PL248428B1 - Urządzenie grupowego śledzenia słońca szeregami paneli fotowoltaicznych i kolektorów słonecznych - Google Patents

Abstract

Urządzenie grupowego śledzenia słońca szeregami paneli fotowoltaicznych i kolektorów słonecznych, charakteryzuje się tym, że składa się z ramy nośnej (1), przyspawanej wzdłuż z wałem (2), który obraca się na 270° w trzech łożyskach ślizgania (3, 7, 10), za pośrednictwem dźwigni (14), połączonej z wałkiem (16), współdziałającym z kulisą (15), poruszaną prętem stalowym (23), ustawionych na wysokości połowy szerokości ramy nośnej (1) nad osią jej poprzecznego obracania (24), która jest spawana z pionowymi słupkami nośnymi (25), minimalna wysokość ich jest połową długości ramy nośnej (1), ustawionych na ziemi, dachu lub balkonie, a dolna połowa łożyska (18) jest spawana z ramą pomocniczą (20), która jest połączona z łożyskami (3, 10) za pośrednictwem czterech prętów gwintowanych (13, 19), po dwa na każdą stronę, i to wszystko połączone opisane wyżej obraca się na osi (24) na kąt 270° za pośrednictwem przykręconych do ramy pomocniczej (20) równoległych profili (21, 26), od siłownika (27), ustawionego na jednym ze słupków nośnych (25), i połączonego z profilami (21, 26) linką stalową (28) przez dwa elementy łączenia i naciągania linki (30), a te profile (21, 26) łączą w szeregu kilka takich pojedynczych zestawów, rozstawionych na taką odległość między sobą żeby wykluczyć wzajemne zacienianie i utrzymują siłownik poprzecznego obracania, który porusza pręt stalowy (23) na wałkach (22) w prawo lub w lewo za pośrednictwem linki stalowej połączonej za pomocą dwóch elementów łączenia i naciągania (30) i bloczków obrotowych.

Description

Opis wynalazku

Dziedzina techniki: Przedmiotem wynalazku jest urządzenie do przestrzennej automatycznej orientacji za słońcem płaskich paneli i kolektorów, wykorzystujących promieniowanie słońca do wytwarzania energii elektrycznej i cieplnej.

Stan techniki: Na dzień dzisiejszy jest kilka rozwiązań problemu pełnego wykorzystania energii promieniowania słonecznego w ciągu dnia i pory roku.

Najwięcej używany jest sposób połączenia nie dużej ilości panel PV w scalony płaski blok, obracający się i pochylający się za biegiem słońca i ustawiony taki blok jest na super mocnym słupie z odpowiednim mocowaniem konstrukcji scalenia paneli PV z mechanizmem obrotowym, odpowiednio przymocowanym do tego słupa. Taka konstrukcja jest funkcjonalna, ale ma ograniczenia w rozmiarach i wytrzymałości przy mocnych wiatrach i potrzebuje dość miejsca. Śledzenie słońca nie jest stosowane w przypadku kolektorów słonecznych w ogóle.

Są też rozwiązania śledzenia słońca pojedynczymi panelami, jak w patencie EP 2 546 975 B1. Ale tak w całości nie dają one możliwości pełnego śledzenia słońca całymi szeregami paneli, ilościowo ponad 10 sztuk, w stosunkowo tanim wykonaniu mechaniki i automatyki całego systemu.

Najwięcej podobnym do mego rozwiązania jest patent PL/EP 3122172. Ale brakiem, ograniczeniem tego rozwiązania jest jego produkcyjna komplikacja i ruch wokół jednej osi maksymalnie na 120°.

Istotą wynalazku mego rozwiązania jest możliwość śledzenia słońca na wszystkie 4 strony świata (360°) synchronie, dużej ilości paneli (kolektorów) z użyciem stosunkowo niedrogich urządzeń pomocniczych. Najważniejsze jest to, że każdy panel lub kolektor jest przymocowany do ramy nośnej, która obraca się w dwóch wzajemnie prostopadłych osiach, w zależności od położenia słońca jak pokazano na rys. Fig. 8, 9, 10.

Korzystne skutki wynalazku jest możliwość stworzenia całych pól paneli lub kolektorów, śledzących słońce na wszystkie strony świata, bez znacznego zwiększenia nakładu, z oczywistą opłacalnością inwestycji kosztem zwiększonego odbioru energii z tych pól. W przypadku kolektorów solarnych daje możliwość zabezpieczenia c.w.u. i nawet ogrzewanie budynku w zimie w słoneczne dni, zastosowaniem śledzenia słońca. Oprócz tego, aktywne systemy ruchu paneli dają możliwość zabezpieczenia ich przed zniszczeniem śniegiem, gradem, wiatrem i brudem zmianą ich położenia odnośnie czynnika szkodliwego automatycznie, z wykorzystaniem czujników klimatycznych, albo ręcznie w trybie zdalnego sterowania.

Objaśnienie figur rysunku: Na rysunku Fig. 1,2, 3 jest pokazany przekrój mechanizmu obracania ramy nośnej 1 wzdłuż osi Y na łożyskach ślizgania 3, 7, 10 za pośrednictwem wała 2, do którego przyspawana jest rama nośna 1, która może się obracać w prawo i w lewo od poziomu na kąt do 60° za pomocą podwójnej dźwigni 14, która jest zafiksowana na wale 2 zdwojonym elementem łączenia 5.

Do tego, na końcu dźwigni 14 jest wstawiony wałek z rowkiem 16, do połączenia z kulisą 15, która jest przyspawana do stalowego pręta 23, za pośrednictwem którego realizuje się przesunięcie kulisy 15 w prawo lub w lewo, a odpowiednio obracanie wzdłuż ramy nośnej 1 w lewo lub w prawo na 60° od poziomu.

A pręt stalowy 23 porusza się na dwóch wałkach 22, obracających się na nawiasach, przyspawanych do ramy pomocniczej 20, która jest przyspawana do dolnej połowy łożyska ślizgania 18, które leży pod osią X-X obracania całej konstrukcji nośnej za pośrednictwem słupka krzyżowego 17 (rys. Fig. 7), wysokość którego równa się połowie szerokości ramy nośnej 1.

W górnej części słupek krzyżowy 17 ma przyspawane długie łożysko ślizgania 7, które jest zaciśnięte pośrodku osi 2, a w ćwierci odległości od końców tej osi 2 są ustawione dwa wąskie łożyska ślizgania 3 i 10, które są połączone z ramą pomocniczą 20 czteroma prętami gwintowymi 13 i 19, po dwa na każdy łożysko.

Ta cała wyżej opisana konstrukcja jest ruchomo przymocowana przez długie łożysko ślizgowe 18 do poziomej osi 24, przyspawanej do pionowych słupków 25, ustawionych na gruncie, betonie, płycie balkonowej lub dachu, ale ich minimalna wysokość powinna być większa od połowy długości ramy nośnej 1.

Do tego ta cała konstrukcja, jest obracana poprzek siłownikiem 27(X), ustawionym na słupku 25, pośrednictwem linki 28 w prawo lub w lewo, w zależności od sygnału sterownika śledzenia słońca.

A każda oddzielna rama pomocnicza 20 jest połączona szeregowo z innymi ramami pomocniczymi 20+n nieruchomo za pośrednictwem poziomych równoległych profili 21 i 26, co stanowi jednostajną konstrukcję, poruszającą się w prawo lub w lewo, w zależności od obrotu siłownika 27.

Obracanie równoległe wszystkich ram nośnych 1 i 1+n w osi Y-Y realizuje się, jak pokazano na rys. Fig. 4, 5, 6 za pośrednictwem stalowego pręta 23, który jest szeregowo połączony w całym bloku i porusza się dzięki siłownikowi 31 (Y), ustawionym na profilach 21 i 26, poruszającym pręt stalowy 23 w prawo lub w lewo za pośrednictwem linki 32 (Y), połączonej z prętem 23 za pośrednictwem elementów łączenia i naciągania 30 i dwóch bloków obracalnych 33.

Przykład realizacji wynalazku Na rysunkach Fig. 7, 8, 9, 10 jest pokazane jak działa system śledzenia słońca w trzech ekstremalnych położeniach słońca. To znaczy - słońce wstaje i na fig. 8, 9 jest narysowane możliwe położenia ramy nośnej 1 odnośnie stron świata i horyzontu z udziałem automatyki sterowania siłownikami 27X w osi x-x i 31Y w osi y-y. Zasada sterowania każdą ramą nośną i przymocowanych do niej paneli lub kolektora jest wyłapywanie różnicy oświetlenia czujników światła słonecznego, przymocowanych do bocznych stron ramy nośnej w miejscach nad osiami obracania X-X poz. 34-1, poz. 34-2 albo Y-Y poz. 35-1,35-2. Rysunek Fig. 3, 7, 8, 9, 10.

Te czujniki przymocowane są tylko do jednej paneli ze wszystkich, bo wszystkie inne panele są poruszane synchronie i równolegle tak, że jednocześnie dostają maksymalną ilość energii słońca, jeżeli panel kontrolna jest ustawiona prawidłowo - prostopadłe do promieni słońca. Sterują tym całym złożeniem dwa oddzielne systemy sterowania - pierwszy steruje w osi obracania X-X - czujniki 34-1, 34-2, sumator sygnałów 36, kontroler 37 i siłownik 27(X), czym ustawia panel optymalnie wzdłuż, a drugi steruje w osi obracania Y-Y - czujniki 35-1 i 35-2, sumator sygnałów 39, kontroler 38 i siłownik 31 (Y), czym ustawia panel optymalnie poprzek.

Idea wyłapywania różnicy oświetlenia czujników polega na tym, że każdy czujnik (element światłoczujny) 42 jest umieszczony w zamknięty okrągły tubus 40 z przezroczystym oczkiem 41 u góry do strony światła słonecznego. To wszystko daje możliwość wyregulowania optymalnej czułości czujników tak, żeby wyczuwały odchylenie intensywności światła słońca od skierowania płaszczyzny paneli na słońce. Tu działa zasada różnicy oświetlenia współpracujących ze sobą czujników, bo ta różnica akurat steruje ruchem ramy pomocniczej 20 w tą, czy inną stronę i odpowiednio wszystkich innych paneli, umieszczonych na ramach nośnych całego zestawu z dwóch lub więcej paneli, jak pokazano na rys. Fig. 5, Fig. 6.

System stoi bez ruchu do tego stanu, kiedy na wyjściu sumatora sygnałów jest „0”. Jak tylko wynika różnica potencjału system steruje ruchem siłownika w stronę ustawienia „0”, to znaczy stanu równowagi, kiedy obydwa czujniki światła wyłapują jednakowe oświetlenie elementu światłoczułego, a to zależy od ruchu słońca, kiedy panel i czujnik na niej poruszą w tą stronę za słońcem i wyniknie „0” na wejściu kontrolera poz. 37 lub 38.

Claims (3)

1. Urządzenie grupowego śledzenia słońca szeregami paneli fotowoltaicznych i kolektorów słonecznych , znamienne tym, że jest zestawem nośnych ram (1), dwóch i więcej sztuk, obracających się wzdłuż na 60° w prawo lub w lewo od poziomu na osi (2) w łożysku (7) słupka krzyżowego (17), obracającego się na 60° w prawo lub w lewo od pionu łożyskiem (18) na głównej poziomej osi (24), czym prowadzi do obracania się poprzek nośnych ram (1) na 60° w prawo lub w lewo od poziomu, a za pomocą ramy pomocniczej (20) przyspawanej pośrodku do dolnej części łożyska (18) trwale łączone są dwoma poziomymi profilami (21) i (26) wszystkie inne ramy pomocnicze (20) między sobą, tworząc jednostajny zestaw do obracania na osi (24) wszystkich nośnych ram (1) siłownikiem (27), ustawionym na jednym ze słupków (25) za pomocą linki (28) przymocowanej elementami łączenia i naciągania (30) do profili (21) i (26), na których jest trwale ustawiony siłownik (31), poruszający linką (32) przez bloki powrotu (33) prętem stalowym (23) na którym przyspawane kulisy (15), które przez kółko (16) popychają dźwignię (14), a ta przez element łączenia (5) obraca oś (2) i przyspawaną nośną ramę (1), która jest połączona przez oś (2) i łożyska (3) i (10) do ramy pomocniczej (20) z obu stron prętami gwintowanymi (13) i (19) dla sztywności całej konstrukcji.

2. Urządzenie według zastrzeżenia 1, znamienne tym, że obracanie ramy nośnej (1) w dwóch wzajemnie prostopadłych osiach jest realizowane za pośrednictwem słupka krzyżowego (17), wysokość którego ma być równa połowy szerokości ramy nośnej (1), który ma składane łożysko ślizgowe (7) na górze i podobne łożysko (18) na dole.

PL 248428 Β1

3. Urządzenie według zastrzeżenia 1, znamienne tym, że sterowanie automatyczne śledzenia słońca realizuje się dwoma analogicznymi, ale odrębnymi systemami, wykonanymi czujnikami światła (34-1) i (34-2), sumatorem (36), sterownikiem (37), siłownikiem (27) w poprzecznej osi (24), i czujnikami światła (35-1) i (35-2), sumatorem (39), sterownikiem (38), siłownikiem (31) w wzdłużnej osi (2), co w sumie daje optymalne ustawienie ramy nośnej (1) i ustawionej na niej paneli do położenia słońca.