RU2767718C1 - Solar photo energy apparatus - Google Patents
Solar photo energy apparatus Download PDFInfo
- Publication number
- RU2767718C1 RU2767718C1 RU2021124101A RU2021124101A RU2767718C1 RU 2767718 C1 RU2767718 C1 RU 2767718C1 RU 2021124101 A RU2021124101 A RU 2021124101A RU 2021124101 A RU2021124101 A RU 2021124101A RU 2767718 C1 RU2767718 C1 RU 2767718C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- cylindrical support
- shaft
- section
- solar
- plant according
- Prior art date
Links
- 238000009434 installation Methods 0.000 claims abstract description 19
- 239000000463 material Substances 0.000 claims abstract description 12
- 230000005855 radiation Effects 0.000 claims abstract description 11
- 239000011810 insulating material Substances 0.000 claims abstract description 6
- 230000003287 optical effect Effects 0.000 claims abstract description 5
- 239000002689 soil Substances 0.000 claims description 21
- 229910000838 Al alloy Inorganic materials 0.000 claims description 7
- RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N Copper Chemical compound [Cu] RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 7
- 239000010949 copper Substances 0.000 claims description 7
- 229910052709 silver Inorganic materials 0.000 claims description 4
- 239000004332 silver Substances 0.000 claims description 4
- 229920000049 Carbon (fiber) Polymers 0.000 claims description 3
- 229910052782 aluminium Inorganic materials 0.000 claims description 3
- XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N aluminium Chemical compound [Al] XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 3
- 239000004917 carbon fiber Substances 0.000 claims description 3
- 239000002131 composite material Substances 0.000 claims description 3
- 238000006073 displacement reaction Methods 0.000 claims description 3
- 239000011888 foil Substances 0.000 claims description 3
- 238000007654 immersion Methods 0.000 claims description 3
- VNWKTOKETHGBQD-UHFFFAOYSA-N methane Chemical compound C VNWKTOKETHGBQD-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 3
- 229910052802 copper Inorganic materials 0.000 claims 2
- PEDCQBHIVMGVHV-UHFFFAOYSA-N Glycerine Chemical compound OCC(O)CO PEDCQBHIVMGVHV-UHFFFAOYSA-N 0.000 abstract description 7
- 230000007774 longterm Effects 0.000 abstract description 3
- 230000000694 effects Effects 0.000 abstract 1
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract 1
- 229910000881 Cu alloy Inorganic materials 0.000 description 5
- 238000001816 cooling Methods 0.000 description 4
- 239000011521 glass Substances 0.000 description 4
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 description 4
- 239000002826 coolant Substances 0.000 description 3
- 230000005611 electricity Effects 0.000 description 3
- 239000004065 semiconductor Substances 0.000 description 3
- 230000017525 heat dissipation Effects 0.000 description 2
- 239000000758 substrate Substances 0.000 description 2
- 238000009835 boiling Methods 0.000 description 1
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 1
- 239000003638 chemical reducing agent Substances 0.000 description 1
- 150000001875 compounds Chemical class 0.000 description 1
- 239000012141 concentrate Substances 0.000 description 1
- 238000009833 condensation Methods 0.000 description 1
- 230000005494 condensation Effects 0.000 description 1
- 239000004020 conductor Substances 0.000 description 1
- 238000004146 energy storage Methods 0.000 description 1
- 230000004907 flux Effects 0.000 description 1
- 239000007788 liquid Substances 0.000 description 1
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 1
- 230000001681 protective effect Effects 0.000 description 1
- 239000011435 rock Substances 0.000 description 1
- 239000007787 solid Substances 0.000 description 1
- 238000009834 vaporization Methods 0.000 description 1
- 230000008016 vaporization Effects 0.000 description 1
- 239000002918 waste heat Substances 0.000 description 1
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L31/00—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
- H01L31/04—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof adapted as photovoltaic [PV] conversion devices
- H01L31/042—PV modules or arrays of single PV cells
-
- H—ELECTRICITY
- H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
- H02S—GENERATION OF ELECTRIC POWER BY CONVERSION OF INFRARED RADIATION, VISIBLE LIGHT OR ULTRAVIOLET LIGHT, e.g. USING PHOTOVOLTAIC [PV] MODULES
- H02S20/00—Supporting structures for PV modules
- H02S20/30—Supporting structures being movable or adjustable, e.g. for angle adjustment
- H02S20/32—Supporting structures being movable or adjustable, e.g. for angle adjustment specially adapted for solar tracking
-
- 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
- Y02E10/50—Photovoltaic [PV] energy
Landscapes
- Physics & Mathematics (AREA)
- Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
- Electromagnetism (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Computer Hardware Design (AREA)
- Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
- Power Engineering (AREA)
- Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- Sustainable Development (AREA)
- Photovoltaic Devices (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к солнечной энергетике, в частности к солнечным энергетическим устройствам, предназначенным для выработки электроэнергии путем фотоэлектрического преобразования солнечной энергии на лунной поверхности.The invention relates to solar energy, in particular to solar energy devices designed to generate electricity by photoelectric conversion of solar energy on the lunar surface.
При использовании солнечных энергетических устройств в условиях космического пространства, в отсутствии атмосферы, обеспечивающей достаточную тепловую конвекцию, отвод тепла от солнечных элементов может происходить только за счет лучеиспускания. Отвод тепла от солнечных элементов при установке на поверхности Луны усложняется, поскольку в течение лунного дня происходит разогрев открытой лунной поверхности Солнцем до температуры 120°C, что значительно снижает возможность рассеяния тепла в открытое пространство.When using solar power devices in outer space, in the absence of an atmosphere that provides sufficient thermal convection, heat removal from solar cells can occur only due to radiation. The removal of heat from solar cells when installed on the surface of the Moon becomes more complicated, since during the lunar day the open lunar surface is heated by the Sun to a temperature of 120°C, which significantly reduces the possibility of heat dissipation into open space.
Известна солнечная батарея (см. патент RU2230396, МПК H01L 31/042, опубликован 10.06.2004), состоящая из плоских панелей в виде каркаса и натянутого на него сетеполотна, разделенного на ячейки, в которых размещены модули. Модули содержат фотоэлектрические преобразователи прямоугольной формы, коммутационные металлические шины, защитные стеклянные пластины, подложку, элементы крепления модуля к сетеполотну и шунтирующие диоды. Стеклянные пластины покрывают во взаимно перпендикулярных направлениях несколько фотоэлектрических преобразователей и образуют цельные блоки. Края блоков соединены подложкой в виде полос, в промежутках между фотоэлектрическими преобразователями смежных блоков размещены объемные изгибы-компенсаторы в шинах. Элементы крепления, шунтирующие диоды и шины, вблизи краев модуля установлены на наружной поверхности стеклянных пластин на тыльной стороне модуля. Элементы крепления выполнены в виде площадки со стержнем, при этом площадка соединена со стеклянной пластиной, а конец стержня пропущен через сетеполотно и загнут на нить сетеполотна.A solar battery is known (see patent RU2230396, IPC H01L 31/042, published 06/10/2004), consisting of flat panels in the form of a frame and a mesh stretched over it, divided into cells in which modules are placed. The modules contain rectangular photovoltaic converters, switching metal busbars, protective glass plates, a substrate, elements for fastening the module to the grid, and shunt diodes. Glass plates cover several photoelectric converters in mutually perpendicular directions and form solid blocks. The edges of the blocks are connected by a substrate in the form of strips, in the gaps between the photoelectric converters of adjacent blocks there are volumetric bends-compensators in the tires. Fastening elements, shunt diodes and tires, near the edges of the module, are installed on the outer surface of the glass plates on the rear side of the module. The fastening elements are made in the form of a platform with a rod, while the platform is connected to a glass plate, and the end of the rod is passed through the mesh and bent onto the thread of the mesh.
Известная солнечная батарея имеет низкий удельный энергосъем и неэффективный отвод тепла от фотоэлектрических преобразователей.Known solar battery has a low specific energy output and inefficient heat removal from photovoltaic converters.
Известно фотоэлектрическое устройство (см. заявка US20110017875, МПК B64G 1/44, HOIL 31/042, опубликована 27.01.2011), содержащее несущую конструкцию космического аппарата, на которой закреплена панель концентраторных фотоэлектрических элементов, включающая в себя множество линз Френеля, направляющих свет на панель фотоэлектрических преобразователей, термически подключенных к центральной несущей конструкции через радиатор тепловой трубы. Тепловая труба обеспечивает передачу отработанного тепла от панели фотоэлектрических преобразователей и рассеяние его на радиаторе тепловой трубы и элементах несущей конструкции.A photovoltaic device is known (see application US20110017875, IPC B64G 1/44, HOIL 31/042, published 01/27/2011), containing a supporting structure of a spacecraft, on which a panel of concentrating photovoltaic cells is fixed, including a plurality of Fresnel lenses that direct light to a panel of photovoltaic converters thermally connected to the central supporting structure through a heat pipe radiator. The heat pipe ensures the transfer of waste heat from the photovoltaic converter panel and its dissipation on the heat pipe radiator and elements of the supporting structure.
Недостатком известного фотоэлектрического устройства является низкий удельный энергосъем.A disadvantage of the known photovoltaic device is the low specific energy output.
Известно солнечное фотоэлектрическое устройство (см. заявка WO2018148796, МПК H01L 31/0525, H02S 40/44, H02S 40/42, опубликована 23.08.2018), содержащее фотоэлектрическую солнечную панель, в которой каждый фотоэлектрический преобразователь установлен на радиатор теплоотвода и подключен к первому контуру охлаждения. В первом контуре охлаждения происходит перенос тепла охлаждающей жидкостью от радиаторов в первый теплообменник с помощью насоса низкого давления. В первом теплообменнике происходит передача тепла во второй контур охлаждения. Охлаждение жидкости первого контура происходит за счет энергии парообразования при кипении теплоносителя второго контура, циркуляция которого производится с помощью насоса высокого давления. Во втором контуре происходит перенос тепла и передача его в третьем теплообменнике в емкость с водой при конденсации паров теплоносителя второго контура.A solar photovoltaic device is known (see application WO2018148796, IPC H01L 31/0525, H02S 40/44, H02S 40/42, published on August 23, 2018), containing a photovoltaic solar panel, in which each photovoltaic converter is installed on a heat sink radiator and connected to the first cooling circuit. In the first cooling circuit, heat is transferred by the coolant from the radiators to the first heat exchanger using a low pressure pump. In the first heat exchanger, heat is transferred to the second cooling circuit. Cooling of the liquid of the primary circuit occurs due to the energy of vaporization during the boiling of the coolant of the second circuit, which is circulated by means of a high-pressure pump. In the second circuit, heat is transferred and transferred in the third heat exchanger to a container with water during condensation of the vapors of the second circuit coolant.
Известное солнечное фотоэлектрическое устройство обладает высокой производительностью при переносе тепловых потоков, но имеет сложную конструкцию и ее применение на лунных станциях в условиях большого перепада температур не представляется возможным.Known solar photovoltaic device has a high performance in the transfer of heat fluxes, but has a complex design and its use on lunar stations in conditions of large temperature differences is not possible.
Известна солнечная фотоэлектрическая установка (см. патент RU2286517 МПК F24J 2/42, опубликован 27.10.2006), включающая солнечную батарею, набранную из концентраторных фотоэлектрических модулей с прямоугольными корпусами, содержащих фотоэлектрические преобразователи, находящиеся в фокусах линз Френеля, размещенную на механической системе ориентации на Солнце, содержащей приводы зенитального и азимутального вращения, снабженные шаговыми мотор-редукторами, систему слежения, оснащенную датчиками положения Солнца. Механическая система включает две рамы - базовую, вращающуюся вокруг вертикальной оси и подвешенную, с закрепленными концентраторными фотоэлектрическими модулями, обеспечивающую поворот вокруг горизонтальной оси.A solar photovoltaic installation is known (see patent RU2286517 IPC F24J 2/42, published 10/27/2006), including a solar battery assembled from concentrator photovoltaic modules with rectangular housings containing photovoltaic converters located at the foci of Fresnel lenses, placed on a mechanical orientation system on The sun, containing drives of zenithal and azimuth rotation, equipped with stepper motor-reducers, a tracking system, equipped with sensors of the position of the Sun. The mechanical system includes two frames - a base frame that rotates around a vertical axis and a suspended frame with fixed concentrator photovoltaic modules that provides rotation around a horizontal axis.
Известная солнечная фотоэлектрическая установка имеет недостаточную общую энергоэффективность вследствие большой площади нефотоактивной области фотоэлектрической установки и недостаточно эффективную систему отвода тепла, обеспечивающую работу концентраторных фотоэлектрических модулей только в условиях земной атмосферы.The known solar photovoltaic installation has insufficient overall energy efficiency due to the large area of the non-photoactive area of the photovoltaic installation and an insufficiently efficient heat removal system that ensures the operation of the concentrator photovoltaic modules only in the earth's atmosphere.
Известна солнечная фотоэнергоустановка (см. патент US7381886, МПК H01L 31/0232, опубликован 03.06.2008), совпадающая с настоящим техническим решением по наибольшему числу существенных признаков и принятая за прототип. Солнечная фотоэнергоустановка содержит вертикальную полую цилиндрическую опору, вал с первым приводом, коаксиально установленный с возможностью вращения в полости цилиндрической опоры. На верхнем торце вала установлена посредством цилиндрического шарнира, ось которого ортогональна оси вала, рама со вторым приводом и с оптическим солнечным датчиком, чувствительным к смещению Солнца. На раме закреплена солнечная батарея с концентраторами солнечного излучения, в фокусе которых установлены на теплоотводящем основании фотоэлектрические преобразователи. Солнечная батарея, установленная на раме, содержит массив концентрирующих излучение линз Френеля и множество многокаскадных полупроводниковых солнечных элементов на основе полупроводниковых соединений А3В5.Known solar photovoltaic (see patent US7381886, IPC H01L 31/0232, published 06/03/2008), coinciding with the present technical solution for the largest number of essential features and taken as a prototype. The solar photovoltaic installation contains a vertical hollow cylindrical support, a shaft with the first drive, coaxially mounted for rotation in the cavity of the cylindrical support. At the upper end of the shaft, a frame with a second drive and an optical solar sensor sensitive to the displacement of the Sun is installed by means of a cylindrical hinge, the axis of which is orthogonal to the axis of the shaft. A solar battery with solar radiation concentrators is fixed on the frame, in the focus of which photoelectric converters are installed on a heat-removing base. The solar battery mounted on the frame contains an array of radiation-concentrating Fresnel lenses and a plurality of multi-stage semiconductor solar cells based on A3B5 semiconductor compounds.
Известная наземная солнечная система имеет недостаточно эффективную систему отвода и рассеяния тепла от полупроводниковых солнечных элементов солнечной батареи в условиях работы на поверхности Луны.The known terrestrial solar system has an insufficiently efficient system for removing and dissipating heat from semiconductor solar cells of a solar battery when operating on the lunar surface.
Задачей настоящего технического решения является разработка солнечной фотоэнергоустановки, которая бы обеспечивала эффективный отвод тепла от теплоотводящего основания фотоэлектрических преобразователей в условиях длительной автономной работы фотоэнергоустановки на поверхности Луны.The objective of this technical solution is to develop a solar photovoltaic installation that would ensure efficient heat removal from the heat-removing base of photoelectric converters under conditions of long-term autonomous operation of a photovoltaic installation on the surface of the Moon.
Поставленная задача решается тем, что солнечная фотоэнергоустановка содержит вертикальную полую цилиндрическую опору, вал с первым приводом, коаксиально установленный с возможностью вращения в полости цилиндрической опоры, раму со вторым приводом и с оптическим солнечным датчиком, чувствительным к смещению Солнца, установленную на верхнем торце вала посредством цилиндрического шарнира, ось которого ортогональна оси вала, и закрепленную на раме солнечную батарею с концентраторами солнечного излучения, в фокусе которых установлены на теплоотводящем основании фотоэлектрические преобразователи. Новым в солнечной фотоэнергоустановке является то, что вал выполнен из материала с повышенной теплопроводностью, вертикальная полая цилиндрическая опора выполнена составной с возможностью частичного погружения в грунт места установки, нижний участок цилиндрической опоры выполнен из материала с повышенной теплопроводностью, а верхний участок цилиндрической опоры выполнен из теплоизолирующего материала, во внутренней поверхности цилиндрической опоры выполнена кольцевая цилиндрическая проточка, а наружная поверхность участка вала, выступающего из верхнего торца цилиндрической опоры, и наружная поверхность участка цилиндрической опоры, не погружаемого в грунт, выполнены светоотражающими.The problem is solved by the fact that the solar photovoltaic installation contains a vertical hollow cylindrical support, a shaft with the first drive, coaxially mounted for rotation in the cavity of the cylindrical support, a frame with a second drive and with an optical solar sensor sensitive to the displacement of the Sun, installed on the upper end of the shaft by means of a cylindrical hinge, the axis of which is orthogonal to the axis of the shaft, and a solar battery fixed on the frame with solar radiation concentrators, in the focus of which photoelectric converters are installed on a heat-removing base. What is new in the solar photovoltaic installation is that the shaft is made of a material with increased thermal conductivity, the vertical hollow cylindrical support is made of composite with the possibility of partial immersion in the ground of the installation site, the lower section of the cylindrical support is made of a material with increased thermal conductivity, and the upper section of the cylindrical support is made of heat-insulating material, an annular cylindrical groove is made in the inner surface of the cylindrical support, and the outer surface of the shaft section protruding from the upper end of the cylindrical support and the outer surface of the cylindrical support section not immersed in the ground are made reflective.
В фотоэнергоустановке вал может быть выполнен из меди или из алюминиевого сплава.In a photovoltaic installation, the shaft can be made of copper or aluminum alloy.
Нижний торец вала фотоэнергоустановки может быть снабжен упорным подшипником.The lower end of the photovoltaic shaft can be equipped with a thrust bearing.
Нижний участок цилиндрической опоры может быть выполнен из меди или из алюминиевого сплава.The lower section of the cylindrical support can be made of copper or aluminum alloy.
Верхний участок цилиндрической опоры может быть выполнен из углепластика.The upper section of the cylindrical support can be made of carbon fiber.
Наружная поверхность участка вала, выступающего из верхнего торца цилиндрической опоры, и наружная поверхность участка цилиндрической опоры, не погружаемого в грунт, могут быть покрыты алюминиевой фольгой с зеркально отражающей поверхностью.The outer surface of the section of the shaft protruding from the upper end of the cylindrical support, and the outer surface of the section of the cylindrical support that is not immersed in the ground, can be covered with aluminum foil with a specularly reflective surface.
На наружную поверхность участка вала, выступающего из верхнего торца цилиндрической опоры, и на наружную поверхность участка цилиндрической опоры, не погружаемого в грунт, может быть нанесен слой зеркально отполированного серебра.A layer of mirror polished silver can be deposited on the outer surface of the shaft section protruding from the upper end of the cylindrical support, and on the outer surface of the cylindrical support section not immersed in the ground.
Верхний участок цилиндрической опоры может быть снабжен кольцевым опорным выступом.The upper section of the cylindrical support may be provided with an annular support ledge.
В течение лунного дня происходит разогрев открытой лунной поверхности Солнцем до температуры 120°C, но при этом температура лунных пород, залегающих на глубине более 1 м, постоянна и равна минус 35°C.During the lunar day, the open lunar surface is heated by the Sun to a temperature of 120°C, but the temperature of lunar rocks lying at a depth of more than 1 m is constant and equal to minus 35°C.
Размещение нижнего конца вала и нижнего участка цилиндрической опоры в глубине лунного грунта оптимально на глубине (2,0-2,5) м. Оптимальная длина нижнего участка цилиндрической опоры составляет (0,5-1,0) м. Такие параметры солнечной фотоэнергоустановки обеспечивают передачу тепла за счет градиента температур от нагретой поверхности вала и нижнего участка цилиндрической опоры в лунный грунт и рассеяние его в лунном грунте. При этом вал выполняет функцию теплопровода при передаче тепла от теплоотводящего основания солнечной батареи в лунный грунт. Для уменьшения тепловых потерь передачи тепла в лунный грунт, вал и нижний участок цилиндрической опоры выполнены из материала с повышенной теплопроводностью (желательно не менее 170 Вт/м⋅град; уменьшение теплопроводности конструкционных материалов ниже указанной величины приводит к неоправданному увеличению массогабаритных параметров элементов конструкции для сохранения теплопередающих характеристик), например, из меди или из алюминиевого сплава. Для обеспечения максимальной эффективности передачи тепла в лунный грунт, необходимо, чтобы вся поверхность нижнего участка цилиндрической опоры находилась на глубине более 1 метра при постоянной температуре лунного грунта минус 35°C. При увеличении длины нижнего участка цилиндрической опоры более 1 метра верхняя часть поверхности нижнего участка цилиндрической опоры может оказаться на глубине менее 1 метра при более высокой температуре лунного грунта, что снижает эффективности передачи тепла в лунный грунт. Уменьшение длины нижнего участка цилиндрической опоры менее 0,5 метра приводит к уменьшению площади поверхности нижнего участка цилиндрической опоры и снижению эффективности рассеяния тепла в лунном грунте. При уменьшении глубины размещения нижнего конца вала и нижнего участка цилиндрической опоры в лунном грунте менее 2 метров, верхняя часть поверхности части нижнего участка цилиндрической опоры может оказаться при более высокой температуре лунного грунта, что снижает эффективности передачи тепла в лунный грунт. Увеличение глубины размещения нижнего конца вала более 2,5 метров приводит к неоправданному увеличению расхода материалов и массы конструкции при сохранении неизменной эффективности передачи тепла в лунный фунт. Наружная поверхность участка вала, выступающего из верхнего торца цилиндрической опоры, и наружная поверхность участка цилиндрической опоры, не погружаемого в грунт, выполнены с высоким коэффициентом отражения рассеянного солнечного излучения и теплового излучения разогретой лунной поверхности для уменьшения дополнительного нагрева вала, передающего тепло от теплоотводящего основания солнечной батареи в лунный грунт. Выполнение верхнего участка цилиндрической опоры из теплоизолирующего материала уменьшает дополнительный нагрев вала от верхних разогретых слоев лунного грунта. Выполнение во внутренней поверхности цилиндрической опоры кольцевой цилиндрической проточки, образующей зазор между валом и внутренней поверхностью цилиндрической опоры, в условиях отсутствия атмосферы на Луне снижает передачу тепла и уменьшает дополнительный нагрев вала от верхних разогретых слоев лунного грунта.The placement of the lower end of the shaft and the lower section of the cylindrical support in the depth of the lunar soil is optimal at a depth of (2.0-2.5) m. The optimal length of the lower section of the cylindrical support is (0.5-1.0) m. Such parameters of the solar photovoltaic installation provide heat transfer due to the temperature gradient from the heated surface of the shaft and the lower section of the cylindrical support into the lunar soil and its dissipation in the lunar soil. In this case, the shaft performs the function of a heat conductor when transferring heat from the heat-removing base of the solar battery to the lunar soil. To reduce the heat losses of heat transfer to the lunar soil, the shaft and the lower section of the cylindrical support are made of a material with increased thermal conductivity (preferably not less than 170 W/m⋅deg; a decrease in the thermal conductivity of structural materials below the specified value leads to an unjustified increase in the weight and size parameters of the structural elements to preserve heat transfer characteristics), for example, made of copper or aluminum alloy. To ensure maximum efficiency of heat transfer to the lunar soil, it is necessary that the entire surface of the lower section of the cylindrical support be at a depth of more than 1 meter at a constant temperature of the lunar soil of minus 35°C. When the length of the lower section of the cylindrical support is increased by more than 1 meter, the upper part of the surface of the lower section of the cylindrical support may be at a depth of less than 1 meter at a higher temperature of the lunar soil, which reduces the efficiency of heat transfer to the lunar soil. Reducing the length of the lower section of the cylindrical support to less than 0.5 meters leads to a decrease in the surface area of the lower section of the cylindrical support and a decrease in the efficiency of heat dissipation in the lunar soil. With a decrease in the depth of placement of the lower end of the shaft and the lower section of the cylindrical support in the lunar soil less than 2 meters, the upper part of the surface of the lower section of the cylindrical support may be at a higher temperature of the lunar soil, which reduces the efficiency of heat transfer to the lunar soil. An increase in the depth of the lower end of the shaft to more than 2.5 meters leads to an unjustified increase in the consumption of materials and the mass of the structure, while maintaining the same efficiency of heat transfer to the lunar pound. The outer surface of the shaft section protruding from the upper end of the cylindrical support, and the outer surface of the cylindrical support section not immersed in the ground, are made with a high reflection coefficient of scattered solar radiation and thermal radiation of the heated lunar surface to reduce additional heating of the shaft that transfers heat from the heat-removing base of the solar batteries in the lunar soil. The execution of the upper section of the cylindrical support from a heat-insulating material reduces the additional heating of the shaft from the upper heated layers of the lunar soil. The execution of an annular cylindrical groove in the inner surface of the cylindrical support, forming a gap between the shaft and the inner surface of the cylindrical support, in the absence of an atmosphere on the Moon, reduces heat transfer and reduces additional heating of the shaft from the upper heated layers of the lunar soil.
Сущность настоящего технического решения поясняется чертежом, где приведен в продольном разрезе общий вид солнечной фотоэнергоустановки.The essence of this technical solution is illustrated by a drawing, which shows in a longitudinal section a general view of a solar photovoltaic installation.
Настоящая солнечная фотоэнергоустановка содержит солнечную батарею 1 с концентраторами 2 солнечного излучения и фотоэлектрическими преобразователями 3 на теплоотводящем основании 4, размещенную на электромеханической системе ориентации солнечной батареи 1 на Солнце 5. Электромеханическая система ориентации включает: составную вертикальную полую цилиндрическую опору 6, состоящую из верхнего участка 7 и нижнего участка 8, вал 9, снабженный первым приводом 10, и раму 11, снабженную вторым приводом 12 и оптическим солнечным датчиком 13 слежения по двум координатам за положением Солнца 5 для вращения вала 9 и рамы 11 и поддержания положения солнечной батареи 1 ортогональной солнечному свету. Вал 9, коаксиально установлен с возможностью вращения в полости цилиндрической опоры 6. Рама 11 установлена на верхнем торце вала 9 посредством цилиндрического шарнира 14, ось которого ортогональна оси вала 9. На раме 11 закреплено теплоотводящее основание 4 солнечной батареи 1. Вал 9 выполнен из материала с повышенной теплопроводностью, например, из меди или из алюминиевого сплава. Нижний торец вала 9 снабжен упорным подшипником 15. Вертикальная полая цилиндрическая опора 6 выполнена с возможностью частичного погружения в лунный грунт места установки. Нижний участок 8 цилиндрической опоры 6 выполнен из материала с повышенной теплопроводностью, например, из меди или из алюминиевого сплава. Верхний участок 7 цилиндрической опоры 6 выполнен из теплоизолирующего материала, например из углепластика. Во внутренней поверхности цилиндрической опоры 6 выполнена кольцевая цилиндрическая проточка 16. Наружная поверхность участка вала 9, выступающего из верхнего торца цилиндрической опоры 6, и наружная поверхность участка 7 цилиндрической опоры 6, не погружаемого в грунт, выполнены светоотражающими, например, покрыты алюминиевой фольгой с зеркально отражающей поверхностью или на них нанесен слой зеркально отполированного серебра. Верхний участок 7 цилиндрической опоры 9 снабжен кольцевым опорным выступом 17, для чего у верхнего участка 7 выполнена проточка 18. Опорный выступ 17 зафиксирован кольцом 19.This solar photovoltaic installation contains a solar battery 1 with concentrators 2 of solar radiation and
При размещении солнечной фотоэнергоустановки на поверхности Луны производят бурение лунного грунта перпендикулярно поверхности на глубину (2,0-2,5) м, и в пробуренную скважину устанавливают (до упора о лунный грунт опорного выступа 17) цилиндрическую опору 6 с валом 9 и закрепленной на верхнем конце вала 9 солнечной батареей 1.When a solar photovoltaic installation is placed on the surface of the Moon, the lunar soil is drilled perpendicular to the surface to a depth of (2.0-2.5) m, and a
При работе солнечной фотоэнергоустановки концентраторы 2 солнечного излучения, установленные на солнечной батарее 1, ориентированной электромеханической системой ориентации перпендикулярно солнечным лучам, концентрируют солнечный свет и фокусируют его на светочувствительных поверхностях фотоэлектрических преобразователей 3. Фотоэлектрические преобразователи 3 преобразуют энергию квантов света в электроэнергию. Вырабатываемую установкой электроэнергию подают к внешнему потребителю или накопителю энергии. Тепло, выделяемое при работе фотоэлектрических преобразователей 3, передается через теплоотводящее основание 4 и цилиндрический шарнир 14 на вал 9, изготовленный из материала с высокой теплопроводностью. Через нижнюю часть вращающегося вала 9, имеющего тепловой контакт с нижний участком 8 цилиндрической опоры 6, соприкасающимся с лунным грунтом, имеющим температуру минус 35°C, тепло переходит в лунный грунт и рассеивается в нем. Покрытие наружной поверхности участка вала 9, выступающего из верхнего торца цилиндрической опоры 6, наружной поверхности участка 7 цилиндрической опоры 6, не погружаемого в грунт, и наружной поверхности кольцевого опорного выступа 17 алюминиевой фольгой с зеркально отражающей поверхностью или слоем зеркально отполированного серебра, а также выполнение верхнего участка 7 цилиндрической опоры 6 из теплоизолирующего материала уменьшают дополнительный разогрев верхней части вала 9 от теплового излучения разогретой поверхности Луны, снижают тепловые потери и повышают эффективность отвода тепла от фотоэлектрических преобразователей 3.During the operation of a solar photovoltaic system, concentrators 2 of solar radiation, mounted on a solar battery 1, oriented by an electromechanical orientation system perpendicular to the sun's rays, concentrate sunlight and focus it on the light-sensitive surfaces of
Использование настоящего изобретения позволяет, независимо от температуры лунной поверхности, понизить температуру фотоэлектрических преобразователей до значений, близких к оптимальным значениям, что повышает эффективность преобразования солнечного излучения в электрическую энергию и обеспечивает получения высокого удельного энергосъема в течение лунного дня, в условиях длительной автономной работы на поверхности Луны.The use of the present invention makes it possible, regardless of the temperature of the lunar surface, to lower the temperature of photoelectric converters to values close to optimal values, which increases the efficiency of converting solar radiation into electrical energy and provides a high specific energy output during the lunar day, in conditions of long-term autonomous operation on the surface Moon.
Claims (10)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2021124101A RU2767718C1 (en) | 2021-08-10 | 2021-08-10 | Solar photo energy apparatus |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2021124101A RU2767718C1 (en) | 2021-08-10 | 2021-08-10 | Solar photo energy apparatus |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2767718C1 true RU2767718C1 (en) | 2022-03-18 |
Family
ID=80737344
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2021124101A RU2767718C1 (en) | 2021-08-10 | 2021-08-10 | Solar photo energy apparatus |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2767718C1 (en) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2789285C1 (en) * | 2022-07-13 | 2023-02-01 | Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Физико-технический институт им. А.Ф. Иоффе Российской академии наук | Solar photo power plant |
Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2286517C1 (en) * | 2005-02-21 | 2006-10-27 | Жорес Иванович Алферов | Solar photoelectric plant |
| US7381886B1 (en) * | 2007-07-30 | 2008-06-03 | Emcore Corporation | Terrestrial solar array |
| RU2354896C1 (en) * | 2007-12-18 | 2009-05-10 | Общество с ограниченной ответственностью "Национальная инновационная компания "Новые энергетические проекты" (ООО "Национальная инновационная компания "НЭП") | Photo power plant |
| RU2560652C2 (en) * | 2013-07-19 | 2015-08-20 | Акционерное общество "Информационные спутниковые системы" имени академика М.Ф. Решетнёва"(АО"ИСС") | Solar power station |
| RU2723786C1 (en) * | 2019-11-29 | 2020-06-17 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Забайкальский государственный университет" (ФГБОУ ВО "ЗабГУ") | Device for orientation of solar battery |
| US20200403560A1 (en) * | 2018-02-16 | 2020-12-24 | Xizan Energy Efficiency S.L. | Portable system of photovoltaic panels with biaxial solar tracking structure and folding system for its transport and storage |
-
2021
- 2021-08-10 RU RU2021124101A patent/RU2767718C1/en active
Patent Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2286517C1 (en) * | 2005-02-21 | 2006-10-27 | Жорес Иванович Алферов | Solar photoelectric plant |
| US7381886B1 (en) * | 2007-07-30 | 2008-06-03 | Emcore Corporation | Terrestrial solar array |
| RU2354896C1 (en) * | 2007-12-18 | 2009-05-10 | Общество с ограниченной ответственностью "Национальная инновационная компания "Новые энергетические проекты" (ООО "Национальная инновационная компания "НЭП") | Photo power plant |
| RU2560652C2 (en) * | 2013-07-19 | 2015-08-20 | Акционерное общество "Информационные спутниковые системы" имени академика М.Ф. Решетнёва"(АО"ИСС") | Solar power station |
| US20200403560A1 (en) * | 2018-02-16 | 2020-12-24 | Xizan Energy Efficiency S.L. | Portable system of photovoltaic panels with biaxial solar tracking structure and folding system for its transport and storage |
| RU2723786C1 (en) * | 2019-11-29 | 2020-06-17 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Забайкальский государственный университет" (ФГБОУ ВО "ЗабГУ") | Device for orientation of solar battery |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2789285C1 (en) * | 2022-07-13 | 2023-02-01 | Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Физико-технический институт им. А.Ф. Иоффе Российской академии наук | Solar photo power plant |
| RU2813087C1 (en) * | 2023-07-21 | 2024-02-06 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Кубанский государственный технологический университет" (ФГБОУ ВО "КубГТУ") | Solar panel orientation device |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| AU2002362938B8 (en) | Solar electricity generator | |
| US7569764B2 (en) | Solar modules with tracking and concentrating features | |
| US20120305077A1 (en) | Concentrated photovoltaic and thermal system | |
| US20080135086A1 (en) | Photovoltaic cells, modules and methods of making same | |
| US20100154866A1 (en) | Hybrid solar power system | |
| AU2002362938A1 (en) | Solar electricity generator | |
| US20090235985A1 (en) | Concentrators for solar power generating systems | |
| CA2699896A1 (en) | Low concentrating photovoltaic thermal solar collector | |
| US20240339964A1 (en) | Hybrid receiver for concentrated photovoltaic-thermal power systems, and associated methods | |
| US20110192440A1 (en) | Compact parabolic solar concentrators and cooling and heat extraction system | |
| AU2010365050B2 (en) | Concentrated photovoltaic and thermal solar energy collector | |
| WO2014043300A1 (en) | Cooling system for high performance solar concentrators | |
| RU2767718C1 (en) | Solar photo energy apparatus | |
| WO1996024954A1 (en) | Non-tracking solar concentrator heat sink and housing system | |
| RU193323U1 (en) | Foldable thermal photovoltaic concentrator module with double-sided photocells | |
| Raj et al. | An experimental study on the performance of concentrated photovoltaic system with cooling system for domestic applications | |
| RU2789205C1 (en) | Solar photovoltaic power plant | |
| Andreev et al. | New-generation concentrator modules based on cascade solar cells: Design and optical and thermal properties | |
| RU2789285C1 (en) | Solar photo power plant | |
| Loumakis | Sustainable solar energy | |
| KR102481831B1 (en) | Lens condensing cogeneration solar system | |
| Benkaddour et al. | Comparative Study of Electricity Production by Photovoltaic Panels with Mirrors for Different Inclinations | |
| EP0015947A1 (en) | Solar energy system | |
| Palaskar et al. | Study of oscillatory flow heat exchanger used in hybrid solar system fitted with fixed reflectors | |
| WO2005124245A2 (en) | Reflecting solar concentrator for the generation of electrical energy |