RU2179690C2

RU2179690C2 - Solar power plant

Info

Publication number: RU2179690C2
Application number: RU2000109491/06A
Authority: RU
Inventors: В.И. Лебедь
Original assignee: Лебедь Виктор Иванович
Priority date: 2000-04-19
Filing date: 2000-04-19
Publication date: 2002-02-20

Abstract

FIELD: solar power plants with solar radiation concentrators for parallel operation of heat sources; domestic and technological purposes. SUBSTANCE: solar power plant includes parabolic or facet concentrators 1, spherical boilers 4, supply pipes 6, drives for rotation of concentrators in horizontal and vertical planes, ropes 10 for transmission of motion and hot water or steam receiver; concentrators 1 are movably suspended from horizontal bent rods 2 pass through focus; they are secured to top of supports 12 for synchronous rotation around horizontal lines passing through focus. Boilers 4 are immovably mounted on support in bent of rod with focus in center of boiler; supply pipes 6 are heat-insulated and are connected together with boilers in series-and-parallel circuits; their inlet end 14 is connected to cold water pump 15 and their outlet end 15 is connected to hot water or steam receiver. Secured on each vertical revolving axle of concentrator is lever 9 which is connected with rope 8 rotating the concentrator in horizontal plane. Taps 11 secured to rope 8 rotating the concentrator in vertical plane are connected with edges of concentrator, thus ensuring synchronous rotation about horizontal axes. Ropes bought to hot water or steam room are connected with respective actuating motors of turn control unit. Supports 12 are mounted in several series-and-parallel rows reaching their centers in radii. EFFECT: possibility of rotation of concentrators around focus in two mutually perpendicular planes when spherical boiler is immovable in focus. 2 cl, 1 dwg

Description

Изобретение относится к области создания солнечных энергетических установок с концентраторами солнечного излучения и может быть использовано во всех отраслях, где требуется тепловая энергия. Установка может работать параллельно с источниками тепла для бытовых и технологических целей, обеспечивая уменьшение расходования энергоносителей. Такими источниками являются котельные, бойлерные, бани, прачечные, установки для опреснения воды, источники химических и консервных комбинатов, установки для подогрева воздуха, газа и т.д. Предлагаемая установка может производить также пар, поэтому может использоваться как резервный источник в электроэнергетике. Днем в теплое время года при солнечной погоде часть тепловой нагрузки или всю нагрузку берет на себя предлагаемая установка, в остальное время - основной производитель тепла. The invention relates to the field of creating solar power plants with solar radiation concentrators and can be used in all industries where thermal energy is required. The installation can work in parallel with heat sources for domestic and technological purposes, providing a reduction in energy consumption. Such sources are boiler houses, boiler rooms, baths, laundries, desalination plants, sources of chemical and canning plants, installations for heating air, gas, etc. The proposed installation can also produce steam, so it can be used as a backup source in the electric power industry. In the daytime during the warm season, in sunny weather, the proposed installation takes on part of the heat load or the entire load, the rest of the time the main heat producer.

Известна солнечная установка (RU 2044226 С1, 20.09.1995), содержащая ориентируемую на солнце концентрирующую солнечное излучение систему, имеющую первичные концентраторы, фокусирующие излучение в точечные фокусы, и вторичные отражатели, имеющие общие фокусы с первичными концентраторами, выполненными в виде тел вращения вокруг их осей симметрии и направляющие излучение на общий приемник. Первичные концентраторы выполнены с возможностью синхронного поворота вокруг своих фокусов, а вторичные отражатели установлены неподвижно, выполнены в виде параболоидов или гиперболоидов, оси симметрии которых направлены на приемник. Known solar installation (RU 2044226 C1, 09/20/1995), containing a sun-oriented concentrating solar radiation system having primary concentrators focusing the radiation in point foci, and secondary reflectors having common foci with primary concentrators made in the form of bodies of revolution around them axes of symmetry and directing radiation to a common receiver. Primary concentrators are capable of synchronous rotation around their foci, and secondary reflectors are fixed, made in the form of paraboloids or hyperboloids, the axis of symmetry of which are directed to the receiver.

Недостатком данной установки является то, что автор только обозначил фразой "первичные концентраторы выполнены с возможностью синхронного поворота вокруг своих фокусов" возможность такого поворота и никак не раскрыл сущность этого поворота. А такая возможность является главной конструктивной трудностью при создании солнечных установок, именно решение этой задачи определяет, главным образом, сложность и стоимость всей установки в целом. Из известных установок наиболее близкой по технической сущности является солнечная энергетическая установка, имеющая концентратор, содержащие котлы, приводы для вращения концентраторов в горизонтальной и вертикальной плоскости, тросы передачи вращения (RU 2075707 C1, 20.03.1997, F 26 B 2/42). The disadvantage of this setup is that the author only indicated with the phrase “primary concentrators capable of synchronously rotating around their foci” the possibility of such a rotation and did not reveal the essence of this rotation. And such an opportunity is the main constructive difficulty in creating solar installations, it is the solution to this problem that determines mainly the complexity and cost of the entire installation as a whole. Of the known installations, the closest in technical essence is a solar power installation having a concentrator containing boilers, drives for rotating the concentrators in the horizontal and vertical plane, rotation transmission cables (RU 2075707 C1, 03.20.1997, F 26 B 2/42).

Недостатком данной установки является необходимость перемещения приемника излучения. Если приемник электрический (солнечная батарея), тогда осуществима его связь с потребителем с помощью гибкого кабеля. Если же приемник тепловой (водяной котел), тогда передача потребителю горячей воды или пара, возможная с помощью гибкого шланга, существенно усложняет систему. Кроме того, каждая электростанция должна быть оснащена индивидуальным солнечным датчиком, что удорожает систему. The disadvantage of this setup is the need to move the radiation receiver. If the receiver is electric (solar battery), then it is possible to communicate with the consumer using a flexible cable. If the receiver is thermal (water boiler), then the transfer to the consumer of hot water or steam, possible using a flexible hose, significantly complicates the system. In addition, each power plant must be equipped with an individual solar sensor, which increases the cost of the system.

Солнечная энергетическая установка содержит вогнутый концентратор, сферические котлы, приводы для вращения концентраторов в горизонтальной и вертикальной плоскости, тросы передачи вращения, а также несколько параболических или фасетных концентраторов, подводящие трубы и приемник горячей воды и пара, причем концентраторы с помощью штанг подвижно подвешены на горизонтальных изогнутых стержнях, проходящих по линии подвески через фокус и закрепленных на вертикальных осях вращения на верху опор, котлы неподвижно установлены на опоре в изгибе стержня с фокусом в центре котла, подводящие трубы теплоизолированы, соединены вместе с котлами в последовательно-параллельные цепи и подключены входным концом к насосу холодной воды, а выходным - к приемнику горячей воды или пара, на каждой вертикальной оси вращения концентратора закреплен рычаг, который соединен с тросом вращения концентратора в горизонтальной плоскости, к тросу вращения концентратора в вертикальной плоскости прикреплены отводы, которые соединены с краями концентраторов, тросы заведены в помещение приемника горячей воды или пара и соединены с соответствующими исполнительными двигателями устройства управления поворотом. А опоры установлены в несколько последовательно-параллельных рядов на площади нагрева в вырезах концентраторов, доходящих по радиусам до их центров. The solar power plant contains a concave concentrator, spherical boilers, drives for rotating the concentrators in the horizontal and vertical plane, rotation transmission cables, as well as several parabolic or facet concentrators, supply pipes and a receiver of hot water and steam, with the concentrators using rods movably suspended on horizontal curved rods passing along the suspension line through the focus and fixed on the vertical axis of rotation at the top of the supports, the boilers are fixedly mounted on the support in and bending of the rod with the focus in the center of the boiler, the supply pipes are thermally insulated, connected together with the boilers in series-parallel circuits and connected by the inlet end to the cold water pump and the outlet end to the hot water or steam receiver, a lever is fixed on each vertical axis of rotation of the concentrator, which connected to the hub rotation cable in the horizontal plane, bends are attached to the hub rotation cable in the vertical plane, which are connected to the edges of the hubs, the cables are brought into the receiver room meshes water or steam and connected to corresponding actuating motor rotation control device. And the supports are installed in several series-parallel rows on the heating area in the cutouts of concentrators, reaching radii to their centers.

Предлагаемая установка позволяет ценой минимальных затрат осуществлять вращение концентратора вокруг фокуса в двух взаимно перпендикулярных плоскостях. При этом создается возможность неподвижного размещения в фокусе сферического котла и объединения с помощью труб всех котлов одной установки в последовательную цепь. Конструктивное решение позволяет также использовать тросы дублирования для синхронного поворота всех концентраторов цепи всего от двух устройств управления поворотами во взаимно перпендикулярных плоскостях. Наконец, в установке возможно применение более дешевого цифрового устройства управления вместо солнечных датчиков. The proposed installation allows for the minimum cost to rotate the concentrator around the focus in two mutually perpendicular planes. This creates the possibility of stationary placement in the focus of a spherical boiler and combining with the help of pipes of all boilers of one installation in a serial circuit. The design solution also allows the use of duplication cables for the simultaneous rotation of all concentrators in a chain from just two rotational control devices in mutually perpendicular planes. Finally, the installation may use a cheaper digital control device instead of solar sensors.

Для пояснения описываемой установки на чертеже представлены чертежи устройств и схема их соединения между собой и с приемником горячей воды или пара в последовательную цепь, которая и представляет из себя установку, обеспечивающую нагрев воды или производство пара. Несколько таких установок могут работать параллельно и увеличивать производство горячей воды или пара. To clarify the described installation, the drawing shows the drawings of the devices and the diagram of their connection between each other and with the receiver of hot water or steam in a series circuit, which is an installation that provides water heating or steam production. Several of these plants can operate in parallel and increase the production of hot water or steam.

Цифрами на чертеже обозначены:
1 - параболический или фасетный концентратор солнечной энергии;
2 - горизонтальный изогнутый стержень с центром, закрепленным на вертикальной оси вращения, и с краями, продолжения которых проходят через фокус;
3 - штанги крепления концентратора с возможностью его вращения в вертикальной плоскости;
4 - сферический котел;
5 - кронштейн крепления котла с совмещением в одной точке центра котла и фокуса концентратора;
6 - подводящая труба;
7 - гайки объединения устройств в последовательную цепь (установку);
8 - трос вращения концентратора в горизонтальной плоскости;
9 - рычаг вращения концентратора в горизонтальной плоскости;
10 - тросы вращения концентратора в вертикальной плоскости;
11 - отводы этих тросов;
12 - опора;
13 - помещение приемника горячей воды или пара;
14 - входной конец подводящей трубы;
15 - выходной конец подводящей трубы.The numbers in the drawing indicate:
1 - parabolic or facet concentrator of solar energy;
2 - a horizontal curved rod with a center fixed on a vertical axis of rotation, and with edges whose extensions extend through the focus;
3 - rod mounting hub with the possibility of rotation in a vertical plane;
4 - spherical boiler;
5 - bracket for fixing the boiler with combining at one point the center of the boiler and the focus of the concentrator;
6 - inlet pipe;
7 - nuts for combining devices into a serial circuit (installation);
8 - cable rotation hub in the horizontal plane;
9 - the rotation lever of the concentrator in the horizontal plane;
10 - cables of rotation of the hub in a vertical plane;
11 - bends of these cables;
12 - support;
13 - the premises of the receiver of hot water or steam;
14 - input end of the supply pipe;
15 - output end of the supply pipe.

Предложенная установка осуществляется следующим образом. The proposed installation is as follows.

Каждое устройство установки является следящим за перемещением солнца в вертикальной и горизонтальной плоскостях с соответственно поворачивающимся концентратором 1 примерно в течение 9 часов в сутки. За счет сферической формы котла 4, а также за счет того, что вращение концентратора происходит вокруг его центра, котел поворачивать нет необходимости. Для слежения используются исполнительные двигатели и два электронных устройства управления вращением двигателей во взаимно перпендикулярных плоскостях, положения выходных валов двигателей дублируются на всех концентраторах с помощью управляющих тросов 8 и 10. Each installation device is monitoring the movement of the sun in vertical and horizontal planes with a correspondingly rotating hub 1 for about 9 hours a day. Due to the spherical shape of the boiler 4, and also due to the fact that the hub rotates around its center, there is no need to turn the boiler. For tracking, executive motors and two electronic devices for controlling the rotation of engines in mutually perpendicular planes are used, the positions of the output shafts of the engines are duplicated on all hubs using control cables 8 and 10.

Два электронных устройства включают в свой состав два программатора на постоянных запоминающих устройствах (ПЗУ), заполняемых компьютером для данной географической широты. Современное состояние компьютерной техники позволяет создать программатор по размерам и стоимости плейера, доступного школьникам из малообеспеченных семей. Программатор управляет исполнительными двигателями, каждый из которых одновременно сматывает и наматывает тросы 3 или 10 чертежа. Two electronic devices include two programmers on read-only memory (ROM), filled with a computer for a given geographical latitude. The current state of computer technology allows you to create a programmer in size and cost of the player, accessible to students from low-income families. The programmer controls the executive motors, each of which simultaneously coils and winds cables 3 or 10 of the drawing.

Управление поворотом в горизонтальной плоскости является по существу двухтросовым, хотя трос к концентратору подведен один. Двигатель одновременно сматывает начало троса 8, и наматывает его конец в течение рабочего дня, и делает обратный ход перед началом работы. The control of rotation in the horizontal plane is essentially two-wire, although one cable is brought to the hub. The engine simultaneously winds the beginning of the cable 8, and winds its end during the working day, and makes a reverse stroke before starting work.

Следует обратить внимание, и это отражено на чертеже, что в верхнем ряду устройств рычаги 9 выведены "на нас", а в нижнем ряду - "от нас", их не видно за котлами 4. Это связано с тем, что движение троса 8 в соседних, нечетном и четном, рядах устройств осуществляется в противоположные стороны, а концентраторы должны поворачиваться в одну сторону. Нечетный и четный ряды объединены далеко справа от положения, показанного на чертеже, в последовательную цепь, трубы 6 и тросы 8 и 10 нижнего ряда являются продолжением труб и тросов верхнего ряда. Двухтросовое управление обеспечивает необходимую растяжку и не позволяет, например, сбивать управление ветром. It should be noted, and this is reflected in the drawing, that in the upper row of devices the levers 9 are turned “towards us”, and in the lower row - “from us”, they are not visible behind the boilers 4. This is due to the movement of the cable 8 in adjacent, odd and even, rows of devices are carried out in opposite directions, and the hubs must turn in one direction. The odd and even rows are combined far to the right of the position shown in the drawing into a serial circuit, pipes 6 and cables 8 and 10 of the lower row are a continuation of the pipes and cables of the upper row. Two-wire control provides the necessary stretching and does not allow, for example, to knock down wind control.

По-настоящему двухтросовым на чертеже является управление поворотом в вертикальной плоскости с помощью тросов 10. Но испытания практических конструкций установок могут дать возможность сэкономить один из двух тросов 10, т. е. сделать управление поворотом в этой плоскости однотросовым. Натяжение оставшегося троса может обеспечиваться в этом случае за счет веса концентраторов. На чертеже изображены два троса 10, т.е. изображено устройство "до рационализации". В вертикальной плоскости происходят поворот концентратора "сверху вниз" до полудня под действием веса концентратора или видимого отвода 11, и "снизу вверх" после полудня под действием отвода, расположенного на противоположной стороне опоры 12. A truly double-cable in the drawing is the control of rotation in the vertical plane with the help of ropes 10. But tests of the practical construction of the plants can make it possible to save one of the two ropes 10, that is, make the control of rotation in this plane a single-rope. The tension of the remaining cable can be ensured in this case due to the weight of the hubs. The drawing shows two cables 10, i.e. The device "before rationalization" is shown. In the vertical plane, the concentrator rotates “from top to bottom” until noon under the influence of the weight of the concentrator or the visible bend 11, and “from bottom to top” in the afternoon under the action of the bend located on the opposite side of the support 12.

Возможно управление исполнительными двигателями также с помощью солнечного датчика вместо программатора. Оно будет несколько дороже, выбор будет за потребителем. Исполнительные двигатели и тросы в этом случае остаются те же. It is also possible to control the executive motors using the solar sensor instead of the programmer. It will be somewhat more expensive, the choice will be for the consumer. Executive engines and cables in this case remain the same.

Задача оператора при запуске установки состоит в том, чтобы в помещении 13 подать воду в трубу 14 и, в случае использования программатора, в определенное время, например в 9^o ^o, нажать кнопку "Пуск", предварительно установив на программаторе это время, дату и месяц. Далее установка работает автоматически, постепенно увеличивая температуру воды в трубе 15 к полудню и снижая к вечеру (к сожалению, реагируя также на пасмурную и солнечную погоду). Но в любом случае при любом непостоянном нагреве установка обеспечивает экономию энергоносителя, работая параллельно с основным источником тепла.The task of the operator when starting the installation is to supply water to the pipe 14 in room 13 and, in case of using the programmer, at a certain time, for example, at 9 ^o ^o , press the "Start" button, having previously set this time, date and month. Further, the installation works automatically, gradually increasing the temperature of the water in the pipe 15 by noon and decreasing by the evening (unfortunately, also responding to cloudy and sunny weather). But in any case, with any intermittent heating, the installation saves energy, working in parallel with the main heat source.

После пуска программатора концентратор фокусирует солнечное пятно на сферическом котле 4, выкрашенном в черный цвет. Точность фокусировки достигается индивидуальной регулировкой каждого устройства. Для этого управляющие тросы 8 и отводы 11 тросов 10 крепятся к рычагам поворота 9 и краям концентратора через резьбовые регуляторы. Солнечное пятно на котле автоматически остается в течение 8-9 часов рабочего для, перемещаясь лишь по сфере котла. After starting the programmer, the concentrator focuses the sunspot on the spherical boiler 4, painted black. Focusing accuracy is achieved by individually adjusting each device. To do this, the control cables 8 and the bends 11 of the cables 10 are attached to the rotation levers 9 and the edges of the hub through threaded regulators. The sunspot on the boiler automatically remains for 8-9 hours working for, moving only around the sphere of the boiler.

Предлагаемая установка не требует высокой точности фокусировки солнечного пятна на котле, т.е. позволяет использовать дешевые механизмы двухстепенного поворота концентратора. Однако нагрев при этом может быть получен высоким и за короткое время, "в реальном масштабе времени", без ожидания, что дает возможность получить максимальное количество горячей вода или пара. The proposed installation does not require high precision focusing of the sunspot on the boiler, i.e. allows you to use cheap mechanisms for two-stage rotation of the hub. However, the heating can be obtained high and in a short time, "in real time", without waiting, which makes it possible to obtain the maximum amount of hot water or steam.

Коэффициент концентрации в каждом устройстве чертежа ожидается порядка 250. Он определяется соотношением площади концентратора (например, 10 м², диаметр концентратора 3,4 м) и площади солнечного пятна на котле, т.е. диаметром котла (например, 0,04 м², диаметр котла 24 см). Реально диаметр концентратора, определяемый парусностью и удобством монтажа и эксплуатации, будет 2,5-3,5 м, диаметр котла - 15-25 см.The concentration coefficient in each device of the drawing is expected to be about 250. It is determined by the ratio of the area of the concentrator (for example, 10 m ² , the diameter of the concentrator is 3.4 m) and the area of the sunspot on the boiler, i.e. the diameter of the boiler (for example, 0.04 m ² , the diameter of the boiler is 24 cm). In reality, the diameter of the concentrator, determined by windage and ease of installation and operation, will be 2.5-3.5 m, the diameter of the boiler is 15-25 cm.

Причинами неточности и, как следствие, снижения коэффициента концентрации являются вытягивание тросов и люфты поворотных устройств. Однако вытягивания тросов "выбираются" с помощью резьбовых регуляторов, а люфты можно уменьшить использованием соответствующих поворотных устройств. Поэтому 250 - это исходный коэффициент концентрации, можно спроектировать вариант устройств с коэффициентом концентрации 1000 и более, снижая, например, диаметр котлов и увеличивая количество устройств в последовательной цепи. В этом случае температура в конце последовательной цепи будет повышаться и установка начнет вырабатывать пар с техническими параметрами, пригодный для использования в энергетике. При этом устройства с точной фокусировкой должны устанавливаться лишь на последних этапах последовательной цепи, когда закончился предварительный нагрев. The causes of inaccuracy and, as a consequence, a decrease in the concentration coefficient are the pulling of cables and backlash of rotary devices. However, the cable pulls are “selected” using threaded adjusters, and the backlash can be reduced by using appropriate rotary devices. Therefore, 250 is the initial concentration coefficient; it is possible to design a variant of devices with a concentration coefficient of 1000 or more, reducing, for example, the diameter of boilers and increasing the number of devices in a serial circuit. In this case, the temperature at the end of the series circuit will increase and the installation will begin to produce steam with technical parameters suitable for use in the energy sector. In this case, devices with accurate focusing should be installed only at the last stages of the serial circuit, when the preheating is over.

Если требуется нагревание еще большего количества воды или пара, несколько последовательно работающих установок объединяются параллельно в помещении 13 (не показано). If it is required to heat even more water or steam, several series-running installations are combined in parallel in room 13 (not shown).

Изогнутый горизонтальный стержень 2 служит для подвижной подвески концентратора 1. Вес концентратора и скорость его вращения в вертикальной плоскости (доля оборота и обратно за 9 часов) позволяют использовать самое простое и дешевое устройство вращения подвески, без подшипников, без шестерен, использовать просто втулки с фторопластовыми вставками на концах стержня 2, к которым приварены штанги 3. Поворотные устройства сложной конструкции являются главным источником удорожания установки. The curved horizontal rod 2 is used for the movable suspension of the concentrator 1. The weight of the concentrator and the speed of its rotation in the vertical plane (the proportion of revolution and back in 9 hours) make it possible to use the simplest and cheapest suspension rotation device, without bearings, without gears, just use fluoroplastic bushings inserts at the ends of the rod 2, to which the rods are welded 3. Rotary devices of complex design are the main source of higher cost of the installation.

Стержень 2 изогнут таким образом, что его концы как бы являются продлением несуществующей средней части, прошедшей через фокус, т.е. вращение концентратора происходит вокруг оси, проходящей через фокус. Вместе с тем изгиб стержня 2 позволяет неподвижно установить в нем сферический котел 4, в котором фокус действительно и находится, располагаясь в центре сферы. Середина стержня 2 закреплена на вертикальной оси поворота, благодаря чему стержень 2 вместе с концентратором 1 может вращаться в горизонтальной плоскости. Вращение в этой плоскости производится примерно на 120-140^o в соответствии с ходом солнца в горизонтальной плоскости с 8-9 часов утра до 18-19 часов вечера. Весовая нагрузка и скорость здесь также небольшие, так что стержень 2 может быть прикреплен к верху опоры 12 с помощью, например, специально подобранной дверной петли. Устройство простое и массового выпуска, низкая цена обеспечена.Rod 2 is bent in such a way that its ends seem to be an extension of the nonexistent middle part that has passed through the focus, i.e. The hub rotates around an axis passing through the focus. At the same time, the bend of the rod 2 allows the spherical boiler 4 to be fixedly fixed in it, in which the focus is actually located in the center of the sphere. The middle of the rod 2 is fixed on the vertical axis of rotation, so that the rod 2 together with the hub 1 can rotate in a horizontal plane. The rotation in this plane is approximately 120-140 ^o in accordance with the course of the sun in the horizontal plane from 8-9 in the morning to 18-19 in the evening. The weight load and speed are also small here, so that the rod 2 can be attached to the top of the support 12 using, for example, a specially selected door hinge. The device is simple and mass production, low price is provided.

Для управления поворотом концентратора 1 в горизонтальной плоскости служат рычаги 9, которые прикреплены к вертикальной оси поворота и к которым через резьбовой регулятор прикреплены тросы 8. Рычаги 9 изогнуты из горизонтального положения в вертикальное. Это сделано для того, чтобы трос 8 не мешал вращению стержня 2. Трос 8, как сказано ранее, одновременно наматывается и сматывается управляющим устройством, регулируя угловое положение концентраторов и обеспечивая необходимую растяжку. To control the rotation of the concentrator 1 in the horizontal plane, levers 9 are used, which are attached to the vertical axis of rotation and to which cables are attached via the threaded adjuster 8. The levers 9 are bent from horizontal to vertical. This is done so that the cable 8 does not interfere with the rotation of the rod 2. The cable 8, as mentioned earlier, is simultaneously wound and reeled up by the control device, adjusting the angular position of the concentrators and providing the necessary stretching.

Для управления поворотом концентратора в вертикальной плоскости служат тросы 10 и отводы 11 (один отвод проходит по противоположной стороне опоры, и поэтому виден только его конец). Показано крепление отводов 11 к краям концентратора, при этом, возможно, видимый отвод и соответствующий трос удастся сэкономить. To control the rotation of the concentrator in the vertical plane, cables 10 and bends 11 are used (one tap extends along the opposite side of the support, and therefore only its end is visible). The fastening of the bends 11 to the edges of the hub is shown, while, possibly, the visible bend and the corresponding cable can be saved.

Поворот концентратора 1 в вертикальной плоскости должен происходить в соответствии с подъемом солнца над горизонтом, т.е. величина угла поворота будет меняться каждый день, так же как и величина угла поворота в горизонтальной плоскости. Это отражено в программаторе. Максимальное значение углов будет 21 июня. The rotation of the hub 1 in the vertical plane should occur in accordance with the rise of the sun above the horizon, i.e. the value of the rotation angle will change every day, as well as the value of the rotation angle in the horizontal plane. This is reflected in the programmer. The maximum angle will be June 21.

Направление оси концентратора на горизонт или в зенит требуется только при настройке или ремонте устройства, а также в ожидании бури и на ночь (в зенит). При этом желательно дополнительное крепление концентраторов. The direction of the hub axis to the horizon or to the zenith is required only when setting up or repairing the device, as well as in anticipation of the storm and at night (at the zenith). In this case, additional mounting of concentrators is desirable.

В концентраторе для поворота его в вертикальной плоскости сделан вырез шириной, несколько превышающей диаметр опоры, и доходящий по его радиусу до центра. Этот вырез отнимает примерно 1,5-2% от площади концентратора, т.е. существенного влияния на процесс концентрации энергии он не окажет. Такова плата за конструктивные удобства установки. In the concentrator, for turning it in the vertical plane, a cutout was made with a width slightly exceeding the diameter of the support, and reaching its center along its radius. This cutout takes about 1.5-2% of the concentrator area, i.e. it will not have a significant effect on the process of energy concentration. This is the payment for the design convenience of the installation.

Еще одно практическое требование к конструкции устройства -удобство монтажа и эксплуатации. Для этого желательно, чтобы котел был расположен на высоте примерно человеческого роста или немного выше. Именно в основном из этих соображений выбирается фокусное расстояние у параболоида или фасетного концентратора. Удовлетворить это условие несложно. Another practical requirement for the design of the device is the convenience of installation and operation. To do this, it is desirable that the boiler is located at a height of approximately human height or slightly higher. It is mainly from these considerations that the focal length of a paraboloid or facet concentrator is selected. Satisfying this condition is not difficult.

Главное требование к механизмам поворота - простота и дешевизна - может быть выполнено, если концентратор будет небольшого веса. Поэтому в качестве материалов при изготовлении концентраторов должны использоваться полиуретан, полиэтилен и другие пластмассы. Ожидаемый вес концентратора 30 кг. The main requirement for rotation mechanisms - simplicity and cheapness - can be met if the concentrator is light in weight. Therefore, polyurethane, polyethylene and other plastics should be used as materials in the manufacture of concentrators. The expected weight of the hub is 30 kg.

Неподвижное крепление котла 4 в изгибе стержня 2 осуществляется с помощью кронштейна 5, закрепленного на опоре. Необходимая жесткость крепления может быть обеспечена одновременным использованием нескольких кронштейнов для одного котла. The fixed mounting of the boiler 4 in the bend of the rod 2 is carried out using the bracket 5, mounted on a support. The necessary rigidity of the fastening can be ensured by the simultaneous use of several brackets for one boiler.

Подводящие трубы 6, 14, 15 и гайки 7 служат для объединения устройств в последовательную замкнутую цепь. В ней холодная вода подается в трубу 14, подогревается в котле первого устройства, через теплоизолированную трубу 6 поступает в последовательно включенный котел второго устройства, где температура ее становится еще выше и т.д. В зависимости от количества солнечного тепла в данный момент, количества подаваемой воды и теплопотерь в трубах и котлах, в каком-то котле вода начинает кипеть, и в следующих котлах происходит нагрев уже пара. Пар или горячая вода поступают через трубу 15 в приемник и затем к потребителю. Количество устройств в последовательной цепи может доходить до нескольких десятков или даже сотни. Если пар не требуется или нежелателен, увеличивается подача воды в трубу 14 и кипение прекращается. Если же, наоборот, требуется пар с максимальной температурой, обеспеченной повышенным коэффициентом концентрации, то увеличивается количество последовательно соединенных устройств. Именно данным обстоятельством обусловлено повышенное количество устройств в установке для электроэнергетики. Lead pipes 6, 14, 15 and nuts 7 are used to combine devices in a series closed circuit. In it, cold water is supplied to the pipe 14, heated in the boiler of the first device, through the heat-insulated pipe 6 enters the boiler of the second device in series, where its temperature becomes even higher, etc. Depending on the amount of solar heat at the moment, the amount of supplied water and heat loss in pipes and boilers, in some boiler the water begins to boil, and in the following boilers, steam is already heated. Steam or hot water enters through the pipe 15 to the receiver and then to the consumer. The number of devices in a serial circuit can reach several tens or even hundreds. If steam is not required or undesirable, the water supply to the pipe 14 increases and boiling stops. If, on the contrary, steam is required with a maximum temperature provided by an increased concentration coefficient, then the number of series-connected devices increases. It is this circumstance that determines the increased number of devices in the installation for the electric power industry.

Вопрос плотности размещения устройств на площади нагрева определяется их частичным затенением между собой. На частичное затенение, возможно, придется идти, размещение устройств без затенения приведет к нерациональному использованию площади нагрева. При ожидаемом диаметре одного концентратора от 2,5 до 3,5 м площади их будут от 5 до 10 м². Окончательно размер устройств и расстояния между ними будут выбраны после некоторого практического их испытания. Таким образом, на одном гектаре будет от 1000 до 2000 устройств, объединенных в 10-20 или больше установок.The issue of the density of devices on the heating area is determined by their partial shading among themselves. It may be necessary to go for partial shading; placing devices without shading will lead to irrational use of the heating area. With the expected diameter of one concentrator from 2.5 to 3.5 m, their area will be from 5 to 10 m ² . Finally, the size of the devices and the distances between them will be selected after some practical testing. Thus, on one hectare there will be from 1000 to 2000 devices combined in 10-20 or more installations.

Такое количество устройств настораживает, однако посмотрим, какой при этом получится экономический эффект. Such a number of devices is alarming, but let's see what the economic effect will be.

По данным из специальной литературы (Мак-Вейг. Применение солнечной энергии. М. : Энергоиздат, 1981; автор из Политехнического института, Брайтон, Англия), для центральной Англии (это примерно широта границы Тульской и Московской областей) за 9 дневных часов в среднем на землю поступает 110 Вт/м² тепловой мощности со статистическим учетом снижения мощности утром и вечером, в пасмурную погоду и холодные месяцы. Это все, что остается на данной широте от 1,4 кВт/м² солнечной постоянной. Если пользоваться для оценки круглыми цифрами с учетом КПД отражателя, 1 м² концентратора будет перекачивать в сферический котел 100 Вт тепловой мощности в течение 8-часового рабочего дня. Холодные месяцы для России надо отбросить, в декабре - феврале в котле будет замерзать вода даже в солнечный день, в ноябре и марте все может случиться. Но и для России остается по крайней мере 7 месяцев в году, в течение которых установка позволяет экономить энергоносители. Для Англии на той же широте таких месяцев больше. После арифметических расчетов мы получаем, что 1 гектар таких установок экономит примерно 1 т мазута в день. Пользуясь снова круглыми цифрами, это 100$ в день (это скромная цена, а главное, она растет очень быстро) или 21000$ за 7 месяцев. Но это цена сэкономленного мазута, отпускная цена выше, примерно 30000$. Установка производит не мазут, который является сырьем, хотя и экономит мазут, т.е. аккумулирует энергию, а конечный продукт - горячую воду.According to data from special literature (Mc Weig. The use of solar energy. M.: Energoizdat, 1981; author from the Polytechnic Institute, Brighton, England), for central England (this is approximately the latitude of the border of the Tula and Moscow regions) for 9 day hours on average 110 W / m ^{2 of} thermal power is supplied to the earth with statistical accounting for power reduction in the morning and in the evening, in cloudy weather and cold months. This is all that remains at a given latitude from 1.4 kW / m ^{2 of the} solar constant. If you use round numbers for the assessment, taking into account the efficiency of the reflector, 1 m ^{2 of the} concentrator will pump 100 watts of thermal power into a spherical boiler within an 8-hour working day. The cold months for Russia must be discarded, in December - February, water will freeze in the boiler even on a sunny day, in November and March, anything can happen. But for Russia, at least 7 months remain a year, during which the installation allows saving energy. For England at the same latitude there are more such months. After arithmetic calculations, we get that 1 hectare of such plants saves about 1 ton of fuel oil per day. Using the round numbers again, this is $ 100 per day (this is a modest price, and most importantly, it is growing very quickly) or $ 21,000 in 7 months. But this is the price of saved fuel oil, the selling price is higher, approximately $ 30,000. The installation does not produce fuel oil, which is a raw material, although it saves fuel oil, i.e. accumulates energy, and the final product - hot water.

Оценим расходы на строительство. Estimate the cost of construction.

Отражающий материал - это алюминиевая фольга. В зависимости от толщины фольги на гектар ее расходуется 1-1,5 т. Это по мировым ценам примерно 1500$. На гектар расходуется 3,3 км труб - 2500$. Полиэтилен (20 т на гектар) - 10000$. Далее требуется стальной пруток 2, 3, 5, 9 на чертеже (примерно 10 км) - 4000$, стальной лист для изготовления котлов (4 т) - 2000$, опоры (1-2 тыс. штук) - 10000$, трос (10 км) - 5000$, программатор и исполнительные двигатели - 3000$, дверные петли и поворотные втулки - 2000$, насос - 1000$. Всего 41000$ учтенных расходов. Reflective material is aluminum foil. Depending on the thickness of the foil, 1-1.5 tons are consumed per hectare. This is at world prices around $ 1,500. 3.3 km of pipes are consumed per hectare - $ 2500. Polyethylene (20 tons per hectare) - $ 10,000. Next, a steel bar 2, 3, 5, 9 on the drawing (about 10 km) is required - $ 4,000, steel sheet for the manufacture of boilers (4 tons) - $ 2,000, supports (1-2 thousand pieces) - $ 10,000, cable ( 10 km) - $ 5,000, programmer and executive motors - $ 3,000, door hinges and rotary bushings - $ 2,000, pump - $ 1,000. Only $ 41,000 recorded expenses.

Затем будут трудно учитываемые в настоящее время расходы. Затраты на изготовление (прессование пластмассы, наклейка фольги, изготовление котлов); затраты при монтаже; затраты при эксплуатации; накладные расходы; налоги; аренда земли. Then there will be hard-to-track expenses. Manufacturing costs (extrusion of plastic, foil sticker, manufacture of boilers); installation costs; operating costs; overhead; taxes land lease.

Особо следует сказать об аренде земли площадью 1 гектар. Данные установки могут работать на самых неудобных землях, непригодных для другого использования, - склонах, болотах и т.д. Еще один интересный вопрос - возможность выращивания под установками теневыносливых культур, если установки занимают земли сельскохозяйственного назначения. Какое-то количество солнечного света (прямого и рассеянного) установки будут пропускать на землю, и, наверное, есть такие культуры, которым этого будет достаточно. Конструкция же установок оставляет высоту для роста растения. Of particular note is the lease of land with an area of 1 hectare. These installations can work on the most inconvenient lands unsuitable for other use - slopes, swamps, etc. Another interesting question is the possibility of growing shade-tolerant crops under plants, if the plants occupy agricultural land. A certain amount of sunlight (direct and diffused) will be transmitted to the ground by the plants, and there are probably cultures that will be enough. The design of the plants leaves a height for plant growth.

Интересно попутно сопоставить стоимость продукции в сельском хозяйстве, например, при выращивании картофеля (100 ц/га, или 100000 руб.) и "продукции" гелиоэнергетики (30000$, или 750000 рублей). Результат существенно в пользу гелиоэнергетики, т.е. выгодно занимать даже земли сельскохозяйственного назначения. It is interesting to compare the cost of production in agriculture, for example, when growing potatoes (100 kg / ha, or 100,000 rubles) and "products" of solar energy ($ 30,000, or 750,000 rubles). The result is substantially in favor of solar energy, i.e. profitable to occupy even agricultural land.

Ориентировочно будем считать, что и неучтенных расходов также 41000$. Tentatively, we will assume that unaccounted for expenses are also $ 41,000.

Итого 82000$. Total $ 82,000.

Это меньше прибыли от установок за 3 года их эксплуатации. This is less profit from installations for 3 years of their operation.

За три года установки себя окупят. Это редкий случай для энергетики. Three years of installation will pay for itself. This is a rare case for energy.

Мы не затрагиваем подробно вопроса строительства установок в более южных районах, особенно экспорта их в теплые страны, где они будут работать все 12 месяцев в году и где в среднем на 1 м² поступает не 110 Вт, а до 600 Вт. Там срок окупаемости, вероятно, будет 1 год, при условии, что поблизости есть платежеспособный потребитель тепла. Поэтому пустыня Сахара в современном состоянии в основном должна исключаться. Но в то же время открывается перспектива опреснения на побережьях пустынь морской воды.We do not address in detail the issue of building plants in more southern regions, especially exporting them to warmer countries, where they will work all 12 months of the year and where, on average, not 110 W but up to 600 W are delivered to 1 m ² . There, the payback period is likely to be 1 year, provided that there is a solvent consumer of heat nearby. Therefore, the Sahara desert in its present state should mainly be excluded. But at the same time, the prospect of desalination on the coasts of deserts of seawater opens up.

Конечно, реальные затраты имеют свойство быть выше, чем расчетные, но результат тем не менее интересный. Of course, real costs tend to be higher than estimated, but the result is nevertheless interesting.

Следует еще отметить, что гектар - это большая единица измерения. Это 1000 кВт тепловой мощности в условиях России, или 10000 кВт.ч тепловой энергии в день, или 1 т в день сэкономленного мазута, или 9 Гкал тепла в день. Если, например, производить тепло на 1 сотке, принятой в России, его будет также не так уж и мало (10 кВт, 100 кВт.ч в день и т.д.), а для этого требуется всего 10-20 устройств. Но экономическая целесообразность использования предлагаемых установок начинается где-то с 5-10 соток. Это обусловлено, в частности, тем, что и для 1 сотки, и для 10 соток требуются 2 управляющих устройства, один насос холодной воды и т.д. Да и вообще рост единичной установленной мощности всегда ведет к снижению себестоимости энергии. Однако нельзя не отметить, что при данном способе производства тепловой энергии есть возможность дробления до малых величин (до 50 кВт или 5 соток) и автономного обслуживания некрупных потребителей без затраты энергоносителей. Точнее будет - создание условий экономии энергоносителей. It should also be noted that a hectare is a large unit of measure. This is 1000 kW of thermal power in Russia, or 10,000 kWh of thermal energy per day, or 1 ton per day of saved fuel oil, or 9 Gcal of heat per day. If, for example, heat is produced on 1 acre, adopted in Russia, it will also be not so small (10 kW, 100 kWh per day, etc.), and this requires only 10-20 devices. But the economic feasibility of using the proposed plants begins somewhere with 5-10 acres. This is due, in particular, to the fact that both 1 hundredth and 10 hundredths require 2 control devices, one cold water pump, etc. And in general, the growth of a unit installed capacity always leads to a reduction in the cost of energy. However, it should be noted that with this method of producing thermal energy there is the possibility of crushing to small values (up to 50 kW or 5 acres) and autonomous servicing of medium-sized consumers without energy costs. More precisely it will be - the creation of conditions for energy savings.

Надо назвать еще одну цифру. It is necessary to name one more figure.

Для экономически обоснованного "производства" 1 млн. т нефти (или экономии 1 млн. т мазута) нужна площадь для условий России 5000 гектар в раздробленном виде, или территория 7•7 км. На этой площади может быть выработано тепло, достаточное для обеспечения им одной области России в течение года. For economically sound “production” of 1 million tons of oil (or saving 1 million tons of fuel oil), an area for the conditions of Russia of 5000 hectares in fragmented form, or an area of 7 • 7 km, is needed. In this area, heat can be generated sufficient to provide it with one region of Russia during the year.

Не затрагиваем мы подробно также вопрос экологии сжигания энергоносителей или экологии ядерной энергетики. Эти вопросы общеизвестны, может получиться так, что именно экологи потребуют перехода на гелиоэнергетику, даже если об окупаемости и речи идти не будет. Например, принципиально затратными во всем мире являются сельское хозяйство и угольная промышленность. Но они существуют. А здесь окупаемость вытекает из расчетов. We also do not address in detail the ecology of energy combustion or the ecology of nuclear energy. These issues are well known, it may turn out that it is the ecologists who will demand the transition to solar energy, even if there is no question of payback. For example, agriculture and the coal industry are fundamentally costly around the world. But they exist. And here the payback follows from the calculations.

Не затрагиваем мы и вопроса недалекого во времени истощения запасов энергоносителей, он также общеизвестен. We do not touch upon the issue of the short-term depletion of energy reserves, it is also well known.

Таким образом, предлагаемая установка позволяет главным своим результатом сделать шаг, пусть небольшой, в направлении к выходу из тупиковой ситуации, обусловленной зависимостью от ископаемых энергоносителей, и немного приблизиться к возможности использования неисчерпаемого океана солнечной энергии. Thus, the proposed installation allows its main result to take a step, albeit small, towards the exit from the impasse due to dependence on fossil energy sources, and to come a little closer to the possibility of using an inexhaustible ocean of solar energy.

Claims

A solar power plant comprising a concave concentrator, spherical boilers, drives for rotating the concentrators in the horizontal and vertical plane, rotation transmission cables, characterized in that it contains several parabolic or faceted concentrators, supply pipes and a receiver of hot water and steam, and the concentrators using rods are movably suspended on horizontal curved rods passing along the suspension line through the focus and fixed on the vertical axis of rotation on the top of the supports, boilers cannot They are installed on a support in the bend of the rod with the focus in the center of the boiler, the supply pipes are thermally insulated, connected together with the boilers in series-parallel circuits and connected by the input end to the cold water pump, and the output end to the hot water or steam receiver, on each vertical axis of rotation a hub is fixed to a lever that is connected to the hub rotation cable in the horizontal plane, bends are attached to the hub rotation cable in the vertical plane, which are connected to the edges of the hubs, cables are supplied to the premises of the receiver of hot water or steam and are connected to the respective executive motors of the rotation control device, and the supports are installed in several series-parallel rows on the heating area in the cutouts of concentrators reaching radii to their centers.