Комбинированная гелио-пьезоэлектрическая модульная установка

Изобретение относится к области возобновляемой энергетики и может быть использовано для генерирования электрической энергии посредством преобразования солнечной радиации, а также вибрационного, механического и ветрового воздействия, с последующим использованием для обеспечения потребителей различного назначения. Комбинированная гелио-пьезоэлектрическая модульная установка состоит из единой структурной каркасной конструкции, совмещающей защитные экраны, каркасные основания, каркасные балки и поперечные направляющие, на которых размещаются фиксирующие основания с помещенными в них гелио-пьзоэлектрическими композитными элементами, при этом гелио-пьезоэлектрические композитные элементы выполняются из материалов с функцией восстановления формы, а единая структурная каркасная конструкция, посредством контроллера системы автоматики, имеет возможность регулирования угла наклона и ориентации гелио-пьезоэлектрических композитных элементов путем механической передачи. Технический результат – интенсификация производства электрической энергии от возобновляемых источников с возможностью подстраиваться под кривизну установочной поверхности, регулирования угла наклона и ориентации гелио-пьезоэлектрических композитных элементов, изменения габаритов и размещения на любой поверхности. 6 з.п. ф-лы, 11 ил., 1 табл.

 

Изобретение относится к области возобновляемой энергетики, и может быть использовано для генерирования электрической энергии посредством преобразования солнечной радиации, а также вибрационного, механического и ветрового воздействия, с последующим использованием для обеспечения потребителей различного назначения.

Известны фотоэлектрические модули, служащие для преобразования солнечной энергии в электрическую, и выполненные из монокристаллических, поликристаллических или аморфных кремниевых элементов (см., например, В.И. Виссарионова, Г.В. Дерюгина «Солнечная энергетика», учебное пособие. – Москва: Издательский дом МЭИ, 2008 г. С. 209-210). Недостатком данных устройств является ограниченность посезонной эксплуатации: невозможно применение при отсутствии солнечного излучения. В отличие от комбинированных установок, выработка электрической энергии осуществляется только от одного энергетического источника, вследствие чего КПД фотоэлектрических модулей ниже.

Известны ветроэнергетические установки с вертикально или горизонтально ориентированными лопастями, которые приводятся во вращательное движение при воздействии на них ветровой нагрузки (см., например, А.П. Кашкаров, «Ветрогенераторы, солнечные батареи и другие полезные конструкции», учебное пособие. – Москва: ДМК Пресс, 2011 г. С. 38-39). Недостатками данных устройств является низкое КПД, зависимость от высокой величины скорости движения ветра (генерация электроэнергии осуществляется только при скорости ветра более 7 м/с), большие габариты, возможность установки только за пределами населенных пунктов, что требует большой протяженности линий электропередач, зависимость от направления воздушного потока, отсутствие возможности прямого преобразования вибрационного и механического воздействия в электрическую энергию и высокое шумовое воздействие, в том числе, инфразвуковое.

Известны устройства для преобразования вибрационного и механического воздействия в электрическую энергию и состоящие из пьезокристаллических элементов, принцип работы которых основывается на прямом пьезоэлектрическом эффекте (генерации электрической энергии при воздействии на пьезокристалл обратимых механических деформаций) (см., например, В.А. Головнин, И.А. Каплунов, О.В. Малышкина, Б.Б. Педько, А.А. Мовчикова «Физические основы, методы исследования и практическое применение пьезоматериалов», учебное пособие. – Москва: Техносфера, 2013 г. С. 218-224). Недостатками данных устройств является низкое КПД, при генерации электричества только от одного источника, и зависимость эффективности генерации электрической энергии от механического и вибрационного воздействия, при котором влияние распространяется на всю группу пьезоэлементов.

Известно изобретение гелиоветровой энергетической установки, состоящей из горизонтально ориентированного лопастного вентилятора, преобразующего энергию ветра, и солнечной батареи, вырабатывающей электрическую энергию посредством фотоэффекта (см. патент RU 2349792 С1, F03D 1/02, F03D 1/04, опубликовано 20.03.2009). Недостатками данной комбинированной установки являются большие габариты, зависимость от направления и величины скорости ветра, высокое шумовое воздействие, в том числе, инфразвуковое, необходимость размещения за чертой населенных пунктов и невозможность прямого преобразования в электрическую энергию вибрационного и механического воздействия.

Наиболее близким техническим решением является изобретение гелиоветровой энергетической установки, состоящей из фотоэлектрических модулей, генерирующих электрическую энергию от солнечного излучения, пьезоэлектрической пленки, преобразующей энергию вибрационного и механического воздействия ветра в электрическую энергию, и вертикально ориентированного лопастного ветряка, генерирующего электрическую энергию путем преобразования воздействия воздушных потоков, формируемых ветром (см. патент RU 2406941 С1, F24J 2/42, опубликовано 20.12.2010).

Недостатками данного устройства являются: большие габариты при расположении в условиях городской застройки, низкая надежность пьезоэлементов, выполненных в форме пленки, имеющей вероятность порыва, при критическом нагружении или воздействии твердых дисперсных частиц (в особенности краеугольных и режущих), отсутствие возможности регулирования ориентации установки и угла наклона фотоэлектрических модулей, а также большая материалоемкость.

Задачей изобретения является интенсификация производительности электрической энергии от возобновляемых источников, путем формирования комбинированной всесезонной компактной модульной системы, генерирующей электроэнергию посредством преобразования солнечной радиации, вибрационного, механического и ветрового воздействия, при существующей возможности размещения в условиях городской застройки без нарушения пределов шумового воздействия, на любой поверхности с любым углом наклона и кривизной.

Технический результат – осуществление интенсификации производительности электрической энергии от возобновляемых источников с возможностью подстраиваться под кривизну установочной поверхности, регулирования угла наклона и ориентации гелио-пьезоэлектрических композитных элементов, изменения габаритов и размещения на любой поверхности.

Сущность изобретения заключается в том, что комбинированная гелио-пьезоэлектрическая модульная установка, состоящая из единой структурной каркасной конструкции, совмещающей защитные экраны, каркасные основания, каркасные балки и поперечные направляющие, на которых размещаются фиксирующие основания с помещенными в них гелио-пьзоэлектрическими композитными элементами, при этом гелио-пьезоэлектрические композитные элементы выполняются из материалов с функцией восстановления формы, а единая структурная каркасная конструкция, посредством контроллера системы автоматики, имеет возможность регулирования угла наклона и ориентации гелио-пьезоэлектрических композитных элементов, путем механической передачи.

Механическая передача содержит осевые стержни, зубчатые направляющие, шестерни регулирования ориентации, цепи горизонтальных зубчатых колес, цепи вертикальных зубчатых колес, горизонтальных зубчатых колес, вертикальных зубчатых колес, валов горизонтальных зубчатых колес и направляющих зубчатых колес.

Механическая передача выполнена из полимерных материалов с функцией абсорбции ударной нагрузки.

Каркасное основание и защитные экраны выполнены с наличием поворотных элементов.

Защитные экраны выполнены с возможностью изменения длины.

Между фиксирующим основанием и гелио-пьезоэлектрическим композитным элементом выполнена герметизирующая резиновая прослойка.

Угол наклона гелио-пьезоэлектрических композитных элементов может меняться в пределах от 15° до 165°.

Сущность изобретения поясняется чертежами.

На фиг. 1 изображен вертикальный профильный разрез основания гелио-пьезоэлектрического композитного элемента.

На фиг. 2 изображен вертикальный фронтальный разрез гелио-пьезоэлектрического композитного элемента.

На фиг. 3 изображен вертикальный профильный разрез гелио-пьезоэлектрического композитного элемента.

На фиг. 4 изображен вертикальный профильный разрез гелио-пьезоэлектрического композитного элемента в наклонном положении.

На фиг. 5 изображен вертикальный профильный разрез гелио-пьезоэлектрического композитного элемента в процессе эксплуатации.

На фиг. 6 изображена изометрическая проекция гелио-пьезоэлектрического композитного элемента с вырезом четверти.

На фиг. 7 изображен блок регулирования ориентации и угла наклона гелио-пьезоэлектрических композитных элементов.

На фиг. 8 изображен фронтальный вид механической передачи регулирования угла наклона гелио-пьезоэлектрических композитных элементов.

На фиг. 9 изображена изометрическая проекция комбинированной гелио-пьезоэлектрической модульной установки.

На фиг. 10 изображена электрическая схема подключения комбинированной гелио-пьезоэлектрической модульной установки и ее системы автоматики.

На фиг. 11 изображена изометрическая проекция крепежного профильного Т-образного соединения.

Гелио-пьезоэлектрический композитный элемент 1 комбинированной гелио-пьезоэлектрической модульной установки состоит из мягкого силиконового корпуса 2 с функцией памяти формы, в объем которого помещены пьезокристаллы 3 и гибкий фотоэлектрический элемент 4, с размещенной между ними продольной перегородкой 5. При этом мягкий силиконовый корпус 2 покрыт светопрозрачной армирующей пленкой 6, предотвращающей механические повреждения гелио-пьезоэлектрического композитного элемента 1. А с целью интенсификации производительности электрической энергии на поверхность внутренней стороны мягкого силиконового корпуса 2 и на поверхность внешней стороны светопрозрачной армирующей пленки 6 нанесен слой антирефлектирующего селективного покрытия 7, повышающего коэффициент поглощения и уменьшающего коэффициент отражения гибкого фотоэлектрического элемента 4. При этом нанесение антирефлектирующего селективного покрытия 7 производится только на поверхность эквидистантную площади лучеприемной поверхности 8 гибкого фотоэлектрического элемента 4.

Процесс работы гелио-пьезоэлектрической модульной установки основывается на явлениях прямых фото- и пьезоэлектрического эффектов, где пьезоэлектрический эффект обуславливает генерацию электрической энергии от погодных факторов, воздействующих на пьезокристалл 3 путем формирования вибрационной и механической нагрузок, а фотоэлектрический эффект позволяет генерировать электрическую энергию посредством облучения лучеприемной поверхности 8 гибкого фотоэлектрического элемента 4 солнечными лучами. При этом механическая нагрузка на пьезокристалл 3 формируется за счет ветрового воздушного потока 9, вызывающего линейную обратимую деформацию пьезокристалла 3, а вибрационная обуславливается влиянием, ударяющихся капель дождя о гелио-пьезоэлектрический композитный элемент 1 и его каркасную основу 10 (см.: фиг. 9).

Кроме того, механическое и вибрационное воздействие формируется за счет выпадения осадков в виде твердых частиц (градин и иных крупнодисперсных тел), способных передать импульс пьезокристаллу 3.

При этом отвод электрической энергии сгенерированной пьезокристаллом 3 и гибким фотоэлектрическим элементом 4 осуществляется медным проводником 11 через провод 12, заключенный в полимерную гофрированную оболочку 13, предотвращающую перекручивание и изгиб провода 12.

Для возможности крепления к поперечным направляющим 14 гелио-пьезоэлектрические композитные элементы 1 размещаются в фиксирующих основаниях 15 путем разъемного соединения на зацепах 16, выполненного с наличием герметизирующей резиновой прокладки 17 по всей площади контакта мягкого силиконового корпуса 2 с фиксирующим основанием 15 каждого гелио-пьезоэлектрического композитного элемента 1. При этом герметизирующая резиновая прокладка 17 выполнена таким образом, чтобы упруго жестко фиксировать гофрированную оболочку 13 путем размещения у места ее присоединения к медному проводнику 11 окаймляющей формы 18.

Герметизирующие резиновые прокладки 17 также выполняют функцию формирования виброизоляционных оснований, возвращающих на гелио-пьезоэлектрические композитные элементы 1 основную часть вибрационного воздействия.

Размещение поперечных направляющих 14 выполняется на каркасных балках 19, имеющих ориентированные к ее оси вогнутые сегменты 20. При этом крепление поперечных направляющих 14 к каркасным балкам 19 не осуществляется, их функция заключается в армирующем усилении комбинированной гелио-пьезоэлектрической модульной установки. Устойчивое положение поперечных направляющих 14 на каркасных балках 19 обусловлено наличием в каждой поперечной направляющей 14 осевого стержня 21, служащего для изменения угла наклона гелио-пьезоэлектрических композитных элементов 1 путем вращения поперечных направляющих 14.

Функция регулирования дополняется возможностью изменения ориентации гелио-пьезоэлектрических композитных элементов 1 посредством зубчатых направляющих 22 осуществляющих вращение шестерней регулирования ориентации 23, располагаемых под фиксирующими основаниями 15 каждого гелио-пьезоэлектрического композитного элемента 1. При этом шестерни регулирования ориентации 23 присоединены к фиксирующим основаниям 15, а в центре имеют отверстие для прохода гофрированных оболочек 13, выступающих осью вращения гелио-пьезоэлектрических композитных элементов 1. Изменение ориентации гелио-пьезоэлектрических композитных элементов 1 предусматривает оптимизацию вертикального положения по отношению к направлению воздействия интенсивности солнечного излучения и ветрового воздушного потока 9.

Результатом функции регулирования угла наклона и ориентации гелио-пьезоэлектрических композитных элементов 1 является интенсификация производительности комбинированной гелио-пьезоэлектрической модульной установки.

Контроль процесса регулирования угла наклона и ориентации гелио-пьезоэлектрических композитных элементов 1 осуществляется системой автоматики 24 по данным получаемым от датчика направления и скорости движения воздушного потока 25, датчика ориентации на Солнце 26 и датчика наличия осадков 27, анализирующих погодные условия и передающих полученные данные на контроллер 28 системы автоматики 24. Контроллер 28 системы автоматики 24 производит параметрические вычисления и относительно полученных величин скорости движения и направления ветрового воздушного потока 9, положения Солнца и наличия осадков, задает наиболее оптимальный для данных условий режим регулирования угла наклона и ориентации, путем подачи соответствующих сигналов на механические приводы 29, которые после получения команды приводят в движение цепи нижних горизонтальных зубчатых колес 30 и цепи вертикальных зубчатых колес 31. При этом нижние горизонтальные зубчатые колеса 32 и вертикальные зубчатые колеса 33 располагаются в блоках регулирования 34, которыми по обоим концам оснащаются все поперечные направляющие 14.

Основной функцией блоков регулирования 34 является защита от механического воздействия вращающихся элементов механической передачи: цепей нижних горизонтальных зубчатых колес 30, цепей вертикальных зубчатых колес 31, нижних горизонтальных зубчатых колес 32, вертикальных зубчатых колес 33, валов 35, верхних горизонтальных зубчатых колес 36 и зубчатых направляющих 22. Вследствие чего корпусы 37 блоков регулирования 34 выполняются из полимерного материала стойкого к внешнему механическому воздействию. Аналогичную функцию – защиту от внешнего механического воздействия, выполняют и защитные экраны 38, располагаемые вдоль всей протяженности цепей нижних горизонтальных зубчатых колес 30 и цепей вертикальных зубчатых колес 31.

Принцип работы механической передачи в блоках регулирования 34 при изменении угла наклона гелио-пьезоэлектрических композитных элементов 1 осуществляется следующим образом: цепи вертикальных зубчатых колес 31 приводятся в движение механическими приводами 29, в результате чего вертикальные зубчатые колеса 33 вращаются, приводя в движение осевые стержни 21 поперечных направляющих 14. При этом движение цепей вертикальных зубчатых колес 31 осуществляется механическими приводами 29 синхронно – в одном направлении, с одной скоростью и по обеим сторонам всех поперечных направляющих 14.

Принцип работы механической передачи в блоках регулирования 34, при регулировании ориентации гелио-пьезоэлектрических композитных элементов 1 осуществляется следующим образом: цепи нижних горизонтальных зубчатых колес 30 приводятся в движение механическими приводами 29, вследствие чего нижние горизонтальные зубчатые колеса 32 вращаются, приводя в движение валы 35, соединенные с верхними горизонтальными зубчатыми колесами 36, которые в свою очередь приводят в движение зубчатые направляющие 22, осуществляющие вращение шестерней регулирования ориентации 23. При этом движение цепей нижних горизонтальных зубчатых колес 31 также осуществляется механическими приводами 29 синхронно – в одном направлении, с одной скоростью и по обеим сторонам поперечных направляющих 14.

Верхние горизонтальные зубчатые колеса 36 расположены перед вертикальными зубчатыми колесами 33, в результате чего формируется положение, при котором зубчатые направляющие 22 проходят сквозь вертикальные зубчатые колеса 33. С целью возможности параллельного регулирования угла наклона и ориентации гелио-пьезоэлектрических композитных элементов 1, при котором не происходит нарушение механической передачи, в вертикальных зубчатых колесах предусмотрены кольцевые окна 39. При этом изменение угла наклона гелио-пьезоэлектрических композитных элементов 1 возможно в пределах 15°-165°. Вследствие чего, при сопутствующей возможности регулирования ориентации гелио-пьезоэлектрических композитных элементов 1, осуществляется оптимизация положения лучеприемной поверхности 7 гибких фотоэлектрических элементов 4 по отношению к Солнцу и пьезокристаллов 3 по отношению к формирующемуся ветровому воздушному потоку 9.

Для оптимизации производительности комбинированной гелио-пьезоэлектрической модульной установки системой автоматики 24 предусмотрено несколько базовых режимов регулирования, подразделяющихся по степени воздействия преобладающих погодных факторов в конкретных условиях.

В случае, когда отсутствует ветровое воздействие, но гелио-пьезоэлектрические композитные элементы 1 облучаются солнечной радиацией, угол наклона и ориентация гелио-пьезоэлектрических композитных элементов 1 настраивается таким образом, чтобы падающие на лучеприемную поверхность 8 гибкого фотоэлектрического элемента 4 солнечные лучи приходились на нее тангенциально. При этом процесс данного режима регулирования осуществляется системой автоматики 24 только относительно данных датчика ориентации на Солнце 26.

В случае, когда облучение солнечной радиацией гелио-пьезоэлектрических композитных элементов 1 отсутствует, но формируется ветровой воздушный поток 9, ориентация гелио-пьезоэлектрических композитных элементов 1 настраивается так, чтобы ветровой воздушный поток 9 воздействовал на гелио-пьезоэлектрические композитные элементы 1 тангенциально. При этом угол наклона гелио-пьезоэлектрических композитных элементов 1 оптимизируется таким образом, чтобы интенсифицировать генерацию электрической энергии пьезокристаллами 3 и сохранить безопасный режим эксплуатации комбинированной гелио-пьезоэлектрической модульной установки, при котором не происходит достижение критической нагрузки, вызывающей разрушение или необратимую деформацию гелио-пьезоэлектрических композитных элементов 1. Такое положение гелио-пьезоэлектрических композитных элементов 1, при котором не происходит достижение критической нагрузки, характеризуется углом наклона близким к горизонтали, то есть 15°-60° или 120°-165°, если гелио-пьезоэлектрические композитные элементы 1 перевернуты.

В случае, когда облучение солнечной радиацией гелио-пьезоэлектрических композитных элементов 1 отсутствует, но идет дождь, а также формируется ветровой воздушный поток 9, ориентация гелио-пьезоэлектрических композитных элементов 1 настраивается по направлению движения ветрового воздушного потока 9, с целью интенсификации ветрового воздействия, а угол наклона гелио-пьезоэлектрических композитных элементов 1, для повышения площади контакта с падающими каплями дождя и сопутствующим сохранением максимальной величины ветрового воздействия, вычисляется относительно направления и скорости ветра, таким образом, чтобы учесть траекторию падения капель дождя и максимально свести ее тангенциально относительно поверхности гелио-пьезоэлектрических композитных элементов 1. При этом процесс данного режима регулирования осуществляется системой автоматики 24 по данным, получаемым от датчика наличия осадков 27 и датчика направления и скорости движения воздушного потока 25.

В случае, когда на гелио-пьезоэлектрические композитные элементы 1 оказывается смешанное воздействие ветрового воздушного потока 9 и солнечного излучения, угол наклона и ориентация настраивается из условия интенсификации генерируемой электрической энергии и сопутствующей оптимизации, с целью сохранения безопасного режима эксплуатации комбинированной гелио-пьезоэлектрической модульной установки.

В случае, когда на гелио-пьезоэлектрические композитные элементы 1 оказывается одновременное воздействие ветра, капель дождя и града, ориентация настраивается по направлению формирующихся воздушных ветровых потоков 9, а угол наклона близким к нормали (75°-105°), исходя из необходимости соблюдения безопасного режима эксплуатации, предотвращающего разрушение гелио-пьезоэлектрических элементов от падающих градин. При этом контроллером 28 системы автоматики 24 учитываются данные датчика направления и скорости движения воздушного потока 25, датчика наличия осадков 27 и прогнозов погоды от ближайших метеостанций.

В случае, когда на гелио-пьезоэлектрические композитные элементы 1 оказывается одновременное воздействие ветра, дождя и солнечного излучения, данный режим регулирования сводится к учету только воздействия от ветра и солнечной радиации, по причине малой вероятности формирования подобных погодных условий, их кратковременности и совпадающей настройке ориентации относительно направления ветра и падающих капель дождя.

При этом ввиду сложности процесса регулирования и сопутствующей возможности скоротечного изменения погодных условий, положение гелио-пьезоэлектрических композитных элементов 1 настраивается контроллером 28 системы автоматики 24 на кратные временные промежутки, задаваемые программным кодом на стадии монтажа, подключения и осуществления пусконаладочных работ контроллера 28 системы автоматики 24, с сопутствующим учетом климатических и градостроительных условий района эксплуатации.

Положение комбинированной гелио-пьезоэлектрической модульной установки, в зависимости от характера кривизны и угла наклона установочной поверхности 40, может быть горизонтальным, наклонным или смешанным (когда часть поперечных направляющих 14 располагаются горизонтально, а часть под углом). При этом возможность размещения комбинированной гелио-пьезоэлектрической модульной установки на любой поверхности обуславливается наличием в каркасной основе 10 и защитном экране 38 поворотных элементов 41, которые при монтаже комбинированной гелио-пьезоэлектрической модульной установки настраиваются вручную, при помощи шестигранных ключей, до необходимых для оптимального размещения на поверхности углов изгиба каркасной основы 10 и защитных экранов 38.

Во время монтажа все гелио-пьезоэлектрические композитные элементы 1 приводятся в вертикальное положение, что позволяет системе автоматики 24 производить синхронное регулирование угла наклона и ориентации всех гелио-пьезоэлектрических композитных элементов 1, без осуществления вычислений, учитывающих положение отдельных поперечных направляющих 14, при конкретном горизонтальном, наклонном или смешанном положении комбинированной гелио-пьезоэлектрической модульной установки.

Крепление комбинированной гелио-пьезоэлектрической модульной установки к установочной поверхности 40 осуществляется с помощью крепежных профильных Т-образных соединений 42 (см.: фиг. 11), имеющих на верхней платформе 43 отверстия под болты 44 для крепления к каркасному основанию 10 и на нижних платформах 45 отверстия под самонарезающие винты 46, предназначенные для присоединения к установочной поверхности 40.

Дополнительно также возможно ручное изменение расстояния между поперечными направляющими 14, путем наложения защитных экранов 38 друг на друга в области поворотных элементов 41, что осуществимо в результате наличия полого объема внутри защитных экранов 38. При этом каркасное основание 10 остается неизменным по длине, так как выполняется цельным и во время монтажа комбинированной гелио-пьезоэлектрической модульной установки присоединяется к поперечным направляющим 14 только после осуществления всех необходимых для выполнения функции изменения длины настроек механических приводов 29, блоков регулирования 34 и углов изгиба каркасного основания 10 и защитных экранов 38. Возможно также изменение длины каркасного основания 10 в производственных условиях. Для этого на проектной стадии производятся вычисления требуемых и допустимых габаритов комбинированной гелио-пьезоэлектрической модульной установки относительно прогнозируемых погодных условий конкретного климатического района строительства и условий размещения. После чего осуществляется разработка вариативных проектных решений, ориентированных на учет факторов, воздействующих на процесс работы комбинированной гелио-пьезоэлектрической модульной установки.

Данная конфигурация каркасной основы 10 и защитных экранов 38 позволяет располагать комбинированные гелио-пьезоэлектрические модульные установки кроме установочных поверхностей 40 на стационарных и передвижных объектах. При этом режимы регулирования ориентации и углов наклона гелио-пьезоэлектрических композитных элементов 1 настраиваются на проектной и монтажной стадии, относительно прогнозируемых условий ветрового и механического воздействия, путем программирования контроллера 28 системы автоматики 24 и ручной настройки поворотных элементов 41 каркасной основы 10 и защитных экранов 38.

Во избежание нарушения безопасного режима эксплуатации комбинированной гелио-пьезоэлектрической модульной установки, ввиду повышенных скоростей угол наклона гелио-пьезоэлектрических композитных элементов 1 приводится в положение близкое к горизонтальному (15°-30° или 150°-165°), результатом чего является снижение площади контакта гелио-пьезоэлектрических композитных элементов 1 с ветровым воздушным потоком 9, обуславливающее, при небольшом угле изгиба, малую величину линейной обратимой деформации пьезокристалла 3, и сопутствующее формирование неудовлетворительного угла наклона для генерации электрической энергии гибкими фотоэлектрическими элементами 4.

Кроме критической величины механического воздействия, приводящего к необратимой линейной деформации гелио-пьезоэлектрического композитного элемента 1.

Таблица

Характеристики основных условий эксплуатации относительно ветровой нагрузки

Место размещения Возможный угол наклона гелио-пьезоэлектрических композитных элементов Оптимальная (допустимая) скорость ветра, м/с Вероятность превышения критической нагрузки Целесообразность размещения
Горизонтальная плоскость 15°-165° 5-8 (25) Минимальная (при ураганных погодных условиях или при размещении на большой высоте) Оптимальная, ввиду минимального риска, полного диапазона углов наклона, простоты монтажа и проектирования.
Вертикальная плоскость 105°-165°
(с переворотом)
4-7 (22) Средняя (за счет формирующейся зоны аэродинамического следа) Допустимая, ввиду приемлемого риска и углов наклона, а также низких требований к скорости ветра.
Наклонная плоскость 15°-165° (в зависимости от наклона плоскости)
Поверхность с кривизной 15°-165° (в зависимости от наклона плоскости) 4-8 (25) Средняя (в зависимости от степени кривизны поверхности)
Поверхность движущегося объекта 15°-30° или 150°-165° при перевороте 10-12 (30) Высокая (в зависимости от скорости, развиваемой движущимся объектом) Возможная, но нерекомендуемая, ввиду повышенного риска достижения критической деформации и малого диапазона углов наклона

Дополнительно с целью предотвращения развития небезопасного режима эксплуатации на фиксирующих основаниях 15 за гелио-пьезоэлектрическими композитными элементами 1 устанавливаются спинки 47, формируемые дугами из жесткого эластичного материала (например, каучука). При этом максимальная допустимая величина изгиба спинок 47 задается жесткостью используемого материала, а определение максимальной допустимой величины изгиба осуществляется на проектной стадии относительно критической обратимой линейной деформации гелио-пьезоэлектрических композитных элементов 1.

Питание системы автоматики 24 комбинированной гелио-пьезоэлектрической модульной установки осуществляется от потребительской электросети 48, куда поступает сгенерированная гелио-пьезоэлектрическими композитными элементами 1 электрическая энергия. При этом отвод электрической энергии от комбинированной гелио-пьезоэлектрической модульной установки осуществляется через инвертор 49, служащий для стабилизации напряжения электрического тока. Где инвертор 49 присоединен к аккумулятору 50 через предохранитель 51, который также присоединен к контроллеру электрической сети 52, предназначенному для анализа и вывода параметрических данных электрического тока в проводах 12 и комбинированной гелио-пьезоэлектрической модульной установке.

Также в комбинированной гелио-пьезоэлектрической модульной установке предусмотрена функция быстрой регенерации поврежденных гелио-пьезоэлектрических композитных элементов 1. Для этого разъемное соединение на зацепах 13 выполнено с возможностью осуществления отсоединения гелио-пьезоэлектрического композитного элемента 1 от фиксирующего основания 15. Данный процесс выполняется вручную путем нажатия на внешние стенки фиксирующего основания 15, изготовляемого из полимерного материала с функцией обратимости линейной деформации при механическом воздействии.

Таким образом, в изобретение осуществляется процесс интенсификации производительности электрической энергии от возобновляемых источников, путем формирования комбинированной всесезонной компактной модульной системы, генерирующей электроэнергию посредством преобразования солнечной радиации, вибрационного, механического и ветрового воздействия, при существующей возможности размещения в условиях городской застройки без нарушения пределов шумового воздействия, на любой поверхности с любым углом наклона и кривизной.

При этом работа комбинированных гелио-пьезоэлектрических модульных установок осуществляется перманентно на всем сроке эксплуатации, без длительных перерывов, и может осуществляться даже в ночное время, когда отсутствует воздействие солнечной радиации.

Кроме того, известно, что в среднем на каждые 10 метров высоты, повышается скорость движения ветра на 1 м/с. Вследствие чего при расположении комбинированных модульных установок на высотных зданиях или сооружениях эффективность работы и производительность электрической энергии комбинированными гелио-пьезоэлектрическими модульными установками возрастает. А также известно, что в условиях плотной высотной городской застройки, формируются зоны аэродинамического следа, характеризуемые более высокой скоростью движения ветровых воздушных потоков 9. Данное явление также обуславливает повышение производительности комбинированных гелио-пьезоэлектрических модульных установок, при размещении на вертикальных, наклонных и, в частности, горизонтальных установочных поверхностях 40 высотных зданий и сооружений районов с плотной городской застройкой.

При этом комбинированные гелио-пьезоэлектрические модульные установки в условиях городской застройки располагаются компактно, не занимая площади проезжих частей, тротуаров или мест для строительства. А также при их эксплуатации не происходит нарушение нормируемых пределов шумообразования, так как процесс работы комбинированных гелио-пьезоэлектрических модульных установок характеризуется формированием минимального звукового воздействия – 5-10 дБ, практически неуловимого человеческим слухом.

Комбинированная гелио-пьезоэлектрическая модульная установка не образует инфразвук.

Для того чтобы мягкий силиконовый корпус 2, находящийся перед лучеприемной поверхностью 8 гибкого фотоэлектрического модуля 4 не ухудшал процесс фотоэффекта, силикон при производстве мягкого силиконового корпуса 2 смешивается с веществом, обладающим низким коэффициентом поглощения и рассеивания света (например, кремнийорганической жидкостью).

Кроме того, гибкий фотоэлектрический элемент 4 может содержать функцию отвода тепловой энергии от лучеприемной поверхности 8 с целью дальнейшего преобразования в электрическую энергию. В результате чего будет образована возможность дополнительной интенсификации КПД комбинированной гелио-пьезоэлектрической модульной установки, а также возможность снижения температуры лучеприемной поверхности 8 гибкого фотоэлектрического элемента 4, с целью предотвращения небезопасного режима эксплуатации, который характеризуется вероятностью изменения физических свойств мягкого силиконового корпуса 2 при повышении температуры, что обуславливает ухудшение процесса фотоэффекта и риск разрушения гелио-пьезоэлектрического композитного элемента 1.

Каркасные основания 10, поперечные направляющие 14, фиксирующие основания 15, каркасные балки 19, осевые стержни 21, зубчатые направляющие 22, шестерни регулирования ориентации 23, цепи нижних горизонтальных зубчатых колес 30, цепи вертикальных зубчатых колес 31, нижние горизонтальные зубчатые колеса 32, вертикальные зубчатые колеса 33, валы 35 верхних горизонтальных зубчатых колес 32, направляющие зубчатые колеса 36, а также корпусы 37 блоков регулирования 34, защитные экраны 38 и поворотные элементы 41 выполняются из полимерных материалов, способных к абсорбции краткосрочной ударной нагрузки.

Крепежное профильное Т-образное соединение 42 выполняется из холоднокатанной тонколистовой оцинкованной стали толщиной 1,5-2 мм, способной к длительной эксплуатации в суровых погодных условиях.

1. Комбинированная гелио-пьезоэлектрическая модульная установка, состоящая из единой структурной каркасной конструкции, совмещающей защитные экраны, каркасные основания, каркасные балки и поперечные направляющие, на которых размещаются фиксирующие основания с помещенными в них гелио-пьзоэлектрическими композитными элементами, отличающаяся тем, что гелио-пьезоэлектрические композитные элементы выполняются из материалов с функцией восстановления формы, а единая структурная каркасная конструкция, посредством контроллера системы автоматики, имеет возможность регулирования угла наклона и ориентации гелио-пьезоэлектрических композитных элементов путем механической передачи.

2. Комбинированная гелио-пьезоэлектрическая модульная установка по п.1, отличающаяся тем, что механическая передача содержит осевые стержни, зубчатые направляющие, шестерни регулирования ориентации, цепи горизонтальных зубчатых колес, цепи вертикальных зубчатых колес, горизонтальных зубчатых колес, вертикальных зубчатых колес, валов горизонтальных зубчатых колес и направляющих зубчатых колес.

3. Комбинированная гелио-пьезоэлектрическая модульная установка по п.1, отличающаяся тем, что механическая передача выполнена из полимерных материалов с функцией абсорбции ударной нагрузки.

4. Комбинированная гелио-пьезоэлектрическая модульная установка по п.1, отличающаяся тем, что каркасное основание и защитные экраны выполнены с наличием поворотных элементов.

5. Комбинированная гелио-пьезоэлектрическая модульная установка по п.1, отличающаяся тем, что защитные экраны выполнены с возможностью изменения длины.

6. Комбинированная гелио-пьезоэлектрическая модульная установка по п.1, отличающаяся тем, что между фиксирующим основанием и гелио-пьезоэлектрическим композитным элементом выполнена герметизирующая резиновая прослойка.

7. Комбинированная гелио-пьезоэлектрическая модульная установка по п.1, отличающаяся тем, что угол наклона гелио-пьезоэлектрических композитных элементов может меняться в пределах от 15 до 165°.



 

Похожие патенты:
Изобретение относится к открытым разработкам угледобывающей промышленности и энергетики. Техническим результатом изобретения является получение геотермальной и тепловой энергии отвалов на отработанных глубоких карьерах добычи угля.

Изобретение относится к области гелиотехники, в частности к способам ориентации на местности приемного устройства на Солнце и преобразования солнечной энергии в другие виды энергии, в том числе приемного устройства, содержащего концентраторы солнечного излучения с узконаправленной зоной чувствительности.

Изобретение относится к солнечной энергетике и может найти применение как в солнечных электростанциях, так и в качестве энергетической установки индивидуального пользования.
Способ повышения эффективности работы преобразователей электромагнитного излучения, в частном случае солнечного, заключается в создании геометрических структур, в частности фоклинов или их комбинаций в виде фракталов, из пластин преобразователей или на поверхности этих пластин.

Изобретение относится к строительству и предназначено для применения в области теплоэнергетики, достижения экономии затрат на энергопотребление котельных установок.

Изобретение относится к области энергетики, в частности к устройствам для получения тепловой, электрической энергии, ее аккумулирования, а также для опреснения соленой воды, сушки овощей и фруктов.

Изобретение относится к гелиоэнергетике, в частности к устройствам, предназначенным для поглощения солнечной энергии с последующим преобразованием в тепловую энергию, в частности к солнечным коллекторам с принудительной циркуляцией, и может быть использовано в системах отопления и горячего водоснабжения.

Устройство для нагрева теплоносителя содержит реакционную камеру с топливной смесью порошков гидрида лития, алюминия, никеля. Оно оснащено источником нагрева реакционной камеры, которая снабжена датчиком температуры и выполнена с возможностью теплового контакта с теплоносителем.

Изобретение относится к энергетике, более конкретно - к возобновляемым источникам энергии на основе солнечных башенных электростанций (гелиотермических электростанций), реализующих термодинамический цикл, например, Ренкина или Стирлинга.

Изобретение относится к теплотехнике, в частности для использования в установках для нагревания и нагнетания воздуха в рециркуляционных нагревательных установках, а именно в камерных сушилках для древесины.

Изобретение относится к области возобновляемой энергетики и может быть использовано для генерирования электрической энергии посредством преобразования солнечной радиации, а также вибрационного, механического и ветрового воздействия, с последующим использованием для обеспечения потребителей различного назначения. Комбинированная гелио-пьезоэлектрическая модульная установка состоит из единой структурной каркасной конструкции, совмещающей защитные экраны, каркасные основания, каркасные балки и поперечные направляющие, на которых размещаются фиксирующие основания с помещенными в них гелио-пьзоэлектрическими композитными элементами, при этом гелио-пьезоэлектрические композитные элементы выполняются из материалов с функцией восстановления формы, а единая структурная каркасная конструкция, посредством контроллера системы автоматики, имеет возможность регулирования угла наклона и ориентации гелио-пьезоэлектрических композитных элементов путем механической передачи. Технический результат – интенсификация производства электрической энергии от возобновляемых источников с возможностью подстраиваться под кривизну установочной поверхности, регулирования угла наклона и ориентации гелио-пьезоэлектрических композитных элементов, изменения габаритов и размещения на любой поверхности. 6 з.п. ф-лы, 11 ил., 1 табл.

Наверх