Сферичний переносний сонячний електрогенератор

Реферат: Сферичний переносний сонячний електрогенератор являє собою надувну пневматичну прозору пластикову сферу, що має часовий механізм відслідковування напрямку руху Сонця. Половина внутрішньої поверхні сфери має металізоване дзеркальне світловідбивне покриття, а всередині сфери (у фокусі зібраних променів) встановлено керамічний диск з батареєю термопар, які електрично під'єднані до стабілізатора напруги і через провідники з'єднані з клемами акумулятора та вимикачем навантаження. UA 99418 U (12) UA 99418 U UA 99418 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 Корисна модель належить до геліотехніки, зокрема до сонячних енергетичних установок на основі термоелектричних батарей, що перетворюють сонячну енергію в електричну з метою створення автономних джерел електроенергії різного призначення. Відомі геліоустановки, що містять концентратори з криволінійними твірними, оптично сполученими з приймаючою поверхнею поглиначів сонячної енергії (наприклад, а.с. 1545040, Росія, МПК F24J2/12; пат. США 5.655.515 МПК F24J2/38; заявка 19546913, Німеччина, МПК F24J2/14, F24J2/12). Недоліком таких пристроїв є нерівномірний розподіл сконцентрованого сонячного випромінювання на приймаючій поверхні приймача, що є особливо важливо у геліоустановках. Відомий геліостат, що містить станину, виконану у вигляді азимутно-поворотної платформи зі встановленими на ній горизонтальними поворотними валами, і встановлені на ній рядами зенітально-поворотні плоскі фацети, що створюють кругле в плані дзеркало. При цьому фацети кожного ряду закріплені на відповідному валу з утворенням фокусуючої дзеркальної смуги, а смуги розміщені з утворенням дзеркала Френеля (Μ. Кл. F24J2/16, а. с. СРСР № 1603151, 1988). Недоліком відомого технічного рішення є те, що в ньому плоскі фацети виконують з пристроями регулювання положення їх відповідних віддзеркалювальних поверхонь для утворення криволінійної поверхні заданої форми, що забезпечує фокусування падаючого на віддзеркалювальну поверхню випромінювання в строго заданій ділянці простору, що значно здорожує і ускладнює конструкцію геліостата в цілому. Відомий аналог - геліоконцентратор О.С. Назарова (опис до авторського свідоцтва № 1812538 МПК F24J2/18, G02В5/13), що містить увігнуте дзеркало, виконане у вигляді надувного тіла з еластичної прозорої плівки і плівки з дзеркальним покриттям, де з боку прозорої плівки, по її краях розміщені елементи кріплення, виконані у вигляді жорсткого кільця, а отвір в увігнутому дзеркалі герметично закритий оправою з прозорим елементом, виконаним з високотемпературного матеріалу, що прикріплений до плівки з покриттям, що відображає світло. У фокусі розташоване розсіююче дзеркало і елементи кріплення. Недоліки даного аналога: повторне віддзеркалення сонячного світла, що ускладнює конструкцію і призводить до втрати енергії. Найбільш близьким технічним рішенням (прототипом) є надувний сонячний рефлектор (автор Бухман Т.Н. МПК F24J2/36, F24J2/08, RU 2244884 СІ, від 14.05.2003), виготовлений з двох шарів полімерної плівки, один з яких прозорий, а інший - металізований. Шари плівки герметично скріпляють (зварені) по двох колах, внутрішнє коло при її заповненні повітрям утворює форми лінзи, а металізована поверхня її служить увігнутим дзеркалом. При заповненні зовнішньої камери повітрям через окремий штуцер вона виконує роль надувного каркаса, тобто конструкція не містить жорстких деталей, вона згортається (накручується на циліндрову основу) для легкості зберігання і транспортування. Різний ступінь наповнення повітрям внутрішньої камери дозволяє змінювати фокусну відстань. Рефлектор містить два штуцери, що герметично закриваються. Недоліками даного прототипу є недостатня геометрична округлість надувної конструкції, що викликає формування нечіткої фокальної плями, та неповна концентрацію сонячного світла. Наявність зовнішнього шару прозорої полімерної плівки викликає повторне віддзеркалення сонячного світла, що призводить до втрати енергії. Відомі термоелектричні перетворювачі за способом виготовлення шляхом намотування термоелектродного провідника на каркас термобатареї, заздалегідь укладаючи на нього додатково ізольований дріт, а після цього здійснюється гальванічне нанесення другого термоелектрода в струмені електроліту, що дозволяє створити спай електродів на певній заданій ділянці (авторське свідоцтво СРСР № 545021, кл. Η01L35/34, 1975). Недоліком цього способу є складність виготовлення батареї термопар, що пов'язана з трудомісткістю операції по гальванічному нанесенню другого елемента. Відомі термоелектричні перетворювачі, наприклад термоелектричний модуль, виготовлений з металевих термоелектричних матеріалів різного хімічного складу. Окремі гілки термоелементів в ньому з'єднані точковим зварюванням заздалегідь намотаних термоелектричних провідників з подальшим розділенням за місцями зварювання (авторське свідоцтво СРСР № 44682, кл. Η01L35/34, 1934). Недоліком розглянутих пристроїв є складність конструкції. Найбільш близьким до пропонованого способу є спосіб виготовлення термобатареї (пат. 89511 UA, МПК F01N5/02, H01L35/32 "Термоелектричний генератор вихлопного колектора двигуна внутрішнього згорання"). 1 UA 99418 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 Термоелектричний генератор вихлопного колектора двигуна внутрішнього згорання виготовлений у вигляді керамічної труби вихлопного колектора. З зовнішньої поверхні встановлені термоелектродні дроти з поліморфних сплавів, у яких сформовані ділянки з різною кристалічною структурою, які з'єднані у термобатарею з гарячими і холодними ділянками. Між ними розміщений теплоізолятор, а до виводів термобатареї підключений трипозиційний тумблер, пусковий конденсатор, пусковий електродвигун. Недоліком способу є складність виготовлення батареї термопар безпосередньо у глушнику шуму двигуна внутрішнього згорання, невизначеність використання виробленої електроенергії. В основу корисної моделі поставлена задача усунення вказаних недоліків і досягнення нового технічного результату, зокрема підвищення геометричної точності поверхні (сферичності) рефлектора, якості і точності фокусування його віддзеркалювальної поверхні при підвищенні ефективності використання падаючого випромінювання, легкість конструкції, можливість згортання та транспортування, розширення можливостей видів перетворення приймачем сонячної енергоустановки з сильноконцентруюючою системою і зниження нагріву приймача. Поставлена задача вирішується таким чином: сферичний переносний сонячний електрогенератор (див. фіг. 1) являє собою надувну пневматичну прозору пластикову сферу 9, половина внутрішньої поверхні якої має металізоване дзеркальне світловідбивне покриття 10. Всередині сфери (у фокусі зібраних променів) встановлено керамічний диск з батареєю термопар 11 з термоелектродних дротів, які відіграють роль термоелементів з поліморфних сплавів на основі заліза, що піддавались фазовим перетворенням. Для формування ділянок, що чергуються, з різною кристалічною структурою, вони сполучені послідовно-паралельно в термобатарею з холодними - А і гарячими ділянками - Б (див. фіг. 2), які отримані при лазерному нагріванні до температури фазових перетворень. Як поліморфний сплав може бути використаний сплав на основі заліза, наприклад залізонікель з вмістом нікелю близько 30 %. Поліморфні сплави цього класу можуть мати низько- або високотемпературну кристалічну структуру в широкому температурному інтервалі (до 400 °C). Для цього термоелектродний дріт з поліморфного сплаву залізонікелю заздалегідь переводять в однофазний стан. Термообробку проводять до температури закінчення фазового переходу, формують ділянки, що чергуються, з різним фазовим складом (холодні і гарячі) шляхом термообробки лазерним променем. Проміжки між холодними і гарячими ділянками покривають термостійкою теплоізоляційною піною - В (див. фіг. 2) і встановлюють на керамічний диск. Секції дротів сполучають за допомогою лазерного зварювання послідовно-паралельно для отримання електричних параметрів - постійної напруги у 12 В та відповідної сили струму (див. фіг. 3). Сфера розміщується на фланці, в який врізаний балончик із стислим вуглекислим газом, а також стійка, на якій з одного кінця кріпиться керамічний диск з електропровідниками, а з іншого - часовий механізм з кріпленнями для акумулятора та опорними лапами. Сферичний переносний сонячний електрогенератор працює наступним чином: для розгортання переносного сонячного електрогенератора повертають і занурюють у ґрунт стрілчасті розкладні опорні лапи 1, на яких змонтовано часовий механізм 5 відслідковування руху Сонця та підставка для акумулятора 2. У часовий механізм відслідковування 5 руху Сонця вставляється стійка 15, на якій кріпиться фланець 12, до якого кріпиться балончик 7 із стисненим вуглекислим газом та пластикова куля 9. При повертанні воротка 8 балончика 7 із стисненим вуглекислим газом куля 9 починає наповнюватися газом та приймає сферичну форму. Всередині кулі (у фокусі зібраних променів) встановлено керамічний диск з батареєю термопар 11. Металізована половина 10 внутрішньої поверхні кулі віддзеркалює сонячні промені 13, які пройшли крізь прозору 9 половину кулі, фокусуються на керамічний диск з батареєю термопар 11. Сонячні промені 13 нагрівають керамічний диск з батареєю термопар 11 (близько 400 °C). Оскільки гарячі ділянки безпосередньо контактують з керамічним диском і покриті шаром термостійкої теплоізоляційної піни, а холодні ділянки на зворотній стороні керамічного диска відкриті і охолоджуються конвективним потоком вуглекислого газу, що йде від нагрітого керамічного диска, в термобатареї виробляється електричний струм. Електричний струм через провідники, що вмонтовані у фланець 12, надходить у стабілізатор напруги 14, а звідти через провідники 6 потрапляє на клеми акумулятора 3 і заряджає його. Для підключення навантаження існують клеми та вимикач 4. Часовий механізм 5 відслідковує і завжди повертає дзеркальну внутрішню поверхню кулі так, щоб забезпечувати максимальний світловий потік на керамічний диск з батареєю термопар 11. 2 UA 99418 U 5 10 15 Для демонтажу переносного сонячного електрогенератора стійка 15 складається за допомогою шарніра 17, а для транспортування існує ручка 18. Перед складанням і транспортуванням сферичного переносного сонячного електрогенератора необхідно стравити газ з кулі 9 за допомогою клапана 16, що вмонтований у фланець 12, і виконати демонтаж у зворотному порядку до монтажу. Сферичний переносний сонячний електрогенератор дозволить отримати безкоштовну електричну енергію, необхідну для живлення невеликих будинків та приладів, де потужність такого електрогенератора буде залежати від діаметра сфери, кількості термопар у батареї та ємності накопичувального акумулятора. Крім того, сферичний переносний сонячний електрогенератор може працювати і у хмарну погоду, збираючи у меншій мірі невидиме інфрачервоне випромінювання. Найбільш доцільно застосовувати переносний сонячний електрогенератор у місцевостях, віддалених від провідних джерел електроенергії з великою кількістю сонячних днів. Корисна модель буде корисною геологам, туристам, військовим, механізаторам на віддалених польових станах тощо. ФОРМУЛА КОРИСНОЇ МОДЕЛІ 20 Сферичний переносний сонячний електрогенератор, який являє собою надувну пневматичну прозору пластикову сферу, що має часовий механізм відслідковування напрямку руху Сонця, який відрізняється тим, що половина внутрішньої поверхні сфери має металізоване дзеркальне світловідбивне покриття, а всередині сфери (у фокусі зібраних променів) встановлено керамічний диск з батареєю термопар, які електрично під'єднані до стабілізатора напруги і через провідники з'єднані з клемами акумулятора та вимикачем навантаження. 3 UA 99418 U 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 4