Спосіб автоматизованого відстеження положення колектора сонячної енергії

Завантажити PDF файл.

Формула / Реферат

1. Спосіб автоматизованого відстеження положення колектора сонячної енергії, який включає накопичення енергії від сонячного колектора, забезпечення енергією приводу для руху колектора сонячної енергії та проведення крок за кроком орієнтування колектора сонячної енергії, який відрізняється тим, що проводять установлення колектора сонячної енергії в полудень таким чином, щоб вісь обертання колектора сонячної енергії була точно направлена вздовж осі "Південь-Північ", а площина колектора сонячної енергії була перпендикулярна до сонячного випромінювання, виконують формування і занесення в пам'ять даних про час сходу і заходу сонця кожного дня року, проводять дискретне переміщення колектора сонячної енергії як по азимуту, так і по куту підйому відносно горизонту в задані часові моменти, а також виконують повернення колектора сонячної енергії в початкове стартове положення по азимуту кожної доби.

2. Спосіб за п. 1, який відрізняється тим, що задають для дискретного переміщення колектора сонячної енергії по азимуту часові моменти з дискретністю від 1 хвилини і більше, а часові моменти для дискретного переміщення колектора сонячної енергії по куту підйому відносно горизонту з дискретністю від 1 години і більше.

3. Спосіб за пп. 1, 2, який відрізняється тим, що повернення колектора сонячної енергії в початкове стартове положення виконують шляхом продовження обертального руху відповідно руху сонця після його заходу до моменту повернення в початкове стартове положення для наступної доби.

4. Спосіб за пп. 1, 2, який відрізняється тим, що повернення колектора сонячної енергії в початкове стартове положення виконують шляхом зміни напрямку обертання колектора сонячної енергії після заходу сонця на протилежний напрямок і руху його до досягнення початкового стартового положення для наступної доби.

5. Спосіб за пп. 1, 2, який відрізняється тим, що напрямок дискретного переміщення колектора сонячної енергії при відстеженні кута його підйому відносно горизонту змінюють в залежності від періоду збільшення або зменшення тривалості дня протягом року.

Текст

1. Спосіб автоматизованого відстеження положення колектора сонячної енергії, який включає накопичення енергії від сонячного колектора, забезпечення енергією приводу для руху колектора сонячної енергії та проведення крок за кроком орієнтування колектора сонячної енергії, який відрізняється тим, що проводять установлення колектора сонячної енергії в полудень таким чином, щоб вісь обертання колектора сонячної енергії була точно направлена вздовж осі "ПівденьПівніч", а площина колектора сонячної енергії була перпендикулярна до сонячного випромінювання, виконують формування і занесення в пам'ять даних про час сходу і заходу сонця кожного дня року, проводять дискретне переміщення колектора сонячної енергії як по азимуту, так і по куту підйому U 2 (19) 1 3 обмежену площу. Також неперервне відстеження траси сонця по азимуту і куту підйому в даному способі керування геліостатом ускладнює його технічну реалізацію, оскільки потребує значних обсягів пам'яті і високоточної системи стеження за положенням сонця, але не для кожного типу сонячних перетворювачів необхідна така висока точність відстеження положення сонця. Також відомий спосіб концентрації нагрівного ефекту променями, які випущені від джерела енергії, що рухається по траєкторії [2] і включає етапи забезпечення множини первинних відбиваючих поверхонь, які відбивають промені, сходження відбитих променів на лінійному центрі, який рухомий в наперед визначеній траєкторії для відгуку від рухомого джерела енергії, забезпечення лінійної цілі для приймання променів, які сходяться, при цьому перемішувана ціль збігається з указаним центром, оскільки він рухається згідно його наперед визначеній траєкторії. Недоліками способу концентрації нагрівного ефекту променями [2] є складність і висока парусність концентрації системи для технічної реалізації способу. Найближчим аналогом є спосіб для автоматизованого відстеження положення колектора сонячної енергії [3], який включає накопичення енергії від сонячного колектора, визначення коли накопичення енергії перевищить наперед заданий рівень і забезпечення енергією приводу, щоб крок за кроком (поетапно) орієнтувати сонячний колектор після визначення накопичення енергії вище наперед заданого рівня. В цьому способі виконують накопичення енергії від сонячного колектора в пристрої накопичення, визначають можливість наведення колектора сонячної енергії на сонце за умови перевищення наперед заданого рівня накопиченої енергії і коли вона є достатньою для роботи привода. В подальшому в способі [3] визначають достатність орієнтування сонячного колектора на сонце. Недоліками відомого способу автоматизованого відстеження положення колектора сонячної енергії [3] є необхідність високого рівня випромінювання сонця для відстеження його положення, а також забезпечення необхідної енергії в накопичувачі для роботи привода сонячного колектора, що призводить до того, що ефективність роботи сонячного колектора буде знижуватися в похмурі і туманні періоди дня , а також при недостатній одержаній енергії в накопичувачі від сонячного колектора. В основу корисної моделі поставлено задачу підвищення ефективності одержання сонячної енергії за допомогою сонячних колекторів і спрощення технічної реалізації способу автоматизованого відстеження положення колектора сонячної енергії. Поставлена задача досягається тим, що в способі автоматизованого відстеження положення колектора сонячної енергії, який включає накопичення енергії від сонячного колектора, забезпечення енергією приводу для руху колектора сонячної енергії та проведення крок за кроком орієнтування колектора сонячної енергії, відповід 62857 4 но до винаходу, додатково проводять установлення колектора сонячної енергії в полудень таким чином, щоб вісь обертання колектора сонячної енергії була точно направлена вздовж осі «Південь-Північ», а площина колектора сонячної енергії була перпендикулярна до сонячного випромінювання, виконують формування і занесення в пам'ять даних про час сходження і заходження сонця кожного дня року, проводять дискретне переміщення колектора сонячної енергії як по азимуту, так і по куту підйому відносно горизонту в задні часові моменти, а також виконують повернення колектора сонячної енергії в початкове стартове положення по азимуту кожної доби. Крім того, для досягнення поставленої задачі корисної моделі в запропонованому способі автоматизованого відстеження положення колектора сонячної енергії відповідно до винаходу задають для дискретного переміщення колектора сонячної енергії по азимуту часові моменти з дискретністю від 1 хвилини і більше, а часові моменти для дискретного переміщення колектора сонячної енергії по куту підйому відносно горизонту з дискретністю від 1 години і більше. Також для досягнення поставленої задачі корисної моделі в запропонованому способі автоматизованого відстеження положення колектора сонячної енергії відповідно до корисної моделі повернення колектора сонячної енергії в початкове стартове положення виконують шляхом продовження обертального руху колектора сонячної енергії відповідно руху сонця після його заходження до моменту повернення в початкове стартове положення для наступної доби. Крім того, для досягнення поставленої задачі корисної моделі в запропонованому способі автоматизованого відстеження положення колектора сонячної енергії відповідно до корисної моделі повернення колектора сонячної енергії в початкове стартове положення виконують шляхом зміни напряму обертання колектора сонячної енергії після заходу сонця на протилежний напрямок і руху його до досягнення початкового стартового положення для наступної доби. Також для досягнення поставленої задачі корисної моделі в запропонованому способі автоматизованого відстеження положення колектора сонячної енергії відповідно до корисної моделі напрямок дискретного переміщення колектора сонячної енергії при відстеженні кута його підйому відносно горизонту змінюють в залежності від періоду збільшення або зменшення тривалості дня на протязі року. Причинно-наслідковий зв'язок між запропонованими ознаками і технічним результатом корисної моделі заключається в наступному: - в способі проводять установлення колектора сонячної енергії в полудень таким чином, щоб вісь обертання колектора сонячної енергії була точно направлена вздовж осі «Південь-Північ», а площина колектора сонячної енергії була перпендикулярна до сонячного випромінювання. Таке установлення колектора сонячної дозволяє отримувати максимальну сонячну енергію на протязі всього світлового дня, оскільки при любому азимуталь 5 ному положенні колектора сонячної енергії його площина буде перпендикулярна до сонячного випромінювання; - в способі завдяки виконанню формування і занесення в пам'ять даних про час сходження і заходження сонця кожного дня року можливо раціонально виконати переміщення колектора сонячної енергії на інтервалі одержання сонячної енергії та інтервалі повертання колектора сонячної енергії в початкове стартове положення по азимуту кожної доби, тобто завдяки цьому випромінювана сонячна енергія буде накопичуватись сонячним колектором на протязі всього світлового дня; - в способі завдяки проведенню дискретного переміщення колектора сонячної енергії як по азимуту так і куту підйому відносно горизонту в задані часові моменти досягається спрощення його технічної реалізації, а також досягається раціональне положення колектора сонячної енергії не залежно в яких умовах одержується сонячне випромінювання чи в сонячний період дня, чи в похмурий або туманний період дня. Вибір часових моментів для дискретного переміщення колектора сонячної енергії згідно запропонованому способу дозволяє забезпечити зменшення споживання електричної енергії приводними механізмами та іншим обладнанням технічних засобів, що використовуються для його реалізації. Також завдяки дискретному переміщенню колектора сонячної енергії збільшується термін служби системи, що реалізує цей спосіб. Суть корисної моделі пояснюється кресленнями (фіг. 1-4), на яких (фіг. 1) схематично відображена установка для реалізації способу; на фіг. 2 приведено схематичне відображення кутів підйому сонця та колектора сонячної енергії; на фіг. 3 і 4 схематично відображена проекція траєкторії руху колектора сонячної енергії відповідно в найбільший і найменший світловий день року. На фіг 1 відображено: 1 - колектор сонячної енергії; 2 - труба обертання колектора сонячної енергії; 3 і 4 - шарнірні з'єднання труби обертання; 5 - блок датчиків сонячного випромінювання, який включає відповідно датчики 6,7 визначення положення сонця по азимуту і куту підйому; 8-А - подібної форми опора колектора сонячної енергії з шарнірними з'єднаннями 9 з місцями установлення на об'єкті розташування сонячної системи; 10 сонячний елемент колектора сонячної енергії. На фіг. 2 показано: 1 - колектор сонячної енергії; 10 - сонце; 11 - падаючий промінь сонця; 12 кут підйому сонця; 13 - кут підйому колектора сонячної енергії; 14 - кут, який дорівнює куту підйому колектора сонячної енергії; 15 - умовна горизонталь. На фіг. 3 і 4 показано: 16 - проекція траєкторії руху колектора сонячної енергії в день; 17 - проекція траєкторії руху колектора сонячної енергії вночі; 18 - часові моменти для дискретного переміщення колектора сонячної енергії по азимуту; 19 проекція сектору сонячного затемнення вночі; 20 проекція сектору сонячного освітлення, що відповідає дню; 21 - проекція центра осі обертання колектора сонячної енергії; 22 - стрілка напряму руху за сонцем колектора сонячної енергії; 23 - стрілка 62857 6 напряму руху в початкове стартове положення по азимуту кожної доби колектора сонячної енергії; 24 - проекція осі «Південь-Північ»; 25 - проекція азимутального переміщення колектора сонячної енергії в день або вночі; 26 - початкове стартове положення. Запропонований спосіб здійснюється таким чином. Проводять установлення колектора сонячної енергії в полудень таким чином, щоб вісь обертання колектора сонячної енергії була точно направлена вздовж осі «Південь-Північ», а площина колектора сонячної енергії була перпендикулярна до сонячного випромінювання (фіг. 1,2). Для проведення руху колектора сонячної енергії виконують формування і занесення в пам'ять даних про час сходження і заходження сонця кожного дня року. Під час накопичення енергії від колектора сонячної енергії проводять крок за кроком його орієнтування шляхом дискретного переміщення колектора сонячної енергії як по азимуту, так і по куту підйому відносно горизонту в задані часові моменти. В способі задають для дискретного переміщення колектора сонячної енергії по азимуту часові моменти з дискретністю від 1 хвилини і більше, а часові моменти для дискретного переміщення колектора сонячної енергії по куту підйому відносно горизонту з дискретністю від 1 години і більше. Приводи, що використовують в способі, а також технічне обладнання сонячної установки живлять або від колектора сонячної енергії або акумулятора. Після заходу сонця виконують повернення колектора сонячної енергії в початкове стартове положення по азимуту кожної доби. Повернення колектора сонячної енергії в початкове стартове положення здійснюють шляхом продовження обертального руху відповідно руху сонця після його заходження до моменту повернення в початкове стартове положення для наступної доби, у випадку короткої за тривалістю ночі (фіг. 3). В той же час при короткій тривалості дня повернення колектора сонячної енергії в початкове стартове положення виконують шляхом зміни напряму обертання колектора сонячної енергії після заходу сонця на протилежний напрямок і руху його до досягнення початкового стартового положення для наступної доби (фіг.4). В способі напрямок дискретного переміщення колектора сонячної енергії при відстеженні кута його підйому відносно горизонту змінюють в залежності від періоду збільшення або зменшення тривалості дня на протязі року. При збільшенні тривалості дня кут підйому колектора сонячної енергії відносно горизонту змінюють в бік зменшення і навпаки, при зменшенні тривалості дня кут підйому колектора сонячної енергії збільшують. Треба відмітити, що часова дискретність, з якою змінюють кут підйому відносно горизонту колектора сонячної енергії значно більша ніж часова дискретність зміни азимутального положення колектора сонячної енергії. В наслідок цього практично виникає необхідність в запропонованому способі виконувати зміну положення колектора сонячної енергії по куту підйому відносно горизонту один раз на 7 два тижні. Запропоноване дискретне регулювання положення колектора сонячної енергії значно простіше в технічній реалізації, чим неперервне регулювання положення колектора сонячної енергії, що дозволяє підвищити надійність і термін служби установки, яка реалізує запропонований спосіб. Запропонований спосіб дозволяє підвищити ефективність одержання енергії від сонячного колектора, оскільки на положення колектора сонячної енергії не впливає відсутність отримуваного сонячного випромінювання в похмурі і туманні періоди дня, завдяки тому, що він рухається по азимуту як часовий механізм. Таким чином, запропонований спосіб дозволяє вирішити поставлену технічну задачу, а саме підвищити ефективність одержання сонячної енергії за допомогою сонячного колектора і спростити технічну реалізацію способу. Приклад реалізації способу розглянемо з використанням ілюстрацій (фіг. 1-4), які наведені в описі корисної моделі. Так, для реалізації способу наведена сонячна установка на фіг. 1. В обертальній трубі 2 установки розміщені приводи для обертання колектора 1 сонячної енергії, а також для зміни довжини труби 2 обертання шляхом висування або втягування штока. Колектор 1 сонячної енергії складається з сонячних елементів 10, щоб забезпечити необхідну електричну напругу і потужність. Для правильного установлення сонячної установки використовують блок 5 датчиків, який складається з двостороннього сонячного елемента 6 в якості датчика азимуту, а також двостороннього сонячного елемента 7 в якості датчика кута підйому колектора 1 сонячної енергії. Проводять установлення колектора сонячної енергії в полудень таким чином, щоб вісь обертання колектора сонячної енергії була точно направлена вздовж осі «Південь-Північ», а площина колектора сонячної енергії була перпендикулярна до сонячного випромінювання (Фіг. 1,2), в цьому випадку датчики 6 і 7 блока 5 будуть видавати напруги рівні нулю або однакові за величиною, але протилежної направленості. Регулювання положення колектора сонячної енергії по куту підйому відносно горизонту відбувається завдяки шарнірам 3,4 і 9. Зміна кута підйому колектора 1 сонячної енергії проводиться шляхом зміни довжини труби 2 на шарнірних з'єднаннях 3 і 4. Перпендикулярність випромінювання 11 сонця 10 буде досягнута, коли кут 12 дорівнюватиме куту 13, а кут 14 відповідатиме різниці від 90° величини кута 12. Таким чином, знаючи кут підйому сонця 10 над горизонтом можна вирахувати кут 13 підйому колектора 1 сонячної енергії. Завдяки формуванню і занесенню в пам'ять даних про час сходження і заходження сонця можна визначити кількість дискретних команд, які необхідні на пересування колектора сонячної енергії на протязі дня, а також визначити кількість дискретних команд (часових моментів) на переміщення колектора 1 сонячної енергії в початкове стартове положення після заходження сонця на основі отримання з пам'яті значення тривалості дня (фіг.4) або ночі (фіг.3). Зображення фіг. З показує 62857 8 дискретні часові моменти 18 пересування колектора 1 сонячної енергії, коли він сприймає сонячну енергію. В той же час на дузі затемненого сектора 19 дискретні моменти 18 пересування колектора 1 сонячної енергії можливо виконувати як з більшою, так і такою ж швидкістю, що і використовується під час дня, оскільки колектор 1 сонячної енергії однаково прийде в початкову стартову точку 26 до появи сонця. Наведений на фіг.3 закон руху колектора 1 сонячної енергії доцільно застосовувати в літні періоди року, коли день має велику тривалість (наприклад, 22 червня він дорівнює 16 годин), а ніч навпаки має малу тривалість (всього 8 годин). В дискретні часові моменти 18 сонячний колектор пересувається на показаний дуговий інтервал 25 завдяки заданій амплітуді і тривалості імпульсу, який є достатнім по енергії, щоб перемістити колектор 1 сонячної енергії на дуговий інтервал 25. На фіг. З і 4 напрямки переміщення колектора сонячної енергії вдень показані дугами 22, а напрямки переміщення колектора 1 сонячної енергії вночі, коли колектор не виконує збирання сонячної енергії із-за її відсутності в нічний час, показані стрілками 23. Фіг. 4 відображає рух колектора 1 сонячної енергії в зимовий час, коли день має незначну тривалість (наприклад, 22 грудня тривалість дня складає 8 годин), а ніч має навпаки велику тривалість (16 годин). Тому, звичайно можливо рухати колектор 1 сонячної енергії як на фіг. З по колу, але витрати на рух колектора 1 сонячної енергії в цьому випадку вночі будуть великими, в двічі більшими, чим при застосуванні інверсного руху за стрілкою 23 (фіг.4) в початкове стартове положення 26. Звичайно, не всі конструкції колекторів сонячної енергії дозволяють повноколовий рух, а тому вибір закону руху колектора сонячної енергії визначається конструкцією колектора 1 сонячної енергії і видом отримуваної енергії, як правило, повноколовий рух колектора сонячної енергії найпростіше виконати з плоскими колекторами сонячної енергії, особливо якщо від них отримують електричну, а не теплову енергію. Розглянутий азимутальний рух колектора сонячної енергії звичайно вимагає високоточного електронного годинника, здатного мати незначну похибку на досить великих часових інтервалах, наприклад, коли відносна нестабільність опорного генератора годинника буде відповідати 10"8, що є цілком реально при застосуванні високостабільних кварцованих генераторів. В противному випадку виникає потреба підстроювання частоти опорного генератора годинника. Для визначення дискретних часових моментів пересування колектора сонячної енергії можливо використати вузол, який буде порівнювати поточний час годинника та записані і зчитані з неруйнівної пам'яті значення дискретних часових моментів виконання такої операції. При реалізації в способі напрямку дискретного переміщення колектора сонячної енергії при відстеженні кута його підйому відносно горизонту змінюють в залежності від періоду збільшення або зменшення тривалості дня на протязі року. Так, відомо, що день починає збільшуватись з 22 грудня, а зменшуватися з 22 червня, що дозволяє з допомогою годинника визначити відповідні інтер 9 вали збільшення і зменшення тривалості дня, на яких відповідно буде послідовне покрокове збільшення або зменшення кута підйому колектора сонячної енергії. Необхідно відмітити, що в способі зміна кута підйому відносно горизонту колектора сонячної енергії потрібна через значно більші часові інтервали ніж зміни положення колектора сонячної енергії. Наприклад, в способі доцільно виконувати підстроювання кута підйому колектора два рази на місяць. В способі передбачається контроль синхронності переміщення сонця і колектора сонячної енергії завдяки наявності в сонячній установці (фіг. 1) блока 5 датчиків, який має ортогональну хрестоподібну датчикову систему з датчиками 6 і 7. Датчики 6 і 7 мають двосторонні сонячні елементи, які будуть видавати нульові значення напруги при точному настроюванні в заданий час колектора 1 сонячної енергії по азимуту і куту підйому відносно 62857 10 горизонту. Найефективніше таку перевірку робити в 12 годин дня, коли розузгодження положення сонця і колектора сонячної енергії повинні бути мінімальні. Блок 5 датчиків потрібно також застосувати при перезапуеканні сонячної установки (фіг. 1) після не передбачуваних зупинок (поломка, пропадання живлення, складні погодні умови та інше). Спосіб автоматизованого відстеження положення колектора сонячної енергії дозволяє розв'язати поставлену задачу, а саме підвищення ефективності одержання сонячно енергії за допомогою сонячного колектора і спрощення реалізації способу автоматизованого відстеження положення колектора сонячної енергії. Джерела інформації 1. Пат. US 4 519 382, F24J3/02; GOlj 1/20,1985. 2. Пат. US 3 868 823, F03G7/00,1975. 3. Пат. US 20090114211, F24J2/38, 2009. 11 62857 12 13 Комп’ютерна верстка Д. Шеверун 62857 Підписне 14 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

Дивитися

Додаткова інформація

Назва патенту англійською

Method for automated tracking of position of a solar energy collector

Автори англійською

Hoshovskyi Serhii Volodymyrovych, Zurian Oleksii Volodymyrovych, Sirotenko Petro Timofiyovich

Назва патенту російською

Способ автоматизированного отслеживания положения коллектора солнечной энергии

Автори російською

Гошовский Сергей Владимирович, Зурьян Алексей Владимирович, Сиротенко Петр Тимофеевич

МПК / Мітки

МПК: F24J 2/40, F24J 2/52, F24J 2/38

Мітки: колектора, спосіб, автоматизованого, сонячної, енергії, положення, відстеження

Код посилання

<a href="https://ua.patents.su/7-62857-sposib-avtomatizovanogo-vidstezhennya-polozhennya-kolektora-sonyachno-energi.html" target="_blank" rel="follow" title="База патентів України">Спосіб автоматизованого відстеження положення колектора сонячної енергії</a>

Подібні патенти