Транспортабельная сверхэффективная солнечная батарея филлотаксической структуры. патент. Курсовой проект по дисциплине Защита интеллектуальной собственности
 Скачать 274.36 Kb.
|
 1. Техническая область Это изобретение относится к устройствам и способам сбора электромагнитного излучения и преобразования такого электромагнитного излучения в электрическую энергию. В частности, изобретение относится к устройствам и способам преобразования солнечного излучения в электрическую энергию. 2. Описание соответствующего уровня техники Спиральный узор состоит из трех или более листьев в каждом узле. Противоположную пару ветвей или листьев можно рассматривать как завиток из двух ветвей или листьев. Завиток может иметь форму базальной структуры, в которой все листья или ветви прикреплены к основанию побега или стебля, а междоузлия маленькие или отсутствуют. Базальный завиток с большим количеством ветвей или листьев, расположенных по кругу, называется розеткой. Схема с несколькими соединениями представляет собой спираль, состоящую из завитков.Основными схемами являются чередующиеся, противоположные, витые или спиральные. С альтернативным рисунком ветви или листья переключаются из стороны в сторону. Альтернативная дистихусная филлотаксис означает, что каждая ветвь или лист, растущие в одном узле, расположены в одном ряду вдоль ветви (например, в травах). По противоположной схеме две ветви или листья растут в противоположных направлениях от одного и того же узла. В противоположном случае, если последовательные пары ветвей или листьев перпендикулярны, это называется перекрещиванием. Спиральный узор состоит из трех или более листьев в каждом узле. Противоположную пару ветвей или листьев можно рассматривать как завиток из двух ветвей или листьев. Завиток может иметь форму базальной структуры, в которой все листья или ветви прикреплены к основанию побега или стебля, а междоузлия маленькие или отсутствуют. Базальный завиток с большим количеством ветвей или листьев, расположенных по кругу, называется розеткой. Схема с несколькими соединениями представляет собой спираль, состоящую из завитков. Повторяющаяся спиральная ветвь или расположение листьев может быть представлено дробью или соотношением, описывающим последовательность витков ветвь за ветвью и/или лист за листом. Соотношение выражается с помощью знаменателя, представляющего собой количество ветвей или листьев, исходящих из стебля или ветви, а числитель представляет собой количество спиральных оборотов вокруг стебля или ветви, по которым распределены эти листья или ветви. Было замечено, что числитель и знаменатель часто состоят из числа Фибоначчи и его второго преемника соответственно. В общем, последовательность Фибоначчи представляет собой набор чисел, который начинается с единицы или нуля, за которым следует единица, и продолжается на основе правила, согласно которому каждое число (называемое числом Фибоначчи) равно сумме двух предыдущих чисел. Если последовательность Фибоначчи обозначается F(n), где n - первый член в последовательности, то для n= 0 получается следующее уравнение, где первые два члена определяются как 0 и 1 по соглашению: F(0)=0, 1, 1, 2, 3, 5, 8, 13, 21, 34 . . . В некоторых случаях принято использовать n= 1 в качестве первого члена, так что первые два члена по умолчанию определяются как 1 и 1, и поэтому: F(1)=1, 1, 2, 3, 5, 8, 13, 21, 34 . . . Математически последовательность Фибоначчи выражается формулой: F (1) = 1 F (2) = 1 F (n) = F (n−1) + F (n−2) Последовательность Фибоначчи появляется как математический шаблон во многих явлениях в природе, включая филлотаксическую архитектуру деревьев и растений. Лиственные деревья, такие как дуб, вяз, вишня и бук, имеют уникальные филлотаксические узоры на своих ветвях и листьях, которые обычно соответствуют последовательности Фибоначчи. Как описано ранее, повторяющийся спиральный рисунок ветвей у каждого вида может быть представлен дробью, описывающей угол витков против часовой стрелки, ветвь за ветвью и/или лист за листом, при этом числитель и знаменатель состоят из числа Фибоначчи и его второго преемника. Например, начиная с ветви на главном стволе дуба, наблюдается общая филлотаксическая структура ветвей, состоящая из пяти (5) ветвей, распределенных по спирали в два оборота вокруг ствола. При двух поворотах следующая ветвь располагается вертикально и непосредственно над начальной точкой, и схема вращения / ответвления 2/5 повторяется. Таким образом, шаблон Фибоначчи математически выражается как 2/5. Другие виды деревьев также имеют уникальную архитектуру Фибоначчи. У видов вяза чередующиеся ветви или листья будут иметь рисунок Фибоначчи 1/2, то есть на один оборот приходится два листа / ветви. В beech и hazel архитектура Фибоначчи равна 1/3, один оборот имеет три листа / ветви. У тополя и груши соотношение составляет 3/8, а у ивы и миндаля - 5/13. Количество ветвей или листьев иногда называют рангом, в случае простых соотношений Фибоначчи, потому что листья или ветви выстраиваются в вертикальные ряды. Фотоэлектрическая решетка (“PV”) представляет собой связанную совокупность фотоэлектрических модулей, которые, в свою очередь, состоят из нескольких соединенных между собой солнечных элементов. Элементы преобразуют солнечную энергию в электричество постоянного тока с помощью фотоэлектрического эффекта. Мощности, которую может вырабатывать один модуль, редко бывает достаточно для удовлетворения потребностей дома или бизнеса, поэтому множество модулей соединяются вместе, образуя массив. В большинстве фотоэлектрических решеток используется инвертор для преобразования постоянного тока, вырабатываемого модулями, в переменный ток, который может подключаться к существующей инфраструктуре для питания ламп, двигателей и других нагрузок. Фотоэлектрическая решетка (“PV”) представляет собой связанную совокупность фотоэлектрических модулей, которые, в свою очередь, состоят из нескольких соединенных между собой солнечных элементов. Элементы преобразуют солнечную энергию в электричество постоянного тока с помощью фотоэлектрического эффекта. Мощности, которую может вырабатывать один модуль, редко бывает достаточно для удовлетворения потребностей дома или бизнеса, поэтому множество модулей соединяются вместе, образуя массив. В большинстве фотоэлектрических решеток используется инвертор для преобразования постоянного тока, вырабатываемого модулями, в переменный ток, который может подключаться к существующей инфраструктуре для питания ламп, двигателей и других нагрузок. Модули в фотоэлектрической решетке обычно сначала соединяются последовательно для получения требуемого напряжения; затем отдельные цепочки подключаются параллельно, чтобы система могла вырабатывать больший ток. В полдень безоблачного дня на экваторе мощность солнца на поверхности Земли составляет около 1 кВт / м2 в плоскости, перпендикулярной солнечным лучам.Механизированные устройства слежения являются распространенным методом, используемым для оказания помощи фотоэлектрическим решеткам в отслеживании солнца в течение каждого дня, что значительно улучшает сбор энергии. Однако устройства слежения увеличивают стоимость и требуют обслуживания, поэтому для фотоэлектрических решеток чаще используются стационарные крепления, которые наклоняют решетку и обращены строго на юг в Северном полушарии. (Альтернативно, в Южном полушарии решетки обращены строго на север). Угол наклона можно изменять в зависимости от сезона, но если он фиксирован, его следует настроить так, чтобы обеспечить оптимальную мощность решетки в период пикового потребления электроэнергии в течение обычного года. Однако фиксированное позиционирование даже при оптимальных условиях имеет внутренние ограничения, которые могут поставить под угрозу производство электроэнергии. В экстремальных северных и южных широтах склонение и широта солнца в зимние месяцы могут значительно снизить эффективность обычной фотоэлектрической решетки. Другие факторы отрицательно влияют на производительность фотоэлектрической решетки. Электрическая мощность фотоэлектрических элементов чрезвычайно чувствительна к затенению. Когда часть фотоэлектрической решетки заштрихована, выходная мощность резко падает из-за того, что электроны меняют курс через заштрихованную часть p-n перехода. Поэтому чрезвычайно важно, чтобы обычная фотоэлектрическая решетка не была затенена деревьями, архитектурными элементами, флагштоками или другими препятствиями. На эффективность фотоэлектрической решетки также могут отрицательно влиять атмосферные и органические факторы. Солнечный свет может поглощаться пылью, осадками, осадками или другими загрязнениями на поверхности модуля. Это может сократить количество света, которое фактически попадает на ячейки, вдвое. Поддержание чистой поверхности модуля повысит производительность на протяжении всего срока службы модуля. Производительность и срок службы модуля также снижаются из-за повышения температуры. Позволяя окружающему воздуху проходить над фотоэлектрическими модулями и, если возможно, за ними, эта проблема уменьшается. Обычные конструкции фотоэлектрических решеток обычно не допускают или не компенсируют эти неблагоприятные факторы, тем самым снижая энергоэффективность фотоэлектрической решетки. Ввиду множества факторов, которые отрицательно влияют на общую эффективность и экономичность преобразования солнечной энергии, сохраняется потребность в солнечных батареях с повышенной эффективностью сбора и преобразования солнечной энергии в полезную электрическую энергию. Краткие сведения В соответствии с настоящим раскрытием проблема эффективного сбора электромагнитной энергии и преобразования такой энергии в электрическую энергию решается путем размещения множества панелей для сбора энергии в массиве, который имитирует геометрическое расположение листьев и ветвей растений. Другими словами, множество панелей для сбора энергии расположено так, что панельная решетка имеет филлотаксическую архитектуру. В одном аспекте изобретения панелями для сбора энергии могут быть фотоэлектрические панели, которые собирают солнечную энергию. Соответственно, предусмотрена решетка фотоэлектрических панелей, содержащая множество первичных ответвлений, проходящих радиально наружу от центральной магистрали, и множество фотоэлектрических панелей, соединенных с первичными ответвлениями, при этом первичные ответвления проходят наружу от магистрали по спирали, имеющей отношение x витков вокруг магистрали для каждогоy первичных ветвей. Соотношение x: y может быть получено из филлотаксического расположения ветвей и листьев на растении. X может быть числом Фибоначчи, а y является его вторым преемником по Фибоначчи. Отношение x /y может быть выбрано из определенных коэффициентов Фибоначчи, включая 1/3, 2/5, 3/8 и 5/13. В вариантах осуществления, в которых число первичных ветвей больше y, спиральное расположение может частично повторяться, если число находится между y и 2y, или повторяться несколько раз, если число первичных ветвей больше 2y. В некоторых вариантах осуществления первичные ответвления могут дополнительно состоять из вторичных ответвлений, отходящих наружу от первичных ответвлений в повторяющемся спиральном расположении из x витков вокруг первичной ветви для каждых y вторичных ответвлений, при этом фотоэлектрические панели соединены со вторичными ответвлениями. В вариантах осуществления, в которых количество вторичных ветвей больше y, спиральное расположение может частично повторяться, если число находится между y и 2y, или повторяться несколько раз, если количество первичных ветвей больше 2y. В одном варианте осуществления первичные ветви могут отходить вверх от центрального ствола под углом 30 градусов от горизонтали. В других вариантах вторичные ответвления могут дополнительно состоять из третичных ответвлений, отходящих наружу от вторичных ответвлений в повторяющемся спиральном расположении из x витков вокруг вторичной ветви для каждых y третичных ответвлений. Фотоэлектрические панели могут быть присоединены к третичным ветвям. Ответвление может быть продолжено таким же образом до тех пор, пока не будет обеспечено достаточное количество конечных ответвлений для требуемого количества фотоэлектрических панелей для фотоэлектрической решетки. Если n − количество уровней ответвлений в иерархии ответвлений, конечные ответвления представляют собой n−й уровень ответвлений; соответственно, (n-1)-е ответвления состоят из множества n-х ответвлений, отходящих наружу от (n-1)-х ответвлений в повторяющемся спиральном расположении ответвлений.x поворачивается вокруг (n−1)-й ветви для каждых y n-х ветвей. Фотоэлектрические панели присоединяются к n-м ветвям, последним ветвям в иерархии. Также в соответствии с настоящим описанием предложен способ преобразования электромагнитного излучения в электрическую энергию, включающий соединение множества панелей для сбора энергии с множеством первичных ответвлений в массиве, при этом первичные ответвления проходят радиально наружу от центральной магистрали в спиральном расположении, имеющем отношение x витков вокруг магистрали.для каждых y основных ветвей; подвергая множество панелей сбора энергии воздействию электромагнитного излучения; и, в панелях для сбора энергии, преобразование энергии из электромагнитного излучения в электрическую энергию. В применении преобразования солнечной энергии, в котором электромагнитное излучение является солнечным излучением, панели для сбора энергии могут быть фотоэлектрическими панелями. В других приложениях панели для сбора энергии могут использоваться в других формах и функциях, чтобы повысить эффективность обнаружения и сбора других диапазонов электромагнитного спектра. Эти приложения могут служить полезными методами для приема и передачи сигналов, а также для научных исследований. В качестве примера, панели для сбора энергии могут быть использованы в панельной антенной решетке для приема радиоволн, используемых для беспроводной передачи звуковых сообщений или информации, для связи, а также для морской и авиационной навигации. Информация может быть наложена на электромагнитную несущую волну в виде амплитудной модуляции (AM) или частотной модуляции (FM) или в цифровой форме (импульсная модуляция). Поэтому передача может включать в себя не только одночастотную электромагнитную волну, но и полосу частот, ширина которой пропорциональна плотности информации. Ширина составляет около 10 000 Гц для телефона, 20 000 Гц для высококачественного звука и пять мегагерц (1 МГц = один миллион герц) для телевидения высокой четкости. Панели для сбора энергии также могут быть сконфигурированы как панельная антенная решетка для идентификации, приема и сбора более высоких частот электромагнитного спектра, таких как гамма-лучи. Гамма-лучи испускаются в результате переходов внутри атомного ядра, включая ядра некоторых радиоактивных материалов (естественных и искусственных). Гамма-лучи также возникают в результате ядерных взрывов и множества других источников в космическом пространстве. Отдельные фотоны гамма-излучения содержат столько энергии, что их легко обнаружить, но чрезвычайно малая длина волны ограничивает экспериментальное наблюдение любых волнообразных свойств. Гамма-лучи, исходящие из самых горячих областей Вселенной, включая взрывы сверхновых, нейтронные звезды, пульсары и черные дыры, преодолевают огромные расстояния в космосе, чтобы достичь Земли. Эта высокоэнергетическая форма излучения имеет длину волны менее одной сотой нанометра (10 пикометров), энергию фотонов более 500 килоэлектронвольт (кэВ) и частоты, превышающие 30 эксагерц (EHz). Настоящее изобретение может быть использовано для идентификации и сбора других высокоэнергетических форм электромагнитного излучения, таких как рентгеновские лучи. Панели для сбора энергии также могут быть сконфигурированы как панельная антенная решетка для идентификации, приема и сбора инфракрасного излучения (ИК) электромагнитного излучения, которое простирается от дальней красной части спектра видимого света (около 700-780 нанометров) до длины волны около одного миллиметра. При энергиях фотонов в диапазоне от примерно 1,2 миллиэлектронвольт до чуть менее 1,7 электронвольт инфракрасные волны имеют соответствующие частоты от 300 гигагерц (ГГц) до примерно 400 терагерц (ТГц). Этот тип излучения связан с тепловой областью, где видимый свет не обязательно обнаруживается или даже присутствует. Например, человеческое тело не излучает видимый свет, но оно излучает слабое инфракрасное излучение, которое ощущается и может быть зарегистрировано как тепло. Спектр излучения начинается примерно с 3000 нанометров и выходит за пределы дальнего инфракрасного диапазона, достигая максимума примерно в 10000 нанометров. Панели для сбора энергии также могут быть сконфигурированы как панельная решетка для идентификации, приема и сбора микроволн. Микроволны представляют собой высокочастотные радиоволны, излучаемые Землей, зданиями, автомобилями, самолетами и другими крупными объектами. Кроме того, низкоуровневое микроволновое излучение проникает в пространство, где, как предполагается, оно было выпущено во время сотворения Вселенной. Высокочастотные микроволны являются основой для РАДАРА, аббревиатуры, которая расшифровывается как RAdio Detecting And Ranging, техника передачи и приема, используемая для отслеживания крупных объектов и вычисления их скорости и расстояния. Астрономы используют внеземное микроволновое излучение для изучения Млечного Пути и других близлежащих галактик. Значительный объем астрономической информации был получен в результате изучения определенной длины волны излучения (21 сантиметр или 1420 мегагерц) незаряженных атомов водорода, которые широко распространены в космосе. Микроволны также используются для передачи информации с Земли на орбитальные спутники в обширных сетях связи, для передачи информации с наземных станций на большие расстояния и при составлении карт местности. Также в соответствии с настоящим раскрытием предусмотрен способ изготовления устройства для преобразования электромагнитного излучения в электрическую энергию. Способ состоит из идентификации филлотаксической архитектуры установки для применения к расположению панелей сбора энергии устройства и присоединения множества панелей сбора энергии к множеству первичных ответвлений в массиве, при этом первичные ответвления проходят радиально наружу от центрального ствола в спиральном расположении, имеющемсоотношение x оборачивается вокруг ствола для каждых y основных ветвей в соответствии с филлотаксической архитектурой. Рис. 1 представляет собой перспективный вид одной примерной фотоэлектрической решетки в соответствии с настоящим описанием; Настоящее изобретение будет описано в связи с предпочтительным вариантом осуществления. Однако следует понимать, что нет намерения ограничивать изобретение описанным вариантом осуществления. Напротив, цель состоит в том, чтобы охватить все альтернативы, модификации и эквиваленты, которые могут быть включены в дух и объем изобретения, как определено в прилагаемой формуле изобретения. 3.1.2 Формула изобретения 1. Фотоэлектрическое энергетическое устройство, содержащее: а) множество первичных ответвлений, проходящих радиально наружу от центральной магистрали в спиральном расположении, имеющем отношение x оборотов вокруг магистрали для каждых y первичных ответвлений; и b) множество фотоэлектрических панелей, соединенных с множеством соответствующих регулируемых монтажных приспособлений, соединенных с основными ответвлениями, каждая из фотоэлектрических панелей определяет плоскость панели и соединена с одним из множества основных ответвлений соответствующим одним из множества регулируемых монтажных приспособлений, содержащих первый элемент, соединенный с одним.из множества первичных ветвей промежуточная шарнирная деталь шарнирно соединена с первым элементом, а второй элемент соединен с фотоэлектрической панелью и шарнирно соединен с промежуточной шарнирной деталью; при этом для каждой фотоэлектрической панели соответствующее регулируемое монтажное приспособление является работоспособным для обеспечения возможности регулировки угла наклона плоскости панели фотоэлектрической панели относительно горизонтальной плоскости и регулировки плоскости панели относительно радиально направленного наружу направления от центральной магистрали; и в котором угол наклона плоскостей панелей фотоэлектрических панелей по отношению к горизонтальной плоскости и направления плоскостей панелей по отношению к радиальному направлению наружу от центральной магистрали настраиваются индивидуально для обеспечения множества фотоэлектрических панелей с диапазоном углов наклона по отношению к горизонтальной плоскости.плоскость от нуля до девяноста градусов и диапазон направлений плоскостей панели радиально наружу от нуля до 360 градусов вокруг центрального ствола. 2. Устройство пункт 1, в которой соотношение x:y определяется филлотаксическим расположением ветвей и листьев на растении. 3. Устройство пункт 1, где x является числом Фибоначчи, а y является его вторым преемником по Фибоначчи. 4. Устройство пункт 3, в которой соотношение выбирается из группы, состоящей из 1/3, 2/5, 3/8 и 5/13. 5. Устройство пункт 4, где число Фибоначчи и его второй преемник равны 2 и 5. 6. Устройство пункт 1, в которой множество первичных ответвлений проходят наружу от магистрали в повторяющемся спиральном расположении, имеющем отношение x оборотов вокруг магистрали для каждых y первичных ответвлений. 7. Устройство пункт 1, в которой вторичные ответвления отходят наружу от первичных ответвлений в виде повторяющейся спирали, имеющей отношение x оборотов вокруг первичных ответвлений для каждых y вторичных ответвлений. 8. Устройство пункт 1, в которой первичные ветви отходят вверх от центрального ствола под углом 30 градусов от горизонтальной плоскости, проходящей через центральный ствол. 9. Устройство пункт 8, в которой вторичные ветви отходят наружу от первичных ветвей под углом 60 градусов по отношению к первичным ветвям. 10. Устройство пункт 1, в которой фотоэлектрические панели соединены в последовательности Фибоначчи. 11. Устройство пункт 1, в которой первичные ответвления дополнительно состоят из вторичных ответвлений, отходящих наружу от первичных ответвлений в спиральном расположении x витков вокруг первичной ветви для каждых y вторичных ответвлений, и в которой регулируемые крепежные приспособления фотоэлектрических панелей соединены со вторичными ответвлениями. 12. Устройство пункт 11, в которой вторичные ответвления дополнительно состоят из третичных ответвлений, отходящих наружу от вторичных ответвлений в спиральном расположении x витков вокруг вторичной ветви для каждых y третичных ответвлений, и в которой регулируемые крепежные приспособления фотоэлектрических панелей соединены с третичными ответвлениями. 3.2 Таблица 4 - Объект техники, его составные части (в том числе технические, художественно-конструкторские решения), подлежащие экспертизе на патентную чистоту.
3.3 Таблица 5 - Сопоставительный анализ объекта техники с охраняемыми объектами промышленной собственности.
4 Составление формулы изобретения и определение индекса МПК 4.1 Формула изобретения Одной из поставленных задач данного курсового проекта является составить формулу изобретения. Пользуясь классификационной системой МПК с использованием ресурсов ФИПС, по формуле изобретения определить индекс МПК. Формула изобретения (формула патента) — это краткая словесная характеристика, которая составляется по определенным правилам. Она выражает сущность изобретения и описывает признаки, которые позволяют достичь нужного технического результата [6]. Предложенная формула изобретения выглядит следующим образом: Фотоэлектрическое энергетическое устройство, содержащее центральный столб, с прикрепленными к нему первичными металлическими ответвлениями, к которым крепятся вторичные металлические ответвления, к которым крепятся фотоэлектрические элементы, все ответвления и фотоэлектрические элементы располагаются в соотношении количества витков вокруг оси к количеству располагающихся на ней объектов, отличающееся тем, что для регулирования фотоэлектрических элементов используются солнечные трекеры с двумя осями вращения автоматического управления и дополнительно содержит в качестве опорной конструкции тумбу, выполненную в виде усеченной пирамиды с вмонтированными металлическими шпильками с резьбой при помощи, которых центральный столб с фланцем крепится к тумбе. 4.2 Определение индекса МПК Международная патентная классификация - иерархическая система патентной классификации. МПК является средством для классификации патентных документов (патенты и авторские свидетельства на изобретения, промышленные образцы, полезные модели, включая опубликованные заявки) единообразной в международном масштабе. Представляет собой инструмент для патентных ведомств и других потребителей, осуществляющих поиск патентных документов. Пользуясь классификационной системой МПК с использованием ресурсов ФИПС, по формуле изобретения определен индекс МПК заявленного изобретения: | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||