Сонячна фотоелектрична установка

Сонячна фотоелектрична установка, яка включає вертикальний стояк, фундамент, обертовий пристрій з приводом і обертовим валом, дві ферми, сонячну панель і світлочутливу головку, яка відрізняється тим, що вертикальний стояк виконаний з двох частин, а саме з стаціонарного, жорстко з'єднаного з фундаментом, і обертового патрубка, на верхньому КІНЦІ ЯКОГО В обох діамет рально протилежних стінках вмонтовано підшипники, в них встановлений обертовий вал, до якого з обох сторін обертового патрубка з однаковим Винахід відноситься до нетрадиційної енергетики і, окрема, до перетворювачів сонячної енергії в електричну Відома конструкція фотоелектричного перетворювача сонячного випромінювання (СФЕУ), яка складена з стояка, обпертого на фундамент і до якого шарнірно приєднаний обертовий пристрій, виконаний у вигляді двохстороньої консольної балки, зверху якої розмішені ДОПОМІЖНІ паралельно розташовані профільні балки, з'єднані між собою обшивкою На цій балочній КЛІТИНІ розміщені чотири, або більше сонячні панелі, оптимальне положення яких по відношенню до сонця забезпечує комп'ютер при посередництві азимутальної слідкуючою системи Електричне навантаження, температуру і ІНШІ параметри режиму експлуатації установки контролює комп'ютер Випробування цього модуля виконані в Олімпійському атлетичному центрі в Австралії Публікація міститься у журналі "Photovoltaics special Research Centre UNSW" Annual Report 1997 Crop 28 До недоліків цієї установки слід віднести застосування сферичного шарніра у обертовому пристрої, який погіршує СТІЙКІСТЬ системи при віт кроком жорстко приєднані попередньо напружені шпренгельні прогони параболічного поздовжнього обрису, до них жорстко приєднана сонячна панель, переміщення якої в вертикальній площині здійснюється верхнім електродвигуном, кінематично зв'язаним з редуктором і циліндричною шестірнею, жорстко з'єднаною з обертовим валом, а весь цей вузол базується на несучій рамі, жорстко приєднаній до обертового патрубка, горизонтальне переміщення сонячної панелі здійснено за аналогічною схемою з застосуванням конічної шестірні, жорстко з'єднаної з обертовим патрубком, а цей вузол базується ва несучій рамі, жорстко з'єднаній із стаціонарною частиною стояка, СТІЙКІСТЬ шпренгельних прогонів забезпечена хрестовими в'язками, приєднаними до КІНЦІВ стиснених поясів шпренгельних прогонів і оснащених пристроями для натягу ровому навантаженні, балочна клітина є дуже гнучкою конструкцією, в той час як вона повинна мати дуже обмежені нормативи прогину від навантаження не більше 1/1000 для забезпечення СТІЙКОСТІ І витривалості фотоелементів, відсутність просторових, попередньо-напружених, конструктивних систем, відповідаючи вимогам жорсткості, постійний по висоті переріз вежі Більш близьким по суті до замовленого є технічне рішення, що складається з вертикальної трубчастої стійки, фундаменту, обертового пристрою, яке діє за допомогою двох електродвигунів і керується азимутальною слідкуючою системою, сонячні панелі змонтовані на двох металевих фермах з паралельними поясами, які жорстко приєднані до обертового валу, виконаного з можливістю рухатись по колу за допомогою обертового пристрою Один електродвигун переміщує сонячну панель у горизонтальній площині, а другий - у вертикальній Кінцеві положення обох переміщень не фіксуються Керування усієї системи здійснюється за допомогою світлочутливої головки Це технічне рішення опубліковано у книзі "20 конструкцій з сонячними елементами" 1988 Автор Т Байере, гл О (О 49604 19, ст 161 і прийнято за прототип Недоліки прототипу не забезпечена СТІЙКІСТЬ установки у площині сонячної панелі, значна відстань між обома фермами, на яких базується сонячна панель, вимагає додаткових заходів по забезпеченню її СТІЙКОСТІ, металеві ферми, виконані без попереднього напруження, а тому не забезпечують їх достатню жорстокість і СТІЙКІСТЬ, ферми мають паралельні пояси, що не відповідає епюрі згинаючого моменту, внаслідок недостатньої жорсткості і СТІЙКОСТІ ферм обмежені розміри сонячної панелі, а тому і потужність установки, сонячна панель розміщена на значній відстані від землі, а тому рівнодіюча від вітрового навантаження утворює значний згинаючий момент, що діє на вертикальний стояк (опору) вертикальний стояк має постійний переріз по висоті, шарнірне з'єднання стояка з обертовим пристроєм загострює вирішення задачі по забезпеченню СТІЙКОСТІ установки і ускладнює розробку конструктивної схеми Таким чином, основним недоліком прототипу є його невідповідність до вимог жорсткості, СТІЙКОСТІ, а також надійності, що обмежує можливість збільшення розміру сонячної панелі, а тому і потужності установки В основу винаходу поставлена задача по створенню сонячної фотоелектричної установки яка б забезпечила загальну, місцеву СТІЙКІСТЬ І жорстокість при одночасному підвищенні й потужності і надійності Це досягається тим, що у сонячній фотоелектричній установці, яка вміщує вертикальний стояк, фундамент, обертовий пристрій з приводом і обертовим валом, дві ферми, сонячну панель і світлочутливу головку вертикальний стояк виконаний з двох частин, а саме з стаціонарного циліндру, жорстко з'єднального з фундаментом і обертового патрубку, на верхньому КІНЦІ ЯКОГО В обох діаметрально протилежних стінках влаштовані підшипники, в них встановлений обертовий вал, до якого з обох сторін обертового патрубка з однаковим кроком жорстко приєднані попередньо напружені шпренгельні прогони параболічного вздовжного обрису, до них жорстко приєднана сонячна панель, переміщення якої в вертикальній площині здійснене верхнім електродвигуном, кинематично пов'язаним з редуктором і циліндричною шестірнею, жорстко з'єднаною з обертовим валом, а весь цей вузол базується на несучій рамі, жорстко приєднаній до обертового патрубка, горизонтальне переміщення сонячної панелі здійснене за аналогічною схемою за винятком застосування конічної шестірні, жорстко з'єднаної з обертовим патрубком, а цей вузол базується на несучій рамі, жорстко з'єднаній з стаціонарною частиною стояка, СТІЙКІСТЬ шпренгельних прогонів забезпечена хрестовими в'язями, приєднаними до КІПЦІВ стиснених поясів шпренгельних прогонів і оснащених пристроями для натягу Між суттєвими ознаками і задачею винаходу існує наступний причинно-наслідковий зв'язок на відміну від прототипу, у якому вертикальний стояк цілком стаціонарний у замовленому винаході він складається з двох частин - нижньої стаціонарної і верхньої обертової, на відміну від прототипу, у якому здійснене шарнірне обпирання вертикального стояка з обертовим пристроєм і до завданих двох ступенів свободи додана третя, що приводить до втрати СТІЙКОСТІ системи у площині сонячної панелі, у замовленому винаході ця третя ступінь свободи відсутня, на відміну від прототипу, у якому застосований принцип концентрації матеріалу, у замовленому винаході застосований принцип багатов'язності системи, на відміну від прототипу, у якому застосовані ферми з ненапруженими поясами, у замовленому винаході застосовані шпренгельні прогони з попередньо напруженими поясами, на відміну від прототипу, у якому ферми мають паралельні пояси, у замовленому винаході поздовжній профіль виконаний у вигляді параболи, що краще відповідає епюрі згинаючого моменту, утвореного дією рівномірного навантаження від власної ваги і вітру, на відміну від прототипу, у якому розмір сонячної панелі обмежений недостатньою її СТІЙКІСТЮ І жорсткістю з тієї причини, що ферми розміщені з значним кроком, у замовленому винаході крок між прогонами зменшений шляхом збільшення КІЛЬКОСТІ прогонів, на відміну від прототипу, у якому для підвищення жорсткості сонячної панелі не застосовані в'язі, у замовленому винаході застосовані в'язі з пристроями для натягу, на відміну від прототипу, у якому сонячна панель розміщена на значній висоті від поверхні землі, де вітрове навантаження підвищене, у замовленому винаході вона максимально припустимо наближена до поверхні землі, на відміну від прототипу, у якому вітрове навантаження значно ускладнює задачу забезпечення СТІЙКОСТІ установки з огляду на значну висоту стояка, у замовленому винаході стояк має обмежену технічними умовами висоту, на відміну від прототипу, у якому має місце значна концентрація напруг у МІСЦІ приєднання обертовою вала до ферм у шарнірному з'єднанні його з стояком, що значно погіршує СТІЙКІСТЬ системи, у замовленому винаході цей недолік усунений Таким чином, здійснення цілої низки вище перелічених технічних засобів сприяє значному підвищенню жорсткості, СТІЙКОСТІ і надійності сонячної фотоелектричної установки і забезпечує збільшення її потужності Суть винаходу пояснюється кресленнями, на яких зображено на фіг 1 загальний вигляд установки по 1-1, на фіг 2 вид з боку по 2-2, на фіг 3 вузол А з верхнім електродвигуном і редуктором, на фіг 4 вузол В з нижнім електродвигуном і редуктором Замовлена установка має наступні матеріальні об'єкти стаціонарний циліндр 1, фундамент 2, 49604 обертовий патрубок 3, обертовий вал 4, шпренгельні прогони 5, сонячну панель 6, підшипники 7 до обертового валу 4, підшипники 8 до обертового патрубку 3, електродвигун 9 вертикального переміщення сонячної панелі 6, редуктор 10 до електродвигуна 9, несучу раму 11 під двигун 9 і редуктор 10, циліндричну шестірню 12, конічну шестірню 13, двигун до нього 14, редуктор до нього 15 і несучу раму 16 під них, в'язі 17, розпірки 18, пристрій для натягу 19, світлочутлива головка 20 Реалізація винаходу у будівництві забезпечить досягнення таких показників потужність установки зросте у 2,5-3 рази коефіцієнт корисної дії зросте на 10-12%, матеріалоємність знизиться на 5-8% Установка працює наступним чином За допомогою світлочутливої головки 20 при безпосередній участі матеріальних об'єктів 3, 4, 7, 8, 9, 10, 12, 13, 14, 15 сонячна панель 6 з першими променями сонця займає нормальну позицію до напрямку променів, тобто займає майже вертикальне положення Рух системи зранку до заходу сонця узгоджується з його рухом по орбіті При відсутності вітру вертикальний стояк 1 працює на центральний стиск і передає навантаження на фундамент 2 і його СТІЙКІСТЬ забезпечена з огляду на рівновагу усієї системи При вітровому навантаженні утворюється згинаючий момент, який досягає максимального значення в положенні, коли сонячна панель 6 займає нормальне положення ФІГ.1 по відношенню до напрямку вітру, при цьому він безпосередньо діє на шпренгельні прогони 5, від яких рівномірно передається на консольні частини обертового валу 4, який працює на згин, маючи 2 точки опори на підшипниках 7, встановлених в отворах обертового патрубка 3 і має 1 ступінь свободи, а саме навколо вздовжної ВІСІ обертового валу 4, рух якого здійснений за допомогою об'єктів 9, 10, 12, встановлених на несучій рамі 11, а обертовий патрубок 3 має 1 ступінь свободи навколо вертикальної ВІСІ стояка 1, рух якого здійснений за допомогою об'єктів 13, 14, 15, з'єднаних з несучою рамою 15 Циліндрична шестірня 12 жорстко з'єднана з обертовим валом 4, а конічна шестірня 13 з обертовим патрубком 3 Потужність обох електродвигунів 9 і 14 не перевищує 0,2-0,ЗкВт з огляду на малу швидкість руху сонячної панелі при значному виграші у зусиллі В'язи 17 і розпірки 18 забезпечують СТІЙКІСТЬ системи, до того ж в'язі оснащені пристроями для натягу 19 Таким чином, запропонована конструкція сонячної фотоелектричної установки, яка буде реалізована у виробництві забезпечить значне підвищення СТІЙКОСТІ і жорсткості установки, що працює в умовах підвищеного вітрового навантаження, а це забезпечить можливість у 2-3 рази збільшити її потужність і дає підставу вважати про ВІДПОВІДНІСТЬ винаходу критерію "промислова придатність" Фіг.2 49604 ЇЇ Фіг.4 Фіг.З ДП «Український інститут промислової власності» (Укрпатент) вул Сім'ї Хохлових, 15, м Київ, 04119, Україна ( 0 4 4 ) 4 5 6 - 2 0 - 90 ТОВ "Міжнародний науковий комітет" вул Артема, 77, м Київ, 04050, Україна (044)216-32-71