RU2377440C1 - Solar power system - Google Patents
Solar power system Download PDFInfo
- Publication number
- RU2377440C1 RU2377440C1 RU2008123767/06A RU2008123767A RU2377440C1 RU 2377440 C1 RU2377440 C1 RU 2377440C1 RU 2008123767/06 A RU2008123767/06 A RU 2008123767/06A RU 2008123767 A RU2008123767 A RU 2008123767A RU 2377440 C1 RU2377440 C1 RU 2377440C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- balloon
- solar power
- inverter
- rope
- shell
- Prior art date
Links
Images
Classifications
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02B—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO BUILDINGS, e.g. HOUSING, HOUSE APPLIANCES OR RELATED END-USER APPLICATIONS
- Y02B10/00—Integration of renewable energy sources in buildings
- Y02B10/20—Solar thermal
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E10/00—Energy generation through renewable energy sources
- Y02E10/40—Solar thermal energy, e.g. solar towers
- Y02E10/46—Conversion of thermal power into mechanical power, e.g. Rankine, Stirling or solar thermal engines
Landscapes
- Photovoltaic Devices (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к энергетике, а именно к области использования солнечной энергии, и может быть использовано при генерировании электрического тока с использованием энергии солнечного излучения.The invention relates to energy, and in particular to the field of use of solar energy, and can be used to generate electric current using the energy of solar radiation.
Уменьшение доступных запасов органического топлива и постоянное удорожание нефти и природного газа побуждает энергетиков настойчиво искать альтернативные источники энергии. Наиболее реальным альтернативным источником энергии является солнечное излучение. На орбите Земли мощность солнечного излучения составляет 1.3 кВт/м2. Теоретически доступный энергетический потенциал солнечного излучения способен удовлетворить все потребности человечества. Однако существующие солнечные энергетические установки обладают существенным недостатком - неравномерностью выдаваемой мощности. Это связано с неравномерностью потока солнечного излучения, достигающего поверхности Земли вследствие вращения Земли вокруг своей оси (светлое и темное время суток), изменения наклона земной оси (смена времен года) и погодных условий (плотность облачного покрова).The decrease in available fossil fuel reserves and the constant rise in the price of oil and natural gas prompts power engineers to persistently look for alternative energy sources. The most realistic alternative source of energy is solar radiation. In the Earth’s orbit, the solar radiation power is 1.3 kW / m 2 . The theoretically available energy potential of solar radiation is able to satisfy all the needs of mankind. However, existing solar power plants have a significant drawback - uneven power output. This is due to the uneven flow of solar radiation reaching the Earth’s surface due to the rotation of the Earth around its axis (daylight and dark), changes in the inclination of the Earth’s axis (changing seasons) and weather conditions (cloud cover density).
По этим причинам крупномасштабное использование солнечной энергии при современных технологиях обязательно подразумевает либо работу солнечных энергетических установок совместно с другими источниками энергии, либо применение аккумулирующих систем, снабжающих потребителя энергией ночью и при пасмурной погоде, что значительно удорожает солнечные энергетические технологии и резко ограничивает сферу их применения.For these reasons, the large-scale use of solar energy with modern technologies necessarily implies either the operation of solar power plants in conjunction with other energy sources, or the use of storage systems that supply consumers with energy at night and in cloudy weather, which significantly increases the cost of solar energy technology and sharply limits their scope.
Так, известна солнечная энергетическая установка (RU патент 2184322, F03G 6/00, 2000). Указанная установка содержит баллон привязного аэростата с двухслойной оболочкой, причем на внешний слой нанесен поглощающий солнечное излучение слой. За счет нагрева оболочки происходит генерация водяного пара, который скапливается внутри баллона и поступает на паровую турбину. Запаса водяного пара в баллоне достаточно для круглосуточной работы установки. Оболочка аэростата выполнена двухслойной. Солнечные лучи нагревают внутренний слой оболочки, на который нанесено поглощающее солнечное излучение покрытие. Современные поглощающие материалы способны нагреваться от прямых несконцентрированных солнечных лучей до 200°С и более. Внутри поглощающей оболочки находится водяной пар, нагретый поступающим через оболочку тепловым потоком до 100-150°С. Давление пара равно наружному атмосферному давлению. Внутренний поглощающий слой оболочки окружает внешний слой, прозрачный для солнечных лучей. Прослойка газа (воздуха) между слоями оболочки теплоизолирует внутренний слой от наружного воздуха. Водяной пар, заключенный внутри поглощающей оболочки, по гибкому паропроводу подается в паровую турбину, расположенную на поверхности Земли, а убыль водяного пара компенсируется питательной водой, которая каскадом насосов подается из конденсатора паровой турбины. Внутри аэростата вода распыляется и испаряется. Для стандартной атмосферы на высоте 5 км при давлении 0,54 ат и температуре 17,5°С плотность воздуха составляет 0,7 кг/м3, а плотность водяного пара при таком же давлении и температуре 150°С - 0,3 кг/м3. Таким образом, аэростат объемом 1 м3 способен поднять 0,4 кг. Следовательно, аэростат диаметром 150 м может поднять на высоту 5 км груз массой 700 т. Этого вполне достаточно для удержания собственной оболочки, паропровода, трубопровода питательной воды и каскада электронасосов. При температуре водяного пара во внутренней оболочке 150°С КПД турбоустановки будет равен 25%, а мощность электронасосов, необходимая для подъема питательной воды из конденсатора паровой турбины вовнутрь аэростата, составит 15% от вырабатываемой электрической мощности. Основным достоинством паровой аэростатной установки является то, что запаса водяного пара, находящегося во внутренней полости аэростата, достаточно для бесперебойной работы паровой турбины в темное время суток. Из-за подачи водяного пара на турбину и охлаждения за счет теплообмена с окружающим воздухом за ночь подъемная сила аэростата уменьшится на 10-20%, что не скажется на положении аэростата. В дневное время в результате нагрева солнечным излучением происходит генерация пара не только для работы паровой турбины, но и для восполнения запаса водяного пара во внутренней полости аэростата.Thus, a known solar power plant (RU patent 2184322,
При диаметре оболочки аэростата 150 м паровой турбогенератор способен бесперебойно вырабатывать 2000 кВт электрической мощности. При этом можно совершенно безболезненно изменять мощность турбогенератора в течение суток в соответствии с нуждами потребителя.With a balloon diameter of 150 m, a steam turbogenerator is capable of uninterruptedly generating 2000 kW of electric power. At the same time, the power of the turbogenerator can be completely painlessly changed during the day in accordance with the needs of the consumer.
Термодинамический цикл такой установки обладает весьма интересной особенностью. При подаче потока пара вниз к поверхности Земли давление и температура пара перед турбиной увеличиваются за счет возрастания внутренней энергии пара, что, в свою очередь, повышает термодинамический КПД паротурбинной установки. Этот эффект довольно существенен. Так, при перепаде высот между аэростатом и паровой турбиной в 5000 м повышение температуры составит 25°. Термодинамический КПД паротурбинной установки благодаря этому эффекту возрастает на 5%. Для энергетических установок это значительная величина.The thermodynamic cycle of such an installation has a very interesting feature. When the steam flow is supplied down to the Earth's surface, the pressure and temperature of the steam in front of the turbine increase due to an increase in the internal energy of the steam, which, in turn, increases the thermodynamic efficiency of the steam turbine unit. This effect is quite substantial. So, with a height difference between the aerostat and the steam turbine of 5000 m, the temperature increase will be 25 °. The thermodynamic efficiency of a steam turbine plant due to this effect increases by 5%. For power plants this is a significant amount.
Недостатком известной установки следует признать достаточную сложность конструкции и не эффективное использование в темное время суток.A disadvantage of the known installation should recognize the sufficient design complexity and inefficient use in the dark.
Техническая задача, решаемая посредством настоящего изобретения, состоит в разработке конструкции установки альтернативной энергетики нового типа.The technical problem solved by the present invention is to develop a design of a new type of alternative energy installation.
Технический результат, получаемый в результате реализации разработанного устройства, состоит в обеспечении получения электроэнергии вне зависимости от погодных условий и круглосуточно без применения дополнительных источников энергии.The technical result obtained as a result of the implementation of the developed device is to provide electricity regardless of weather conditions and around the clock without the use of additional energy sources.
Для достижения указанного технического результата предложено использовать солнечную энергетическую установку, содержащую баллон привязного аэростата с фотоэлектрической оболочкой, причем баллон соединен посредством каната с якорем, а фотоэлектрическая оболочка посредством электрических проводов с инвертором, при этом на канате дополнительно установлен с возможностью перемещения в вертикальном направлении обратимый электроподъемник с грузом, работающий в светлое время суток в тяговом режиме, а в темное время суток - в режиме электрогенератора с передачей выработанного электроподъемника электричества по проводам инвертору.To achieve the technical result, it is proposed to use a solar power plant containing a balloon attached to a balloon with a photovoltaic sheath, the balloon being connected via a rope to an anchor and a photovoltaic sheath by means of electric wires with an inverter, while a reversible electric lift is additionally mounted on the rope to move in a vertical direction with cargo, working in the daytime in traction mode, and in the dark in the electric mode ogeneratora with the transmission of electricity generated by wire electrolifts inverter.
В дальнейшем сущность изобретения будет рассмотрена с использованием графического материала. На чертеже приняты следующие обозначения: баллон аэростата 1, фотоэлектрическая оболочка 2, канат 3, якорь 4, электрические провода 5, инвертор 6, канаты 7, обратимый электроподъемник 8, груз 9.In the future, the invention will be examined using graphic material. The following notation is adopted in the drawing: balloon balloon 1,
Установка работает следующим образом. В светлое время суток при освещении солнечными лучами в фотоэлектрической оболочке 2 генерируется постоянный электрический ток, который по проводам 5 поступает в инвертор 6 и обратимый электроподъемник 8. Инвертор 6 преобразует постоянный ток в переменный и выдает потребителям. Обратимый электроподъемник 8, работая в тяговом режиме, поднимает груз 9 вдоль каната 3. В темное время суток обратимый электроподъемник 9 с грузом 8 опускается и, работая в режиме электрогенератора, вырабатывает электроэнергию, которая через провода 5 и инвертор 6 поступает потребителям.Installation works as follows. In daylight, when illuminated by sunlight, a constant electric current is generated in the
В предпочтительном варианте реализации канаты 7 прикреплены к баллону. Фотоэлементы генерируют постоянный ток в то время, когда потребителям нужен переменный ток, поэтому инвертор преобразует постоянный ток в переменный. При этом может быть и повышение напряжения электрического тока.In a preferred embodiment, the
Соответственно ток электроподъемника в инвертор поступает по проводам (не показаны).Accordingly, the current of the electric lift to the inverter is supplied via wires (not shown).
Фотоэлектрическая оболочка состоит из ячеек (сегментов). Каждая ячейка имеет контакты для съема напряжения. К контактам подведены провода, которые подключены к общей шине. По указанной общей шине происходит съем электрического тока с фотоэлементов.The photovoltaic shell consists of cells (segments). Each cell has contacts for voltage removal. The wires are connected to the contacts, which are connected to a common bus. On the specified common bus is the removal of electric current from the photocells.
Баллон может быть заполнен любым легким газом (водород, гелий, метан и т.д.).The cylinder can be filled with any light gas (hydrogen, helium, methane, etc.).
При диаметре баллона аэростата 200 м подъемная сила баллона с водородом на высоте 5 км составит примерно 2800 т. При массе груза 1200 т установка способна в постоянном режиме круглосуточно генерировать до 1000 кВт электрической мощности.With a balloon balloon diameter of 200 m, the lifting force of a hydrogen balloon at a height of 5 km will be approximately 2800 tons. With a cargo mass of 1200 tons, the installation is capable of continuously generating up to 1000 kW of electric power around the clock.
Работоспособность установки обоснована следующими расчетами.The performance of the installation is justified by the following calculations.
Примем установку со следующими характеристиками.We accept the installation with the following characteristics.
Диаметр баллона: D=200 мCylinder diameter: D = 200 m
Высота баллона над поверхностью: Н=5000 мCylinder height above surface: N = 5000 m
Удельная масса оболочки баллона: m=3 кг/м2 Specific mass of the shell of the container: m = 3 kg / m 2
Материал каната: углепластик (σ=10000 кг/см2)Rope material: carbon fiber (σ = 10000 kg / cm 2 )
Интенсивность солнечного излучения: q=1 кВт/м2 The intensity of solar radiation: q = 1 kW / m 2
КПД фотоэлементов: η=0.1 (10%)Efficiency of photocells: η = 0.1 (10%)
Продолжительность светлого времени суток: τ=8 час=28800 сDuration of daylight hours: τ = 8 hours = 28800 s
На шарообразную оболочку в течение светового дня падает поток лучистой энергии Солнца мощностьюDuring the daylight, a flux of the radiant energy of the Sun falls on a spherical shell
Электрическая мощность, генерируемая фотоэлектрической оболочкой, составитThe electric power generated by the photovoltaic shell will be
NФЭ=η×NС=0.1×31400=3140 кВтN PV = η × N С = 0.1 × 31400 = 3140 kW
Средняя электрическая мощность установки в сутки (24 часа) составитThe average electrical capacity of the installation per day (24 hours) will be
Для обеспечения постоянного режима работы потенциальная энергия, запасенная поднятым грузом, должна составитьTo ensure continuous operation, the potential energy stored by the lifted load must be
Егр=Ncp×(24-τ)×3600=1047000×(24-8)×3600=60307200000 ДжE gr = N cp × (24-τ) × 3600 = 1047000 × (24-8) × 3600 = 60307200000 J
Потенциальная энергия поднятого груза массой Мгр равнаThe potential energy of a raised load of mass M gr is
ЕГР=MГР×g×HE GR = M GR × g × H
Для нашего случая масса груза должна бытьFor our case, the mass of the cargo should be
На высоте Н=5000 м атмосферное давление составляет 0.540 бар, плотность воздуха ρВОЗД=0.736 кг/м3. Плотность водорода при таком давлении ρВ=0.05 кг/м3.At an altitude of H = 5000 m, atmospheric pressure is 0.540 bar, air density ρ Air = 0.736 kg / m 3 . The density of hydrogen at this pressure is ρ B = 0.05 kg / m 3 .
Масса оболочки баллонаThe mass of the shell of the cylinder
Моб=mπD2=3×3.14×2002=376800 кг=377 тMob = mπD 2 = 3 × 3.14 × 200 2 = 376800 kg = 377 t
Подъемная сила баллона диаметром D=200 мThe lifting force of the cylinder with a diameter of D = 200 m
Таким образом, подъемная сила баллона больше, чем сумма массы оболочки и массы груза на величинуThus, the lifting force of the cylinder is greater than the sum of the shell mass and the mass of the load by
F=2872-377-1230=1265 тF = 2872-377-1230 = 1265 t
Сечение каната с разрывным усилием σ=10000 кг/см2 (10 m/см2) должно быть большеThe rope cross section with tensile strength σ = 10000 kg / cm 2 (10 m / cm 2 ) should be greater
С учетом давления ветра примем сечение каната S=400 см2=0.04 м2 Taking into account the wind pressure, we take the cross-section of the rope S = 400 cm 2 = 0.04 m 2
При плотности углепластика ρУГЛ=1500 кг/м3 масса канатаWhen the density of carbon fiber ρ UGL = 1500 kg / m 3 the mass of the rope
Mmp=ρУГЛ SH=1500×0.04×5000=300000 кг=300 тM mp = ρ UHL SH = 1500 × 0.04 × 5000 = 300000 kg = 300 t
Высота облачного слоя над поверхностью Земли составляет 1÷4 км. Так как баллон с фотоэлектрической оболочкой находится выше облачного слоя, то работа установки не зависит от погодных условий.The height of the cloud layer above the Earth's surface is 1 ÷ 4 km. Since the cylinder with the photovoltaic shell is located above the cloud layer, the installation does not depend on weather conditions.
Изобретение должно обеспечить получение электроэнергии как в светлое, так и в темное время суток и при наличии облачного покрова без использования дополнительных источников энергии.The invention should provide electric power both in daylight and in the dark and in the presence of cloud cover without the use of additional energy sources.
Claims (1)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2008123767/06A RU2377440C1 (en) | 2008-06-18 | 2008-06-18 | Solar power system |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2008123767/06A RU2377440C1 (en) | 2008-06-18 | 2008-06-18 | Solar power system |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2377440C1 true RU2377440C1 (en) | 2009-12-27 |
Family
ID=41643060
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2008123767/06A RU2377440C1 (en) | 2008-06-18 | 2008-06-18 | Solar power system |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2377440C1 (en) |
Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| SU1300189A1 (en) * | 1984-03-16 | 1987-03-30 | . Ю.К.Жебелев | Energy recuperator |
| DE4431576A1 (en) * | 1994-09-05 | 1996-03-07 | Walter Hermann Kroll | Lighter than air aircraft or balloon |
| RU22588U1 (en) * | 2001-10-31 | 2002-04-10 | Галкин Иван Андреевич | SOLAR ENERGY ACCUMULATION SYSTEM IN THE FORM OF COMPRESSED AIR ENERGY |
| RU2184322C2 (en) * | 2000-12-27 | 2002-06-27 | Коровкин Сергей Викторович | Solar power plant |
| JP2006086140A (en) * | 2004-08-05 | 2006-03-30 | Soichiro Ono | Method and device for solar light power generation using balloon object |
-
2008
- 2008-06-18 RU RU2008123767/06A patent/RU2377440C1/en not_active IP Right Cessation
Patent Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| SU1300189A1 (en) * | 1984-03-16 | 1987-03-30 | . Ю.К.Жебелев | Energy recuperator |
| DE4431576A1 (en) * | 1994-09-05 | 1996-03-07 | Walter Hermann Kroll | Lighter than air aircraft or balloon |
| RU2184322C2 (en) * | 2000-12-27 | 2002-06-27 | Коровкин Сергей Викторович | Solar power plant |
| RU22588U1 (en) * | 2001-10-31 | 2002-04-10 | Галкин Иван Андреевич | SOLAR ENERGY ACCUMULATION SYSTEM IN THE FORM OF COMPRESSED AIR ENERGY |
| JP2006086140A (en) * | 2004-08-05 | 2006-03-30 | Soichiro Ono | Method and device for solar light power generation using balloon object |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| Aziz | Techno-economic analysis using different types of hybrid energy generation for desert safari camps in UAE | |
| CN104682832B (en) | A kind of post, field energy supplyystem | |
| KR20130039865A (en) | Hybrid power system to use low speed wind power | |
| GB2546251A (en) | Offshore wind turbine | |
| CN1657771A (en) | Height adaptive renewable source of energy generation method and its generating system | |
| Jha | Application of solar photovoltaic system in Oman–Overview of technology, opportunities and challenges | |
| US20140202154A1 (en) | Renewable energy system | |
| Kabir et al. | Modelling & simulation of a grid connected hybrid power plant with photovoltaic, wind & diesel power for Cox's Bazar | |
| RU2377440C1 (en) | Solar power system | |
| KR200357241Y1 (en) | Traveling solar power plant | |
| Bamdjid et al. | Photovoltaic/wind hybrid system power stations to produce electricity in Adrar region | |
| RU2389900C1 (en) | Solar power plant | |
| Mohanaravi et al. | A Succinct review of strengths, weaknesses, opportunities, and threats (SWOT) analyses, challenges and prospects of solar and wind tree technologies for hybrid power generation | |
| AU2021100427A4 (en) | A novel design of a hybrid solar pv, wind and tidal energy conversion system | |
| CN201178385Y (en) | Height solar generating device | |
| Bulushi et al. | Studies on bloom energy server | |
| GB2546252A (en) | Floating wind turbine | |
| Feng et al. | Methods review of alternative energy obtaining | |
| CN204024913U (en) | A kind of photo-thermal power station wind-power auxiliary generation system | |
| Ashari | Emission abatement cost analysis of hybrid marine current/photovoltaic/diesel system operation | |
| CN1429987A (en) | Solar energy all-weather temperature difference electric generator device system | |
| Lapeña | Journal Critique | |
| Rajput et al. | Study of Electricity Generation From Solar Energy and Energy Storage Methods | |
| Chopra | A Technical Note on the Types of the Renewable Energy Sources, and their Comparison in checking Global Warming | |
| Shrestha | 3D model of portable power system: A hybrid model of solar panels and wind turbine |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20110619 |