподвижное основание и блок ориентации, обеспечивающий поворот платформы с закрепленными солнечными батареями вокруг горизонтальной оси, при этом платформа состоит из центральной панели и двух боковых панелей, приводимых в движение при помощи двух приводов вращательного движения, двух винтовых передач, преобразующих вращательное движение винта в поступательное движение гайки, и двух шатунов, образующих вместе с гайками и боковыми панелями кривошипно-шатунные механизмы и обеспечивающих вращение боковых панелей относительно центральной, а также двух фотодатчиков, закрепленных на центральной панели и подающих сигнал на включение привода блока ориентации при изменении положения солнца, и датчиков скорости воздушного потока и дождя, посылающих сигналы на приводы, управляющие движением боковых панелей при возникновении неблагоприятных для работы установки погодных условий.
