Складаний модуль для сонячної батареї

Реферат: Винахід належить до сонячної енергетики, а саме фотоенергетичних установок, призначених для експлуатації в регіонах з частими атмосферними опадами, а також з підвищеною вірогідністю сильних вітрів і пилових осідань. Складаний модуль для сонячної батареї містить світлоприймальні панелі, розташовані на несучій рамі рядами у вигляді сходинок, розміщеної на підтримуючій механічній системі, яка забезпечена вузлами азимутального та зенітального зсуву панелей з електроприводом, а також буферний акумулятор живлення та блок управління. Несуча рама для розміщення панелей виконана у вигляді розсувної консолі з полицями для укладання панелей, система кріплення яких виконана у вигляді ланцюжка пантографів. Консоль оснащена опорним контуром, що складається з двох напрямних у вигляді радіально зігнутих балок з крізним прорізом. На лицьових площинах полиць консолі розміщені сонячні панелі. Підтримуюча механічна система батареї виконана у вигляді турелі, що складається з нерухомої трубчастої опори, втулки, що охоплює опору з можливістю кругового руху, яка одночасно виконує функції зенітальної і азимутальної поворотної систем. Азимутальний поворот модуля здійснюється туреллю з приводом від двигуна. Кінематична схема, яка здійснює трансформацію консолі, складається зі штока, сполученого з валом двигуна постійного струму, суміщеного з редуктором, при обертанні вала якого важіль повертається, передаючи рух всій системі пантографів. Блок управління оснащений мікросхемою та індикаторним датчиком освітленості, програма управління виконана з прив'язкою до місцевої часової шкали, а також до місячних циклів зміни траєкторії сонця. Азимутальна навігація здійснюється за денною програмою, сигнал для відхилення від неї формується індикатором при критичному зменшенні UA 108553 C2 (12) UA 108553 C2 освітленості. Винахід забезпечує зменшення вітрового і снігового навантаження на модуль, збереження оптичної чистоти поверхні світлоприймальних комірок при дії атмосферних опадів, пилу або при загрозі обмерзання, що сприяє подовженню строку автономної експлуатації сонячних батарей без обслуговування, збільшення ефективності роботи у складних погодних умовах. UA 108553 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 Винахід належить до галузі альтернативної енергетики, зокрема до фотоенергетичних установок, і може знайти застосування при розробках сонячних батарей, призначених для експлуатації в регіонах з частими атмосферними опадами зимового типу, а також з підвищеною вірогідністю сильних вітрів і пилових осідань. Ідеальними умовами для експлуатації сонячних батарей можна вважати їх використання в космосі, де у при відсутності атмосфери, опадів і хмарного екранування батареї працюють в безперервному режимі і не потребують гігієнічного обслуговування. В реальних земних умовах безперервний режим реалізувати важко. Експлуатація сонячних установок ускладнюється проблемами, обумовленими дією ряду чинників з боку середовища. Це і зміна дня і ночі, і регіональні особливості траєкторії проходження над горизонтом сонця, яка змінюється залежно від сезону. Це і вітрові навантаження, які в деяких регіонах України можуть бути значними і дія опадів, різноманітність яких в українському широтному діапазоні максимальна. У зв'язку з цими обставинами виникає необхідність вирішувати значну кількість проблем для забезпечення рентабельної роботи батарей. Найбільш актуальними слід вважати дві серйозні задачі: зменшення негативних наслідків механічних навантажень, що виникають при дії вітрового натиску і снігових відкладень на поверхнях панелей, а також збереження оптичної чистоти захисної поверхні масиву світлоперетворюючих комірок. Майже рівна по важливості і зв'язана з першими двома задача полягає в необхідності додаткового обслуговування батарей з метою гігієнічної обробки площин панелей, які можуть втрачати оптичну прозорість унаслідок осадження пилу, утворення оптично непрозорих крижаних шарів, та інею. Вказані проблеми в пристрої, що патентується, вирішуються в опорі на вже існуючі часткові рішення, з яких відібрані найближчі по проблематиці. Так, відомий пристрій для захисту геліоустановки від атмосферних дій за патентом РФ 5 1614606, МПК F24J 2/42, автор Бєляєв Юрій Михайлович, заявник - Науково-виробничий колектив "Сатурн", заявка № 4602371/06, пріоритет від 29.09.1988, опубл. 15.11.1994. Мета цього винаходу - підвищення експлуатаційної надійності установки. Пристрій містить розташовану на її світлоприймальній панелі оптично прозору плівку, закріплену на ній за допомогою рухомих блоків з можливістю послідовної зміни робочих ділянок. Плівка виконана "нескінченною" з обхватом і має поперечні потовщення. Під дією ваги шару снігу, діючого на потовщення, плівка переміщається, і з її нижніх ділянок під дією тепла, ваги та вібрацій сніг видаляється, очищаючи поверхню. До недоліків аналога слід віднести те, що сама захисна плівка піддається тим же видам забруднень, від яких захищає поверхню панелі, тому її прозорість погіршується і істотна частина світлової енергії або відбивається, або поглинається самою плівкою, що знижує продуктивність геліоустановки. Найближчим до винаходу технічним рішенням, прийнятим як прототип, є відома сонячна фотоелектрична установка за патентом РФ 2286517, МПК F24J 2/42 (2006.01), автори Алферов Жорес Іванович і ін., патентовласники - вони ж, заявка № 2005104590/06, пріоритет від 21.02.2005, опубл. 27.10.2006 р. Дана фотоелектрична установка містить сонячну батарею (систему панелей) з лінзами Френеля і приймаючими випромінювання фотоелектричними перетворювачами, розміщену на механічній системі. Підтримуюча механічна система утворена двома рамами - базовою рамою і підвішеною рамою. Базова рама встановлена з можливістю обертання навкруги вертикальної осі, а підвішена рама встановлена з можливістю обертання навкруги горизонтальної осі від електроприводу. Панелі сонячної батареї розташовані на підвішеній рамі рядами у вигляді сходинок. Таке виконання батареї знижує вітрове і можливе снігове навантаження, а також підвищує жорсткість самої рами. Несуча рама сонячної батареї оснащена системою орієнтації на Сонце. Привід містить два електромотори постійного струму з редукторами, буферний акумулятор живлення і схему управління. До недоліків прототипу слід віднести наступне. Східчаста компоновка сонячних панелей у відомій установці виконана, крім всього іншого, із метою зменшення вітрового навантаження, а також навантаження з боку опадів, оскільки нахилені панелі малої ширини сприяють частковому скочуванню снігового шару. Проте це вирішує проблему не кардинально, а тільки частково. Крім того, конструктивні особливості установки не знімають проблеми захисту панелей від опадів і пилу, оскільки постійне (робоче) пологе положення панелей щодо горизонту сприяє забрудненню їх поверхонь і накопиченню снігового шару. Крім того, ведучі ролики разом з горизонтальною кільцевою опорою рухаються по поверхні кільцевої платформи, на якій накопичується вода і занесений вітром бруд, пил, пісок, листя та ін. При морозі це все намерзає на верхній площині кільцевої платформи і утрудняє або взагалі перешкоджає обертанню системи стеження за Сонцем зі встановленою на ній фотоелектричною батареєю. Для 1 UA 108553 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 очищення треба використовувати спеціальні пристосування типу ножа або скребка, які в процесі експлуатації підвищують споживану потужність системи стеження і зменшують загальну ефективність установки, що знижує надійність її роботи, тоді як установка повинна безвідмовно працювати тривалий час у будь-який час року і у всіх кліматичних зонах. До недоліків прототипу слід віднести і те, що система стеження за сонцем працює тільки за наявністю прямого сонячного випромінювання. В основу запропонованого технічного рішення поставлена задача розробки тактичних і конструктивних засобів зменшення вітрового і снігового навантаження на модуль, засобів збереження оптичної чистоти поверхні світлоприймальних панелей модуля при дії атмосферних опадів, пилу або при загрозі обмерзання, а також розширення ареалу використання сонячних батарей, подовження строку їх автономної експлуатації без обслуговування, і збільшення ефективності роботи у складних погодних умовах. Поставлена задача вирішується тим, що несуча рама для розміщення панелей виконана у вигляді розсувної консолі з габаритами, що змінюються, для чого вона розділена на декілька вузьких і пов'язаних з можливістю відносного зсуву полиць, вузол кріплення яких зібраний у вигляді ланцюжка пантографів, складених з системи важелів, що сполучають полиці по коротких торцях з двох сторін за допомогою шарнірних з'єднань, консоль оснащена розвиненим зовнішнім опорним контуром, закріпленим на опорній площадці, що складається з двох напрямних, кожна напрямна виконана у вигляді радіально зігнутої балки з крізним прорізом посередині ширини уздовж всієї довжини балки, на коротких торцях верхньої полиці вмонтовані штоки, які входять в прорізі напрямних, спираючись на них під час всього процесу розвертання (згортання) консолі, на довгому торці верхньої полиці розміщений вузол безконтактної фіксації модуля, що складається з брусків постійних магнітів, орієнтованих полюсними гранями у бік профільованої феромагнітної перемички, що сполучає вільні кінці пари напрямних, на лицьових площинах полиць консолі розміщені сонячні панелі, набрані зі світлоперетворюючих комірок, а на їх зворотні площини нанесено пластичне покриття, виконане, наприклад, з пінополіуретану, а також вироблена периметрична окантовка з поліуретану більшої жорсткості і меншої товщини, підтримуюча механічна система батареї створена у вигляді турелі, що складається з нерухомої трубчастої опори, яка встановлена на фундаменті, втулки, що охоплює опору і насаджена на неї за допомогою підшипникового вузла з можливістю кругового руху, і опорної площадки, сполученої нижнім торцем з широким нижнім торцем поперечної полиці платика за допомогою шарніра, а у верхній частині пов'язаної з ним гвинтом, обертанням якого можна змінювати кут розхилу між полицею і площадкою, які одночасно виконують функції зенітальної поворотної системи і в вихідному положенні орієнтовані так, що нормаль до площини площадки складає половину кута максимальної висоти підйому сонця над горизонтом в даному сезоні, азимутальний поворот модуля здійснюється туреллю з приводом від двигуна, закріпленого на втулці підтримуючої системи, на вал якого насаджена ведуча шестірня, що входить в зачеплення з великою шестірнею, нерухомо зафіксованою на трубчастій опорі, кінематична схема, яка здійснює трансформацію консолі, складається з штока, жорстко зчепленого з нижніми важелями ланцюжка пантографів, та сполученого з валом встановленого на кронштейні з однієї із сторін опорної площадки двигуна постійного струму, суміщеного з редуктором, при обертанні вала якого важіль повертається, передаючи рух всій системі пантографів, енергія для роботи приводів подається від буферного акумулятора, блок управління оснащений мікросхемою і індикаторним датчиком освітленості, а для його роботи також використовується енергія акумулятора, програма управління розроблена з прив'язкою до місцевої часової шкали, а також до місячних циклів зміни траєкторії сонця, азимутальна навігація здійснюється за денною програмою, сигнал для складання або розкладання модуля по метеорологічним обставинам формується по інформації від датчика освітленості, а складання і розкладання консолі в обов'язковому порядку проводиться тільки двічі за добу - в початковому положенні "ранок" і у фінальному положенні "вечір", оскільки штатними положеннями модуля з'являються режими повністю розкритих або повністю закритих сонячних панелей. Розкриємо суть технічного рішення, яке патентується, і проведемо порівняльний аналіз відмінних ознак, що характеризують запропоноване технічне рішення і відрізняють його від прототипу. Ведучою ідеєю модернізації сонячної установки-прототипу є підвищення частини її важливих експлуатаційних характеристик, таких як збереження оптичної чистоти покриття і зменшення уразливості установки до деяких "силових" атмосферних чинників (надмірних вітрових, снігових і крижаних перевантажень опорних і кінематичних систем) за рахунок зменшення точності орієнтації модуля на Сонце. Обґрунтуванням раціональності такого підходу можуть служити наступні факти. Об'єм сонячної енергії, що утилізується, залежить від кута 2 UA 108553 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 падіння проміння на поверхню панелі, оскільки при цьому міняється коефіцієнт її віддзеркалення. Проте, цей параметр має практично корисний "люфт", оскільки для скляного покриття кремнієвих пластин при відхиленні кута падіння від нормалі до його поверхні до 30° коефіцієнт віддзеркалення практично не міняється і складає трохи менше 5 %. Далі вплив віддзеркалення стає помітним, і до 60° частка відбитого випромінювання збільшується удвічі майже до 10 %. При куті падіння 70° відбивається біля 20 % випромінювання, а при 80° - 40 %. Для більшості інших речовин залежність ступеня віддзеркалення від кута падіння має приблизно той же характер. Другий важливий параметр, так звана, ефективна площа модуля, тобто перетин потоку випромінювання, що перекривається нею. Вона рівна реальній площі модуля, помноженій на синус кута між його площиною і напрямом потоку. Тому, якщо модуль перпендикулярний потоку, його ефективна площа рівна його реальній площі, якщо потік відхилився від перпендикуляра на 60° - половині реальної площі. Істотне відхилення потоку від нормалі до модуля не тільки збільшує віддзеркалення, але й знижує його ефективну площу, що має наслідком помітне падіння вироблення енергії. Проте ефективна площа модуля при відхиленні від нормалі на 25° також залишається достатньо великою - не менше 90 % від її реальної площі. Тобто, для цих чинників існує достатньо великий кутовий запас (25-30°), по показнику точності орієнтації. І точність орієнтації, збільшення якої добиваються автори прототипу, не є об'єктивно найважливішим параметром, ради якого було б варто так ускладнювати систему корекції положення панелей. Більш того, саме спрощення технічних засобів корекції може звільнити конструкцію від деяких зв'язків і вузлів для отримання можливості поліпшення набагато більш важливих функціональних показників установки. До таких вузлів можна віднести систему зенітального повороту. Розрахунки показують, що для рентабельності зенітального перекриття діапазону кутів надходження променевої енергії достатньо встановити один кут нахилу, який дорівнює половині кута максимального підйому сонця над горизонтом, характерний для даного сезону. Оскільки максимальна висота сонця над горизонтом опівдні для України лежить в кутовому інтервалі 60+70° (для періоду літнього сонцестояння) і 15+25° (для періоду зимового сонцестояння), то панелі встановлюється під кутом 30-35° для літнього періоду і під кутом 10-13° для зимового. Тому достатньо зміни орієнтації двічі на рік шляхом ручної зміни нахилу в день переходу на сезонний час. Ця операція може виконуватися спільно з гігієнічними процедурами, що проводяться двічі в рік також в періоди зміни сезонів. І не має гострої необхідності ладнати для такої тактики складний вузол з електроприводом. Таким чином, кінематична схема сонячної батареї може бути спрощена згідно із змінами рангу виконуваних нею функціональних задач. При цьому актуальні маневрені характеристики підсистем не страждають. Незмінною при цьому залишається тільки система азимутального повороту, яка, завдяки зведенню двокоординатної процедури орієнтації до однокоординатної, може бути виконана у вигляді турелі - пристрою технічно більш надійного і простого. На базі проведеного спрощення кінематичної схеми, в пристрої, що патентується, ускладнена архітектура самого модуля, який, як і в прототипі залишений багатопанельним, але виконаний з можливістю оперативної трансформації, тобто злагодженої зміни положень панелей. Така модернізація призводить до радикального рішення відразу декількох важливих проблем, які вказані вище. В конструкції, що патентується, врахований той факт, що світлоприймальна панель великої площі, що стоїть під оптимальним кутом, набуває вітрильності за рахунок тиску вітрових потоків. Якщо в існуючих рішеннях проблема вітрових навантажень розв'язувалася тільки на стадії конструювання, то в пристрої, що патентується, зроблена спроба перевести засоби захисту з міцнісної області в тактичну. Оскільки для компенсації цих навантажень необхідно додатково і серйозно збільшувати механічну міцність несучих елементів вузлів обпирання та орієнтації, то в батареї проведена вторинна деконструкція ключового вузла, що реалізує контрзаходи, які суттєво зменшують вітрильність панелі. Для цього сонячну панель, ділять на декілька однакових смуг, як і в прототипі. Але відмінність полягає в тому, що смуги встановлені на полицях консолі, яка складається і розкладається в залежності від метеоситуації. Полиці, яких може бути будь-яка кількість, скріплені між собою ланцюжком пантографів, при складанні утворюють пакет, а в розгорненому стані - східчасту систему, з деяким розведенням смуг з утворенням зазорів між їх горизонтальними кромками. Канали для протоку повітря між смугами, що утворилися таким чином, служать для локального скидання тиску на навітреній стороні модуля. Така структура укладання панелей змінює умови обтікання модуля повітрям в цілому так, що більш помітним стає ефект охолодження панелей. Крім того, панель стає частково проникною і набігаючий 3 UA 108553 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 вітровий натиск прямує площиною кожної її смуги у бік зазору. При цьому потік не втрачає швидкості, оскільки проходить кожну смугу окремо (а не всю панель), тобто невелику відстань до стоку, і може сприяти зіштовхуванню пилових осадкових утворень з площин панелі. Що стосується снігової та інших видів навантаження на модуль, то в пристрої, що патентується, ця проблема вирішена більш кардинально, ніж в прототипі. За несприятливих погодних умов консоль згортається і панелі, що склалися в пакет, взаємно закривають свої площини від негативної дії атмосфери. Таким чином, пристрій, що патентується, не має стабільного зовнішнього вигляду, а дістає можливість здійснювати два режими: робочий і пасивний. В пасивному стані всі панелі зібрані в пакет, причому площини їх взаємно стикаються так, що зворотна площина кожної попередньої панелі закриває від дії атмосферних факторів лицьову площину кожної наступної панелі. І лицьові і зворотні площини панелей при складеному положенні модуля однаково захищені від попадання пилу та снігу. При розгорненому положенні модуля робочі площини звернені вгору до сонця і орієнтовані з нахилом до горизонту, а зворотні шари обернуті у бік землі під тим же кутом. Тому вони менш схильні забрудненню, що важливо, оскільки вони покриті пластичними шарами герметизуючих покриттів, які в пасивному режимі будуть торкатися активних шарів. Кінематична схема, яка здійснює трансформацію консолі, спирається на шток, який проведено крізь канал опорної площадки. Шток сполучений з валом двигуна постійного струму, суміщеного з редуктором з одного боку, і жорстко зчеплений з нижніми важелями системи ланцюжка пантографів. При обертанні вала момент передається на шток, і разом з ним важелі починають повертатися, передаючи рух всій системі пантографів. Для складання модуля двигун запускається в реверсивному режимі. Оскільки він діє на шток через редуктор, то трансформація модуля відбувається поступово, без миттєвих перевантажень двигуна. Вживання в кінематичній схемі турельного принципу робить пристрій несиметричним щодо осі симетрії опори, що може утрудняти роботу і прискорювати знос опорно-підшипникової муфти. Для компенсації перекосу пристрій може бути оснащений масивною противагою, жорстко закріпленим на муфті з діаметрально протилежної від консолі сторони. Маса вантажу підбирається такою, щоб врівноважити момент навантаження, створюваний батареєю в розкладеному стані. Але цей вузол має сенс застосовувати тільки в батареях великих габаритів. Загальні одержані переваги від введення пасивного режиму, а також конструктивні перетворення установки, які забезпечують його реалізацію полягають в наступному. 1. Значну частину доби (ніч і несприятливі денні періоди) установка знаходиться в складеному стані, при якому практично припинений контакт поверхні панелей з прямою дією негативних чинників (пилу, опадів всіх сезонних типів, заледеніння). 2. Конструктивні зміни консолі дають можливість не тільки складати панелі в пакет, але і більш раціонально розміщувати їх а робочому положенні - драбинкою зі змінною шириною зазору, створюючи тим самим ситуацію поліпшення обдуву повітряними потоками (для охолоджування, зносу пилового шару і т.п.). Блок управління модуля, що патентується, виконує ту ж функцію орієнтації на сонце, що і блок прототипу. Але робить це на інших підставах і іншими засобами. Якщо програма блока прототипу проводить постійний інтегральний аналіз маси даних, одержуваних від системи фотоелементів, і видає команди на двигуни для точної корекції траєкторії переміщення панелей, то програма блока патентованого пристрою проводить модуль по стандартній траєкторії і використовує показники індикатора освітлення тільки при появі нештатних умов. В складене положення сонячна батарея виводиться в похмурі дні, в грозу або снігопад і т.п. Програма управління виконана з прив'язкою до місцевої часової шкали, а також до місячних циклів зміни траєкторії сонця. Азимутальна навігація здійснюється за денною програмою. Приводом для відхилення від неї може стати тільки сигнал від датчика освітленості, який формує його при екрануванні сонячного випромінювання. При цьому ця операція проводиться не шляхом точного стеження за положенням сонця, а тільки за рахунок простої індикації наявності рентабельного рівня освітленості. Проведений порівняльний аналіз показує, що система, яка патентується, має істотні відмінні ознаки, які суттєво відрізняють її від прототипу, а сукупність ознак сприяє вирішенню поставленої у винаході задачі. За відомостями, що є у авторів, запропонована сукупність відмінних ознак, яка характеризує суть винаходу, не відома в даному розділі техніки. Запропоноване технічне рішення може бути використане при створенні стаціонарних і мобільних фотоелектричних станцій, а також для розміщення на транспортних засобах, у тому числі на електромобілях. 4 UA 108553 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 Схема пристрою, що патентується, пояснюється кресленнями, де на фіг. 1 приведений фронтальний вид батареї, а на фіг.2 - профільний її переріз. Складаний модуль для сонячної батареї (фіг. 1 та фіг.2) виконаний в багатопанельному варіанті і містить розсувну консоль 1 з габаритами, що змінюються, на якій закріплені світлоприймальні панелі 2, що складаються з світлоперетворюючих комірок 3, і оснащена суміщеними азимутальним і зенітальним поворотними вузлами, виконаними у вигляді турелі, а також вузлом розвертання і згортання модуля. Консоль 1 розділена на декілька вузьких пов'язаних між собою з можливістю відносного зсуву полиць 4, система кріплення яких складається з ланцюжка пантографів, які утворені з системи важелів 5, зчіплюючих полиці по коротких торцях з двох сторін за допомогою шарнірних з'єднань 6. Крім того, консоль 1 забезпечена розвиненим зовнішнім опорним контуром, що складається з двох зігнутих по траєкторії руху першої ("ведучої") полиці направляючих 7 і закріплених на опорній площадці 8. Кожна направляюча виготовлена у вигляді радіально зігнутої балки з крізним прорізом 9. Проріз виконаний посередині ширини уздовж всієї довжини балки. Штоки 10 закріплені на коротких торцях першої полиці та входять в прорізі 9 напрямних, спираючись на них під час всього процесу розгортання (згортання). Розгорнений стан зберігається за допомогою допоміжних засобів безконтактної фіксації. Для цього на довгому торці ведучої полиці встановлюються бруски постійних магнітів 11, орієнтованих полюсними гранями у бік профільованої феромагнітної перемички 12, що замикає кінці напрямних. При повній амплітуді розгортки консолі магніти 11 не входять в контакт з перемичкою 12, а зупиняються внаслідок упору штоків 10 в край прорізів 9, увійшовши при цьому в магнітне зчеплення через невеликий (3-5 мм) повітряний зазор. Консоль 1 має два основні положення - розгорнене і згорнуте. При цьому в розгорненому стані, розміщені на полицях 4 панелі 2 отримують максимально можливий світловий потік. В згорнутому положенні всі полиці зібрані в пакет, причому площини їх взаємно стикаються так, що зворотна площина кожної попередньої панелі закриває від дії атмосферних дій лицьову площину комірок 3 кожної наступної. При цьому на зворотні площини полиць нанесено пластичне покриття (не показане), виконане, наприклад, з поролону, що має периметральну окантовку 13 більшої жорсткості, ніж покриття і меншу товщину. Кінематична схема, яка здійснює як розкладання, так і складання полиць консолі 1, включає в себе шток 14, пропущений через канал всередині площадки 8, жорстко зчеплений з першими важелями 5 ланцюжка пантографів, та сполучений з валом встановленого з однією із сторін площадки двигуна 15 постійного струму, суміщеного з редуктором (не показаний). При обертанні вала важіль повертається, передаючи рух всьому ланцюгу пантографів. Підтримуюча механічна система батареї виконана у вигляді турелі, що складається з нерухомої трубчастої опори 16, втулки 17, яка охоплює опору і насаджена на неї за допомогою підшипникового вузла (не показаний) з можливістю кругового руху, з втулкою 17 сполучена опорна площадка 8, закріплена на поперечній полиці платика 19 за допомогою шарнірного з'єднання 20. А площадка 8 служить опорою для консолі і обох напрямних 7. Турель, виконує, окрім опорної функції, функцію азимутального зсуву модуля. Азимутальний поворот здійснюється двигуном 21, закріпленим на втулці 17 підтримуючої системи, на вал якого насаджена ведуча шестірня 22, що входить в зачеплення з великою шестірнею 23, жорстко закріпленою на трубчастій опорі 16. Така тихохідна шестерінчаста передача дає можливість синхронного повороту турелі у бік сонця. Зенітальна поворотна система позбавлена електроприводу і є складовою механічною частиною турелі. Площадка 8 сполучена нижнім торцем з широким нижнім торцем поперечної полиці 24 платика 19 за допомогою шарніра 20, а у верхній частині з'єднана з ним гвинтом 25, шляхом обертання якого можна змінювати кут розхилу β між полицею 24 і площадкою 8, міняючи тим самим кут нахилу ε модуля, і відповідно панелей 2, до горизонту. Пакет панелей 2 в складеному початковому стані спирається на площадку 8 турелі так, що спільна нормаль до робочих (світлоприймальних) площин його панелей нахилена на половину кута максимальної висоти підйому сонця над горизонтом у дану пору року. Енергія для роботи приводів надається від буферного акумулятора 26. Блок управління 27 оснащений мікросхемою і для їх роботи також використовують енергію акумулятора. Система фотоелементів, контролюючих положення модуля, замінено індикатором освітлення 28, який встановлений на вершині однієї з нерухомих направляючих 7. Модуль, що патентується, працює наступним чином. В початковому положенні панелі 2 модуля складено в пакет. При цьому в цьому положенні з боку повітря активний шар панелей з одного боку закривається опорною площадкою 8, а з другого боку ведуча панель виявляється поверненою до атмосфери зворотною стороною, тоді 5 UA 108553 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 як її активний шар прилягає до покритого поролоном звороту сусідньої панелі, яка герметизує його. Всі подальші панелі здавлюють своїми активними площинами зворотні площини один одного. При цьому пластичні шари зминаються до товщини окантовки 13. При упорі на окантовку наступає повна герметизація робочих поверхонь панелей 2. Таким чином, контакт з атмосферою всіх світлоприймальних поверхонь панелей 2 при складеному положенні модуля припиняється і практично повністю виконується їх захист від пилу і будь яких опадів. Особливо ефективний такий режим в нічний час (максимальна ефективність - взимку), оскільки ніч є найтривалішим пасивним періодом. Вранці модуль розкладається. Для чого проводиться наступний ряд операцій. Двигун 15 отримує команду від блоку управління 27, що виконує цілодобову програму по управлінню батареєю. Крутильний момент з його валу передається на шток 14, який пов'язаний з нижніми важелями 5. При обертанні валу важелі 5 починають повертатися, передаючи рух всього ланцюга пантографів. Штоки 10, закріплені на коротких торцях ведучої полиці, рухаються при цьому уздовж прорізів 9 направляючих 7, спираючись на них під час всього процесу розвертання. Цей процес триває доки магніти 11 не увійдуть в зону притягання до перемички 12. В робочому положенні полиці 4 шикуються в східчасту конструкцію. Вони орієнтовані відносно до падаючого світлового потоку однаково і в повністю розгорненому положенні забезпечують максимальний світлоприйом. Далі програма включає двигун 21 азимутальної системи, який веде модуль вслід за сонцем протягом всього світлового дня, повертаючи турель навкруги опори 16. При штатній течії метеообставин складання і розкладання модуля проводиться в обов'язковому порядку тільки двічі на добу: при стартовій команді "ранок" і при фінальній команді "вечір". В складене положення вдень консоль 1 переводиться тільки при виникненні нештатних ситуацій, до яких слід в першу чергу віднести зовнішні причини, такі як похмура погода, гроза або снігопад і т. і. Складання здійснюється по команді на той же двигун 15, але в реверсивному режимі. При цьому вал двигуна обертається у зворотний бік, передаючи на шток 14 момент сили, що стягує ланцюжок взаємозв'язаних пантографів, які опускають полиці 4 вниз. В граничному положенні панелі утворюють форму щільно укладеного пакету. Оскільки в згорнутому стані всі панелі 2 модуля практично герметично закриваються від впливу зовнішнього середовища, то опади, особливо тверді (сніг, град) не можуть заблокувати сам акт складання, тому що команда на його виконання надходить при падінні освітленості незалежно від причин, що його викликали. Команда однаково формується при екрануванні сонця хмарами, або при заході сонця. Таким чином, модуль згортається ще до початку опадів, і вони не можуть потрапити всередину панельного пакету. Програма управління виконана з прив'язкою до місцевої часової шкали, а також до місячних циклічних змін траєкторії сонця. Азимутальна навігація здійснюється за денною програмою. Приводом для відхилення від неї може стати тільки сигнал від індикатора 28, який формує його при зменшенні питомої променистої енергії, яка досягає панелей 2. ФОРМУЛА ВИНАХОДУ Складаний модуль для сонячної батареї, що містить світлоприймальні панелі, розташовані на несучій рамі рядами у вигляді сходинок, розміщеній на підтримуючій механічній системі, яка забезпечена вузлами азимутального та зенітального зсуву панелей з електроприводом, а також буферний акумулятор живлення та блок управління, який відрізняється тим, що несуча рама для розміщення панелей виконана у вигляді розсувної консолі з габаритами, що змінюються, для чого вона розділена на декілька вузьких і пов'язаних з можливістю відносного зсуву полиць, вузол кріплення яких зібраний у вигляді ланцюжка пантографів, складених з системи важелів, що сполучають полиці по коротких торцях з двох сторін за допомогою шарнірних з'єднань, консоль оснащена розвиненим зовнішнім опорним контуром, закріпленим на опорній площадці, що складається з двох напрямних, кожна напрямна виконана у вигляді радіально зігнутої балки з крізним прорізом посередині ширини уздовж всієї довжини балки, на коротких торцях верхньої полиці вмонтовані штоки, які входять в прорізи напрямних, спираючись на них під час всього процесу розвертання (згортання) консолі, на довгому торці верхньої полиці розміщений вузол безконтактної фіксації модуля, що складається з брусків постійних магнітів, орієнтованих полюсними гранями у бік профільованої феромагнітної перемички, що сполучає вільні кінці пари напрямних, на лицьових, площинах полиць консолі розміщені сонячні панелі, набрані з світлоперетворюючих комірок, а на їх зворотні площини нанесено пластичне покриття, виконане, наприклад, з пінополіуретану, а також вироблена периметрична окантовка з поліуретану більшої жорсткості і меншої товщини, підтримуюча механічна система батареї 6 UA 108553 C2 5 10 15 20 25 створена у вигляді турелі, що складається з нерухомої трубчастої опори, яка встановлена на фундаменті, втулки, що охоплює опору і насаджена на неї за допомогою підшипникового вузла з можливістю кругового руху, і опорної площадки, сполученої нижнім торцем з широким нижнім торцем поперечної полиці платика за допомогою шарніра, а у верхній частині, з'єднаної з ним гвинтом, обертанням якого можна змінювати кут розхилу між полицею і площадкою, які одночасно виконують функції зенітальної поворотної системи і в вихідному положенні орієнтовані так, що нормаль до площини площадки складає половину кута максимальної висоти підйому сонця над горизонтом в даному сезоні, азимутальний поворот модуля здійснюється туреллю з приводом від двигуна, закріпленого на втулці підтримуючої системи, на вал якого насаджена ведуча шестірня, що входить в зачеплення з великою шестірнею, нерухомо зафіксованою на трубчастій опорі, кінематична схема, яка здійснює трансформацію консолі, складається зі штока, жорстко зчепленого з нижніми важелями ланцюжка пантографів та сполученого з валом, встановленого на кронштейні з однієї із сторін опорної площадки двигуна постійного струму, суміщеного з редуктором, при обертанні вала якого важіль повертається, передаючи рух всьому ланцюгу пантографів, енергія для роботи приводів подається від буферного акумулятора, блок управління оснащений мікросхемою і індикаторним датчиком освітленості, а для його роботи також використовується енергія акумулятора, програма управління розроблена з прив'язкою до місцевої часової шкали, а також до місячних циклів зміни траєкторії сонця, азимутальна навігація здійснюється за денною програмою, сигнал для складання або розкладання модуля за метеорологічними обставинами формується по інформації від індикатора освітленості, який встановлений на вершині однієї з нерухомих напрямних, а складання і розкладання консолі в обов'язковому порядку проводиться тільки двічі за добу - в початковому положенні ″ранок″ і у фінальному положенні ″вечір″, оскільки штатними положеннями модуля з'являються режими повністю розкритих або повністю закритих сонячних панелей. 7 UA 108553 C2 Комп’ютерна верстка Л. Бурлак Державна служба інтелектуальної власності України, вул. Василя Липківського, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут інтелектуальної власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601 8