RU2147358C1

RU2147358C1 - Автоматический приемник солнечной энергии

Info

Publication number: RU2147358C1
Application number: RU98118282A
Authority: RU
Inventors: К.Д. Колесников
Original assignee: Колесников Константин Дмитриевич
Priority date: 1998-10-06
Filing date: 1998-10-06
Publication date: 2000-04-10

Abstract

Автоматический приемник может найти широкое применение как автономный источник энергии в нижних широтах с большим количеством солнечных дней с интенсивностью солнечного потока в 1 кВт/м². Конструкция приемника, состоящая из системы двух соосных параболических зеркал, имеющих общий фокус, двух поворотных механизмов для горизонтального и вертикального поворота зеркал с электроприводами, гибкого световода, один конец которого свободно перемещается в стационарном световоде, отводящем световую энергию к потребителю, и системы управления, состоящей из двух последовательных следящих систем для вертикального и горизонтального поворотов системы зеркал во время слежения за перемещением солнца по небосводу в течение дня, датчика интенсивности светового потока, логического блока, состоящего из двух реле и выполняющего функции пуска, остановки, реверса и обновления памяти о длительности дня и максимального склонения солнца над горизонтом. Приемник полностью автоматический и не требует участия человека во время эксплуатации, кроме профилактики и устранения неисправностей. Механическая часть приемника позволяет, а система автоматического управления обеспечивает прием солнечной энергии в течение дня без непосредственного участия человека, и транспортировать ее к потребителю независимо от земной широты, на которой установлен приемник, и от времени года, что позволяет экономить электроэнергию. 7 з.п. ф-лы, 2 ил.

Description

Изобретение относится к солнечной энергетике и может быть использовано при конструировании и эксплуатации приемников солнечной энергии с транспортированием ее к потребителю без непосредственного участия человека.

Из уровня техники известен управляемый приемник солнечной энергии, содержащий два соосных параболических зеркала с совпадающими фокусами, два механизма ориентации оси зеркал на солнце и гибкий зеркальный световод.

Данное решение является наиболее близким к предложенному приемнику солнечной энергии.

Отсутствие автоматического управления приемом и способа транспортирования солнечной энергии к потребителю является тормозом для развития солнечной энергетики в целом.

Технической задачей изобретения является создание полностью автоматического приемника солнечной энергии усиленной плотности с возможностью транспортирования ее к потребителю на расстояние без непосредственного участия человека при небольшом коллективе обслуживающего персонала во время эксплуатации.

Наибольший эффект от внедрения предлагаемых приемников можно получить, если их монтировать в наиболее освещенных местах с наибольшей плотностью солнечного потока без затемнения рядом стоящих объектов (на крышах высотных зданий в городах, на горах, в открытой сельской местности, на кораблях и т. д.).

Самое экономичное использование солнечной энергии - освещение закрытых помещений в дневное время (метро, складах, овощехранищах, трюмах кораблей и т.д.), что приведет к уменьшению используемой для освещения электроэнергии в два раза за год.

Техническая задача решается также тем, что механическая часть приемника позволяет, а система автоматического управления обеспечивает непрерывный прием солнечной энергии в течение всего солнечного дня от восхода до заката в оптимальном режиме (ось зеркал совпадает с направлением на солнце во время перемещения его по небосводу) независимо от земной широты и времени года, а также транспортированием ее к потребителю.

Сущность изобретения заключается в том, что в автоматическом приемнике солнечной энергии, включающем в себя два соосных параболических зеркала с совпадающими фокусами, два механизма ориентации оси зеркал на солнце и гибкий зеркальный световод, согласно изобретению ориентацию оси зеркал производят в горизонтальном и вертикальном направлениях, а сам приемник дополнительно содержит стационарный зеркальный световод и систему автоматического управления механизмами ориентации, состоящую из датчика интенсивности солнечного потока, часового механизма с электрическим линейным угловым датчиком, двух последовательных следящих систем для наведения оси зеркал на солнце, логического блока, состоящего из двух реле для пуска во время восхода и остановки во время захода солнца, а также для обновления памяти о длительности солнечного дня и максимального угла склонения солнца над горизонтом, функциональных блоков для определения максимального угла склонения солнца над горизонтом для изменения масштаба времени и синусоидального входа в вертикальную следящую систему, обеспечивающую угол склонения солнца в вертикальном направлении, при этом гибкий световод имеет один конец, свободно перемещающийся в стационарном световоде, для ориентации оси зеркал на солнце используется принцип наведения ствола зенитного пулемета или зенитного орудия на цель с горизонтальным и вертикальным поворотом ствола, для горизонтальной следящей системы входной сигнал задается от часового механизма через линейный угловой датчик в пределах 0^o-360^o, для автоматического включения следящих систем при восходе солнца и отключения при заходе солнца используется сигнал от датчика интенсивности солнечного потока для срабатывания реле P₁, для вертикальной следящей системы входной сигнал формируется синусоидальным с измененным масштабом времени таким образом, чтобы в конце времени приема после захода солнца он обращался в нуль, а в середине дня был максимальным, для приведения системы управления в исходное состояние, когда ось зеркал направлена в точку горизонта восхода солнца, используется второе реле P₂, которое осуществляет быстрый реверс горизонтальной следящей системы, очищает память и заменяет новыми значениями времени длительности солнечного дня и максимального склонения солнца над горизонтом, а для формирования входного сигнала вертикальной следящей системы в системе управления имеется блок запоминания максимума угла склонения солнца над горизонтом с входом от датчика угла выходного вала редуктора привода вертикального поворота системы зеркал и выходом на множительное устройство.

Автоматический приемник солнечной энергии изображен графически, где на фиг. 1 представлен чертеж механической части, а на фиг. 2 представлена блок-схема системы автоматического управления пуском при восходе солнца, остановкой при заходе солнца, приведением в исходное состояние системы зеркал.

На фиг. 1 представлено:
1 - приемное зеркало,
2 - отражательное зеркало, усиливающее плотность солнечного потока,
f - общий фокус параболических зеркал 1 и 2,
3 - втулка жестко закреплена в отверстии зеркала 1 с внутренней зеркальной поверхностью,
4 - две соосные полуоси, жестко закрепленные на втулке 3,
5 - гибкий световод, состоящий из набора зеркальных конусов, закрепленных в гибкой гофрированной трубе,
6 - стационарный световод - труба с внутренней зеркальной поверхностью,
7 - стойка с подшипниками, в которых вращаются полуоси 4,
8 - электропривод, состоящий из двигателя и редуктора, для вертикального вращения системы зеркал 1 и 2 в пределах 0^o-90^o,
9 - коническая шестерня с центральным отверстием, на которой жестко крепятся стойки 7,
10 - втулка, которая жестко крепится в центральном отверстии шестерни 9 и на которую насажен подшипник,
11 - электропривод, состоящий из электродвигателя и редуктора, для горизонтального поворота системы зеркал 1 и 2 в пределах 0^o-360^oC,
12 - подшипник, наружное кольцо которого закреплено в неподвижной платформе 13,
13 - неподвижная платформа,
14 - стойки вышки, на которых крепится платформа 13.

На фиг. 2 - на блок-схеме обозначено:
Ф - солнечный поток, поступающий на зеркало 1,
15 - датчик интенсивности солнечного потока с выходным электрическим напряжением U_ф,
16 - обмотка электромагнитного реле P₁, которое срабатывает при восходе солнца и отпускает свой якорь во время захода, т.е. разрывает цепи питания двигателей приводов для вертикального и горизонтального поворотов системы зеркал,
И - измерительный прибор интенсивности светового потока,
17 - часовой механизм, отсчитывающий время t от начала восхода солнца,
18 - датчик времени, соединенный с часовым механизмом через зубчатую передачу между выходным валом часового механизма и валом датчика с передаточным отношением, равным 2, и выходным электрическим напряжением U_t,
19 - привод для горизонтального поворота системы зеркал в пределах 0^o-360^o,
20 - датчик угла поворота φ выходного вала редуктора привода 5 с выходным напряжением U_ф,
21 - звено отрицательной обратной связи для следящей системы горизонтального поворота с выходным напряжением U_oc1,
22 - блок стирания и запоминания нового сигнала U_тд, пропорционального времени солнечного дня T_д в конце приема,
23 - делительное устройство, необходимое для изменения масштаба времени путем деления U_ф на U_тд,
24 - обмотка реле P₂, с помощью которого горизонтальная следящая система возвращается в исходное состояние, подготавливая ее к работе следующего дня, и обеспечивает работу блоков 8 и 16,
25 - синусоидальное устройство, которое может быть выполнено по схеме калькулятора, где имеются тригонометрические функции,
26 - множительное звено с выходным напряжением U_вс1, пропорциональным углу склонения солнца над горизонтом β_c,
27 - привод для вертикального поворота системы зеркал на угол β_c,
28 - датчик угла поворота выходного вала редуктора привода 13 с выходным напряжением
29 - звено отрицательной обратной связи следящей системы вертикального поворота системы зеркал с выходным напряжением U_ос2,
30 - устройство запоминания максимума угла склонения солнца над горизонтом в середине дня β_ст, стирания старого значения и ввода нового в множительное звено 12 с помощью реле P₂,
K₁+, K₂+, K₁-, K₂- - кнопки для первоначального запуска системы управления в момент восхода солнца.

Таким образом, система автоматического управления приемника солнечной энергии состоит из двух последовательно соединенных следящих систем для горизонтального и вертикального поворотов системы приемных зеркал, датчика интенсивности солнечного потока, логического блока, состоящего из двух реле P₁ и P₂, обеспечивающих автоматический пуск, остановку, реверс горизонтальной следящей системы, приводя ее в исходное состояние, делительного и множительного устройства, звена запоминания экстремума, синусоидального блока и звена запоминания времени длительности солнечного дня и кнопок K₁+, K₂+, K₁-, K₂- для ручного управления на солнце при запуске системы по максимуму показаний измерительного прибора интенсивности солнечного потока И.

Работа автоматического приемника начинается с первоначального запуска. В этом случае с помощью кнопок K₁+, K₂+, K₁-, K₂- при восходе солнца устанавливается положение точки горизонта восхода солнца, совмещая ось зеркала на направление на солнце по максимуму интенсивности солнечного потока, который оценивается по измерителю И.

После этого система управления входит в автоматический режим самостоятельно в момент восхода солнца.

Поскольку ось зеркал направлена в точку горизонта, близкую к восходу солнца, то при появлении последнего сильно возрастает интенсивность солнечного потока и пусковое реле P₁ включает следящие системы для горизонтального и вертикального поворотов оси зеркал, обеспечивая ее за направлением движения солнца по небосводу в течение дня, до захода, обеспечивая максимум плотности солнечного потока, поступающего на приемное зеркало.

При заходе солнца за горизонт интенсивность солнечного потока падает до нуля и реле P₁ отключает обе следящие системы, а в это время на небольшой промежуток времени Δt реле P₂ включает систему реверса горизонтальной следящей системы, приводя ее в исходную точку горизонта, т.е. точку восхода солнца, очищает память длительности времени дня, вводя новое значение в память для делительного устройства, которое выполняет роль звена изменения масштаба времени, очищает память максимума угла склонения солнца над горизонтом β_ст и заменяет его новым значением. Обмотка реле P₂ включается на напряжение U_t, получаемое от датчика времени, стоящего на оси часового механизма в момент t= T_д, т.е. при отключении реле P₁ за счет разряда конденсатора, последовательного с обмоткой реле P₂ на время Δt. Это время зависит от параметров реле P₂, конденсатора и активного сопротивления, которые выбираются экспериментально либо рассчитываются.

Литература
SU 987161 A, 17.01.83, F 24 J 2/18.

Claims

1. Автоматический приемник солнечной энергии, включающий в себя два соосных параболических зеркала с совпадающими фокусами, два механизма ориентации оси зеркал на Солнце и гибкий зеркальный световод, отличающийся тем, что ориентацию оси зеркал производят в горизонтальном и вертикальном направлениях, а сам приемник дополнительно содержит стационарный зеркальный световод и систему автоматического управления механизмами ориентации, состоящую из датчика интенсивности солнечного потока, часового механизма с электрическим линейным угловым датчиком, двух последовательных следящих систем для наведения оси зеркал на солнце, логического блока, состоящего из двух реле для пуска во время восхода и остановки во время захода солнца, а также для обновления памяти о длительности солнечного дня и максимального склонения солнца над горизонтом, функциональных блоков для определения максимального угла склонения солнца над горизонтом для изменения масштаба времени и синусоидального входа в вертикальную следящую систему, обеспечивающую угол склонения солнца в вертикальном направлении.

2. Автоматический приемник по п.1, отличающийся тем, что гибкий световод имеет один конец, свободно перемещающийся в стационарном световоде.

3. Автоматический приемник по п.1, отличающийся тем, что для ориентации оси зеркал на солнце используется принцип наведения ствола зенитного пулемета или зенитного орудия на цель с горизонтальным и вертикальным поворотом ствола.

4. Автоматический приемник по п.1, отличающийся тем, что для горизонтальной следящей системы входной сигнал задается от часового механизма через линейный угловой датчик в пределах 0 - 360^o.

5. Автоматический приемник по п.1, отличающийся тем, что для автоматического включения следящих систем при восходе солнца и отключения при заходе солнца используется сигнал от датчика интенсивности солнечного потока для срабатывания реле P₁.

6. Автоматический приемник по п.1, отличающийся тем, что для вертикальной следящей системы входной сигнал формируется синусоидальным с измененным масштабом времени таким образом, чтобы в конце времени приема после захода солнца он обращался в нуль, а в середине дня был максимальным.

7. Автоматический приемник по п.1, отличающийся тем, что для приведения системы управления в исходное состояние, когда ось зеркал направлена в точку горизонта восхода солнца, используется второе реле P₂, которое осуществляет быстрый реверс горизонтальной следящей системы, очищает память и заменяет новыми значениями времени длительности солнечного дня и максимального склонения солнца над горизонтом.

8. Автоматический приемник по п.1, отличающийся тем, что для формирования входного сигнала вертикальной следящей системы в системе управления имеется блок запоминания максимума угла склонения солнца над горизонтом с входом от датчика угла выходного вала редуктора привода вертикального поворота системы зеркал и выходом на множительное устройство.