Солнечная энергетическая установка. Солнечные энергетические установкиСОЛНЕЧНАЯ ЭНЕРГЕТИЧЕСКАЯ УСТАНОВКА
Солнечная энергетическая установка — гелиоустановка, которая принимает солнечную радиацию и преобразует энергию солнечной радиации в электрическую или тепловую энергию. По этому виду вырабатываемой энергии различают установки. Они бывают электрическими или тепловыми. Тепловые солнечные энергетические установки вырабатывают горячую воду, пресную воду, технологический пар, искусственный холод. Горячую воду получает солнечный водонагреватель, это гелиоустановка, подогревающая воду до 60 °С, такая установка — это термоизолированный ящик, в котором находится котел с водой для нагрева. Котел бывает трубчатый или плоский. Термоизолированный ящик сверху покрыт защитным стеклом, через которое проникают солнечные лучи и, концентрируясь на зачерненных стенках котла, тем самым нагревают воду. Котел постоянно пополняется холодной водой, которая поступает вместо израсходованной горячей воды. Циркуляция воды может быть как естественной, так и принудительной, которую осуществляет насос. Котел бывает сориентирован на юг и имеет небольшой угол наклона к горизонту, который меняется в зависимости от высоты Солнца над горизонтом. Пресную воду вырабатывает солнечный опреснитель. Конструкция такого устройства очень проста, она представляет собой теплоизолированный сосуд, внутри зачерненный, покрытый прозрачным материалом — полимером, оргстеклом, в сосуд наливают морскую соленую воду. Солнечные лучи проникают через покрытие сосуда, при этом вода нагревается и испаряется. Пар конденсируется на внутренней поверхности покрытия и постепенно стекает в специальный сборник пресной воды. Сосуд ориентирован на юг и имеет угол наклона, который зависит от высоты Солнца над горизонтом, и должен также обеспечить стекание пресной воды. Такие установки имеют производительность до 5 л/м2 в сутки и успешно используются в районах с нехваткой пресной воды и с избытком морской соленой воды.Электрические солнечные энергетические установки различаются по принципу преобразования солнечной энергии в электрическую. Фотоэлектрическая установка — это солнечная батарея, термоэлектрическая установка — это солнечный термоэлектрогенератор, термоэмиссионная установка — это термоэмиссионный преобразователь энергии (солнечная энергетическая станция). Низкотемпературные солнечные энергетические установки, преобразуя солнечную радиацию естественной плотности, вырабатывают горячую воду с температурой не более 70 °С. Также вырабатывают пары таких жидкостей, как фреон, хлорэтил, которые работают в холодильных машинах. Высокотемпературные солнечные энергетические установки преобразуют солнечную радиацию с искусственно повышенной плотностью (в 100 000 раз). Плотность увеличивается при помощи гелиоконцентраторов. Электрические солнечные энергетические установки в космосе снабжают электроэнергией искусственные спутники и космические корабли. Но на Земле они еще имеют не такое широкое распространение, так как обладают высокой стоимостью. Но со временем, при нехватке минерального топлива и с возникающими экологическими проблемами, их применение имеет перспективу. Солнечная энергетическая установка. Большая энциклопедия техникиСолнечная энергетическая установка Солнечная энергетическая установка – гелиоустановка, которая принимает солнечную радиацию и преобразует энергию солнечной радиации в электрическую или тепловую энергию. По этому виду вырабатываемой энергии различают установки. Они бывают электрическими или тепловыми. Тепловые солнечные энергетические установки вырабатывают горячую воду, пресную воду, технологический пар, искусственный холод. Горячую воду получает солнечный водонагреватель, это гелиоустановка, подогревающая воду до 60 °С, такая установка – это термоизолированный ящик, в котором находится котел с водой для нагрева. Котел бывает трубчатый или плоский. Термоизолированный ящик сверху покрыт защитным стеклом, через которое проникают солнечные лучи и, концентрируясь на зачерненных стенках котла, тем самым нагревают воду. Котел постоянно пополняется холодной водой, которая поступает вместо израсходованной горячей воды. Циркуляция воды может быть как естественной, так и принудительной, которую осуществляет насос. Котел бывает сориентирован на юг и имеет небольшой угол наклона к горизонту, который меняется в зависимости от высоты Солнца над горизонтом. Пресную воду вырабатывает солнечный опреснитель. Конструкция такого устройства очень проста, она представляет собой теплоизолированный сосуд, внутри зачерненный, покрытый прозрачным материалом – полимером, оргстеклом, в сосуд наливают морскую соленую воду. Солнечные лучи проникают через покрытие сосуда, при этом вода нагревается и испаряется. Пар конденсируется на внутренней поверхности покрытия и постепенно стекает в специальный сборник пресной воды. Сосуд ориентирован на юг и имеет угол наклона, который зависит от высоты Солнца над горизонтом, и должен также обеспечить стекание пресной воды. Такие установки имеют производительность до 5 л/м2 в сутки и успешно используются в районах с нехваткой пресной воды и с избытком морской соленой воды. Электрические солнечные энергетические установки различаются по принципу преобразования солнечной энергии в электрическую. Фотоэлектрическая установка – это солнечная батарея, термоэлектрическая установка – это солнечный термоэлектрогенератор, термоэмиссионная установка – это термоэмиссионный преобразователь энергии (солнечная энергетическая станция). Низкотемпературные солнечные энергетические установки, преобразуя солнечную радиацию естественной плотности, вырабатывают горячую воду с температурой не более 70 °С. Также вырабатывают пары таких жидкостей, как фреон, хлорэтил, которые работают в холодильных машинах. Высокотемпературные солнечные энергетические установки преобразуют солнечную радиацию с искусственно повышенной плотностью (в 100 000 раз). Плотность увеличивается при помощи гелиоконцентраторов. Электрические солнечные энергетические установки в космосе снабжают электроэнергией искусственные спутники и космические корабли. Но на Земле они еще имеют не такое широкое распространение, так как обладают высокой стоимостью. Но со временем, при нехватке минерального топлива и с возникающими экологическими проблемами, их применение имеет перспективу. Следующая глава > info.wikireading.ru Солнечная энергетическая установка
Использование: в электротеплоэнергетике. Солнечная энергетическая установка состоит из параболоцилиндрических пленочных концентраторов с системой слежения за Солнцем и фотоэлектротермических приемников, находящихся в оптически прозрачном закрытом помещении. Фокусное расстояние пленочного концентратора постоянно оптимизируется путем введения в контур управления давлением в замкнутой пленочной полости концентратора датчика положения фокуса. В фокальной плоскости концентратора расположены полупроводниковые фотоэлектрические преобразователи, которые закреплены на металлических трубах экономайзера, парогенератора и пароперегревателя, входящих в состав термодинамического паросилового контура. Дополнительную локальную концентрацию энергии обеспечивают пленочные контротражатели. На поверхности приемников излучения, обращенной к Солнцу, расположен предэкономайзер, включенный в состав паросилового контура. Уровень жидкости рабочего тела в трубах парогенератора поддерживается в заданных пределах путем горизонтальной установки труб и оси их поворота, а также дозированной подачи конденсата по сигналам введенного в контур управления датчика уровня жидкости. Изобретение должно обеспечить защиту от неблагоприятных метеоусловий и упростить технологическое исполнение. 2 з.п. ф-лы, 3 ил.    , удельная площадь входного сечения S концентратора S/P1 10 м2/кВт, где P1 - максимальная электрическая мощность модуля.Параболоцилиндрический концентратор 2 представляет собой герметично замкнутую пленочными элементами 40 и 41 полость 42, снаружи и/или внутри которой закреплен каркас 43 в форме прямолинейных 44 и уголковых 45 элементов, скрепленных между собой жесткими и/или упруготелескопическими связями, причем пленочные элементы состоят, в том числе, из отражающих пленок 40, например, покрытого алюминием каптона или майлара, поверхность которых сформирована под действием сил газового давления и натяжения каркаса 43.Отражающая поверхность такого концентратора аппроксимируется по характеристикам ближе к круговому цилиндру, чем к параболическому “корыту”, поэтому фокальная плоскость находится приблизительно в середине радиуса кривизны и ближе к отражателю, а оптимальный угол раствора  30° /4/. Подшипниковые опоры 46 несущей конструкции системы концентратор - приемник 47 установлены на опорной ферме 48.На фиг.3 представлена схема поперечного сечения в фокальной плоскости приемников солнечной энергии: предэкономайзера 7, экономайзера 8, труб 9, 11, пароперегревателя 13 и преобразователей 20 и графики зависимости коэффициента концентрации С от расстояния Х до оси концентратора 2 без контротражателей /а/ и с контротражателями 49, 50, 51 /б/. Металлические трубы приемников 9, 11 парогенератора, предэкономайзера 7, экономайзера 8, пароперегревателя 13 расположены горизонтально и симметрично по обе стороны вдоль продольной оси концентратора 2. Полупроводниковые преобразователи (ФЭПы) 20, скоммутированные в виде линейных солнечных батарей, смонтированы в фокальной плоскости концентратора 2 на заизолированных пленками поверхностях металлических труб приемников.Трубы приемников энергии 9, 11 парогенератора, экономайзера 8, пароперегревателя 13 ограничены пространственно со стороны концентратора 2 пленочными контротражателями соответственно 49, 50, 51, представляющими собой замкнутые пленками полости, соединенные с замкнутыми полостями концентратора и имеющими отражающие поверхности, закрепленные на каркасе вдоль продольной оси концентратора 2, под углом менее 25° к поперечной оси концентратора 2.На трубах 9 и 11 размещены датчики уровня жидкости 24 и 25, состоящие каждый, например, из двух зондов, один из которых информирует о наличии жидкости в его местоположении, а другой - об отсутствии жидкости в его расположении.Датчик положения фокуса 28 состоит, по крайней мере, из двух задиафрагмированных фотоэлементов, расположенных на термосифоне, один из которых закреплен у поверхности пароперегревателя 13, обращенной в сторону концентратора 2, и находится на поперечной оси концентратора 2, а второй закреплен на той же оси на характерном расстоянии от первого фотоэлемента в сторону отражателя L0,05 F, где F - фокусное расстояние отражателя 40.Со стороны солнечного излучения, т.е. со стороны, противоположной концентратору 2, трубы 9, 11 парогенератора, экономайзера 8, пароперегревателя 13 снабжены теплоизоляцией 52, на поверхности которой закреплены трубы предэкономайзера 7.В трубу пароперегревателя 13 вставлен турбулизатор 53 потока пара, например винтового типа.СЭУ работает следующим образом: солнечный свет Ес, пройдя в оптически прозрачное помещение СЭУ 5, попадает на параболоцилиндрический концентратор 2, отражаясь от которого, лучи попадают на приемники солнечной энергии 20, находящиеся в фокальной плоскости. Положение фокальной плоскости и давление в замкнутой полости 42 концентратора 2 определяют по наибольшему среднему коэффициенту концентрации, например С 20.Лучи, упавшие вблизи продольной оси концентратора 2, уплотняясь дополнительно при помощи контротражателя 49 до С30, попадают на ФЭПы 20, расположенные на трубе пароперегревателя 15, где генерируют ЭДС и нагревают ФЭПы, которые через трубу пароперегревателя 13 нагревают пар рабочего тела, например нормального бутана С4Н10, поступивший из труб парогенератора 9 и 11 при заданном давлении, например 3,6 МПа, до заданной температуры, например 470 К, то есть до параметров, необходимых для работы в номинальном режиме паровой машины 14. Установленный на валу машины 14 электрогенератор 15 вырабатывает электроэнергию, которая поступает в электросеть. Из паровой машины 14 пар поступает в конденсатор 16, где охлаждается и конденсируется в жидкость, которая конденсатным насосом 17 подается в предэкономайзер 7. В предэкономайзере 7, который расположен под непосредственным облучением солнечного света Ес, происходит первая ступень подогрева конденсата, нагнетаемого конденсатным насосом 17. Вторая ступень подогрева конденсата происходит в экономайзере 8, в котором благодаря концентратору 2 и контротражателю 51 завершается подогрев рабочего тела. Из экономайзера 8 по командам из блока регулирования подачей рабочего тела 26 через электроклапан 10 или 12 рабочее тело в жидком состоянии поступает в трубы парогенератора 9 или трубы парогенератора 11, соответственно. Трубы парогенераторов 9 и 11 заполнены частично жидким рабочим телом, которое находится по сечению труб в нижней части, в соответствии с законом гравитации, а в верхней части труб находится пар. Благодаря тепловой энергии, поступающей от концентратора 2 и контротражателя 50 через высокотемпературные преобразователи (ФЭПы) 20 и электроизоляционную пленку, в трубах парогенератора 9 и 11 происходит парообразование, и пар поступает из верхней части труб 9 и 11 по соединительному трубопроводу в пароперегреватель 13, и цикл повторяется.Когда уровень жидкости в одной из труб, например 9, благодаря испарению опускается ниже допустимого уровня, датчик уровня 24 выдает сигнал в блок управления 26, который включает конденсатный насос 17 и открывает электроклапан 10, благодаря чему уровень жидкости в трубах парогенератора 9 повышается до верхнего допустимого уровня, о чем поступает сигнал от датчика уровня 24 в блок управления 26, который отключает конденсатный насос 17 и закрывает электроклапан 10. Аналогично регулируется уровень жидкости в трубах парогенератора 11.Наличие контротражателей 49, 50, 51 снижает тепловые потери, вызванные конвекцией воздуха вблизи приемников энергии: экономайзере 8, трубах 9, 11 парогенератора, пароперегревателе 13.Таким образом работает термодинамический электрогенерирующий контур при нормальном падении лучей Солнца на концентратор 2. В случае снижения поступающей энергии от Солнца снижается расход пара и снижается ток нагрузки генератора 15.Второй электрогенерирующий контур состоит из высокотемпературных, например с рабочей температурой порядка 370 К арсенид-галлиевых ФЭПов 20, расположенных на трубах парогенератора 9 и 11 и пароперегревателе 13, и низкотемпературных, например с рабочей температурой порядка 330 К кремниевых ФЭПов, расположенных на экономайзере 8. В р-n переходах этих ФЭПов образуется разность потенциалов при попадании на них в фокальной плоскости концентрированного излучения Солнца. Соединяя элементы ФЭПов 20 последовательно, каждый тип в свою линию, повышают выходное напряжение, объединяя их в группы, повышают суммарный ток. Затем эта электроэнергия стабилизируется по напряжению в стабилизаторе 21 и, при необходимости, преобразуется в параметры тока и напряжения, требующиеся потребителю, в инверторе 22.Охлаждение ФЭПов 20 осуществляется жидкостью рабочего тела, протекающего в трубах 9, 11 парогенератора, предэкономайзера 7, экономайзера 8, пароперегревателя 13, на которых смонтированы ФЭПы. При отслеживании Солнца по углу места трубы поворачиваются на угол менее 90°, что влечет за собой поворот поверхности уровня жидкости в трубах парогенератора 9 и 11. Чтобы не изменились условия охлаждения высокотемпературных ФЭПов 20, на внутренней поверхности плоского участка труб парогенераторов 9 и 11 имеется капиллярная структура в виде артерий и фитилей, которые обеспечивают режим работы, подобный реализуемому в тепловой трубе, что создает высокую теплопроводность и большую плотность теплового потока.Особенностью работы пленочного параболоцилиндрического концентратора 2 является то, что положение его фокальной плоскости, зависящее от перепада давлений снаружи и внутри его замкнутой полости 42 и температуры, необходимо поддерживать автоматически вблизи плоскости приемников излучения 20, где плотность излучения должна быть наибольшей по сравнению с другими положениями на поперечной оси концентратора 1. Поэтому уровни сигналов, поступивших от первого и второго фотоэлементов датчика положения фокуса 28 в блок управления концентратором 27, зависят от положения их на поперечной оси концентратора 2 и должны быть наибольшими. При равенстве максимальных сигналов положение фокальной плоскости находится между фотоэлементами, вблизи плоскости приемников 20. Если сигнал первого фотоэлемента датчика 28 меньше, чем второго, то блок управления 27 выдает команду на открытие клапана 31, соединяющего замкнутую полость 42 с ресивером пониженного давления 32, и, наоборот, если сигнал от первого фотоэлемента датчика 28 больше, чем от второго, то блок управления 27 выдает команду на открытие клапана 29, соединяющего замкнутую полость 28 с объемом повышенного давления 30, до тех пор клапан держится открытым, пока сигналы первого и второго фотоэлементов не сравняются. В этом случае фокальная плоскость находится между фотоэлементами датчика 28.Технико-экономическая оценка параметров СЭУ мощностью 1 МВт.СЭУ состоит из 10 модулей каждый с пленочным концентратором площадью 1250=600 м2. Площадь стеклянной крыши закрытого помещения 101455=7700 м2. Высота стен 12,5 м, площадь стен 4875 м2. Коэффициент отражения - поглощения стекла 0,84. Максимальный коэффициент концентрации параболоцилиндра 55, коэффициент отражения 0,9. Приемник имеет: КПД кремниевых ФЭПов 10% при температуре 330 К, КПД арсенид-галлиевых ФЭПов 12,5% при температуре 373 К и 8,5% при 523 К, коэффициент их отражения 0,9. Коэффициент отражения контротражателей 0,9. Рабочее тело - нормальный бутан С4Н10, КПД идеального термодинамического цикла при начальной температуре 523 К и конечной - 298 К составляет 0,425. КПД объемной двухступенчатой тепловой машины 0,82, генератора 0,87, тепловые потери в контуре 3,8%. Расход электроэнергии на собственные нужды 1,5%. Недоиспользованные площади концентратора 6%. Итоговый КПД термодинамического контура СЭУ 22,7% и выходная электрическая мощность при удельной мощности солнечного излучения 1 кВт/м2 и номинальном режиме работы равна 1,36 МВт.Стоимость стеклянного помещения 167 тысяч долларов США при удельной стоимости 13,3 дол./м2 (1), как в прототипе, построенном в Миндзаресе (Испания). Стоимость кремниевых ФЭПов 600 дол./м2, арсенид-галлиевых ФЭПов 1100 дол./м2. Стоимость тепловой машины с электрогенератором 140 тысяч долларов, концентраторов - 60 тысяч долларов, приемников - 80 тысяч долларов, монтаж и установка - 120 тысяч долларов.Общая стоимость - капитальные затраты 867 тысяч долларов США, или на кВт установленной мощности 638 дол./кВт. Срок окупаемости 20 лет при ежегодной смене пленки концентратора. Число часов использования установленной мощности ежегодно 2000 ч. Ежегодные эксплуатационные издержки - 50 тысяч долларов. Банковский коэффициент дисконтирования средств 4%. Стоимость электроэнергии СЭУ - 4,1 цент/кВт ч. Мировые цены на электроэнергию с электростанций, работающих на истощаемых топливах, составляют 3,6-8 цент/кВтч, при этом удельная стоимость установленной мощности - 500-2400 дол./кВт /5/.Источники информации1. Schlaich J. The Solar Chimney. Edition Axel Mendes, Stuttgart, Germany, 1995.2. Базаров Б.А., Агафонов В.А., Вавилов В.П. и др. Разработка и исследование комбинированного фотоэлектрического энергоблока на основе параболоцилиндрического концентратора. - Концентраторы солнечного излучения для фотоэлектрических энергоустановок. ЦП НТОЭ и ЭП - Л.: 1986, с.36-39.3. Описание изобретения к патенту RU, 2111422 С1, кл. 6 F 24 J 2/42, 1995.4. Кудрин О.И. Солнечные высокотемпературные космические энергодвигательные установки. М., Машиностроение, 1987, 248 с.5. Безруких П.П. Состояние и тенденция развития ветроэнергетики мира, электрические станции, 1998, №10.Формула изобретения 1. Солнечная энергетическая установка, содержащая параболоцилиндрические концентраторы солнечной энергии с системой слежения за Солнцем и приемники солнечной энергии, в состав которых входят фототермический паросиловой контур, состоящий из последовательно размещенных экономайзера, парогенератора, пароперегревателя, теплового двигателя с генератором электрической энергии, конденсатора с охлаждением, конденсатного насоса, системы низкопотенциального теплоснабжения, и фотоэлектрический контур, составленный из низко- и высокотемпературных фотоэлектрических полупроводниковых преобразователей, подключенных к аккумулятору и инвертору, причем фотоэлектрические преобразователи располагают в фокальной плоскости параболоцилиндрических концентраторов на поверхности труб теплопередающих циркуляционных контуров, отличающаяся тем, что установка состоит из автономных фототермоэлектрических модулей, находящихся в оптически прозрачном, закрытом помещении, при этом параболоцилиндрический концентратор представляет собой герметично замкнутую пленочными элементами полость, снаружи и внутри которой закреплен каркас в форме прямолинейных и уголковых элементов, скрепленных между собой жесткими и/или упруготелескопическими связями, причем пленочные элементы состоят, в том числе, из отражающих пленок, поверхность которых сформирована под действием сил газового давления и натяжения каркаса, при этом герметично замкнутая пленочными элементами полость пневматически соединена через управляемые клапаны с ресиверами, имеющими повышенное и пониженное давление газа по сравнению с давлением в замкнутой полости, а управляемые клапаны соединены с блоком регулирования положением фокуса отражающей поверхности пленки концентратора, который, в свою очередь, электрически соединен с фотодатчиком, расположенным на поперечной оси концентратора в зоне приемников солнечной энергии, представляющих собой металлические трубы пароперегревателя, парогенератора и экономайзера, закрепленные горизонтально в фокальной плоскости концентратора вдоль его продольной оси, причем в центре на продольной оси размещена, по крайней мере, одна труба пароперегревателя, симметрично от нее на северной и южной сторонах при полуденном положении Солнца находятся, соответственно, северная и южная трубы парогенератора и за ними по краям приемника помещены трубы экономайзера, кроме того, на поверхностях металлических труб пароперегревателя, парогенератора и экономайзера, обращенных к отражателю, смонтированы через электроизоляционные пленки фотоэлектрические преобразователи и перед ними установлены пленочные контротражатели, замкнутые полости которых соединены с замкнутой полостью пленочного концентратора, а на северной и южной трубах, поворачивающегося вокруг продольной оси парогенератора, размещены в свободной от жидкости при поворотах четверти сечения трубы датчики уровня жидкости рабочего тела, которые соединены с блоком регулирования подачей рабочего тела, связанным также с конденсатным насосом и введенными в паросиловой контур северным и южным гидроклапанами подачи, связывающими экономайзер, соответственно, с северной и южной трубами парогенератора, фотоэлектрические преобразователи через стабилизатор напряжения подключены к выходному инвертору, а приемники солнечной энергии со стороны по направлению от отражателя снабжены теплоизоляцией, на поверхности которой закреплены трубы предэкономайзера, вход которого соединен с конденсатным насосом, а выход - с экономайзером.2. Установка по п.1, отличающаяся тем, что внутри труб парогенератора на стенках со стороны отражателя находится капиллярная структура из артерий и фитилей, а внутри труб пароперегревателя находится турбулизатор потока пара.3. Установка по любому из пп.1 и 2, отличающаяся тем, что отражающие поверхности контротражателей выполнены из металлических или стеклянных полос и датчик положения фокальной плоскости концентратора выполнен в виде зондов стрелы провиса отражающей поверхности.РИСУНКИ Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3www.findpatent.ru солнечная энергетическая установка - патент РФ 2389900Изобретение относится к области энергетики, а именно к области использования солнечной энергии. Солнечная энергетическая установка содержит баллон привязного аэростата с оболочкой. На оболочку нанесены гибкие солнечные элементы. Аэростат соединен канатом с землей. Установка дополнительно содержит электрическую лебедку, электромотор-генератор, преобразователь постоянного электрического тока в переменный электрический ток и якорь. Канат соединен с барабаном электрической лебедки, ось которой соединена с осью электромотора-редуктора. Фотоэлектрическая оболочка соединена электрическими проводами с преобразователем. Электрическая лебедка, электромотор-генератор и преобразователь жестко соединены с якорем, закрепленным в земле. Электромотор-генератор выполнен с возможностью съема электрического тока. Изобретение позволяет обеспечить получение электроэнергии при наличии облачного покрова и в любое время суток. 1 ил. Рисунки к патенту РФ 2389900Изобретение относится к области энергетики, а именно к области использования солнечной энергии, и может быть применено при генерировании электрического тока с использованием энергии солнечного излучения в качестве источника энергии. Известна конструкция солнечной энергетической установки (RU, патент 1606733). Указанная установка содержит гелиостатическое поле с установленными на башнях приемниками лучистой энергии Солнца для нагрева и испарения рабочей среды и, по меньшей мере, одну турбину - электрогенератор. Установка дополнительно снабжена топливным блоком (тепловая электростанция на органическом топливе). Гелиостатическое поле выполнено в виде гелиостатных участков в форме окружностей, соприкасающихся между собой с образованием центральной свободной зоны. Башни расположены по одной на каждом участке вблизи центральной зоны и снабжены дополнительным приемником излучения для предварительного нагрева рабочей среды. Турбина установлена в центральной зоне и связана одновременно со всеми башнями и тепловым блоком. Установка работает следующим образом. В течение солнечного времени турбина вырабатывает электроэнергию за счет разогрева рабочего тела лучистой энергией Солнца, а при отсутствии лучистой энергии - за счет работы теплового блока. К недостаткам известной установки следует отнести сложность ее конструкции, высокую себестоимость получаемой электроэнергии, а также относительно невысокий коэффициент полезного действия. Известна конструкция термовоздушной электростанции (RU, патент 2018761). Известная конструкция содержит коллектор, турбогенератор, воздуховод в виде каркаса с закрепленной на нем обшивкой из гибкого материала и аэростат, прикрепленный к воздуховоду, причем аэростат имеет форму тороида, соединен по внутренней поверхности, ограничивающей отверстие тороида, с внешней поверхностью воздуховода, а внешняя по отношению к его отверстию поверхность тороида соединена с тросами, расположенными под углом к вертикали и закрепленными на земле. Известная установка работает следующим образом. Под действием градиента температур, вызываемого нагревом воздуха в аэростате, происходит перемещение воздуха снизу вверх, в том числе и через турбогенератор. Вращение турбогенератора приводит к выработке электроэнергии. Недостатком известного устройства следует признать его низкую эффективность, вызванную низкой скоростью прохода воздуха через турбогенератор. Известна также солнечная паротурбинная установка (SU, авторское свидетельство 855249). Указанная установка содержит концентратор лучистой (солнечной) энергии и включенные в контур циркуляции рабочего тела приемник-парогенератор, паровую турбину, регенеративный подогреватель с патрубками подвода и отвода греющей и нагреваемой сред, струйный конденсатор, активное сопло которого соединено с выходным патрубком греющей среды регенеративного подогревателя, а пассивное сопло - с радиатором, причем установка дополнительно снабжена дополнительным регенеративным подогревателем, подключенным по линии греющей среды на входе к выходу струйного конденсатора, а на выходе - к патрубку отвода греющей среды регенеративного подогревателя, а на выходе - к входу радиатора. Установка работает следующим образом. Рабочее тело нагревается до высшей температуры цикла в приемнике-парогенераторе теплом лучистой энергии Солнца и поступает в первую ступень турбины, где адиабатно расширяется. Затем в основном регенеративном подогревателе от рабочего тела изобарно отводят тепло к потоку среды, идущему в приемник-парогенератор. После указанного основного регенеративного подогревателя поток рабочего тела разделяют. Часть его поступает сначала во вторую ступень турбины, где адиабатно расширяется, а затем в дополнительный регенеративный подогреватель, где от него изобарно отводят тепло к потоку, вышедшему из диффузора струйного конденсатора, и далее в радиатор, где рабочее тело изобарно-изотермически конденсируют и изобарно переохлаждают до температуры, близкой к температуре окружающей среды. Из радиатора рабочее тело поступает в пассивное сопло конденсатора, где адиабатно расширяется и нагревается в его камере смешения теплом, отбираемым от другой части потока рабочего тела. Другая часть потока рабочего тела из основного регенеративного подогревателя поступает в активное сопло конденсатора, где адиабатно расширяется, а затем охлаждается в камере смешения. В диффузоре струйного конденсатора давление обоих потоков рабочего тела адиабатно повышается до максимального в цикле, после чего рабочее тело изобарно нагревается в обоих подогревателях и поступает в приемник-парогенератор, где его температура опять повышается до максимальной температуры цикла. Недостатком указанной установки следует признать возможность использования только в солнечные дни. Известна также солнечная энергетическая установка (RU, патент 2184322). 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 м 3 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. 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. 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. Недостатками известной установки следует признать достаточную сложность конструкции и не эффективное использование в темное время суток. Известна солнечная энергетическая установка («Солнечная аэростатная энергетика», Энергия, экология, экономика. № 4, 2005), представляющая собой баллон привязного аэростата с фотоэлектрической оболочкой, в которой при поглощении солнечного излучения генерируется электрическая энергия и по кабелю передается потребителям. За счет расположения баллона аэростата выше облачного слоя работа установки не зависит от погодных условий. Недостатком установки является невозможность генерации электроэнергии в темное время суток. Техническая задача, решаемая посредством настоящего изобретения, состоит в разработке конструкции солнечной энергетической установки, позволяющей получать электроэнергию вне зависимости от погодных условий без применения дополнительных источников энергии. Технический результат, получаемый в результате реализации изобретения, состоит в обеспечении получения электроэнергии и при наличии облачного покрова без использования дополнительных источников энергии. Для достижения указанного технического результата предложено использовать солнечную энергетическую установку разработанной конструкции. Разработанная установка содержит баллон привязного аэростата с оболочкой, на которой размещены гибкие солнечные элементы, соединенный канатом с барабаном электрической лебедки, ось которой соединена с осью электромотора-редуктора, а электрическими проводами с преобразователем постоянного тока в переменный (в дальнейшем - инвертором), при этом электрическая лебедка, электромотор-генератор и преобразователь жестко соединены с якорем, закрепленным в земле, а электромотор-генератор выполнен с возможностью съема электрического тока. В дальнейшем сущность изобретения будет рассмотрена с использованием графического материала. На чертеже приняты следующие обозначения: баллон аэростата 1, оболочка 2 с гибкими солнечными элементами, канат 3, якорь 4, барабан 5 электрической лебедки, электромотор-редуктор 6, электрические провода 7, инвертор 8. Установка работает следующим образом. В светлое время суток при освещении солнечными лучами в гибких солнечных элементах 2 генерируется постоянный электрический ток, который по проводам 7 поступает в инвертор 8 и электромотор-редуктор 6. Инвертор 8 преобразует постоянный ток в переменный ток и выдает потребителям и на электромотор-редуктор 6. Электромотор-редуктор 6, работая в режиме электродвигателя, накручивает канат 3 на барабан 5 и опускает баллон 1. В темное время суток баллон 1 поднимается и вращает барабан 5, а электромотор-редуктор 6, работая в режиме электрогенератора, вырабатывает электроэнергию, которая поступает потребителям. В случае использования электромотора постоянного тока электрический ток, выработанный гибкими солнечными элементами, поступает непосредственно на вход электромотора-редуктора. При диаметре баллона аэростата 200 м подъемная сила баллона с водородом на высоте 5 км составит 2800 т, а на высоте 7 км составит 2300 т. При перепаде высот баллона 2 км установка способна в постоянном режиме круглосуточно генерировать до 1000 кВт электрической мощности. Работоспособность установки обоснована следующими расчетами. Примем установку со следующими характеристиками. Диаметр баллона: D=200 м Высота баллона над поверхностью: Н=5000 м Удельная масса оболочки баллона: m=3 кг/м2 Материал каната: углепластик ( Интенсивность солнечного излучения: q=1 кВт/м2 КПД гибких солнечных элементов: Продолжительность светлого времени суток: На шарообразную оболочку в течение светового дня падает поток лучистой энергии Солнца мощностью Электрическая мощность, генерируемая оболочкой с гибкими солнечными элементами, составит NФЭ= Средняя электрическая мощность установки в сутки (24 часа) составит
Для обеспечения постоянного режима работы потенциальная энергия, запасенная баллоном аэростата, должна составить EГР=NCP×(24- Работа, совершенная баллоном аэростата при подъеме на высоту EБ=FБ× где FБ - подъемная сила баллона. На высоте Н=5000 м атмосферное давление составляет 0.540 бар, плотность воздуха 0.736 кг/м3. Плотность водорода при таком давлении 0.05 кг/м3. На высоте Н=7000 м атмосферное давление составляет 0.411 бар, плотность воздуха 0.590 кг/м3. Плотность водорода при таком давлении 0.04 кг/м3. Средняя плотность воздуха Средняя плотность водорода Подъемная сила баллона диаметром D=200 м Масса оболочки баллона Моб=m Таким образом, подъемная сила баллона больше, чем сумма массы оболочки и массы груза, на величину F=2608-377=2231 т Сечение каната с разрывным усилием
С учетом давления ветра примем сечение каната S=400 см2=0.04 м2 При плотности углепластика Мтр= Высота облачного слоя над поверхностью Земли составляет 1÷4 км. Так как баллон с оболочкой, на которой расположены гибкие солнечные элементы, находится выше облачного слоя, то работа установки не зависит от погодных условий. Изобретение должно обеспечить получение электроэнергии как в светлое, так и в темное время суток и при наличии облачного покрова без использования дополнительных источников энергии. ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯСолнечная энергетическая установка, содержащая баллон привязного аэростата с оболочкой, на которую нанесены гибкие солнечные элементы, соединенный канатом с землей, отличающаяся тем, что она дополнительно содержит электрическую лебедку, электромотор-генератор, преобразователь постоянного электрического тока в переменный электрический ток, а также якорь, причем канат соединен с барабаном электрической лебедки, ось которой соединена с осью электромотора-редуктора, фотоэлектрическая оболочка соединена электрическими проводами с преобразователем, при этом электрическая лебедка, электромотор-генератор и преобразователь жестко соединены с якорем, закрепленным в земле, а электромотор-генератор выполнен с возможностью съема электрического тока. www.freepatent.ru Солнечная энергетическая установкаИзобретение относится к энергетике, а именно к области использования солнечной энергии, и может быть использовано при генерировании электрического тока с использованием энергии солнечного излучения. Солнечная энергетическая установка содержит баллон привязного аэростата с фотоэлектрической оболочкой. Баллон соединен посредством каната с якорем. Фотоэлектрическая оболочка посредством электрических проводов соединена с инвертором. Канат выполнен из углепластика и на нем дополнительно установлен с возможностью перемещения в вертикальном направлении обратимый электроподъемник с грузом. В светлое время суток электроподъеник работает в тяговом режиме, а в темное время суток - в режиме электрогенератора. Двигатель электроподъемника подключен к инвертору. Баллон аэростата расположен выше облачного слоя. Изобретение позволяет повысить КПД устройства и обеспечит его круглосуточную работу. 1 ил.
Изобретение относится к энергетике, а именно к области использования солнечной энергии, и может быть использовано при генерировании электрического тока с использованием энергии солнечного излучения. 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). 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. 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. 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. 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. Недостатком известной установки следует признать достаточную сложность конструкции и не эффективное использование в темное время суток. Техническая задача, решаемая посредством настоящего изобретения, состоит в разработке конструкции установки альтернативной энергетики нового типа. 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. 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. 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. 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. 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. Соответственно ток электроподъемника в инвертор поступает по проводам (не показаны). 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. Баллон может быть заполнен любым легким газом (водород, гелий, метан и т.д.). 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. Работоспособность установки обоснована следующими расчетами. Примем установку со следующими характеристиками. Диаметр баллона: D=200 м Высота баллона над поверхностью: Н=5000 м Удельная масса оболочки баллона: m=3 кг/м2 Материал каната: углепластик (σ=10000 кг/см2) Интенсивность солнечного излучения: q=1 кВт/м2 КПД фотоэлементов: η=0.1 (10%) Продолжительность светлого времени суток: τ=8 час=28800 с На шарообразную оболочку в течение светового дня падает поток лучистой энергии Солнца мощностью Электрическая мощность, генерируемая фотоэлектрической оболочкой, составит NФЭ=η×NС=0.1×31400=3140 кВт Средняя электрическая мощность установки в сутки (24 часа) составит Для обеспечения постоянного режима работы потенциальная энергия, запасенная поднятым грузом, должна составить Егр=Ncp×(24-τ)×3600=1047000×(24-8)×3600=60307200000 Дж Потенциальная энергия поднятого груза массой Мгр равна ЕГР=MГР×g×H Для нашего случая масса груза должна быть 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. Масса оболочки баллона Моб=mπD2=3×3.14×2002=376800 кг=377 т Подъемная сила баллона диаметром D=200 м Таким образом, подъемная сила баллона больше, чем сумма массы оболочки и массы груза на величину F=2872-377-1230=1265 т Сечение каната с разрывным усилием σ=10000 кг/см2 (10 m/см2) должно быть больше С учетом давления ветра примем сечение каната S=400 см2=0.04 м2 При плотности углепластика ρУГЛ=1500 кг/м3 масса каната Mmp=ρУГЛ SH=1500×0.04×5000=300000 кг=300 т 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. Изобретение должно обеспечить получение электроэнергии как в светлое, так и в темное время суток и при наличии облачного покрова без использования дополнительных источников энергии. Солнечная энергетическая установка, содержащая баллон привязного аэростата с фотоэлектрической оболочкой, причем баллон соединен посредством каната с якорем, а фотоэлектрическая оболочка посредством электрических проводов с инвертором, отличающаяся тем, что канат выполнен из углепластика и на нем 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, при этом двигатель электроподъемника подключен к инвертору, а баллон аэростата расположен выше облачного слоя. www.findpatent.ru Солнечная энергетическая установка
Изобретение относится к преобразованию потока солнечного излучения в электрическую энергию, необходимую для питания различных потребителей: космических кораблей, фермерских и индивидуальных крестьянских хозяйств, индивидуальных строений, транспортных средств различного назначения и т.п. В солнечной энергетической установке, содержащей приемник излучения с фокусирующими устройствами 1, полупроводниковые преобразователи 2 с токоприемниками 3, подающими электроэнергию потребителю 4, система охлаждения преобразователей 2 выполнена в виде замкнутого контура с испарителем-парогенератором 5, насосом 7 и радиатором 6. В контуре установлена паровая турбина 8, соединенная с электрогенератором 9. Вместо турбины может быть использован паровой двигатель, а вместо отдельных турбины и электрогенератора - турбогенератор или термоэлектрогенератор. Токоприемники 10 указанного устройства соединены с токоприемниками преобразователей, что позволяет повысить КПД установки. 2 з.п. ф-лы, 1 ил. Изобретение относится к области преобразования потока солнечного излучения в электрическую энергию и может быть использовано для электропитания различных потребителей: космических кораблей, фермерских хозяйств, индивидуальных строений, транспортных средств различного назначения и т.п. Известны солнечные энергетические установки с фокусировкой излучения на полупроводниках, системой их охлаждения и получением электроэнергии (см. SU, авт. св. N 868109, М. кл. F 03 G 7/02, H 01 L 31/00, 1981). Использование таких установок позволяет повысить плотность излучения на полупроводниковых преобразователях, получить большую удельную мощность и понизить удельную стоимость установки. Применение в этих установках системы охлаждения полупроводников, интенсивно нагревающихся излучением и омическим теплом, выделяющимся протекающим током, позволяет обеспечить их надежную работу за счет отвода тепла в окружающее пространство. Однако при этом бесполезно теряется тепловая энергия, потери достигают 88% для кремниевых элементов и 76% для арсенид-галлиевых преобразователей. Известна также солнечная энергетическая установка (СЭУ), содержащая приемник излучения с фокусирующими устройствами, полупроводниковые преобразователи с выходом электроэнергии потребителю и системой их охлаждения (см., например, заявку ФРГ N 2750679, М. кл. H 01 L 31/00, 1979). К недостаткам известной СЭУ можно отнести те же, что и вышеописанные. Задачей изобретения является полезное использование этих потерь. В результате решения указанной задачи может быть получен технический результат, выражающийся в повышении плотности излучения на преобразователях, увеличении удельной мощности, снижении стоимости установки и повышении КПД. Указанный технический результат достигается тем, что в солнечной энергетической установке, содержащей приемник излучения с фокусирующими устройствами и полупроводниковые преобразователи с токоприемниками, согласно изобретению система охлаждения преобразователей выполнена в виде замкнутого контура с испарителем-парогенератором, насосом и радиатором, при этом в указанном контуре смонтировано устройство для преобразования тепловой энергии в электрическую, токоприемники которого подсоединены к токоприемникам полупроводниковых преобразователей. Устройство для преобразования тепловой энергии в электрическую может быть выполнено в виде паровой турбины, соединенной с электрогенератором. Возможно использование вместо паровой турбины парового двигателя или термоэлектрогенератора. Из уровня техники известны СЭУ, а также солнечные электростанции, в которых с помощью системы зеркал солнечные лучи собираются в пучки и направляются на паровой котел. Образовавшийся пар используется для привода турбогенератора. Вместо парового котла иногда используют термоэлектрогенератор. В данных установках используется цикл паровой котел - турбина - генератор (см. Политехнический словарь. - М.: Советская энциклопедия. - 1977. - С.461. и Советский энциклопедический словарь. - М.: Советская энциклопедия. - 1989. - С. 1253). Следует однако заметить, что известные установки позволяют получить только основную электроэнергию. А в заявляемом изобретении привод турбины осуществляется при помощи отводящего тепла в системе охлаждения преобразователей и за счет этого удается получить дополнительную электроэнергию, которая вместе с основной повышает эффективность установки. Это является принципиальным моментом в предлагаемом изобретении. Из уровня техники также известна СЭУ, в которой наряду с солнечными батареями используется ветровой двигатель (см. SU, авт.св. N 1687113, F 03 D 9/02, 1991). Солнечная энергетическая установка вырабатывает днем электроэнергию и передает ток на статический преобразователь, а ветровой двигатель (ВД) вырабатывает электроэнергию при наличии ветра как днем, так и ночью и передает ее на статический преобразователь. СЭУ и ВД могут работать как совместно, так и раздельно. В заявленном изобретении дополнительный источник электроэнергии выполнен иным образом, чем и в известном устройстве. Таким образом, из уровня техники последовательности соединения (связи) известных элементов и их конструктивного выполнения не обнаружено. Поэтому можно сделать вывод о новизне заявляемой СЭУ и ее соответствии изобретательскому уровню. Что же касается промышленной применимости, то она будет очевидна из приводимого ниже описания работы СЭУ. Сущность изобретения поясняется чертежом, на котором изображена схема солнечной энергетической установки. Установка содержит фокусирующие устройства 1, полупроводниковые преобразователи 2 с токоприемниками 3, соединенными с потребителем 4. Преобразователи 2 охлаждаются с помощью встроенного в них испарителя-парогенератора 5, в замкнутый контур которого с радиатором 6 вмонтированы электронасос 7 подачи жидкости и паровая турбина 8. Вместо последней может быть использован паровой двигатель. Паровая турбина 8 соединена с электрогенератором 9, токоприемники 10 которого подсоединены к токоприемникам 3 полупроводниковых преобразователей 2. Таким образом электрогенератор 9 работает одновременно с полупроводниковыми преобразователями 2. Вместо паровой турбины и электрогенератора возможно использование турбогенератора или термоэлектрогенератора. Энергоустановка работает следующим образом. Солнечное излучение фокусируется устройствами 1 на полупроводниковых преобразователях 2, которыми вырабатывается ток, идущий через токоприемники 3 потребителю и запитывающий электронасос 7, который подает жидкое рабочее тело (вода, эфир, аммиак и т.п.) в испаритель-парогенератор 5, который отводит тепло от преобразователей 2, затрачиваемое на испарение жидкого рабочего тела и перегрев пара (при необходимости). Пар подается к турбине 8 (паровому двигателю или турбогенератору, или термоэлектрогенератору), которая вращает электрогенератор 9, также работающий на потребитель 4 электроэнергии, как и полупроводниковые преобразователи 2. После расширения на турбине (в двигателе) отработанный пар конденсируется в радиаторе 6 в жидкость, которая снова подается насосом 7 в испаритель-парогенератор 5 и т.д. При расширении, например, насыщенного водяного пара при температуре 200oC его адиабатная работа составляет 26% от тепла, отведенного от полупроводникового преобразователя, если температура сконденсированной жидкости составляет 50oC, что соответствует 82% от КПД идеального цикла Карно. Если потери адиабатной работы в турбине составляют 35%, то будет получен эффективный КПД преобразования тепловой энергии 17%. Наиболее подходящими полупроводниковыми преобразователями для t = 200oC являются арсенид-галлиевые, выдерживающие такую температуру (для кремниевых элементов t = 50oC). При КПД их преобразователя 24% суммарный КПД энергоустановки составит до 37%: э=0,24+(1-0,24)0,17=0,24+0,129=0,37, что в 1,54 раза выше КПД одного полупроводникового преобразователя. При этом удельная мощность на кв.м приемника энергоустановки также повышается в 1,54 раза.Формула изобретения 1. Солнечная энергетическая установка, содержащая приемник излучения с фокусирующими устройствами, полупроводниковые преобразователи с токоприемниками и систему охлаждения преобразователей, отличающаяся тем, что система охлаждения преобразователей выполнена в виде замкнутого контура с испарителем - парогенератором, насосом и радиатором, при этом в указанном контуре смонтировано устройство для преобразования тепловой энергии в электрическую, токоприемники которого подсоединены к токоприемникам полупроводниковых преобразователей. 2. Установка по п.1, отличающаяся тем, что устройство для преобразования тепловой энергии замкнутого контура охлаждения полупроводниковых преобразователей выполнено в виде паровой турбины, соединенной с электрогенератором. 3. Установка по п.1, отличающаяся тем, что устройство для преобразования тепловой энергии замкнутого контура охлаждения полупроводниковых преобразователей выполнено в виде парового двигателя, соединенного с электрогенератором, или термоэлектрогенератора.РИСУНКИ Рисунок 1Похожие патенты:
Изобретение относится к гелиотехнике, в частности к солнечным фотоэлектрическим модулям с концентраторами для получения тепла и электроэнергии
Изобретение относится к гелиоэнергетике, в частности к солнечным фотоэлектрическим модулям с концентраторами солнечного излучения для получения электричества и тепла
Изобретение относится к гелиоэнергетике, в частности к солнечным фотоэлектрическим модулям с концентраторами солнечного излучения для получения электричества и тепла
Изобретение относится к гелиоэнергетике, в частности к солнечным фотоэлектрическим модулям с концентраторами солнечного излучения для получения электричества и тепла
Изобретение относится к гелиотехнике, в частности к солнечным фотоэлектрическим модулям с концентраторами излучения для получения электричества
Изобретение относится к области энергетики, а более конкретно, к устройствам и способам проведения процессов конверсии химических реагентов, позволяющим преобразовывать с высокой эффективностью энергию солнечного излучения в химическую энергию продуктов реакции
Изобретение относится к гелиотехнике и может быть использовано для выработки электроэнергии в течение солнечного времени, а также, например, для использования тепловой энергии для медленного таяния льда во время дрейфа айсберга с получением из него высококачественной питьевой воды
Изобретение относится к солнечной энергетике и может быть использовано при создании аэродинамических гелиостанций
Изобретение относится к космической технике и предназначено, в основном, для производства электроэнергии на Луне
Изобретение относится к области солнечных теплоэлектростанций
Изобретение относится к солнечным теплоэлектростанциям
Изобретение относится к области гелиоэнергетики
Изобретение относится к энергетике по выработке электроэнергии с использованием солнечной лучистой энергии
Изобретение относится к области ветроэнергетики. Способ производства энергии, заключающийся в том, что выработку энергии производят за счет вращения рабочих лопаток ветром, ускоренным сооружением, выполненным в виде сопла Лаваля в верхней части, а в нижней - представляющей из себя плоскость, и за счет солнечных батарей, а также за счет солнечных лучей, которые попадают на батарею, за счет их отражения от внутренней плоскости сопла Лаваля. Выработка электроэнергии может происходить как от солнечных лучей, так и от ветровых потоков, при этом ветровой поток направляет станцию с целью его захвата, а если отсутствует ветровой поток, станция направляется за улавливанием солнечных лучей. Изобретение направлено на повышение эффективности электростанции. 2 н. и 1 з.п. ф-лы, 12 ил.
Изобретение относится к способу генерации электроэнергии, использующему природную энергию, на основе накопления и хранения энергии и соответствующей системе генерации электроэнергии. Система сначала генерирует электроэнергию, используя природную энергию, такую как энергия ветра или солнечная энергия, и затем сжимает воздух или непосредственно сжимает воздух, а затем генерирует электроэнергию в электрическую энергосистему, используя сжатый воздух в качестве энергетического ресурса. Использующая объединенную энергию электростанция генерирует электроэнергию для приведения в действие устройства сжатия воздуха, а сжатый воздух затем используют в качестве аккумулирующей энергию среды и хранят сжатый воздух в устройстве для хранения воздуха. Затем сжатый воздух рассматривают как основной или вспомогательный источник энергии для другой электростанции, так что может быть реализована функция стабилизации регулирования пиковой нагрузки. Изобретение направлено на повышение производительности электростанции. 3 н. и 19 з.п. ф-лы,9 ил.
Комплементарная система подачи тепловой энергии с использованием солнечной энергии и биомассы принадлежит к области использования чистой энергии. Система содержит устройство, концентрирующее солнечные лучи, емкость (1) для хранения солнечного тепла, энергоустановку на биомассе, устройство охлаждения и замораживания для охлаждения и систему нагревания воды для центрального нагревания. Устройство, концентрирующее солнечные лучи, соединено трубопроводом с емкостью (1), впуск первого выпускного теплообменника (В1) емкости (1) соединен с выпуском насоса питательной воды бойлера на биомассе, выпуск первого теплообменника (В1) соединен с впуском системы питательной воды бойлера на биомассе. Впускной трубопровод второго теплообменника (В2) емкости (1) соединен с выпускным трубопроводом водоочистительной установки, и выпуск второго теплообменника (В2) соединен с впускным трубопроводом тепловой энергии устройства охлаждения и замораживания. Охлаждающая вода устройства охлаждения и замораживания соединена с емкостью горячей воды водонагревательной системы, чтобы осуществлять нагревание для пользователей. Емкость (1) представляет собой емкость для хранения тепла с двумя или с тремя теплоносителями и двумя циклами, а теплоносителем в ней является теплопроводящее масло или расплавленная соль. 8 з.п. ф-лы, 3 ил. Изобретение относится к преобразованию потока солнечного излучения в электрическую энергию, необходимую для питания различных потребителей: космических кораблей, фермерских и индивидуальных крестьянских хозяйств, индивидуальных строений, транспортных средств различного назначения и т.п www.findpatent.ru Солнечная энергетическая установка
Использование: преобразование солнечной энергии в электрическую в наземных энергетических установках. Цель: более полное использование солнечной энергии. Сущность изобретения: солнечная энергетическая установка содержит установленный в фокусе концентратора теплоприемник с расположенными в нем термоэмиссионными модулями, снабженными электроизолированными тепловыми трубами, испарительные зоны которых являются анодами термоэмиссионных модулей, а конденсационные зоны являются нагревателями двигателя Стирлинга с электрогенератором. 2 ил. Изобретение относится к области непосредственного преобразования солнечной энергии в электрическую. Известны солнечные термоэлектронные энергоустановки наземного применения, в которых используют высокотемпературные термоэмиссионные преобразователи (ТЭП) тепловой энергии. Энергоустановка включает гелиоконцентратор, теплоприемник ТЭП с системой отвода неиспользованного тепла и подсистемы преобразования постоянного тока в переменный. Недостатком такой установки является неоптимальное использование тепловой энергии солнца. Наиболее близкой по технической сущности к заявляемому устройству является выбранная в качестве прототипа солнечная энергетическая установка, содержащая теплоприемник, установленный в фокусе концентратора, преобразователь энергии в виде термоэмиссионных модулей и тепловые трубы, испарительные зоны которых являются анодами термоэмиссионных модулей. Недостаток установки состоит в низком КПД преобразования тепловой энергии солнца, а также сбросе тепла с большим температурным потенциалом, оправданном в условиях космоса, но не в наземных условиях, где массогабаритные параметры не являются определяющим критерием солнечной энергетической установки. Задачей изобретения является повышение КПД солнечной установки, а ее решением - создание двухкаскадной солнечной установки, в которой непреобразованное тепло высокотемпературного термоэмиссионного каскада не сбрасывается, а передается рабочему телу низкотемпературного каскада в виде двигателя Стирлинга с электрогенератором с помощью электрически изолированных от термоэмиссионных модулей тепловых труб, испарительная зона которых является анодами термоэмиссионных модулей и расположена в теплоприемнике, а зона конденсации является нагревателем двигателя Стирлинга. На фиг. 1 представлен общий вид солнечной установки; на фиг. 2 - двухкаскадный преорбразователь солнечной энергии в электрическую. Установка содержит концентратор 1 солнечной энергии в виде зеркала, двухкаскадный преобразователь энергии 2 соединенный штангами с концентратором, снабженным приводом с устройством слежения за Солнцем 3. Двухкаскадный преобразователь включает высокотемпературный каскад в виде установленной в теплоприемник 4 батареи последовательно соединенных преобразователей, коллекторы 5 которых через слой изоляции 6 закреплены на испарительной зоне тепловой трубы 7, зона конденсации которой служит нагревателем 8 рабочего тела двигателя Стирлинга. Тепловая труба 7 электрически изолирована от эмиттера 9 гермовводом 10, обеспечивающим также изолированный вывод тока с коллектора, и от корпуса 11 гермовводом 12. Двигатель Стирлингла содержит паровую камеру 13, заполненную рабочим телом, например парами натрия, теплообменник 14, заполненный рабочим телом, например гелием, охладитель 15, регенератор 16, свободнопоршневой цилиндр 17, вытеснительный поршень 18, цилиндр линейного электрогенератора 19, рабочий поршень 20, якорь 21 линейного генератора, обмотку 22 линейного генератора, клеммник нагрузки постоянного тока 23 и переменного тока 24. Работает предложенная энергетическая установка следующим образом. Солнечная энергия концентратором 1 передается эмиттерам 9 термоэмиссионных преобразователей. Часть тепла при переходе с эмиттера 9 на коллектор 5 ТЭП преобразуется в постоянный ток с КПД до 12% , снимаемый с клемм 23. Непреобразованное ТЭП тепло отводится от коллекторов 5 через слой изоляции 6 тепловыми трубами 7 в паровую камеру 13 двигателя Стирлинга. Зона конденсации тепловых труб обеспечивает нагрев рабочего тела (паров натрия), передающего тепло в теплообменнике 14 рабочему газу (гелию), поступающему в свободнопоршневой цилиндр 17 с вытеснительным поршнем 18. Регенератор 16 и охладитель 15 обеспечивают реализацию термодинамического цикла. Полезная нагрузка снимается линейным электрогенератором 19 с помощью приводимого рабочим поршнем 20 двигателя якоря 21, индуцирующего при колебаниях ЭДС переменного тока в обмотках 22. Возможность создания двухкаскадной наземной солнечной энергетической установки обусловлена благоприятным сочетанием температуры на стыке каскадов, когда отводимое от коллекторов ТЭП тепло является оптимальным для двигателя Стирлинга, а потери тепла на тепловой трубе пренебрежимо малы. Двухкаскадное устройство, дважды преобразующее тепловую энергию Солнца от одного концентратора, существенно выше по КПД суммы двух устройств - высокотемпературного термоэмиссионного и низкотемпературного - двигателя Стирлинга, каждый из которых должен быть снабжен собственным концентратором с подсистемой ориентации и слежения за Солнцем, а поэтому предложенное устройство компактнее за счет объединения каскадов. Кроме того, двухкаскадное устройство имеет дополнительные удобства при эксплуатации в том, что генерируемая ТЭП ЭДС при разогреве высокотемпературного каскада используется как источник системы автоматического запуска всей установки, что исключает необходимость использования внешнего источника электроэнергии. КПД предложенного двухкаскадного устройства составляет 40-50% , что существенно выше КПД прототипа ( 10% ).Формула изобретения СОЛНЕЧНАЯ ЭНЕРГЕТИЧЕСКАЯ УСТАНОВКА, содержащая теплоприемник, установленный в фокусе концентратора, преобразователь энергии в виде термоэмиссионных модулей и тепловые трубы, испарительные зоны которых являются анодами термоэмиссионных модулей, отличающаяся тем, что, с целью более полного использования солнечной энергии, установка содержит дополнительный преобразователь в виде двигателя Стирлинга с электрогенератором, нагревателем двигателя являются конденсационные зоны тепловых труб, электрически изолированных от термоэмиссионных модулей, а последние расположены в теплоприемнике.РИСУНКИ Рисунок 1, Рисунок 2www.findpatent.ru |
|
|||||||||||||||||
|
|
|||||||||||||||||
|
=10000 кг/см2)
=0.1 (10%)
=8 час=28800 с
Н
ВОЗД=0.663 кг/м3.
D2=3×3.14×2002=376800 кг=377 т
