[go: up one dir, main page]
More Web Proxy on the site http://driver.im/

RU2789285C1 - Solar photo power plant - Google Patents

Solar photo power plant Download PDF

Info

Publication number
RU2789285C1
RU2789285C1 RU2022119216A RU2022119216A RU2789285C1 RU 2789285 C1 RU2789285 C1 RU 2789285C1 RU 2022119216 A RU2022119216 A RU 2022119216A RU 2022119216 A RU2022119216 A RU 2022119216A RU 2789285 C1 RU2789285 C1 RU 2789285C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
solar
heat
cylindrical support
cavity
power plant
Prior art date
Application number
RU2022119216A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Вячеслав Михайлович Андреев
Николай Юрьевич Давидюк
Павел Васильевич Покровский
Original Assignee
Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Физико-технический институт им. А.Ф. Иоффе Российской академии наук
Filing date
Publication date
Application filed by Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Физико-технический институт им. А.Ф. Иоффе Российской академии наук filed Critical Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Физико-технический институт им. А.Ф. Иоффе Российской академии наук
Application granted granted Critical
Publication of RU2789285C1 publication Critical patent/RU2789285C1/en

Links

Images

Abstract

FIELD: solar energy.
SUBSTANCE: invention relates to solar energy, namely to solar energy systems designed to generate electricity by photoelectric conversion of solar energy on the surface of the moon. Solar photoelectric power plant comprises a hollow cylindrical support (1), a hollow shaft (2) with a drive (3) mounted for rotation in the cavity of the cylindrical support (1), a solar battery (5) with a solar radiation concentrator on a heat-removing base (6), placed on the upper end of the hollow shaft (2). The optical axis (8) of the solar battery (5) is mounted orthogonally to the axis (9) of the hollow shaft (2). The hot part of the heat pipe (10) adjoins the heat-removing base (6), and the cold part of the heat pipe (10), equipped with a radiator (11), is located in the cavity of the heat exchanger (12) located on the upper end of the hollow shaft (2). The cavity of the heat exchanger (12) is connected through a system of coaxial channels (13), (14) equipped with a pump (15) to an expansion tank (16) made of a material with high thermal conductivity, installed adjacent to the lower part (17) of a hollow cylindrical support (1).
EFFECT: solar photovoltaic plant according to the invention provides efficient conversion of solar radiation into electrical energy and obtaining high specific energy output due to efficient heat removal and stabilization of the operating temperature of the photovoltaic battery under conditions of long-term operation of the photovoltaic power plant on the lunar surface.
3 cl, 1 dwg

Description

Изобретение относится к солнечной энергетике, а именно к солнечным энергетическим системам, предназначенным для выработки электроэнергии путем фотоэлектрического преобразования солнечной энергии на поверхности Луны.The invention relates to solar energy, namely to solar energy systems designed to generate electricity by photoelectric conversion of solar energy on the surface of the moon.

Эффективность преобразования солнечной энергии в значительной степени зависит от поддержания оптимального температурного режима работы фотоэлектрических преобразователей. При использовании солнечных энергетических устройств в условиях космического пространства, охлаждение солнечных элементов осуществляется только радиационным способом, так как при отсутствии воздушной атмосферы не может быть задействован механизм конвекционного переноса тепла. Отвод тепла от солнечных энергетическим систем при установке на поверхности Луны усложняется, поскольку в течение лунного дня происходит разогрев открытой лунной поверхности Солнцем до температуры более 120°С, что приводит к дополнительному разогреву элементов конструкции энергоустановки и снижает эффективность отвода тепла от солнечных элементов в открытое пространство.The efficiency of solar energy conversion largely depends on maintaining the optimal temperature regime for the operation of photovoltaic converters. When using solar power devices in outer space, the cooling of solar cells is carried out only by the radiation method, since in the absence of an air atmosphere, the mechanism of convection heat transfer cannot be activated. Heat removal from solar power systems 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 more than 120 ° C, which leads to additional heating of the structural elements of the power plant and reduces the efficiency of heat removal from solar cells to open space .

Известна солнечная фотоэлектрическая станция (см. RU2764866, МПК H01L 31/042, H02S 20/30, H02S 20/32, опубл. 21.01.2022), включающая промежуточную раму, выполненную в виде круглой цилиндрической балки, снабженную приводом, оптическим солнечным датчиком, чувствительным к смещению Солнца в плоскости эклиптики, и установленную с возможностью вращения в вертикальной плоскости посредством первых цилиндрических шарниров на двух стойках, прикрепленных к основанию, одна из которых снабжена механизмом ее вертикального возвратно-поступательного перемещения. Солнечная фотоэлектрическая станция включает также раму солнечных элементов, прикрепленную к промежуточной раме, блок управления, подключенный входом к оптическому солнечному датчику, а выходом к приводу. Промежуточная рама установлена с возможностью вращения приводом вокруг своей оси посредством вторых цилиндрических шарниров, ортогонально закрепленных на первых цилиндрических шарнирах. Рама солнечных элементов установлена параллельно оси вращения промежуточной рамы и снабжена концентраторами солнечного излучения, в фокусе которых установлены солнечные элементы, выполненные в виде прямоугольников с длинной стороной, параллельной оси круглой цилиндрической балки, при этом длина d и ширина h прямоугольников удовлетворяет определенным соотношениям.Known solar photovoltaic station (see RU2764866, IPC H01L 31/042, H02S 20/30, H02S 20/32, publ. 01/21/2022), including an intermediate frame made in the form of a round cylindrical beam, equipped with a drive, an optical solar sensor, sensitive to the displacement of the Sun in the plane of the ecliptic, and installed with the possibility of rotation in the vertical plane by means of the first cylindrical hinges on two posts attached to the base, one of which is equipped with a mechanism for its vertical reciprocating movement. The solar photovoltaic station also includes a solar cell frame attached to the intermediate frame, a control unit connected to the input to the optical solar sensor, and the output to the drive. The intermediate frame is installed with the possibility of rotation by the drive around its axis by means of the second cylindrical hinges orthogonally fixed on the first cylindrical hinges. The frame of solar cells is installed parallel to the axis of rotation of the intermediate frame and is equipped with solar radiation concentrators, in the focus of which solar cells are installed, made in the form of rectangles with a long side parallel to the axis of a round cylindrical beam, while the length d and width h of the rectangles satisfy certain ratios.

Недостатком известной солнечной фотоэлектрической станции при ее эксплуатации на поверхности Луны является недостаточно эффективная система отвода тепла, затрудняющая поддержание рабочей температуры солнечных элементов, уменьшающая эффективность преобразования солнечного излучения и приводящая к сокращению их срока службы.A disadvantage of the known solar photovoltaic station during its operation on the lunar surface is an insufficiently efficient heat removal system, which makes it difficult to maintain the operating temperature of solar cells, reduces the efficiency of solar radiation conversion and leads to a reduction in their service life.

Известна солнечная фотоэлектрическая установка (см. патент RU2715901, МПК H02S20/30, H01L31/042, опубл. 04.03.2020), включающая промежуточную раму, снабженную первым приводом и установленную с возможностью вращения посредством первых цилиндрических шарниров на двух стойках, прикрепленных к основанию, раму солнечных панелей, снабженную вторым приводом и прикрепленную с возможностью вращения к промежуточной раме посредством опоры со вторым цилиндрическим шарниром, ось которого лежит в плоскости, ортогональной осям первых цилиндрических шарниров. Фотоэлектрическая установка также включает блок управления, подключенный первым и вторым выходами соответственно к первому и второму приводам. Промежуточная рама выполнена в виде круглой цилиндрической балки, служащей осью второго цилиндрического шарнира опоры. Рама солнечных панелей прикреплена к опоре посредством первого цилиндрического шарнира и снабжена первым оптическим солнечным датчиком, чувствительным к смещению Солнца в плоскости эклиптики, и вторым солнечным датчиком, чувствительным к смещению Солнца в плоскости, проходящей через ось Земли и место локализации установки. Одна из стоек снабжена механизмом ее вертикального возвратно-поступательного перемещения.Known solar photovoltaic installation (see patent RU2715901, IPC H02S20 / 30, H01L31 / 042, publ. 03/04/2020), including an intermediate frame equipped with a first drive and mounted for rotation by means of the first cylindrical hinges on two racks attached to the base, a solar panel frame provided with a second drive and rotatably attached to the intermediate frame by means of a support with a second cylindrical hinge, the axis of which lies in a plane orthogonal to the axes of the first cylindrical hinges. The photovoltaic installation also includes a control unit connected by the first and second outputs, respectively, to the first and second drives. The intermediate frame is made in the form of a round cylindrical beam, which serves as the axis of the second cylindrical hinge of the support. The frame of the solar panels is attached to the support by means of the first cylindrical hinge and is equipped with the first optical solar sensor sensitive to the Sun's displacement in the ecliptic plane, and the second solar sensor sensitive to the Sun's displacement in the plane passing through the Earth's axis and the location of the installation. One of the racks is equipped with a mechanism for its vertical reciprocating movement.

Недостатками известной солнечной фотоэлектрической установки при размещении ее на поверхности Луны является усложненная система управления движением рамы солнечных элементов, приводящая к большому углу поворота солнечных панелей в плоскости перпендикулярной эклиптики, что создает повышенный расход энергии при слежении за Солнцем и приводит к сокращению срока службы установки, а также неэффективная система отвода тепла.The disadvantages of the known solar photovoltaic installation when placed on the surface of the Moon is a complicated system for controlling the movement of the solar cell frame, leading to a large angle of rotation of the solar panels in the plane of the perpendicular ecliptic, which creates an increased energy consumption when tracking the Sun and leads to a reduction in the service life of the installation, and also an inefficient heat dissipation system.

Известна солнечная фотоэлектрическая установка (см. патент US9027545, МПК F24J 2/54, опубл. 12.05.2015), содержащая промежуточную раму, снабженную первым приводом и установленную с возможностью вращения посредством первых цилиндрических шарниров на двух стойках, прикрепленных к основанию, раму солнечных панелей, снабженную вторым приводом и прикрепленную с возможностью вращения к промежуточной раме посредством опор со вторыми цилиндрическими шарнирами, и блок управления, входами соединенный интерфейсами со спутниковой системой навигации, электронным высотомером и электронным компасом, а первым и вторым выходами подключенный соответственно к первому и второму приводам. Оси первых цилиндрических шарниров лежат в плоскостях, ортогональных осям вторых цилиндрических шарниров.A solar photovoltaic installation is known (see patent US9027545, IPC F24J 2/54, publ. 05/12/2015), containing an intermediate frame equipped with a first drive and mounted for rotation by means of the first cylindrical hinges on two posts attached to the base, a frame of solar panels equipped with a second drive and rotatably attached to the intermediate frame by means of supports with second cylindrical hinges, and a control unit connected by interfaces with a satellite navigation system, an electronic altimeter and an electronic compass, and connected to the first and second drives respectively by the first and second outputs. The axes of the first cylindrical hinges lie in planes orthogonal to the axes of the second cylindrical hinges.

В известной солнечной фотоэлектрической установке применена усложненная система управления движением промежуточной рамы и рамы солнечных панелей, приводящая к большому углу поворота солнечных панелей в плоскости эклиптики, что создает повышенный расход энергии при слежении за Солнцем.In the known solar photovoltaic installation, a complicated system for controlling the movement of the intermediate frame and the frame of solar panels is used, leading to a large angle of rotation of the solar panels in the ecliptic plane, which creates an increased energy consumption when tracking the Sun.

Известна солнечная фотоэлектрическая установка (см. патент US10103685, МПК H02S 20/30, H02S 20/32; F24S 50/20, опубл. 16.10.2018), содержащая, по меньшей мере, двухосную систему слежения за Солнцем, массив фотоэлектрических модулей, ориентированных по направлению на Солнце в течение дня, причем система слежения включает в себя две рамы, каждая из которых поддерживает половину из массива фотоэлектрических модулей. Первичная ось вращения расположена горизонтально и приводится в движение линейным актуатором, расположенным вертикально за счет цепной передачи, с механизмом натяжения цепи. Вторичные оси вращения расположены перпендикулярно первичной оси на рамах, поддерживающих солнечные панели, и приводятся в движение при помощи линейного актуатора, соединенного единой тягой с рычагами на рамах.Known solar photovoltaic installation (see patent US10103685, IPC H02S 20/30, H02S 20/32; F24S 50/20, publ. towards the Sun during the day, and the tracking system includes two frames, each of which supports half of the array of photovoltaic modules. The primary axis of rotation is located horizontally and is driven by a linear actuator, located vertically by means of a chain drive, with a chain tensioning mechanism. Secondary axes of rotation are located perpendicular to the primary axis on the frames supporting the solar panels and are driven by a linear actuator connected by a single rod to the levers on the frames.

Недостатками известной солнечной фотоэлектрической установки являются значительный люфт в первичной оси вращения из-за использования цепного привода с натяжителем цепи и ускоренный износ приводных механизмов вторичной оси вращения, из-за постоянной подстройки угла наклона вторичной оси в течение дня.The disadvantages of the known solar photovoltaic installation are a significant backlash in the primary axis of rotation due to the use of a chain drive with a chain tensioner and accelerated wear of the drive mechanisms of the secondary axis of rotation, due to the constant adjustment of the angle of inclination of the secondary axis during the day.

Известна солнечная фотоэлектрическая установка (см. патент US8469022, МПК F24J 2/52, опубликован 25.06.2013) включающая солнечную панель, к двум концам которой через шарнирное соединение прикреплены подвижные рамы ножничного типа, снабженные независимым средством привода и установленные на неподвижном основании, а также блок управления. Слежение за Солнцем обеспечивается подъемом или опусканием концов солнечной панели при подаче соответствующих сигналов от блока управления.A solar photovoltaic installation is known (see patent US8469022, IPC F24J 2/52, published 06/25/2013) including a solar panel, to the two ends of which, through a hinged connection, movable scissor-type frames are attached, equipped with an independent drive means and mounted on a fixed base, as well as Control block. Tracking the Sun is provided by raising or lowering the ends of the solar panel when appropriate signals are given from the control unit.

В известной фотоэлектрической установке применена сложная система привода, состоящая из большого числа подвижных элементов, что снижает долговечность и надежность работы устройства. Из-за особенностей конструкции установки часть времени в утренние и вечерние часы устройство не в состоянии следить за Солнцем, что приводит к снижению эффективности системы.In the well-known photovoltaic installation, a complex drive system is used, consisting of a large number of moving elements, which reduces the durability and reliability of the device. Due to the design features of the installation, part of the time in the morning and evening hours the device is not able to follow the Sun, which leads to a decrease in the efficiency of the system.

Известна солнечная фотоэлектростанция (см. RU2767718, МПК H01L 31/042, H02S 20/32, опубл. 18.03.2022), совпадающая с настоящим техническим решением по наибольшему числу существенных признаков и принятая за прототип. Солнечная фотоэлектростанция содержит вертикальную полую цилиндрическую опору, вал с первым приводом и упорным подшипником, 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. 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, верхний участок цилиндрической опоры выполнен из теплоизолирующего материала а наружная поверхность участка вала, выступающего из верхнего торца цилиндрической опоры, и наружная поверхность участка цилиндрической опоры, не погружаемого в грунт, выполнены светоотражающими.Known solar photovoltaic (see RU2767718, IPC H01L 31/042, H02S 20/32, publ. 03/18/2022), coinciding with the present technical solution for the largest number of essential features and taken as a prototype. SUBSTANCE: solar photoelectric power station contains a vertical hollow cylindrical support, a shaft with the first drive and a thrust bearing, 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, mounted 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 mounted on the frame with concentrators of solar radiation, in the focus of which photoelectric converters are installed on a heat-removing base. The shaft is made of a material with increased thermal conductivity, the vertical hollow cylindrical support is made composite with the possibility of partial immersion in the soil of the installation site, the lower section of the cylindrical support is made of a material with increased thermal conductivity, the upper section of the cylindrical support is made of a heat-insulating material, and the outer surface of the shaft section 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, are made of reflective.

Недостатками известной солнечной фотоэлектростанции являются сложность устройства слежения за Солнцем, обеспечивающего поворот солнечной батареи вокруг двух осей и, как следствие этого, низкая надежность конструкции, а также недостаточно эффективная система охлаждения фотоэлектрических преобразователей, отвод тепла от которых определяется теплопроводностью большого числа элементов конструкции, за счет чего возникают большие градиенты температуры между фотоэлектрическими преобразователями и элементами рассеяния тепла.The disadvantages of the known solar photoelectric power station are the complexity of the device for tracking the Sun, which ensures the rotation of the solar battery around two axes and, as a result, the low reliability of the design, as well as the insufficiently efficient cooling system for photovoltaic converters, the heat removal from which is determined by the thermal conductivity of a large number of structural elements, due to resulting in large temperature gradients between photovoltaic converters and heat dissipation elements.

Задачей настоящего изобретения являлась разработка солнечной фотоэлектростанции для размещения на поверхности Луны, обеспечивающей эффективное преобразование солнечного излучения в электрическую энергию и получение высокого удельного энергосъема за счет эффективного отвода тепла и стабилизации рабочей температуры фотоэлектрической батареи в условиях длительной работы фотоэлектростанции на поверхности Луны.The objective of the present invention was to develop a solar photovoltaic power plant for placement on the surface of the Moon, providing efficient conversion of solar radiation into electrical energy and obtaining a high specific energy output due to efficient heat removal and stabilization of the operating temperature of the photovoltaic battery under conditions of long-term operation of the photovoltaic power plant on the surface of the Moon.

Поставленная задача решается тем, что солнечная фотоэлектростанция включающая полую цилиндрическую опору, вал с приводом и упорным подшипником, установленным с возможностью вращения в полости цилиндрической опоры, солнечную батарею с концентратором солнечного излучения на теплоотводящем основании, установленную на верхнем торце вала, при этом цилиндрическая опора выполнена с возможностью частичного погружения в грунт места установки фотоэлектростанции на Луне. Новым в фотоэлектростанции является то, что вал выполнен полым, оптическая ось солнечной батареи установлена ортогонально оси вала, теплоотводящее основание снабжено тепловой трубой, горячая часть тепловой трубы примыкает к теплоотводящему основанию, а холодная часть тепловой трубы, снабженная радиатором теплообмена, расположена в полости теплообменника, размещенного на верхнем торце вала, полость теплообменника через систему коаксиальных каналов, снабженных насосом, установленным в полом вале, соединена с расширительным резервуаром, выполненным из материала с высокой теплопроводностью, прикрепленным к нижней части цилиндрической опоры через герметичное уплотнение.The problem is solved by the fact that the solar photovoltaic power plant includes a hollow cylindrical support, a shaft with a drive and a thrust bearing mounted for rotation in the cavity of the cylindrical support, a solar battery with a solar radiation concentrator on a heat-removing base, installed on the upper end of the shaft, while the cylindrical support is made with the possibility of partial immersion in the ground of the installation site of a photoelectric power station on the Moon. What is new in the photoelectric power plant is that the shaft is made hollow, the optical axis of the solar battery is installed orthogonally to the axis of the shaft, the heat sink base is equipped with a heat pipe, the hot part of the heat pipe is adjacent to the heat sink base, and the cold part of the heat pipe, equipped with a heat exchange radiator, is located in the heat exchanger cavity, located at the upper end of the shaft, the heat exchanger cavity through a system of coaxial channels equipped with a pump installed in the hollow shaft is connected to an expansion tank made of a material with high thermal conductivity, attached to the lower part of the cylindrical support through a hermetic seal.

Расширительный резервуар может быть выполнен из меди или алюминиевого сплава.The expansion tank can be made of copper or aluminum alloy.

Установка горячей части тепловой трубы примыкающей к теплоотводящему основанию обеспечивает отвод тепла от солнечной батареи и стабилизацию ее температуры, размещение радиатора теплообмена холодной части тепловой трубы в полости теплообменника обеспечивает передачу тепла тепловой трубой в полость теплообменника. Соединение полости теплообменника через систему коаксиальных каналов с расширительным резервуаром, осуществление насосом принудительного перетока теплоносителя из расширительного резервуара к радиатору теплообмена, и заглубление в лунный грунт на глубину, установленную в диапазоне от 1,0 до 1,6 м, нижнего конца цилиндрической опоры с примыкающим к нижней части расширительным резервуаром обеспечивают перенос тепла теплоносителем от радиатора теплообмена в расширительный резервуар и рассеяние его в лунном грунте поверхностью расширительного резервуара.Installation of the hot part of the heat pipe adjacent to the heat-removing base provides heat removal from the solar battery and stabilization of its temperature, placement of a heat exchange radiator of the cold part of the heat pipe in the heat exchanger cavity ensures heat transfer by the heat pipe to the heat exchanger cavity. The connection of the heat exchanger cavity through a system of coaxial channels with an expansion tank, the implementation by the pump of forced flow of the coolant from the expansion tank to the heat exchange radiator, and the penetration into the lunar soil to a depth set in the range from 1.0 to 1.6 m, the lower end of the cylindrical support with the adjacent to the lower part by the expansion tank, heat is transferred by the coolant from the heat exchange radiator to the expansion tank and dissipated in the lunar soil by the surface of the expansion tank.

Установка герметичного уплотнения между нижней частью цилиндрической опоры и расширительным резервуаром обеспечивает герметичность внутренних полостей теплообменника, вала и расширительного резервуара при заполнении их теплоносителем для осуществления переноса тепла от радиатора теплообмена в расширительный резервуар. Установка между наружной цилиндрической поверхностью полого вала и концом полой цилиндрической опоры герметичного уплотнения обеспечивает герметичность внутренних полостей теплообменника, вала и расширительного резервуара при вращении вала в полости цилиндрической опоры.The installation of a hermetic seal between the lower part of the cylindrical support and the expansion tank ensures the tightness of the internal cavities of the heat exchanger, the shaft and the expansion tank when filled with a coolant to transfer heat from the heat exchange radiator to the expansion tank. The installation between the outer cylindrical surface of the hollow shaft and the end of the hollow cylindrical support of a hermetic seal ensures the tightness of the internal cavities of the heat exchanger, the shaft and the expansion tank when the shaft rotates in the cavity of the cylindrical support.

Выполнение расширительного резервуара из материалов с высокой теплопроводностью - меди или алюминиевого сплава, повышает эффективность передачи тепла в лунный грунт.The implementation of the expansion tank from materials with high thermal conductivity - copper or aluminum alloy, increases the efficiency of heat transfer to the lunar soil.

Для обеспечения максимальной эффективности передачи тепла в лунный грунт, необходимо, чтобы вся поверхность расширительного резервуара находилась на глубине более 1,0 м при температуре лунного грунта минус 35°С. Размещение нижнего конца цилиндрической опоры на глубине менее 1,0 м при более высокой температуре приповерхностного слоя лунного грунта снижает эффективность рассеяния тепла в лунном грунте. Увеличение глубины размещения нижнего конца цилиндрической опоры более 1,6 м приводит к неоправданному увеличению расхода материалов и массы конструкции без увеличения эффективности передачи тепла в лунный грунт.To ensure maximum efficiency of heat transfer to the lunar soil, it is necessary that the entire surface of the expansion tank be at a depth of more than 1.0 m at a lunar soil temperature of minus 35°C. Placing the lower end of the cylindrical support at a depth of less than 1.0 m at a higher temperature of the near-surface layer of the lunar soil reduces the efficiency of heat dissipation in the lunar soil. An increase in the placement depth of the lower end of the cylindrical support by more than 1.6 m leads to an unjustified increase in the consumption of materials and the mass of the structure without increasing the efficiency of heat transfer to the lunar soil.

Выбор теплоносителя с температурой замерзания ниже минус 40-50°С обеспечивает прокачку теплоносителя по системе коаксиальных каналов, снабженных насосом, установленным в полом вале, в расширительный резервуар, размещенный в лунном грунте при температуре минус 35°С, и перенос тепла от теплоотводящего основания в лунный грунт при работе энергоустановки в течение лунных дней всего срока эксплуатации станции. В качестве теплоносителя может быть использован водный раствор этилового спирта, температура замерзания которого изменяется от минус 40°С до минус 110°С при увеличении концентрации спирта от 70% до 96%.The choice of a coolant with a freezing temperature below minus 40-50°C ensures the pumping of the coolant through a system of coaxial channels equipped with a pump installed in a hollow shaft into an expansion tank located in the lunar soil at a temperature of minus 35°C, and heat transfer from the heat-removing base to lunar soil during the operation of the power plant during the lunar days of the entire life of the station. An aqueous solution of ethyl alcohol can be used as a heat carrier, the freezing point of which varies from minus 40°C to minus 110°C with an increase in the alcohol concentration from 70% to 96%.

Сущность настоящего технического решения поясняется чертежом, где приведен в продольном разрезе общий вид солнечной фотоэлектростанции.The essence of the present technical solution is illustrated by a drawing, which shows in a longitudinal section a general view of a solar photoelectric power station.

Настоящая солнечная фотоэлектростанция (см. чертеж) содержит полую цилиндрическую опору 1, полый вал 2 с приводом 3 и упорным подшипником 4, установленный с возможностью вращения в полости цилиндрической опоры 1, солнечную батарею 5 с концентратором солнечного излучения на теплоотводящем основании 6, установленную на верхнем торце полого вала 2. Цилиндрическая опора 1 выполнена с возможностью частичного погружения в грунт 7 места установки фотоэлектростанции на Луне. Оптическая ось 8 солнечной батареи 5 установлена ортогонально оси 9 полого вала 2. К теплоотводящему основанию 6 примыкает горячая часть тепловой трубы 10, а холодная часть тепловой трубы 10, снабженная радиатором 11 теплообмена, расположена в полости теплообменника 12, размещенного на верхнем торце полого вала 2. Полость теплообменника 12 через систему коаксиальных каналов 13, 14, снабженных насосом 15, размещенным в полости вала 2, соединена с расширительным резервуаром 16, выполненным из материала с высокой теплопроводностью, установленным примыкающим к нижней части 17 полой цилиндрической опоры 1 через герметичное уплотнение 18. Между наружной цилиндрической поверхностью полого вала 2 и концом полой цилиндрической опоры 1 установлено герметичное уплотнение 19. При этом расширительный резервуар 16 может быть выполнен из меди или из алюминиевого сплава.This solar photoelectric power plant (see drawing) contains a hollow cylindrical support 1, a hollow shaft 2 with a drive 3 and a thrust bearing 4, mounted for rotation in the cavity of the cylindrical support 1, a solar battery 5 with a solar radiation concentrator on a heat-removing base 6, mounted on the top end of the hollow shaft 2. Cylindrical support 1 is made with the possibility of partial immersion in the soil 7 of the installation site of a photoelectric power station on the Moon. The optical axis 8 of the solar battery 5 is installed orthogonally to the axis 9 of the hollow shaft 2. The hot part of the heat pipe 10 adjoins the heat sink base 6, and the cold part of the heat pipe 10, equipped with a heat exchanger 11, is located in the cavity of the heat exchanger 12, located on the upper end of the hollow shaft 2 The cavity of the heat exchanger 12 through a system of coaxial channels 13, 14, equipped with a pump 15, placed in the cavity of the shaft 2, is connected to an expansion tank 16, made of a material with high thermal conductivity, installed adjacent to the lower part 17 of the hollow cylindrical support 1 through a hermetic seal 18. A hermetic seal 19 is installed between the outer cylindrical surface of the hollow shaft 2 and the end of the hollow cylindrical support 1. In this case, the expansion tank 16 can be made of copper or aluminum alloy.

При размещении солнечной фотоэлектростанции на поверхности Луны нижнюю часть полой цилиндрической опоры 1 с коаксиально установленным полым валом 2 и с примыкающим к нижней части полой цилиндрической опоры 1 расширительным резервуаром 16 устанавливают в лунном грунте 7 наклоненной к лунному горизонту 20 под углом<р, равным селенографической широте места базирования станции на Луне, с наклоном в сторону лунного Севера при базировании станции в северном лунном полушарии и с наклоном в сторону лунного Юга при базировании станции в южном лунном полушарии. При установке оптической оси 8 солнечной батареи 5 ортогонально оси 9 полого вала 2, вращение полого вала 2 с установленной на его верхнем торце солнечной батареей 5 происходит вокруг оси 9, параллельной оси вращения Луны, со скоростью один оборот за один сидерический (звездный) месяц в направлении, противоположном направлению вращения Луны вокруг своей оси, что обеспечивает сохранение ориентации солнечной батареи 5 на Солнце в течение лунных дней всего срока эксплуатации станции. При этом глубина W размещения нижней части 17 цилиндрической опоры 1 с расширительным резервуаром 16 в лунном грунте 7 устанавливается в диапазоне от 1,0 до 1,6 м. В течение лунного дня происходит разогрев открытой лунной поверхности Солнцем до температуры более 120°С, но при этом температура лунных пород, залегающих на глубине более (0,8-1,0) м, практически постоянна и равна минус 35°С. При работе солнечной фотоэлектростанции на поверхности Луны для отвода тепла внутренние полости теплообменника 12, расширительного резервуара 16 и каналы 13, 14 заполняют теплоносителем с температурой замерзания ниже минус (40-50)°С. Тепло, отводимое тепловой трубой 10 с радиатором 11 от теплоотводящего основания 6 солнечной батареи 5, установленной на верхнем торце полого вала 2, теплоносителем по каналу 13 насосом 15 переносится к расширительному резервуару 16 и рассеивается в лунном грунте. Охлажденный в расширительном резервуаре 16 теплоноситель по каналу 14, коаксиальному каналу 13, поступает в полость теплообменника 12, охлаждая радиатор 11 тепловой трубы 10.When placing a solar photovoltaic power plant on the surface of the Moon, the lower part of the hollow cylindrical support 1 with a coaxially mounted hollow shaft 2 and with the expansion tank 16 adjacent to the lower part of the hollow cylindrical support 1 is installed in the lunar soil 7 inclined to the lunar horizon 20 at an angle<p equal to the selenographic latitude station base locations on the Moon, with an inclination towards the lunar North when the station is based in the northern lunar hemisphere and with an inclination towards the lunar South when the station is based in the southern lunar hemisphere. When the optical axis 8 of the solar battery 5 is installed orthogonally to the axis 9 of the hollow shaft 2, the rotation of the hollow shaft 2 with the solar battery 5 installed at its upper end occurs around the axis 9, parallel to the axis of rotation of the Moon, at a rate of one revolution per one sidereal (stellar) month in direction opposite to the direction of rotation of the Moon around its axis, which ensures that the orientation of the solar battery 5 to the Sun during the lunar days of the entire life of the station. In this case, the depth W of the lower part 17 of the cylindrical support 1 with the expansion tank 16 in the lunar soil 7 is set in the range from 1.0 to 1.6 m. at the same time, the temperature of lunar rocks lying at a depth of more than (0.8-1.0) m is practically constant and equal to minus 35°C. During the operation of a solar photoelectric power station on the surface of the Moon, to remove heat, the internal cavities of the heat exchanger 12, expansion tank 16 and channels 13, 14 are filled with a coolant with a freezing temperature below minus (40-50)°C. The heat removed by the heat pipe 10 with a radiator 11 from the heat sink base 6 of the solar battery 5 installed on the upper end of the hollow shaft 2 is transferred by the coolant through the channel 13 by the pump 15 to the expansion tank 16 and dissipated in the lunar soil. The coolant cooled in the expansion tank 16 through channel 14, coaxial channel 13, enters the cavity of the heat exchanger 12, cooling the radiator 11 of the heat pipe 10.

Использование настоящего изобретения позволяет, независимо от температуры лунной поверхности, понизить и стабилизировать температуру фотоэлектрических преобразователей солнечной батареи в течение лунного дня до оптимального значения для максимальной эффективности преобразования солнечного излучения в электрическую энергию и обеспечивает получение высокого удельного энергосъема в условиях длительной автономной работы солнечной фотоэлектростанции на поверхности Луны.The use of the present invention makes it possible, regardless of the temperature of the lunar surface, to lower and stabilize the temperature of the photovoltaic converters of the solar battery during the lunar day to the optimal value for the maximum efficiency of converting solar radiation into electrical energy and provides a high specific energy output in conditions of long-term autonomous operation of a solar photoelectric power station on the surface Moon.

Claims (3)

1. Солнечная фотоэлектростанция, включающая полую цилиндрическую опору, вал с приводом и упорным подшипником, установленный с возможностью вращения в полости цилиндрической опоры, солнечную батарею с концентратором солнечного излучения на теплоотводящем основании, установленную на верхнем торце вала, при этом цилиндрическая опора выполнена с возможностью частичного погружения в грунт места установки фотоэлектростанции на Луне, отличающаяся тем, что оптическая ось солнечной батареи установлена ортогонально оси вала, который выполнен полым, теплоотводящее основание снабжено тепловой трубой, горячая часть которой примыкает к теплоотводящему основанию, а холодная часть тепловой трубы, снабженная радиатором теплообмена, расположена в полости теплообменника, размещенного на верхнем торце полого вала, полость теплообменника через систему коаксиальных каналов, снабженных насосом, установленным в полом вале, соединена с расширительным резервуаром, выполненным из материала с высокой теплопроводностью, прикрепленным к нижней части цилиндрической опоры через герметичное уплотнение.1. A solar photovoltaic power plant, including a hollow cylindrical support, a shaft with a drive and a thrust bearing mounted for rotation in the cavity of the cylindrical support, a solar battery with a solar radiation concentrator on a heat-removing base mounted on the upper end of the shaft, while the cylindrical support is made with the possibility of partial immersion in the soil of the installation site of a photoelectric power station on the Moon, characterized in that the optical axis of the solar battery is installed orthogonally to the axis of the shaft, which is made hollow, the heat-removing base is equipped with a heat pipe, the hot part of which is adjacent to the heat-removing base, and the cold part of the heat pipe, equipped with a heat exchange radiator, located in the cavity of the heat exchanger located at the upper end of the hollow shaft, the cavity of the heat exchanger through a system of coaxial channels equipped with a pump installed in the hollow shaft is connected to an expansion tank made of a material with high thermal conductivity an awn attached to the bottom of the cylindrical support through a hermetic seal. 2. Фотоэлектростанция по п. 1, отличающаяся тем, что расширительный резервуар выполнен из меди.2. Photoelectric power plant according to claim 1, characterized in that the expansion tank is made of copper. 3. Фотоэлектростанция по п. 1, отличающаяся тем, что расширительный резервуар выполнен из алюминиевого сплава.3. Photoelectric power plant according to claim 1, characterized in that the expansion tank is made of aluminum alloy.
RU2022119216A 2022-07-13 Solar photo power plant RU2789285C1 (en)

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2789285C1 true RU2789285C1 (en) 2023-02-01

Family

ID=

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2805279C1 (en) * 2023-02-14 2023-10-13 Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Физико-технический институт им. А.Ф. Иоффе Российской академии наук Solar concentrator battery

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US7381886B1 (en) * 2007-07-30 2008-06-03 Emcore Corporation Terrestrial solar array
US8469022B2 (en) * 2008-09-23 2013-06-25 Jody L. COWAN Solar panel adjustment mechanism
RU2534329C2 (en) * 2012-04-27 2014-11-27 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Пензенская государственная технологическая академия" Multifunctional stand-alone hybrid charging station
RU2767718C1 (en) * 2021-08-10 2022-03-18 Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Физико-технический институт им. А.Ф. Иоффе Российской академии наук Solar photo energy apparatus

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US7381886B1 (en) * 2007-07-30 2008-06-03 Emcore Corporation Terrestrial solar array
US8469022B2 (en) * 2008-09-23 2013-06-25 Jody L. COWAN Solar panel adjustment mechanism
RU2534329C2 (en) * 2012-04-27 2014-11-27 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Пензенская государственная технологическая академия" Multifunctional stand-alone hybrid charging station
RU2767718C1 (en) * 2021-08-10 2022-03-18 Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Физико-технический институт им. А.Ф. Иоффе Российской академии наук Solar photo energy apparatus

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2805279C1 (en) * 2023-02-14 2023-10-13 Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Физико-технический институт им. А.Ф. Иоффе Российской академии наук Solar concentrator battery

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US7569764B2 (en) Solar modules with tracking and concentrating features
Ju et al. A review of concentrated photovoltaic-thermal (CPVT) hybrid solar systems with waste heat recovery (WHR)
KR101083851B1 (en) Collector for solar radiation
AU2002362938B2 (en) Solar electricity generator
US7923624B2 (en) Solar concentrator system
US20100282315A1 (en) Low concentrating photovoltaic thermal solar collector
US8104465B2 (en) Small-scale, concentrating, solar CHP system
US20100218807A1 (en) 1-dimensional concentrated photovoltaic systems
EP3212925B1 (en) Combined wind and solar power generating system
US20100294266A1 (en) Concentrated solar thermal energy collection device
CN102931880A (en) Automatic focus tracking type solar concentrating photovoltaic power generation system
US4572160A (en) Heliotropic solar heat collector system
CA2725421A1 (en) Concentrator for solar radiation
US4339626A (en) Solar pond power plant
US10673381B2 (en) Coolant loop for trough reflector systems with solar cells
RU2789285C1 (en) Solar photo power plant
JP2002115917A (en) Solar heat energy collector
US8058546B1 (en) Concentrating solar collector
JPH06301420A (en) Solar ray tracking device
RU2789205C1 (en) Solar photovoltaic power plant
RU2767718C1 (en) Solar photo energy apparatus
WO2014203167A2 (en) Photovoltaic module with integrated cooling and tracking system
Kumar et al. An Analytical Research on Solar Power Generator with Solar Tracking System
Grigoryan et al. Characteristics of an equatorially mounted solar-energy system with a clock-controlled mechanism
NL2007048C2 (en) Solar power installation.