Фотоэлектрическая система

 

Использование: гелиоэнергетика. Сущность: с целью повышения надежности и улучшения эксплуатационных характеристик системы управляющая обмотка возбуждения электродвигателя насоса системы принудительного жидкостного охлаждения фотоэлектрического преобразователя (ФЭП) системы подключена к его выходам. Это позволяет при изменении напряжения ФЭП, связанного с изменением его температуры изменить производительность насоса и стабилизировать температуру и выходное напряжение ФЭП при согласованной нагрузке. Использование в качестве датчика положения ротора солнечных элементов , ориентированных на солнце, обеспечивает управление токами обмоток статора электродвигателя через бесконтактный коммутатор в функции интенсивности солнечной радиации, что также обеспечивает стабильность Температуры ФЭП и позвос ляет использовать датчик положения ротора-и в качестве датчика ориентации си- t f стемы слежения за солнцем. 3 з.п. ф-лы, 7 Т„. ил.С..

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (я)5 Н 02 и 6/00

ГОСУДАРСТВЕ ННОЕ ПАТЕ НТНОЕ

ВЕДОМСТВО СССР (ГОСПАТЕНТ СССР) ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4834389/25 (22) 04.06.90 (46) 15.02.93. Бюл. ¹ 6 (71) Государственный научно-исследовательский энергетический институт им.

Г.М.Кржижановского (72) А.А.Корпов и А.Н.Зенченко . (56) Андреев В.M., Грилихес В.А., Румянцев

В,Д. Фотоэлектрическое преобразование концентрированного солнечного излучения.

Л„1989, с. 302 — 303.

Концентраторы солнечного излучения для фотоэлектрических установок. Сборник, Л.: 1986, с. 36 — 39. (54) ФОТОЭЛЕКТРИЧЕСКАЯ СИСТЕМА (57) Использование: гелиоэнергетика. Сущность: с целью повышения надежности и улучшения эксплуатационных характеристик системы управляющая обмотка возбуждения электродвигателя насоса системы

Изобретение относится к энергетике и может найти применение как в автономных, так и в промышленных солнечных фотоэлектрических станциях.

Целью изобретения является повышение надежности и улучшение эксплуатационных характеристик путем повышения стабильности выходного напряжения и температуры батареи фотоэлектрических преобразователей.

На фиг.1 представлена схема фотоэлектрической системы; на фиг.2 — вариант конструкции системы; на фиг.3 — вариант конструкции датчика положения ротора, на фиг.4 — варианты конструкции электродвигателя и насоса; на фиг.5 — вольтамперные характеристики системы; на фиг.6 — принцип регулирования охлаждения от освещенности.. Ж, 1795534 А1 принудительного жидкостного охлаждения фотоэлектрического преобразователя (ФЭП) системы подключена к его выходам.

Это позволяет при изменении напряжения

ФЭП. связанного с изменением его температуры изменить производительность насоса и стабилизировать температуру и выходное напряжение ФЭП при согласованной нагрузке. Использование в качестве датчика положения ротора солнечных элементов, ориентированных на солнце, обеспечивает управление токами обмоток статора электродвигателя через бесконтактный коммутатор в функции интенсивности солнечной радиации, что также обеспечивает стабильность температуры ФЭП и позволяет использовать датчик положения ротора.и в качестве датчика ориентации системы слежения за солнцем. 3 з.п. ф-лы, 7 ил.

Фотоэлектрическая. система на фиг.1 содержит батарею фотоэлектрических преобразователей (ФЭП) 1 с концентратором излучения, имеющую выводы 2 для подключения нагрузки 3 постоянного тока. Система слежения за солнцем 4 механически связана с батареей ФЭП 1 с концентратором. Ко входу системы слежения 4 подключен датчик ориентации (ДО) 5. Выходом ДО 5 является выход сумматора 6, входящего в состав

ДО 5. Система принудительного жидкостного охлаждения батареи ФЭП 1 включает трубопроводы 7, соединяющие источник холодной воды 8, насос 9. батарею 1 и приемник горячей воды 10. Вал насоса 9 механически связан с валом электродвигателя (ЭД) 11 насоса. Обмотки ЭД 11 подключены к выходу бесконтактного коммутатора 12, входы которого соединены с датчиком поло1795534 жения ротора (ДПР) 13. ДГ1Р 13 состоит из солнечных элементов (СЭ) 14, выходы которых подключены к соответствующим входам коммутатора 12 и ко входам сумматора

6. ЭД 11 имеет управляющую обмотку возбуждения (УОВ) 15, подключенную к выходным выводам 2 батареи ФЭП 1, На фиг.2 батарея ФЭП 1 установлена в фокусе зеркального параболического концентратора 16. батарея ФЭП 1 закреплена на теплопроводной стенке 17 центробежного насоса 9, вал 18 которого является одновременно валом ЭД 11 (фиг.6). Ось вала. 18 совпадает с оптической осью 19 концентратора 16. На торце ЭД 11, обращенном к солнцу размещены СЭ 14, а на валу 18— шторка 20, которая может иметь форму крыльчатки вентилятора (фиг.3). Для повышения чувствительности ДО 5 на него может быть одет тубус 21, входное отверстие которого защищено прозрачной стенкой 22, например, из стекла (фиг.2). Охлаждающая жидкость подается по трубопроводам 7, которые могут совмещаться с элементами конструкции фотоэлектрической системы.

Устройство работает следующим образом.

При появлении прямого солнечного излучения система ориентации по сигналам датчика rpyGoA ориентации по направлению (не показаны) разворачивает фотоэлектрическую систему, стремясь совместить оптическую ось 19 (фиг.2) концентратора с направлением на Солнце.

При попадании солнечного излучения на СЭ 14 и одновременно посредством концентратора 16 на батарею ФЭП 1 по соответствующим управляющим входам коммутатора 13 течет генерируемый СЭ 14 ток, а на выходах 2 батареи ФЭП 1 появляется напря>кение и начинает протекать ток в цепи нагрузки 3 и УОВ 15. По сигналам с

ДПР 13 ротор ЭД 11 начинает вращать насос 9, который по трубопроводам 7 прокучивает через батарею ФЭП охлаждающую жидкость. При достижении сигнала на выходе ДО 5 определенной величины датчик грубой ориентации по направлению отключается и ориентация осуществляется посредством ДО 5 по максимуму его освещенности. При этом при изменении интен; сивности солнечного излучения (связанного, например, с появлением дымки) управляющий ток на выходе ДПР 13 сни>кается, что приводит к снижению напряжения питания обмоток статора ЭД 11 (фиг,4) и, следовательно, производительности насоса 9. Этим обеспечивается поддержание стабильной температуры батареи

ФЭП 1 в функции величины солнечной радиации, т.е. исходного теплового источника.

При изменении напряжения на выходах

2 батарей ФЭП 1, связанного с изменением ее температуры, которое может происходить вследствие изменения входной температуры охлаждающей жидкости в источнике

8, изменения условий охлаждения (например, сильный ветер) и т.п. происходит изменение тока УОВ 15 (фиг.1). При повышении, например, температуры батареи ФЭП 1 напряжение на ее выходах 2 падает, что одновременно снижает ток УОВ 15 и приводит к увеличению скорости вращения ЭД 11, рос"5 ту производительности насоса 9 и повышению напряжения на выходах батареи ФЭП

1 за счет снижения ее температуры, Одновременно при этом поддерживается постоянство температуры охлаждающей

20 жидкости, поступающей в приемник 10, Существо происходящих в заявленном устройстве явлений заключается в следующем.Одним из основных факторов, определяющих выходные характеристики батареи

ФЭП 1,является ее температура. При повышении температуры батареи ФЭП 1, например, с 60 до 80 С напряжение холостого хода падает на 2070. Значительно снижа30 ется при этом и максимальная мощность, отдаваемая батареей ФЭП 1. При.работе батареи ФЭП с согласованными нагрузками, BAX которых I nar (U ) представлена на фиг. За, б (например, электролизер) изменение освещенности с Emin до Emax (ôèã.3à) приводит лишь к изменению тока нагрузки с Imin до Imax причем при всех освещенностях сохраняется режим близкий к режиму отдачи максимальной мощности батарей

40 ФЭП (в этом и заключается согласованность

ВАХ нагрузки и ВАХ батареи ФЭП). Одновременно с изменением освещенности изменяется и тепловая мощность излучения, падаваемого на батарею ФЭП 1, что может привести к повышению ее температуры при неизменных условиях охлаждения. В предложенном устройстве одновременно с изменением освещенности меняются и условия охлаждения, 50 При повышении, например, освещенности батареи ФЭП (1) происходит, одновременное увеличение тока СЭ 14 составляющих ДПР 13. При этом посредством коммутатора 12 повышается напряжение на обмотках статора, увеличивается частота вращения м ЭД 11, растет производительность насоса 9. Этим обеспечивается стабилизация температуры батареи ФЭП непосредственно в функции изменения падающего теплового потока. Выходное на1795534

10

20

30 пряжение батарей ФЗП 1 на выходах 2 при этом изменяется в малых пределах (фиг,За).

С изменением температуры батареи

ФЭП 1, обусловленном изменением параметров системы охлаждения (входная температура охлаждающей жидкости, ветер и т.п,) происходит изменение выходного напряжения (фиг.36, Е = E> = const). Вместе с падением тока нагрузки происходит уменьшение тока возбуждения УОВ, что снижает магнитный поток возбуждения ЭД 11. Частота вращения в ЭД 11 возрастает. Для обеспечения возрастания в при падении выходного напряжения; а также обратного процесса необходимо выполнение условия

,< i.„,ф,/(Ф, +ЛФ), где 4 — ток обмоток якоря ЭД; 1, — ток короткого замыкания; Фь — постоянный поток возбуждения; b,Ô вЂ” регулируемая составляющая потока возбуждения.

Данное условие легко выполняется, поскольку ЛФ < < Ф, т.е, регулирование потока возбуждения осуществляется в небольших пределах.

Следует отметить. что небольшое изменение выходного напряжения за счет изменения освещенности наблюдается и при

to = cons. Влияние этого изменения на ток УОВ ЭЛ 11, можно легко скомпенсироФормула изобретения

1, Фотоэлектрическая система, содержащая батарею фотоэлектрических преобразователей с концентратором излучения, выходы которой подсоединены к нагрузке, систему слежения за солнцем с датчиком ориентации и систему принудительного жидкостного охлаждения батарей фотоэлектрических преобразователей, включающую трубопроводы, насос с электродвигателем, от л и ч а ю щ а я с я тем, что, с целью повышения надежности и улучшения эксплуатационных характеристик путем повышения стабильности выходного напряжения и температуры батареи фотоэлектрических преобразователей, датчик ориентации содержит сумматор. электродвигатель насоса снабжен датчиком положения ротора и бесконтактным коммутатором обмоток статора, причем ось электродвигателя параллельна оптической оси концентратора фотоэлектрической системы, датчик положения ротора электродвигателя выполнен в виде солнечных элементов, расположенных осесимметрично и равномерно на торцевой повать, например, за счет подключения параллельно цепи статора ЭД 11 компенсирующей обмотки возбуждения, обеспечивающей, например, постоянство общего потока возбуждения при изменении освещенности, Возможен и ряд других способов.

Таким образом, предложенное техническое решение позволяет повысить надежность фотоэлектрической системы за счет стабилизации температуры Ф ЗП 4 путем управления охлаждающим контуром s функции интенсивности падающего излучения и выходного напряжения ФЭП 4. Данное управление реализуется в электромеханическом элементе — ЭД 11 изменением тока статора и тока управляющего обмотки возбуждения 15. Повышение надежности достигается также за счет использования солнца в качестве источника излучения ДПР

13, а также придания ДПР 13 функции ДО 5 системы слежения за солнцем 4.

Повышение эксплуатационных характеристик предложенного технического решения заключается в поддержании режима отдачи максимальной мощности ФЭП 1 при изменении внешних условий, а также постоянства температуры нагретой охлаждающей жидкости подаваемой в приемник 10. верхнс сти электродвигателя, обращенной к солнцу, и шторки, закрепленной на валу электродвигателя над солнечными элементами, выходы солнечных элементов подключены к соответствующим входам коммутатора обмоток статора электродвигателя и к входам сумматора, выход которого является выходом датчика ориентации системы слежения за солнцем.

2. Система по п.1, отличающаяся тем, что электродвигатель насоса снабжен управляющей обмоткой возбуждения, подключенной к выходам батареи фотоэлектрических преобразователей, 3. Система по и 1, отл и ч а ю ща я с я тем, что, с целью повышения стабильности характеристик солнечных элементов и электродвигателя путем улучшения их охлаждения, шторка датчика положения выполнена в виде крыльчатки вентилятора.

4. Система по и 1, о тл и ч а ю щ а я с я тем, что концентратор выполнен в виде параболического зеркала, в фокусе которого

1795534

17

Тб расположена батарея фотоэлектрических преобразователей, причем ось злектродвигателя совпадает с оптической осью концентратора излучения.

I5 3

4 г. 2

I8

0

COfl $(1795534

Редактор В.Трубченко

Заказ 435 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва. Ж-35, Раушская наб., 4/5

Производственно-издательский комбинат "Патент", г, Ужгород, ул.Гагарина, 101

„1

0 ЭД

Саста в ител ь Т. Шуки на

Техред М,Моргентал Корректор Н.Слободяник