Фотоэлектрическая станция с функцией самоочистки солнечных модулей

Изобретение относится к энергетике, к устройствам для генерирования электрической энергии путем преобразования солнечной энергии в электрическую и предназначено для использования в составе систем автономного электропитания аппаратуры различного назначения. Технический результат состоит в повышении устойчивости к механическим и термомеханическим нагрузкам, отказе от необходимости обслуживания в процессе эксплуатации, упрощении монтажа и пуско-наладки на объекте. Фотоэлектрическая станция содержит фотоэлектрические модули, металлический каркас, состоящий из вертикальной стойки и рамы для крепления модулей, зарядное устройство, аккумуляторные батареи. Рама для крепления фотоэлектрических модулей содержит пружины для их подвеса. Сами фотоэлектрические модули снабжены двумя перфорированными планками для их подвешивания на пружинах на раме каркаса. Самоочистка поверхностей фотоэлектрических модулей от снега обеспечена за счет подвеса их на пружинах, создающих постоянные колебания и возможность изгиба фотоэлектрических модулей одновременно в нескольких направлениях за счет упругих деформаций, уменьшающих вероятность продолжительного залипания снега на поверхностях модулей и образование ледяной корки. 1 з.п. ф-лы, 1 ил.

 

Изобретение относится к технике для генерирования электрической энергии путем преобразования солнечной энергии в электрическую.

Изобретение предназначено для использования в составе систем автономного электропитания для круглосуточного всепогодного снабжения электроэнергией радиоэлектронной аппаратуры различного назначения за счет использования альтернативных источников возобновляемой энергии (солнечной энергии).

В настоящее время существует большое количество различных модификаций устройств, предназначенных для генерирования электрической энергии путем преобразования солнечной энергии в электрическую (фотоэлектрических станций). Одними из их общих недостатков являются:

- низкие эксплуатационные характеристики при использовании в зонах с преобладающими сложными метеоусловиями (сильные ветра, снег);

- низкая вандалозащищенность;

- необходимость периодического обслуживания, что при условии размещения их вдали от населенных пунктов накладывает дополнительные сложности и ограничения по применению данных устройств для генерирования электрической энергии и последующего снабжения электроэнергией различной радиоэлектронной аппаратуры, например, при охране протяженных рубежей государственной границы.

Известны различные варианты фотоэлектрических станций, а также панелей солнечных батарей и конструкций фотоэлектрических гибких модулей, входящих в состав фотоэлектрических станций [патент РФ на изобретение №2297077, H01L 31/042, опубл. 10.04.2007 - аналог, патент РФ на изобретение №2190900, H01L 31/042, опубл. 10.10.2002 - аналог, патент РФ на изобретение №2492553, H01L 31/02, опубл. 10.09.2013 - аналог]. Общим недостатком данных устройств является отсутствие функции самоочистки поверхностей фотоэлектрических модулей от атмосферных осадков (снег, дождь) и грязи. Загрязнение пылью и пыльцой также значительно снижает производительность фотоэлектрических модулей. Ни дождь, ни ветер сами по себе не могут полностью удалить грязь, и для обеспечения эффективного стабильного преобразования солнечной энергии в электрическую необходимо применять специальные устройства для очистки.

Известно устройство для самоочистки поверхностей фотоэлектрических модулей от снега, использующее эффект Вентури (www.karcher.com); устройство для ручной очистки поверхностей панелей фотоэлектрических модулей от грязи (www.karcher.com); устройство для очистки поверхностей фотоэлектрических модулей от снега с использованием щетки, движущейся по направляющим рельсам (http://www.industry.siemens.com/topics/global/en/magazines/process-news/sustainability/logo-controls-automatic-panel-cleaning/pages/default.aspx); устройство для самоочистки поверхностей фотоэлектрических модулей от песка, использующее эффект электризации (http://www.popmech.ru/article/7611-nepyilnaya-rabota), а также различные решения с использованием нагревательных элементов для очистки от снега и обледенения. Общим недостатком данных устройств является их недостаточная эффективность и степень автоматизации очистки. Ни одно из рассмотренных устройств не выполняет очистку панелей фотоэлектрических модулей и от атмосферных осадков и от грязи. Некоторые из рассмотренных устройств обладают значительным энергопотреблением, и их целесообразно применять только при достаточно больших масштабах генерирования электрической энергии путем преобразования солнечной энергии в электрическую.

Известна солнечная электрическая станция средней мощности (http://www.niivk.ru) с системой ориентации по углу азимута в зависимости от положения солнца. Недостатками данного устройства является отсутствие системы самоочистки поверхностей фотоэлектрических модулей от атмосферных осадков и грязи. Систему ориентации фотоэлектрической станции целесообразно применять также только при больших масштабах генерирования электрической энергии.

Наиболее близким к данному изобретению по технической сущности является устройство панели солнечной батареи конструкции Буркова Л.Н. [патент РФ на изобретение №2280217, F24J 2/52, опубл. 20.07.2006 - прототип]. Устройство содержит стойку, раму (с возможностью изменения угла наклона), солнечные батареи, специальную щетку для очистки поверхностей солнечных батарей. Недостатками данного прототипа является сложность конструкции, сложность развертывания системы на удаленном объекте, а также неавтоматизированный процесс очистки, требующий участие обслуживающего персонала.

Целью изобретения является повышение устойчивости к механическим и термомеханическим нагрузкам, а также к умышленному воздействию со стороны человека с целью выведения из строя; отказ от необходимости обслуживания фотоэлектрической станции в процессе эксплуатации; упрощение процесса монтажа и пуско-наладки фотоэлектрической станции на объекте.

Указанная цель достигается тем, что в устройство добавляются: пружины для подвеса фотоэлектрических модулей на раме каркаса (при производстве фотоэлектрических модулей в их конструкцию добавляются по две перфорированные планки); самоочищающееся покрытие поверхностей фотоэлектрических модулей; панели фотоэлектрических модулей выбираются гибкими с двумя рабочими поверхностями.

Изобретение поясняется чертежом.

На фиг.1 изображена структура фотоэлектрической станции с функцией самоочистки солнечных модулей.

Фотоэлектрическая станция с функцией самоочистки солнечных модулей содержит следующие элементы:

- металлический каркас (1), состоящий из вертикальной стойки (1.1) и рамы (1-2);

- фотоэлектрический модуль (2), состоящий из двухсторонней гибкой солнечной панели (2.1) и двух перфорированных планок (2.2);

- пружины (3);

- коммутационная коробка (4);

- зарядное устройство (5);

- аккумуляторные батареи (6);

- шкаф (7).

Данная конструкция обеспечивает устойчивость фотоэлектрической станции к механическим и термомеханическим нагрузкам, в частности значительное повышение устойчивости к ветровой нагрузке на каркас, за счет применения пружинных подвесов фотоэлектрических модулей, что дает возможность эксплуатации фотоэлектрической станции в зонах со сложными метеоусловиями (сильные ветра, снег). Высота вертикальной стойки каркаса выполнена с учетом возможного снежного покрова и составляет более 2,5 м. Подвес фотоэлектрических модулей на пружинах обеспечивает повышение устойчивости к умышленному воздействию со стороны человека с целью выведения из строя, за счет демпфирования брошенных в фотоэлектрические модули тяжелых предметов, способных повредить модули.

Количество рам с фотоэлектрическими модулями выбирается проектным путем в зависимости от места установки фотоэлектрической станции и требуемой выработки электроэнергии.

С целью частичной компенсации естественных процессов деградации (старения) внешнего защитного ламинирующего покрытия под действием ультрафиолетовых лучей, а также самих кристаллов материала подложки фотоэлектрических модулей в заявленной фотоэлектрической станции для выработки электроэнергии используются обе стороны фотоэлектрических модулей.

Поверх защищенных ламинирующим слоем (полиэтилентерефталатовая пленка) от механических воздействий панелей фотоэлектрических модулей нанесено специальное самоочищаюшееся покрытие, обладающее фотокаталитическим и гидрофобным эффектами. Специальный состав данного покрытия на основе двуокиси титана под действием ультрафиолетовых лучей разлагает (окисляет) оседающие на поверхности органические загрязнения, основная часть которых легко смывается вместе с неразлагающимися неорганическими загрязнениями (пыль, песок) дождем. Данное покрытие обладают высокой прозрачностью в видимой области длин волн.

Устройство работает следующим образом.

Для установки устройства на объекте вручную собирается каркас, состоящий из вертикальной стойки и рамы. Фотоэлектрические модули, имеющие по две заламинированные перфорированные планки, подвешиваются за планки на пружинах на раме каркаса. Рама вместе со стойкой устанавливается вертикально на заранее подготовленную установочную площадку с ориентацией на юг. Выполняется подключение фотоэлектрических модулей к контроллеру заряда и аккумуляторным батареям, размещенным либо в шкафу рядом с каркасом, либо в специальном герметичном корпусе в грунте ниже глубины промерзания (в зависимости от географического места установки фотоэлектрической станции).

В устройстве предусмотрена пассивная самоочистка поверхностей фотоэлектрических модулей от снега за счет подвеса их на пружинах, обеспечивающих постоянные колебания и возможность изгиба фотоэлектрических модулей одновременно в нескольких направлениях за счет упругих деформаций, уменьшающих вероятность продолжительного залипания снега на поверхностях модулей и образование ледяной корки. Самоочистка поверхностей фотоэлектрических модулей от грязи (органические и неорганические загрязнения) обеспечивается за счет специального покрытия, обладающего фотокаталитическим и гидрофобным эффектами.

Из уровня техники не выявлены решения, имеющие признаки, совпадающие с отличительными признаками заявленного устройства и оказывающие такое же, как и они, влияние на результат, состоящий в повышение устойчивости к механическим и термомеханическим нагрузкам и улучшении эксплуатационных характеристик.

Указанное устройство позволяет достичь следующих преимуществ по сравнению с прототипом:

повышение устойчивости к механическим и термомеханическим нагрузкам, а также к умышленному воздействию со стороны человека с целью выведения из строя; отказ от необходимости обслуживания фотоэлектрической станции в процессе эксплуатации; упрощение процесса монтажа и пуско-наладки фотоэлектрической станции на объекте.

1. Фотоэлектрическая станция, содержащая фотоэлектрические модули (солнечные батареи), металлический каркас, состоящий из вертикальной стойки и рамы для крепления модулей, зарядное устройство, аккумуляторные батареи, отличающаяся тем, что рама для крепления фотоэлектрических модулей содержит пружины для их подвеса, а сами фотоэлектрические модули снабжены двумя перфорированными планками для их подвешивания на пружинах на раме каркаса.

2. Станция по п. 1, отличающаяся тем, что на поверхности фотоэлектрических модулей с планками нанесено покрытие, обладающее фотокаталитическим и гидрофобным эффектами, которое вместе с пружинным подвесом обеспечивает самоочистку поверхностей фотоэлектрических модулей от атмосферных осадков и грязи.