Система наведення на сонце сонячних перетворювачів

1. Система наведення на сонце сонячних перетворювачів, яка включає трубу обертання навколо наскрізної осі між її кінцями, першу опору, що з'єднана з трубою в першому місцеположенні труби і першою опорною точкою, другу опору, з'єднану з трубою обертання у другому місцеположенні труби обертання і другою опорною точкою, а також передавальний механізм, з'єднаний з трубою обертання для забезпечення зміни положення першої опори відносно другої опори, і соня C2 2 (13) 1 3 Також відома установка наведення на сонце сонячних перетворювачів [2], яка містить щонайменше два механізми приведення в рух установки наведення, що приводять в рух прикладну сонячну техніку (сонячні перетворювачі) в залежності від положення сонця, причому механізми приведення з'єднані один з одним через гідравлічну або пневматичну пряму силову передачу таким чином, що, якщо сонячний перетворювач одного з вказаних механізмів приведення виконує рух у відповідності з переміщенням сонця, то сонячний перетворювач іншого механізму приведення виконує аналогічний рух. Недоліком відомої установки [2] наведення на сонце сонячних перетворювачів є обмеженість її робочого температурного діапазону, оскільки гідравлічна і пневматична пряма силова передача не може ефективно працювати на відкритому повітрі при низьких температурах (-30…-40°), крім того, пневматичні або гідравлічні силові передачі складні в технічній реалізації. Найбільш близьким технічним рішенням до винаходу за технічною суттю (прототип) є система відслідковування положення сонця [3], яка включає трубу обертання навколо наскрізної осі між її кінцями, першу опору, що з'єднана з трубою в першому місцеположенні труби і з першою опорною точкою, другу опору, з'єднану з трубою у другому місцеположенні труби і другою опорною точкою, а передавальний механізм з'єднаний з трубою і забезпечує зміну положення першої опори відносно другої опори, при цьому сонячні перетворювачі жорстко з'єднані з трубою обертання. Недолік відомої системи [3] є в тому, що в процесі відслідковування положення сонця вона забезпечує можливість відслідковування тільки кута підйому сонця над горизонтом, що знижує ефективність її застосування в системах отримання і перетворення сонячної енергії. В основу винаходу поставлено задачу підвищення ефективності одержання і перетворення сонячної енергії шляхом забезпечення відслідковування положення сонця як по азимуту, так і по куту підйому сонця над горизонтом, а також забезпечення високої надійності системи при експлуатації в складних умовах за рахунок конструктивного виконання системи із складових частин, які можуть експлуатуватися в складних умовах. Поставлена задача вирішується тим, що, згідно з винаходом, в системі наведення на сонце сонячних перетворювачів, яка включає трубу обертання навколо наскрізної осі між її кінцями, першу опору, що з'єднана з трубою в першому місцеположенні труби і першою опорною точкою, другу опору з'єднану з трубою обертання у другому місцеположенні труби обертання і другою опорною точкою, а також передавальний механізм, з'єднаний з трубою обертання для забезпечення зміни положення першої опори відносно другої опори, і сонячні перетворювачі, які жорстко з'єднані з трубою обертання, відповідно до винаходу в системі додатково введені блок автоматичного керування і другий передавальний механізм для забезпечення обертального руху сонячних перетворювачів, при цьому блок автоматичного керування жорстко за 95686 4 кріплений на трубі обертання і електрично з'єднаний з першим і другим передавальними механізмами, які розташовані в трубі обертання. Крім того, для вирішення поставленої задачі винаходу в запропонованій системі наведення на сонце сонячних перетворювачів в блок автоматичного керування включені датчики визначення азимуту сонця і кута підйому сонця над горизонтом, які видають сигнали, пропорційні інтенсивності випромінювання сонця при зміні сонячними перетворювачами положення по азимуту і куту підйому відносно горизонту, при цьому датчики містять ортогонально закріплені один відносно одного елементи, чутливі до сонячного випромінювання, а виходи сигналів датчиків, що відповідають відхиленню від перпендикулярного положення сонячних перетворювачів до сонячного випромінювання по куту підйому сонця над горизонтом і по азимуту сонця, приєднані відповідно до першого і другого передавальних механізмів. Також для вирішення поставленої задачі винаходу в запропонованій системі наведення на сонце сонячних перетворювачів відповідно до винаходу перший і другий передавальні механізми включають два окремі електродвигуни постійного струму. Завдяки тому, що в системі наведення на сонце сонячних перетворювачів додатково введені блок автоматичного керування і другий передавальний механізм для забезпечення обертального руху сонячних перетворювачів та завдяки наявності відповідних зв'язків між блоком автоматичного керування і першим та другим передавальним механізмом, які розташовані в трубі обертання, досягається підвищення ефективності отримання і перетворення сонячної енергії в сонячних перетворювачах, оскільки в такій системі завжди випромінювання сонця буде направлено перпендикулярно до чутливої поверхні сонячних перетворювачів. В запропонованій, згідно з винаходом, системі наведення на сонце сонячних перетворювачів досягнуто спрощення її конструкції завдяки використанню електромеханічних виконавчих механізмів, які надійно працюють у складних умовах експлуатації, наприклад при дуже низьких температурах. Також завдяки тому, що в системі наведення на сонце сонячних перетворювачів застосовано блок автоматичного керування, який включає ефективні датчики визначення азимуту сонця і кута підйому сонця над горизонтом, в якому ортогонально закріплені один відносно одного чутливі елементи до сонячного випромінювання, а виходи отриманих сигналів, що відповідають відхиленню від перпендикулярного положення сонячних перетворювачів до сонця по куту підйому сонця над горизонтом і азимуту сонця, приєднані відповідно до першого і другого передавального механізмів, досягається спрощення конструкції датчика і забезпечення при необхідності передавальних механізмів електричною енергією, яка утворюється датчиками, що використовують фотоелементи (сонячні елементи), в комбінації з акумуляторним живленням. При наявності вихідної енергії в датчиках достатньої величини також відпадає необ 5 хідність в підсилювачах сигналів для передавальних механізмів. Крім того, завдяки використанню в передавальних механізмах системи наведення на сонце сонячних перетворювачів електродвигунів постійного струму, досягається висока точність настроювання системи на максимальне сонячне випромінювання, спрощується керування сонячними перетворювачами і досягається морозостійкість системи. Суть винаходу пояснюється кресленнями (фіг.1-7), на яких зображена схематично система наведення на сонце сонячних перетворювачів та її складові частини. На фіг.1 відображено схематично азимутальне положення сонячних перетворювачів під час світлового дня в дванадцять годин, коли сонце направлено точно з Півдня на Північ. На фіг.2 схематично зображено азимутальне положення сонячних перетворювачів в другій половині дня (Сонце знаходиться на Заході). На фіг.3 схематично показано азимутальне положення сонячних перетворювачів в першій половині дня (Сонце знаходиться на Сході). На фіг.4 відображено схематично кут підйому сонячних перетворювачів в літній період року відносно горизонту. На фіг.5 показано схематично кут підйому сонячних перетворювачів в зимовий період року відносно горизонту. На фіг.6 схематично показано розріз труби обертання з передавальними механізмами. На фіг.7 схематично показано в цілому систему наведення на сонце сонячних перетворювачів. Запропонована, згідно з винаходом, система наведення на сонце сонячних перетворювачів складається з сонячних перетворювачів 1, труби 2 обертання з вбудованим в неї обладнанням, шарнірних з'єднань 3 і 4 труби обертання, електродвигунів 5 і 6 постійного струму, блока 7 автоматичного керування, який включає датчики 8, 9 визначення положення сонця по азимуту і куту підйому над горизонтом відповідно, штока 10 обертання сонячних перетворювачів, гвинтового вала 11 зі штоком 12 подовження обертальної труби для зміни кута нахилу сонячних перетворювачів до горизонту, опори 13 А-подібної форми, яка через шарнірні з'єднання 14 прикріплена до труби 2 обертання та місць установлення на об'єкті розташування системи. Сонячні перетворювачі 1 мають групу сонячних елементів 15 для забезпечення необхідної електричної напруги і енергії. Система наведення на сонце сонячних перетворювачів працює наступним чином. Для приведення в рух сонячних перетворювачів 1 і надання їм необхідного положення в просторі використовують два двигуни 5, 6 постійного струму. Їх запускають шляхом подавання напруги відповідної полярності від потужного диференціального підсилювача при виникненні розбіжності в положенні сонячних перетворювачів відносно положення одержання максимального випромінювання сонця. Для вимірювання розбіжності між положенням сонця і сонячними перетворювачами використовують датчики 8, 9 визначення положення сонця по азимуту і куту підйому над горизонтом відповідно. На фіг.1-3 відображено положення 95686 6 сонячних перетворювачів 1 при їх обертанні по азимуту протягом світлового дня. Зображення на фіг.1 відображає азимутальне положення сонячних перетворювачів 1 в дванадцять годин дня, коли сонце направлено точно з Півдня на Північ. На фіг.2 показано положення сонячних перетворювачів 1 в другій половині дня (Сонце знаходиться на Заході), а на фіг.3 відображено положення сонячних перетворювачів 1 в першій половині дня (Сонце знаходиться на Сході). Завдяки використанню електричного двигуна 6 і закріпленого на валу двигуна штока 10, який жорстко з'єднаний з сонячними перетворювачами 1 забезпечується слідкування за обертанням сонця по азимуту. При виникненні розбіжності положення сонця і сонячних перетворювачів 1 блок 7 автоматичного керування видає сигнал запускання електродвигуна 6, оскільки з датчика 8, який має з двостороннім покриттям світлочутливу панель, надходить відповідної полярності напруга на електродвигун 6. Полярність поданої напруги на електродвигун 6 визначатиме напрямок необхідного обертання вала електродвигуна на Захід або на Схід. Обертання від електродвигуна буде до того часу, поки датчик 8 не стане торцем в напрямку сонячного випромінювання. В цьому випадку вихідна напруга з датчика буде дорівнювати 0, оскільки світлочутливі покриття з одного і другого боку панелі датчика видадуть нульові або однакові напруги, але протилежної полярності. В інших же випадках, не оптимального установлення сонячних перетворювачів 1 на випромінювання сонця на електродвигун 6 буде подаватись позитивна або негативна напруга для відповідного повертання сонячних перетворювачів 1 зі Сходу на Захід і навпаки з Заходу на Схід. Оскільки в електродвигунах постійного струму швидкість обертання залежить від величини поданої напруги на електродвигун, то це дозволить досягти плавного настроювання системи по азимуту на максимальне сонячне випромінювання При виникненні розбіжності між випромінюванням сонця по куту підйому сонця над горизонтом і кутом сонячних перетворювачів відносно горизонту Землі виконується автоматичне настроювання системи для усунення виниклого розбіжності. На фіг.4-5 показано зміни положення сонячних перетворювачів 1 при відслідковуванні зміни кута підйому сонця над горизонтом протягом року. Завдяки зміні довжини труби 2 обертання збільшується кут підйому сонячних перетворювачів 1 до горизонту (А1В1 < А2В2; В1А1С < В2С2А2). Така ситуація виникає протягом року у зв'язку зі зміною тривалості дня і підйому сонця над горизонтом. Зображення на фіг.4 відповідає літньому періоду року, а зображення на фіг.5 відповідає зимовому періоду року. Датчик 9, який за побудовою аналогічний датчику 8, видає сигнал на електродвигун 5 при необхідності зміни кута підйому сонячних перетворювачів відносно горизонту, в залежності від полярності напруги з датчика 9 буде відбуватись збільшення або зменшення кута підйому, оскільки відбуватиметься втягування або виходження што 7 ка 12 із труби 2 обертання за рахунок обертання електродвигуном 5 гвинтового вала 11. Запропонована система дозволяє розмістити основне обладнання системи всередині труби 2 обертання (фіг.6), яка виконує функцію як несучої конструкції, так і захисту від дії навколишнього середовища. Перевага запропонованої, згідно з винаходом, системи (фіг.7) в порівнянні з відомими полягає в тому, що при її використанні буде відсутня потреба в значній зміні кута підйому сонячних перетворювачів 1 відносно горизонту протягом тривалого часу, наприклад, декількох днів і не буде взагалі необхідна зміна кута підйому сонячних перетворювачів 1 протягом світлового дня. 95686 8 Отже запропонована система наведення на сонце сонячних перетворювачів має просту конструкцію, забезпечує її надійну роботу в складних умовах експлуатації, а також дозволяє досягти ефективного перетворення сонячного випромінювання в електричну або теплову енергію. Таким чином, поставлена задача винаходу вирішується. Джерела інформації: 1. Пат. UA 5615, F24J2/24, 1994. 2. Пат. UA 26588, F24J2/38, F24J2/54; F16H33/02, 1999. 3. Пат. US 2009 032014, F24J2/52, F24J2/00, 2009. 9 Комп’ютерна верстка Л. Ціхановська 95686 Підписне 10 Тираж 23 прим. Державна служба інтелектуальної власності України, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601