Способ преобразования электромагнитного излучения, устройство для его осуществления и способ монтажа наклонных отражателей

Предлагаемое изобретение относится к солнечной энергетике и может найти применение в солнечных электростанциях для прямого преобразования солнечной энергии. С помощью предлагаемого изобретения достигается технический результат, заключающийся в повышении эффективности преобразования солнечной энергии в электрическую путем минимизации потерь электрической энергии при слежении за источником электромагнитного излучения. Сущность: способ основан на приеме порядно расположенными на основании солнечными панелями прямого излучения от объекта и излучения, переотраженного от межрядных пар плоских наклонных отражателей, с одновременной оптимизацией режима приема электромагнитного излучения при движении объекта, оптимизацию режима приема электромагнитного излучения при движении объекта осуществляют при неподвижном основании, путем синхронного уменьшения/увеличения углов наклона к приемной плоскости солнечных панелей первых одноименных плоских отражателей в каждой межрядной паре, при одновременном синхронном увеличении/уменьшении вышеуказанных углов наклона вторых одноименных плоских отражателей в каждой межрядной паре. Кроме того, увеличение/уменьшение углов наклона одноименных плоских отражателей в каждой межрядной паре осуществляют путем уменьшения/увеличения ширины ее первых одноименных плоских отражателей с одновременным увеличением/уменьшением ширины ее вторых одноименных плоских отражателей при сохранении суммарной ширины первых и вторых одноименных плоских отражателей в каждой межрядной паре. Также предложено устройство для преобразования электромагнитного излучения и способ монтажа наклонных отражателей, входящих в это устройство. 3 н. и 11 з.п. ф-лы, 11 ил.

 

Предлагаемое изобретение относится к солнечной энергетике и может найти применение в солнечных электростанциях для прямого преобразования солнечной энергии.

Известны способы прямого преобразования солнечной энергии в электрическую, реализованные в гелиоустановках, см., например, Пат. США №5647915, МПК Е 04 D 13/18, Пат. РФ №2127008, МПК Н 01 L 31/05, опубл. 27.02.99 г.

Устройства для его реализации содержат солнечные панели, закрепленные на несущей конструкции.

Недостатком указанных технических решений является относительная низкая эффективность использования солнечных панелей из-за низкой плотности солнечного излучения, поступающего на их фоточувствительную поверхность.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому способу является способ преобразования электромагнитного излучения, основанный на приеме порядно расположенными на основании солнечными панелями прямого излучения от объекта и излучения переотраженного от межрядных пар плоских наклонных отражателей, с одновременной оптимизацией режима приема электромагнитного излучения при движении объекта, см., например, заявка Франции №2578963, МПК F 24 J 2/38, опубл. 05.19.86 г.

Устройство для осуществления способа содержит порядно расположенные на опорной поверхности основания солнечные панели прямоугольной формы и попарно закрепленные в межрядных промежутках панелей, наклонные отражатели.

Способ монтажа наклонных отражателей устройства включает размещение наклонных отражателей в межрядных промежутках солнечных панелей.

Недостатком приведенных технических решений является относительно низкий КПД преобразования, обусловленный большими затратами электроэнергии, необходимыми для ориентации массивного основания с установленными на нем солнечными панелями и плоскими концентраторами на источник электромагнитного излучения (Солнце).

С помощью предлагаемого изобретения достигается технический результат, заключающийся в повышении эффективности преобразования солнечной энергии в электрическую путем минимизации потерь электрической энергии при слежении за источником электромагнитного излучения.

В соответствии с предлагаемым техническим решением вышеуказанный технический результат достигается тем, что в способе преобразования электромагнитного излучения, основанном на приеме порядно расположенными на основании солнечными панелями прямого излучения от объекта и излучения переотраженного от межрядных пар плоских наклонных отражателей, с одновременной оптимизацией режима приема электромагнитного излучения при движении объекта, оптимизацию режима приема электромагнитного излучения при движении объекта осуществляют при неподвижном основании, путем синхронного уменьшения/увеличения углов наклона к приемной плоскости солнечных панелей первых одноименных плоских отражателей в каждой межрядной паре, при одновременном синхронном увеличении/уменьшении вышеуказанных углов наклона вторых одноименных плоских отражателей в каждой межрядной паре.

Кроме того, увеличение/уменьшение углов наклона одноименных плоских отражателей в каждой межрядной паре осуществляют путем уменьшения/увеличения ширины ее первых одноименных плоских отражателей с одновременным увеличением/уменьшением ширины ее вторых одноименных плоских отражателей при сохранении суммарной ширины первых и вторых одноименных плоских отражателей в каждой межрядной паре.

В устройстве для преобразования электромагнитного излучения, содержащем порядно расположенные на опорной поверхности основания солнечные панели прямоугольной формы и попарно закрепленные в межрядных промежутках панелей, наклонные отражатели, дополнительно содержатся подвижные стержни, а каждая пара наклонных отражателей выполнена в виде эластичных полурукавов с наружным зеркальным покрытием, при этом подвижные стержни продеты сквозь эластичные полурукава, введены в контакт с внутренней поверхностью последних и смонтированы с возможностью синхронного плоскопараллельного перемещения в направлении, поперечном межрядным промежуткам солнечных панелей.

Кроме того, механизм плоскопараллельного перемещения подвижных стержней включает в себя пару тяг, толкатель, две пары направляющих эллиптического профиля под концы двух из подвижных стержней и подключенный к блоку управления привод возвратно-поступательного движения, при этом тяги шарнирно связаны с подвижными стержнями в области их концов, направляющие смонтированы попарно на основании напротив крайних межрядных промежутков солнечных батарей, а толкатель шарнирно связан с тягами и выходным звеном привода возвратно-поступательного движения.

Кроме того, привод возвратно-поступательного движения содержит цилиндрическое зубчатое колесо, связанное с валом электродвигателя, кинематически взаимодействующее с неподвижным зубчатым колесом с внутренним зацеплением, при этом диаметр делительной окружности цилиндрического зубчатого колеса равен половине диаметра делительной окружности неподвижного зубчатого колеса, причем цилиндрическое зубчатое колесо в области его делительной окружности шарнирно связано с толкателем и подключено к валу электродвигателя через водило.

Кроме того, устройство для преобразования электромагнитного излучения дополнительно содержит фотоэлектрические датчики, установленные по боковым сторонам одной из солнечных панелей и подключенные своими выходами к блоку управления.

Кроме того, подвижные стержни выполнены с осевыми полостями, при этом концы стержней размещены в указанных полостях со свободой вращения.

Кроме того, межфокусное расстояние направляющих эллиптического профиля равно ширине межрядных промежутков солнечных батарей.

Кроме того, линейный размер эластичных полурукавов в их поперечном сечении равен длине, большей оси направляющих эллиптического профиля.

Кроме того, устройство для преобразования электромагнитного излучения снабжено щетками для очистки зеркальных поверхностей эластичных полурукавов.

Кроме того, щетки смонтированы на дополнительных стержнях, установленных над зеркальной поверхностью полурукавов и закрепленных концами в тягах.

В способе монтажа наклонных отражателей вышеуказанного устройства, основанном на размещении наклонных отражателей в межрядных промежутках солнечных панелей, на основании вдоль боковых сторон солнечных панелей выполняют сквозные прорези, дополнительно изготавливают эластичную ленту с зеркальным покрытием и шириной, соответствующей длине сквозных прорезей основания, осуществляют фиксацию положения подвижных стержней в наиболее удаленных точках от основания, один конец эластичной ленты пропускают в любую из крайних сквозных прорезей основания, ориентируя ее зеркальной стороной в сторону ближайшего ряда солнечных панелей, крепят вышеуказанный конец ленты на тыльной стороне основания, поочередно под натяжением огибают эластичной лентой подвижные стержни и тыльную сторону основания, продевая второй конец ленты через его сквозные прорези, и после вывода ленты через последнюю прорезь основания осуществляют крепление ее второго конца на тыльной стороне основания.

Кроме того, при огибании гибкой лентой тыльной стороны основания осуществляют крепление ленты на тыльной стороне основания.

Кроме того, крепление ленты на тыльной стороне основания осуществляют с помощью клеящего вещества.

На фиг.1 схематически изображен общий вид устройства, реализующего способ преобразования электромагнитного излучения; на фиг.2 - привод возвратно-поступательного движения в увеличенном масштабе; на фиг.3 - вид А на фиг.1; на фиг.4 - сечение Б-Б на фиг.3; на фиг.5 - сечение В-В на фиг.4.

На фиг.6 показан ход лучей, отраженных от наклонных отражателей и поступающих на фотоэлектрические датчики при различной ориентации на Солнце.

На фиг.7-11 - последовательность операций по способу монтажа наклонных отражателей.

Устройство для преобразования электромагнитного излучения включает в себя основание 1, на опорной поверхности которого порядно расположены солнечные панели 2 прямоугольной формы. В межрядных промежутках солнечных панелей 2 установлены попарно закрепленные наклонные отражатели 3, а также подвижные стержни 4.

Каждая пара наклонных отражателей 3 выполнена в виде эластичных полурукавов с наружным зеркальным покрытием, через которые продеты подвижные стержни 4, смонтированые с возможностью синхронного плоскопараллельного перемещения в направлении, поперечном межрядным промежуткам солнечных панелей 2. Подвижные стержни 4 контактируют с внутренней поверхностью эластичных полурукавов отражателей 3.

Возможность плоскопараллельного перемещения подвижных стержней 4 обеспечивается с помощью совокупности конструктивных элементов, включающих в себя: пару тяг 6, толкатель 8, две пары направляющих эллиптического профиля 7 под концы двух, например, крайних стержней 4 и привод возвратно-поступательного движения, подключенный к выходу блока управления 13.

Тяги 6 шарнирно связаны с подвижными стержнями 4 в области их одноименных концов. Направляющие эллиптического профиля 7 смонтированы попарно на основании 1 напротив крайних межрядных промежутков солнечных батарей 2. Толкатель 8 шарнирно связан с тягами 6 и выходным звеном привода возвратно-поступательного движения.

Привод возвратно-поступательного движения включает в себя цилиндрическое зубчатое колесо 9, кинематически взаимодействующее с неподвижным зубчатым колесом с внутренним зацеплением 10 условно показаны лишь делительные окружности зубчатых колес 9 и 10). Диаметр делительной окружности цилиндрического зубчатого колеса 9 (d_d) равен половине диаметра делительной окружности неподвижного зубчатого колеса 10 (D_d). Цилиндрическое зубчатое колесо 9 в области его делительной окружности через серьгу 17 шарнирно связано с толкателем 8 и подключено к валу электродвигателя 11 через водило 12 (см. фиг.2).

В близлежащих областях одной из солнечных панелей 2 и боковых отражателей 3 установлены два фотоэлектрических датчика 14 (см. фиг.6), выходы которых соединены со входом блока управления 13 (не показано). Подвижные стержни 4 выполнены с осевыми полостями, при этом концы стержней 4 размещены в указанных полостях со свободой вращения, например, на подшипниках (см. фиг.4).

Межфокусное расстояние направляющих эллиптического профиля 7 равно ширине межрядных промежутков солнечных батарей 2 (см. фиг.3). А линейный размер эластичных полурукавов в их поперечном сечении равен длине большей оси направляющих эллиптического профиля 7. Для очистки зеркальных поверхностей эластичных полурукавов устройство может быть снабжено щетками 16, которые монтируются на дополнительных стержнях 15, установленных над зеркальной поверхностью полурукавов и жестко закрепленных концами в тягах 6 (см. фиг.4 и 5).

Предлагаемый способ преобразования электромагнитного излучения от удаленного движущегося объекта с помощью приведенной конструкции осуществляется следующим образом.

Неподвижное основание 1 монтируется на несущей конструкции таким образом, чтобы нормаль к поверхности солнечных панелей 2 была ориентирована на Солнце в астрономический полдень, в этом случае общее количество электромагнитной энергии, поступающее за сутки напрямую на солнечные панели 2, максимально. Отраженное от наклонных отражателей 3 излучение также поступает на солнечные панели 2, формируя дополнительную засветку фоточувствительной поверхности панелей 2. На фиг.6 показан ход прямых солнечных лучей, обозначенных на чертеже сплошными линиями, и лучей отраженных от наклонных отражателей 3, обозначенных пунктирными линиями. Ход лучей в полдень показан на фиг.6а, для получения симметричной засветки солнечной панели 2 лучами, отраженными от правого и левого наклонного отражателей 3, углы наклона обоих отражателей 3 α₁ и α₂ равны, линия nn - нормаль к отражающей поверхности наклонных отражателей.

При движении Солнца по небосклону происходит рассогласование направления падения солнечных лучей и нормали NN к солнечной панели 2 (смещение влево на угол Δ показано на фиг.6в). В этом случае, чтобы обеспечить засветку солнечной панели 2 как левым, так и правым наклонным отражателями 3, угол наклона левого отражателя α₁ должен уменьшаться, а правого α₂ увеличиваться.

В предлагаемом способе для оптимизации режима приема электромагнитного излучения при движении объекта и при неподвижном основании 1 осуществляют синхронное уменьшение/увеличение углов наклона к приемной плоскости солнечных панелей 2 первых одноименных плоских отражателей 3 (правых или левых на фиг.6) в каждой межрядной паре, при одновременном синхронном увеличении/уменьшении вышеуказанных углов наклона вторых одноименных плоских отражателей 3 в каждой межрядной паре.

Чтобы обеспечить синхронное изменение углов наклона первых и вторых отражателей 3, каждая пара этих отражателей 3 выполнена в виде эластичных полурукавов с наружным зеркальным покрытием, которые натянуты на подвижные стержни 4. Подвижные стержни 4 смонтированы с возможностью синхронного плоскопараллельного перемещения в направлении, поперечном межрядным промежуткам солнечных панелей 2.

Эластичные полурукава при любом наклоне боковых отражателей 3 должны находится в натянутом состоянии. Это можно обеспечить, если концы подвижных стержней 4 будут двигаться по эллиптической траектории с определенными параметрами.

Движение по эллиптической траектории подвижных стержней 4 дает возможность выполнить одновременно три условия:

1. Увеличить/уменьшить угол наклона боковых отражателей 3 в каждой межрядной паре.

2. Уменьшить/увеличить ширину ее первых боковых отражателей 3 с одновременным увеличением/уменьшением ширины ее вторых плоских отражателей 3.

3. Сохранить суммарную ширину первых и вторых плоских отражателей 3 в каждой межрядной паре, обеспечивая тем самым натяжение эластичных полурукавов.

Если произошло смещения объекта (Солнца) (например, как на фиг.6в влево), на фотоэлектрический датчик 14, находящийся под правым отражателем 3 в точке С, перестает поступать засветка от правого отражателя 3. На входе блока управления 13 возникает сигнал рассогласования, под действием которого блок управления 13 формирует управляющий сигнал на поворот вала электродвигателя 11, входящего в состав привода возвратно-поступательного движения. Направление поворота вала электродвигателя 11 определяется одним из фотоэлектрических датчиков 14, с которого поступил сигнал рассогласования.

Через водило 12 вращение вала электродвигателя 11 передается на цилиндрическое зубчатое колесо 9. Так как диаметр делительной окружности цилиндрического зубчатого колеса 9 выбран равным половине диаметра делительной окружности неподвижного зубчатого колеса 10, то при обкатывании цилиндрическим зубчатым колесом 9 внутреннего неподвижного зубчатого колеса 10 точка, находящаяся на делительной окружности подвижного колеса 9 (точка крепления серьги 17 - т.О), совершает возвратно-поступательное движение по прямой вдоль диаметра ОО₁ неподвижного колеса 10.

Это движение через толкатель 8 передается на тяги 6 (на фиг.6в показан вариант, когда перемещение происходит в левую сторону). Тяги 6 шарнирно связаны с подвижными стержнями 4, которые соответственно перемещаются влево, при этом концы двух крайних подвижных стержней 4, двигаясь по направляющим эллиптического профиля 7, обеспечивают синхронное перемещение всех стержней.

Угол наклона α₁ левого плоского отражателя 3 должен уменьшаться, а правого α₂ - увеличиваться. В этом случае наклонные солнечные лучи, отраженные от левого плоского отражателя 3, начинают поступать в правый фотоэлектрический датчик 14 (т.С на фиг.6в). Сигнал рассогласования на выходах фотоэлектрических датчиков 14 не формируется и дальнейший наклон отражателей 3 прекращается.

В процессе возвратно-поступательного перемещения подвижных стержней 4 производится очистка зеркальных поверхностей эластичных полурукавов щетками 16, смонтированными на дополнительных стержнях 15, установленных над зеркальной поверхностью полурукавов и жестко закрепленных концами в тягах 6 (см. фиг.5).

Рассмотрим вариант способа монтажа наклонных отражателей 3 с помощью фиг.7-11, где изображены основные операции по реализации предлагаемого технологического процесса.

На основании 1 в межрядных промежутках солнечных панелей 2 в областях боковых сторон последних выполняются сквозные продольные прорези 5 шириной L, равной длине панелей 2 (см. фиг.7).

Дополнительно изготавливают эластичную ленту 18 (например, на лавсановой основе) шириной, равной длине прорезей 5, и наносят на одну из ее сторон зеркальное покрытие К (см. фиг.8, где показана лента 18 в двух проекциях).

Затем с помощью привода (вращением вала двигателя 11, см. фиг.2) осуществляют установку подвижных стержней 4 в наиболее удаленных точках от основания 1 (на расстоянии Н_max, см. фиг.9), фиксируя их положение, например, с помощью винтового стопорного устройства вала двигателя 11 (не показано).

Далее один из концов ленты 18 пропускают в одну из крайних (например, левую) прорезей 5, ориентируя ее зеркальной стороной К в сторону ближайшего ряда панелей 2, и крепят пропущенный конец ленты 18 на тыльной стороне основания 1, например, с помощью накладки 19 (см. фиг.10).

После проделанных операций осуществляют поочередное огибание под натяжением лентой 18 подвижных стержней 4 и тыльной стороны основания 1, путем продевания свободного второго конца ленты 18 через прорези 5 основания 1 (см. фиг.11). При выводе ленты 18 через последнюю прорезь 5 второй конец ленты 18 крепят на тыльной стороне основания 1 накладкой 19, а ее избыток обрезают (на фиг.11 условно не показано).

Для исключения смещения ленты 18 и обеспечения ее более надежной фиксации при огибании тыльной стороны основания 1 осуществляют крепление ленты относительно последнего, например, с помощью клеящего вещества 20.

После приведенного монтажа при необходимости могут быть установлены дополнительные стержни 15 и щетки 16 для очистки зеркальной поверхности ленты 18 (фиг.5).

Из вышеприведенного следует, что предложенные технические решения имеют преимущества по сравнению с известными, а именно:

В предлагаемом способе преобразования электромагнитного излучения слежение за удаленным объектом происходит путем изменения углов наклона плоских отражателей, в отличие от известного, в котором производится разворот массивной конструкции.

Для наклона плоских отражателей, выполненных в виде эластичных полурукавов, требуется электродвигатель малой мощности, поэтому в предлагаемом способе преобразования электромагнитного излучения количество электроэнергии, потребляемой для обслуживания устройства, значительно ниже.

Следовательно, предлагаемое техническое решение при использовании дает положительный технический результат, заключающийся в увеличении эффективности работы устройства для преобразования электромагнитного излучения.

В настоящее время по материалам заявки на предприятии изготовлен макетный образец устройства для преобразования электромагнитного излучения и проведены его натурные испытания, которые подтвердили достижение вышеуказанного технического результата.

1. Способ преобразования электромагнитного излучения от удаленного движущегося объекта, основанный на приеме порядно расположенными на основании солнечными панелями прямого излучения от объекта и излучения, переотраженного от межрядных пар плоских наклонных отражателей, с одновременной оптимизацией режима приема электромагнитного излучения при движении объекта, отличающийся тем, что оптимизацию режима приема электромагнитного излучения при движении объекта осуществляют при неподвижном основании, путем синхронного уменьшения/увеличения углов наклона к приемной плоскости солнечных панелей первых одноименных плоских отражателей в каждой межрядной паре, при одновременном синхронном увеличении/уменьшении вышеуказанных углов наклона вторых одноименных плоских отражателей в каждой межрядной паре.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что увеличение/уменьшение углов наклона одноименных плоских отражателей в каждой межрядной паре осуществляют путем уменьшения/увеличения ширины ее первых одноименных плоских отражателей с одновременным увеличением/уменьшением ширины ее вторых одноименных плоских отражателей при сохранении суммарной ширины первых и вторых одноименных плоских отражателей в каждой межрядной паре.

3. Устройство для преобразования электромагнитного излучения, содержащее порядно расположенные на опорной поверхности основания солнечные панели прямоугольной формы и попарно закрепленные в межрядных промежутках панелей наклонные отражатели, отличающееся тем, что оно снабжено подвижными стержнями, а каждая пара наклонных отражателей выполнена в виде эластичных полурукавов с наружным зеркальным покрытием, при этом подвижные стержни продеты сквозь эластичные полурукава, введены в контакт с внутренней поверхностью последних и смонтированы с возможностью синхронного плоскопараллельного перемещения в направлении, поперечном межрядным промежуткам солнечных панелей.

4. Устройство по п.3, отличающееся тем, что механизм плоскопараллельного перемещения подвижных стержней включает в себя пару тяг, толкатель, две пары направляющих эллиптического профиля под концы двух из стержней и подключенный к блоку управления привод возвратно-поступательного движения, при этом тяги шарнирно связаны с подвижными стержнями в области их одноименных концов, направляющие смонтированы попарно на основании напротив крайних межрядных промежутков солнечных батарей, а толкатель шарнирно связан с тягами и выходным звеном привода возвратно-поступательного движения.

5. Устройство по п.4, отличающееся тем, что привод возвратно-поступательного движения содержит цилиндрическое зубчатое колесо, связанное с валом электродвигателя, кинематически взаимодействующее с неподвижным зубчатым колесом с внутренним зацеплением, при этом диаметр делительной окружности цилиндрического зубчатого колеса равен половине диаметра делительной окружности неподвижного зубчатого колеса, причем цилиндрическое зубчатое колесо в области его делительной окружности шарнирно связано с толкателем через серьгу и подключено к валу электродвигателя через водило.

6. Устройство по п.4, отличающееся тем, что оно дополнительно содержит фотоэлектрические датчики, установленные по боковым сторонам одной из солнечных панелей и подключенные своими выходами к блоку управления.

7. Устройство по п.3, отличающееся тем, что подвижные стержни выполнены с осевыми полостями, при этом концы стержней размещены в указанных полостях со свободой вращения.

8. Устройство по п.4, отличающееся тем, что межфокусное расстояние направляющих эллиптического профиля равно ширине межрядных промежутков солнечных батарей.

9. Устройство по п.3 или 4, отличающееся тем, что линейный размер эластичных полурукавов в их поперечном сечении равен длине большей оси направляющих эллиптического профиля.

10. Устройство по п.3 или 4, отличающееся тем, что оно снабжено щетками для очистки зеркальных поверхностей эластичных полурукавов.

11. Устройство по п.10, отличающееся тем, что щетки смонтированы на дополнительных стержнях, установленных над зеркальной поверхностью полурукавов и закрепленных концами в тягах.

12. Способ монтажа наклонных отражателей устройства, выполненного по п.3, включающий размещение наклонных отражателей в межрядных промежутках солнечных панелей, отличающийся тем, что на основании вдоль боковых сторон солнечных панелей выполняют сквозные прорези, изготавливают эластичную ленту с зеркальным покрытием и шириной, соответствующей длине сквозных прорезей основания, осуществляют фиксацию положения подвижных стержней в наиболее удаленных точках от основания, один конец эластичной ленты пропускают в любую из крайних сквозных прорезей основания, ориентируя ее зеркальной стороной в сторону ближайшего ряда солнечных панелей, крепят вышеуказанный конец ленты на тыльной стороне основания, поочередно под натяжением огибают эластичной лентой подвижные стержни и тыльную сторону основания, продевая второй конец ленты через его сквозные прорези, и после вывода ленты через последнюю прорезь основания осуществляют крепление ее второго конца на тыльной стороне основания.

13. Способ по п.12, отличающийся тем, что при огибании гибкой лентой тыльной стороны основания осуществляют крепление ленты на тыльной стороне основания.

14. Способ по п.13, отличающийся тем, что крепление ленты на тыльной стороне основания осуществляют с помощью клеящего вещества.