ИЗОБРЕТЕНИЕ
Патент Российской Федерации RU2280296

МОДУЛЬ СОЛНЕЧНОЙ БАТАРЕИ

МОДУЛЬ СОЛНЕЧНОЙ БАТАРЕИ

Имя изобретателя: Васильев Александр Федорович (RU); Мымрин Владимир Николаевич (RU); Рыбаулин Василий Михайлович (RU); Смирнов Андрей Владимирович 
Имя патентообладателя: Васильев Александр Федорович (RU); Мымрин Владимир Николаевич (RU); Рыбаулин Василий Михайлович (RU); Смирнов Андрей Владимирович
Адрес для переписки: 119526, Москва, пр-кт Вернадского, 91, корп.1, кв.21, В.Н. Мымрину
Дата начала действия патента: 2004.12.28 

Изобретение относится к солнечным батареям, работающим на основе принципа прямого преобразования солнечной энергии в электрическую с помощью фотоэлектрических преобразователей (ФЭП), а именно к модулю, входящему в их состав. Сущность: модуль солнечной батареи содержит фотоэлектрические преобразователи, соединенные в панель на прозрачной подложке из неметаллического материала, и устройство для регулирования заряда аккумулятора. Панель закреплена на раме, по оси которой на одном конце установлена поворотная опора, а на другом неподвижно установлены поворотное устройство с двигателем и датчиком фиксации крайних положений, датчик прямого излучения Солнца, закрепленный на лицевой стороне панели, датчик рассеянного излучения Солнца, закрепленный на тыльной стороне панели, и аккумулятор. Оптические оси датчиков перпендикулярны соответствующим поверхностям панели, а устройство для регулирования заряда аккумулятора дополнительно содержит устройство компенсации пиковых нагрузок, подключенное параллельно аккумулятору и электрически соединенное с поворотным устройством. Технический результат изобретения: повышение выработки электроэнергии, снижение трудоемкости монтажа, повышение эксплуатационных свойств.

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Изобретение относится к солнечным батареям, работающим на основе принципа прямого преобразования солнечной энергии в электрическую с помощью фотоэлектрических преобразователей (ФЭП), а именно к модулю, входящему в состав солнечных батарей.

Известен модуль, содержащий концентратор излучения с вогнутой рабочей поверхностью, установленный в его фокусе приемник излучения на солнечных элементах с системой теплоотвода и устройство слежения за Солнцем, вогнутая поверхность концентратора снабжена солнечными элементами, а угол раскрытия концентратора не превышает 80° /Патент РФ №2028557, кл. 6 F 24 j 2/12, 2/14, Н 01 L 31/052/.

К недостаткам известного модуля относится то, что он требует точной ориентации на Солнце, вследствие чего существенно возрастают затраты электроэнергии на пуск и вращение двигателя системы ориентации, что снижает эффективность использования солнечной энергии.

Наиболее близким к предлагаемому изобретению является модуль солнечной батареи, содержащий прозрачную неметаллическую подложку, на которой закреплены ФЭПы. Подложка выполнена цельной в виде двух тонкостенных листов с продольными ребрами между ними, образующими каналы для протекания хладагента. Модуль снабжен по краям упрочняющими буртиками для крепления в коллекторах. На подложку со стороны падения солнечных лучей нанесен теплопроводящий клей-герметик, с помощью которого закреплены ФЭП. Подложка вместе с ФЭП покрыта жидким стеклом, отверждающимся при нормальной температуре и ультрафиолетовом облучении. Кроме того, он снабжен устройством регулирования заряда аккумулятора и подачи электропитания потребителю от модуля или от аккумулятора, закрепленным на подложке совместно с ФЭП /Патент РФ №2164721, 7 Н 01 L 31/048/.

Недостатком данной конструкции является недостаточно высокая выработка электроэнергии из-за отсутствия в устройстве системы ориентации на Солнце.

Задачей данного изобретения, является повышение выработки электроэнергии за счет более полного использования солнечной энергии путем обеспечения оптимальной ориентации на Солнце в течение дня, снижение затрат электроэнергии на поворот модуля, снижение трудоемкости при его монтаже, повышение его эксплуатационных свойств и надежности снабжения потребителя электроэнергией.

Решение задачи достигается тем, что модуль солнечной батареи содержит фотоэлектрические преобразователи, соединенные в панель на прозрачной подложке из неметаллического материала и устройство для регулирования заряда аккумулятора; панель закреплена на раме, по оси которой с одной стороны неподвижно установлена поворотная опора, а с другой стороны установлено поворотное устройство с двигателем и датчиком фиксации крайних положений, датчик прямого излучения Солнца, закрепленный на лицевой стороне панели, датчик рассеянного излучения Солнца, закрепленный на тыльной стороне панели и аккумулятор, при этом оптические оси датчиков перпендикулярны соответствующим поверхностям панели, а устройство для регулирования заряда аккумулятора дополнительно содержит устройство компенсации пиковых нагрузок, подключенное параллельно аккумулятору и электрически соединенное с двигателем поворотного устройства.

На чертеже изображен модуль солнечной батареи.

МОДУЛЬ СОЛНЕЧНОЙ БАТАРЕИ

Модуль солнечной батареи содержит фотоэлектрические преобразователи 1, соединенные на прозрачной неметаллической подложке в панель 2, установленную на раме 3, по оси которой закреплены поворотная опора 4 и поворотное устройство 5 с двигателем 6. На лицевой стороне панели 2 закреплен датчик прямого излучения Солнца 7, а на тыльной стороне панели 2 закреплены датчик рассеянного излучения Солнца 8, аккумулятор 9, устройство компенсации пиковых нагрузок 10, блок обработки сигналов 11 и датчик фиксации крайних положений поворотного устройства 12, причем двигатель 6 поворотного устройства 5 электрически связан с блоком обработки сигналов 11 и датчиком фиксации крайних положений поворотного устройства 12.

МОДУЛЬ СОЛНЕЧНОЙ БАТАРЕИ РАБОТАЕТ СЛЕДУЮЩИМ ОБРАЗОМ

После включения установки энергия, запасенная в устройстве компенсации пиковых нагрузок 10, поступает на двигатель 6 поворотного устройства 5, которое при отсутствии тока датчика рассеянного излучения 8 переводит панель 2 в крайнее положение, в сторону восхода Солнца. При достижении панелью 2 крайнего положения срабатывает датчик 12, который отключает двигатель 6.

При восходе Солнца ток, вырабатываемый панелью 2, мал, и аккумулятор 9 не может заряжаться, заряжается устройство компенсации пиковых нагрузок 10. В это время, пока прямые лучи Солнца не попадают на датчик 7, величина тока на датчиках 7 и 8 одинаковая. При движении Солнца к зениту ток на панели 2 увеличивается и начинается зарядка аккумулятора 9, при этом на датчике 7 ток также увеличивается, а на датчике 8 остается постоянным. Значения токов датчиков 7 и 8 постоянно сравнивают в блоке обработки сигналов датчика 11. Начинается рост разницы величин тока датчиков 7 и 8, который продолжается до того момента, пока лучи Солнца не станут перпендикулярно поверхности панели и полностью осветят датчик 7. При дальнейшем движении Солнца уменьшается ток датчика 7, соответственно происходит уменьшение разницы величин тока и при достижении ею нулевого значения блок обработки сигналов 11 подает напряжение от устройства компенсации пиковых нагрузок 10 на двигатель 6 поворотного устройства 5 и рама 3 с панелью 2 поворачивается за Солнцем. Продолжается зарядка аккумулятора 9. По мере поворота панели 2 увеличивается разница показателей тока на датчиках 7 и 8, которая достигнет максимума, когда лучи Солнца, станут перпендикулярно поверхности панели 2. При дальнейшем движении панели 2 разница этих показателей уменьшается и при их выравнивании двигатель 6 выключается. При превышении током зарядки величины, максимально допустимой для зарядки аккумулятора 9, заряжается устройство компенсации пиковых нагрузок 10.

При дальнейшем движении Солнца описанный выше цикл повторяется.

Датчик прямого излучения Солнца 7 изготовлен так, чтобы угловое расстояние, которое проходит Солнце между двумя минимумами тока, не превышало 10 градусов. Датчик рассеянного излучения Солнца 8 установлен так, чтобы прямое излучение Солнца на него не попадало. Колебания токов датчиков прямого и рассеянного излучения 7 и 8 за счет изменения облачности компенсируются, поскольку они находятся на одной и той же панели, но направлены в противоположные стороны, за счет чего ток в датчиках изменяется синхронно.

При пропадании тока в датчике рассеянного излучения Солнца 8 поворотное устройство 5 поворачивает панель 2 (до срабатывания датчика фиксации крайних положений 12) в крайнее положение по направлению к восходу Солнца. По мере уменьшения высоты Солнца над горизонтом увеличивается толщина атмосферы, через которую проходит солнечное излучение и соответственно падает его интенсивность и падает ток, вырабатываемый панелью 2. При падении тока панели меньше необходимого для зарядки аккумулятора 9 происходит зарядка устройства компенсации пиковых нагрузок 10, энергия которого будет использована для поворота панели 2 в крайнее положение к восходу Солнца.

При изготовлении фотоэлектрического модуля производится юстировка положения датчиков с целью получения максимальной выработки электроэнергии.

Подзарядка устройства для компенсации пиковых нагрузок 10 происходит также при превышении тока, потребляемого от панели, сверх допустимого для зарядки аккумулятора.

Таким образом, достигается поставленная задача повышения эффективности выработки электроэнергии ФЭП за счет более полного использования солнечной энергии благодаря ориентации каждого модуля солнечной батареи в отдельности путем обеспечения постоянной ориентации относительно солнечного излучения в течение дня, снижение массы модуля и повышение его эксплуатационных свойств, удобства монтажа. Кроме того, при совместной работе в составе батареи выход из строя одного модуля не влияет на работу остальных модулей.

По полученным экспериментальным данным предложенная конструкция по сравнению с неориентируемыми модулями позволяет получать дополнительно до 40% электроэнергии.

ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ

Модуль солнечной батареи, содержащий фотоэлектрические преобразователи (ФЭП), соединенные в панель на прозрачной подложке из неметаллического материала, и устройство для регулирования заряда аккумулятора, отличающийся тем, что панель закреплена на раме, по оси которой на одном конце установлена поворотная опора, на другом неподвижно установлены поворотное устройство с двигателем и датчиком фиксации крайних положений, на лицевой стороне панели закреплен датчик прямого излучения Солнца, а на тыльной стороне панели закреплены датчик рассеянного излучения Солнца, аккумулятор, блок обработки и сравнения сигналов датчика прямого излучения Солнца и датчика рассеянного излучения Солнца, оптические оси датчиков перпендикулярны соответствующим поверхностям панели, устройство для регулирования заряда аккумулятора дополнительно содержит устройство компенсации пиковых нагрузок, расположенное на тыльной стороне панели, подключенное параллельно аккумулятору и электрически соединенное с поворотным устройством, двигатель поворотного устройства электрически связан с блоком обработки и сравнения сигналов и датчиком фиксации крайних положений поворотного устройства.

Версия для печати
Дата публикации 03.02.2007гг


вверх