Начало раздела Производственные, любительские Радиолюбительские Авиамодельные, ракетомодельные Полезные, занимательные	Хитрости мастеру Электроника Физика Технологии Изобретения	Тайны космоса Тайны Земли Тайны Океана Хитрости Карта раздела
Использование материалов сайта разрешается при условии ссылки (для сайтов - гиперссылки)

ИЗОБРЕТЕНИЕ
Патент Российской Федерации RU2206837

СОЛНЕЧНЫЙ МОДУЛЬ С КОНЦЕНТРАТОРОМ (ВАРИАНТЫ)

Имя изобретателя: Стребков Д.С.; Безруких П.П.; Тверьянович Э.В. 
Имя патентообладателя: Стребков Дмитрий Семенович; Безруких Павел Павлович; Тверьянович Эдуард Владимирович
Адрес для переписки: 109456, Москва, 1-й Вешняковский пр-д, 2, ВИЭСХ, ОНТИ и патентования, О.В.Голубевой
Дата начала действия патента: 2001.01.19 

Изобретение относится к гелиоэнергетике, в частности к солнечным энергетическим модулям с концентратором, в котором солнечное излучение собирается параболоцилиндрическим фоклином, выполненным из двух параболоцилиндров. Согласно изобретению в солнечном модуле, содержащем линейно-фокусирующий параболоцилиндрический зеркальный отражатель и приемник в виде полосы, установленный параллельно фокальной плоскости отражателя, зеркальный отражатель выполнен в виде одной ветви параболоцилиндрического отражателя с апертурным углом менее 48^o и снабжен вторым полуцилиндрическим зеркальным отражателем, края ветвей которого совпадают с фокальной осью и ветвью основного параболоцилиндрического зеркального отражателя, оптическая ось второго зеркального отражателя параллельна фокальной оси основного отражателя и расположена на середине расстояния между фокальной осью и ветвью основного зеркального отражателя, а между осью и ветвью второго зеркального отражателя установлен параллельно фокальной оси третий зеркальный полуцилиндрический отражатель, края которого совпадают с осью и ветвью второго зеркального отражателя. Изобретение должно обеспечить увеличение коэффициента концентрации, повышение эффективности использования солнечной энергии и снижение стоимости получаемой электроэнергии и теплоты.

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Изобретение относится к гелиоэнергетике, в частности к солнечным энергетическим модулям с концентратором, в котором солнечное излучение собирается параболоцилиндрическим фоклином, выполненным из двух параболоцилиндров, и отражается на приемник излучения, установленный на нижнем основании фоклина (патент США 3923381 от 02.12.1975, кл. 350/293, 126/271, 350/294).

Недостатком известного модуля является низкая концентрация, связанная с его апертурным углом соотношением K_геом = 1/sin, при = 250°, К_геом= 2,36. Другим недостатком является низкая эффективность использования солнечной энергии из-за неравномерного освещения приемника концентрированным излучением.

Известен солнечный фотоэлектрический модуль с концентратором солнечной энергии, содержащий скоммутированные и установленные между двумя листами стекла двусторонние солнечные элементы в виде полос, перпендикулярных основанию модуля, с тыльной стороны которых симметрично относительно середины солнечных элементов установлено два полуцилиндрических концентратора, суммарная площадь аппаратуры которых в два раза больше площади солнечных элементов. При установке модуля под углом к горизонту, равным по широте местности и полярной ориентации оси концентраторов юг-север, фотоэлектрический модуль работает круглый год без слежения за солнцем с теоретическим коэффициентом концентрации К=2. Фактически коэффициент концентрации с учетом косинусных потерь и потерь на отражение составляет 1,56 (I. Edmond. Solar Energy Materials. 1990, 21, p. 173-190).

Недостатком известного фотоэлектрического модуля является низкий коэффициент концентрации и высокая стоимость модуля, практически равная стоимости фотоэлектрического модуля без концентратора. Другим недостатком является невозможность использования модуля при другой, кроме полярной, системы ориентации на Солнце, например в фотоэлектрических фасадах зданий и при ориентации восток-запад.

Еще одним недостатком известного устройства является невозможность использования его в фасадах зданий для получения теплоты и освещения зданий естественным солнечным излучением.

Задачей изобретения является увеличение коэффициента концентрации, повышение эффективности использования солнечной энергии и снижение стоимости получаемой электроэнергии и теплоты, а и создание эффективных гелиотехнических устройств, встроенных в фасады и крыши зданий для обеспечения их электроэнергией, теплом, горячей водой, энергией для приготовления пищи и естественным солнечным освещением.

В результате использования предлагаемого солнечного модуля с концентратором увеличивается коэффициент концентрации, появляется возможность использования солнечного модуля для энергоснабжения и освещения зданий и создания энергетических установок.

Вышеуказанный технический результат достигается тем, что в солнечном модуле с концентратором, содержащем основной линейно-фокусирующий параболоцилиндрический зеркальный отражатель и приемник в виде полосы, установленный параллельно фокальной оси основного отражателя, основной зеркальный отражатель выполнен в виде одной ветви параболоцилиндрического отражателя с апертурным углом менее 48^o и снабжен вторым полуцилиндрическим зеркальным отражателем, края ветвей которого совпадают с фокальной осью и ветвью основного параболоцилиндрического зеркального отражателя, оптическая ось второго зеркального отражателя параллельна фокальной оси основного отражателя и расположена на середине расстояния между фокальной осью и ветвью основного зеркального отражателя, а между оптической осью и ветвью второго зеркального отражателя установлен параллельно фокальной оси третий зеркальный полуцилиндрический отражатель, края которого совпадают с оптической осью и ветвью второго зеркального отражателя, а полоса приемника с двухсторонней поверхностью установлена между осью и ветвью третьего зеркального отражателя, причем третий зеркальный отражатель снабжен устройством поворота вокруг своей оси.

Для увеличения эффективности солнечного модуля с концентратором в солнечном модуле с концентратором третий дополнительный отражатель установлен параллельно фокальной оси между осями основного и второго дополнительного отражателей, а полоса приемника установлена между осями основного и третьего отражателей.

Для увеличения эффективности солнечного модуля с концентратором края третьего дополнительного отражателя совпадают с фокальной осью основного отражателя и осью второго дополнительного отражателя, а полоса приемника установлена между осями второго и третьего дополнительных отражателей.

В солнечном модуле с концентратором для увеличения эффективности третий дополнительный отражатель установлен параллельно фокальной оси между осью второго дополнительного отражателя и краем основного отражателя, а полоса приемника установлена между осями второго и третьего дополнительных отражателей.

Для увеличения эффективности в солнечном модуле с концентратором третий дополнительный отражатель установлен между осью второго дополнительного отражателя и ветвью основного отражателя, а полоса приемника установлена между осью третьего дополнительного отражателя и ветвью основного отражателя.

Для увеличения эффективности в солнечном модуле с концентратором оси дополнительного отражателя и полоса приемника установлены параллельно фокальной оси в фокальной плоскости основного отражателя.

В солнечном модуле с концентратором для увеличения эффективности третий дополнительный отражатель установлен параллельно фокальной оси в плоскости симметрии между осью и вершиной второго дополнительного отражателя, а пластина приемника установлена в плоскости симметрии второго дополнительного отражателя.

Для увеличения продолжительности работы солнечного модуля с концентратором третий полуцилиндрический зеркальный отражатель выполнен с возможностью поворота вокруг оптической оси на 180^o при прохождении концентрированного солнечного излучения через оптическую ось второго полуцилиндрического отражателя и его освещении, а и при попадании концентрированного солнечного излучения на тыльную выпуклую сторону третьего полуцилиндрического отражателя.

В другом варианте в солнечном модуле с концентратором, содержащем основной линейно-фокусирующий цилиндрический зеркальный отражатель и приемник излучения, установленный параллельно фокальной оси основного отражателя, основной отражатель выполнен из двух разновеликих частей, причем большая часть отражателя выполнена в виде одной ветви параболоцилиндрического отражателя, а меньшая часть в виде кругового цилиндрического отражателя с осью, совпадающей с фокальной осью параболоцилиндрического отражателя, основной зеркальный отражатель снабжен вторым и третьим дополнительными отражателями, оси которых параллельны фокальной оси, ось второго дополнительного отражателя расположена на середине плоскости, соединяющей фокальную ось основного отражателя и линию пересечения краев основного и второго дополнительного отражателей, а края ветвей третьего дополнительного отражателя совпадают с осью и ветвью второго дополнительного отражателя, а полоса приемника с двухсторонней рабочей поверхностью установлена между осью и ветвью третьего дополнительного отражателя, а третий дополнительный зеркальный отражатель снабжен устройством поворота вокруг своей оси.

Для увеличения эффективности солнечного модуля с концентратором в солнечном модуле с концентратором третий дополнительный отражатель установлен параллельно фокальной оси между осями основного и второго дополнительного отражателей, а полоса приемника установлена между осями основного и третьего отражателей.

Для увеличения эффективности солнечного модуля с концентратором края третьего дополнительного отражателя совпадают с фокальной осью основного отражателя и осью второго дополнительного отражателя, а полоса приемника установлена между осями второго и третьего дополнительных отражателей.

В солнечном модуле с концентратором для увеличения эффективности третий дополнительный отражатель установлен параллельно фокальной оси между осью второго дополнительного отражателя и краем основного отражателя, а полоса приемника установлена между осями второго и третьего дополнительных отражателей.

Для увеличения эффективности в солнечном модуле с концентратором третий дополнительный отражатель установлен между осью второго дополнительного отражателя и ветвью основного отражателя, а полоса приемника установлена между осью третьего дополнительного отражателя и ветвью основного отражателя.

Для увеличения эффективности в солнечном модуле с концентратором оси дополнительного отражателя и полоса приемника установлены параллельно фокальной оси в фокальной плоскости основного отражателя.

В солнечном модуле с концентратором для увеличения эффективности третий дополнительный отражатель установлен параллельно фокальной оси в плоскости симметрии между осью и вершиной второго дополнительного отражателя, а пластина приемника установлена в плоскости симметрии второго дополнительного отражателя.

Для увеличения продолжительности работы солнечного модуля с концентратором третий полуцилиндрический зеркальный отражатель выполнен с возможностью поворота вокруг оптической оси на 180^o при прохождении концентрированного солнечного излучения через оптическую ось второго полуцилиндрического отражателя и его освещении, а и при попадании концентрированного солнечного излучения на тыльную выпуклую сторону третьего полуцилиндрического отражателя.

В другом варианте в солнечном модуле с концентратором, содержащем основной линейно-фокусирующий цилиндрический зеркальный отражатель и приемник излучения, установленный параллельно фокальной оси основного отражателя, между фокальной осью и ветвью основного зеркального отражателя установлены параллельно фокальной оси попарно два или более дополнительных вторых и третьих зеркальных полуцилиндрических отражателей, ветви вторых дополнительных зеркальных отражателей соединены между собой, образуя непрерывные полосы из полуцилиндров, которые объединены с основным отражателем в единую оптическую концентрирующую систему, внутри каждого второго дополнительного полуцилиндрического отражателя установлен третий полуцилиндрический зеркальный отражатель таким образом, что ветви каждого третьего дополнительного зеркального отражателя установлены между оптической осью и ветвью соответствующего второго дополнительного зеркального отражателя, а полоса приемника излучения установлена между оптической осью и ветвью каждого третьего дополнительного зеркального отражателя.

Для увеличения эффективности солнечного модуля с концентратором в солнечном модуле с концентратором третий дополнительный отражатель установлен параллельно фокальной оси между осями основного и второго дополнительного отражателей, а полоса приемника установлена между осями основного и третьего отражателей.

Для увеличения эффективности солнечного модуля с концентратором края третьего дополнительного отражателя совпадают с фокальной осью основного отражателя и осью второго дополнительного отражателя, а полоса приемника установлена между осями второго и третьего дополнительных отражателей.

В солнечном модуле с концентратором для увеличения эффективности третий дополнительный отражатель установлен параллельно фокальной оси между осью второго дополнительного отражателя и краем основного отражателя, а полоса приемника установлена между осями второго и третьего дополнительных отражателей.

Для увеличения эффективности в солнечном модуле с концентратором третий дополнительный отражатель установлен между осью второго дополнительного отражателя и ветвью основного отражателя, а полоса приемника установлена между осью третьего дополнительного отражателя и ветвью основного отражателя.

Для увеличения эффективности в солнечном модуле с концентратором оси дополнительного отражателя и полоса приемника установлены параллельно фокальной оси в фокальной плоскости основного отражателя.

В солнечном модуле с концентратором для увеличения эффективности третий дополнительный отражатель установлен параллельно фокальной оси в плоскости симметрии между осью и вершиной второго дополнительного отражателя, а пластина приемника установлена в плоскости симметрии второго дополнительного отражателя.

Для увеличения продолжительности работы солнечного модуля с концентратором третий полуцилиндрический зеркальный отражатель выполнен с возможностью поворота вокруг оптической оси на 180^o при прохождении концентрированного солнечного излучения через оптическую ось второго полуцилиндрического отражателя и его освещении, а и при попадании концентрированного солнечного излучения на тыльную выпуклую сторону третьего полуцилиндрического отражателя.

Солнечный модуль с концентратором установлен на балконе здания, или установлен в виде стены здания, или установлен под прозрачной крышей здания, а фокальная плоскость наклонена к горизонтальной плоскости под углом 113,5°-, где - широта местности, при горизонтальном расположении солнечного модуля и под углом 113,5°-- при вертикальном расположении модуля, где - апертурный угол концентратора.

В другом варианте исполнения фокальная плоскость параболоцилиндрического отражателя наклонена к горизонтальной плоскости под углом 66,5°-при вертикальном расположении солнечного модуля. Для получения горячей воды и отопления солнечный модуль с концентратором содержит приемник в виде пластины металлического абсорбера с просветляющим покрытием на двух сторонах пластины, окруженной с двух сторон прозрачной теплоизолирующей оболочкой. Приемник имеет каналы для протекания охлаждающей жидкости или воздуха.

Для комбинированного производства электрической энергии и теплоты на металлической пластине закреплены с двух сторон скоммутированные солнечные элементы с просветляющим покрытием.

Для получения электрической энергии солнечный модуль имеет приемник из скоммутированных солнечных элементов с двухсторонней рабочей поверхностью, которые заключены в прозрачную оболочку.

Для увеличения эффективности преобразования солнечной энергии в электрическую энергию и тепло солнечный модуль содержит два или более приемника с металлическим абсорбером, у которых каналы для протекания охлаждающей жидкости соединены последовательно и параллельно таким образом, что поток охлаждающей жидкости направлен от приемника с солнечными элементами к приемнику с просветляющим покрытием.

Для увеличения продолжительности работы солнечного модуля с концентратором в стационарном положении третий полуцилиндрический зеркальный отражатель поворачивают вокруг оптической оси на 180^oпри прохождении концентрированного солнечного излучения через оптическую ось второго полуцилиндрического отражателя и его освещении, а и при освещении концентрированным излучением тыльной выпуклой поверхности третьего полуцилиндрического отражателя.

Сущность изобретения поясняется чертежами.

На фиг. 1 представлен общий вид солнечного модуля с концентратором, где основной зеркальный отражатель выполнен в виде одной ветви параболоцилиндрического концентратора с апертурным углом 36^o, а края полосы приемника излучения совпадают с оптической осью и ветвью третьего зеркального отражателя.

На фиг. 2 - солнечный модуль с концентратором, где зеркальный отражатель состоит из двух разновеликих частей, а края полосы приемника излучения совпадают с фокальной осью параболоцилиндрического концентратора и осью третьего зеркального полуцилиндрического отражателя.

На фиг. 3 - солнечный модуль с концентратором, где основной зеркальный отражатель выполнен в виде одной ветви параболоцилиндрического отражателя и снабжен вторым и третьим полуцилиндрическими зеркальными отражателями, а полоса приемника излучения установлена в плоскости симметрии параболоцилиндрического концентратора между его ветвью и оптической осью третьего полуцилиндрического отражателя.

На фиг. 4 - солнечный модуль с концентратором, где края полосы приемника излучения совпадают с оптическими осями второго и третьего зеркальных полуцилиндрических отражателей.

На фиг. 5 - солнечный модуль с концентратором, где полоса приемника излучения установлена между ветвью и оптической осью третьего зеркального полуцилиндрического отражателя.

На фиг. 6 - солнечные модули с концентраторами, установленные вертикально в виде стены здания друг над другом, у каждого модуля полоса приемника излучения установлена в вертикальной плоскости между оптической осью и ветвью третьего зеркального полуцилиндрического отражателя.

На фиг. 7 - солнечный модуль с концентратором, установленный на балконе здания.

На фиг. 8 - солнечный модуль с концентратором, установленный под прозрачной крышей здания.

На фиг. 1 солнечный модуль с концентратором содержит основной фокусирующий параболоцилиндрический зеркальный отражатель 1 с апертурным углом , приемником с двухсторонней рабочей поверхностью 2, фокальной осью 3 и фокальной плоскостью отражателя 4.

Ширина солнечного модуля в горизонтальной плоскости равна ширине D модуля 5 концентратора плюс радиус R второго полуцилиндрического отражателя 6 с оптической шириной d, приемник 2 установлен перпендикулярно плоскости модуля 5 между фокальной осью 3 и осью O₁ третьего полуцилиндрического зеркального отражателя 7.

Фокальная плоскость 3 наклонена к горизонтальной плоскости 8 под углом .

Угол может изменяться в пределах от ₁= 113,75°-до ₂= 66,25°-+. В первом случае ₁фокальная плоскость 4 параболоцилиндрического концентратора 1 направлена на положение Солнца 22 июня (летнее солнцестояние), во втором случае ₂- ветвь параболоцилиндрического концентратора 1 направлена на положение Солнца 22 декабря (зимнее солнцестояние).

Солнечный модуль с концентратором 1 крепится к горизонтальной плоскости 8 с помощью опор 9.

На фиг. 2 солнечный модуль с концентратором содержит линейно-фокусирующий зеркальный отражатель, состоящий из параболоцилиндрического зеркального отражателя 1 с фокальной осью 3 и расположенного за фокальной плоскостью 4 кругового цилиндрического отражателя 10 с радиусом R₁, равным фокусному расстоянию AF параболоцилиндрического концентратора.

Для увеличения концентрации солнечного излучения солнечный модуль содержит второй полуцилиндрический отражатель 6 с радиусом R=AF/2=OF и третий полуцилиндрический отражатель 7 с радиусом R₂=FO₁=R₂/2. Приемник излучения 2 имеет ширину d=R₂ и установлен в плоскости модуля 5 между фокальной осью 3 параболоцилиндрического отражателя 1 и оптической осью O₁третьего зеркального отражателя 7.

На фиг. 3 солнечный модуль с концентратором содержит фокусирующий параболоцилиндрический зеркальный отражатель 1 с фокальной осью 3, установленный в фокальной плоскости 4 приемник с двухсторонней рабочей поверхностью 2, второй полуцилиндрический зеркальный отражатель 6 с центром О, радиус R=OF= AF/2 которого равен половине фокусного расстояния AF параболоцилиндрического отражателя 1. При введении третьего полуцилиндрического зеркального концентратора 7 площадь приемника 2 уменьшается в два раза и возрастает коэффициент геометрической концентрации.

На фиг. 4 солнечный модуль с концентратором содержит фокусирующий параболоцилиндрический зеркальный отражатель 1 с фокальной осью 3, приемник с двухсторонней рабочей поверхностью 2, установленный в фокальной плоскости 4, два вторых полуцилиндрических зеркальных отражателя 6 и два третьих полуцилиндрических отражателя 7, имеющих общую точку пересечения ветвей в точке О, причем OF=AO. Края полосы приемника излучения 2 совпадают с оптическими осями ₁третьих зеркальных отражателей 7.

На фиг. 5 солнечный модуль с концентратором содержит фокусирующий параболоцилиндрический зеркальный отражатель 1 с фокальной осью 3, установленный вертикально приемник с двухсторонней рабочей поверхностью 2, второй и третий полуцилиндрические зеркальные отражатели 6 и 7, причем края полосы приемника излучения совпадают с оптической осью O₁ и ветвью третьего зеркального отражателя 7.

Угол наклона фокальной плоскости 4 параболоцилиндрического концентратора 1 к горизонтальной плоскости изменяется от ₁= 66,25°-до ₂= 113,75°--. Угол ₁соответствует ориентации фокальной плоскости на положение Солнца 22 декабря и угол ₂соответствует ориентации ветви параболоцилиндрического концентратора 1 на положение Солнца 22 июня.

На фиг. 6 солнечные модули с параболоцилиндрическими концентраторами 1 установлены в вертикальной стене здания 11. Каждый солнечный модуль с концентратором содержит фокусирующий параболоцилиндрический зеркальный отражатель 1 с фокальной осью 3, приемник с двухсторонней рабочей поверхностью 2, второй и третий полуцилиндрические зеркальные отражатели 6 и 7. Фокальная плоскость 4 параболоцилиндрического концентратора 1 наклонена к горизонтальной плоскости под углом , где имеет значения от ₁= 66,25°-до ₂= 113,75°--.

На фиг. 7 солнечный модуль с концентратором содержит фокусирующий параболоцилиндрический зеркальный отражатель 1 с фокальной осью 3, приемник с двухсторонней рабочей поверхностью 2, второй и третий полуцилиндрические зеркальные отражатели 6 и 7. Солнечный модуль с концентратором установлен на балконе 12 здания 11. Приемник 2 установлен в плоскости симметрии ОО₁полуцилиндрического второго зеркального отражателя 6 между оптической осью O₁ и ветвью третьего отражателя 7.

На фиг. 8 солнечные модули с концентратором установлены под прозрачной крышей 13 здания 11. Каждый солнечный модуль с концентратором содержит фокусирующий параболоцилиндрический зеркальный отражатель 1 с фокальной осью 3. Приемник с двухсторонней рабочей поверхностью 2 установлен в фокальной плоскости между фокальной осью 3 и ветвью третьего полуцилиндрического зеркального отражателя 7.

Приемник 2 выполнен в виде пластины металлического абсорбера с просветляющим покрытием на двух сторонах, окруженного с двух сторон прозрачной теплоизолирующей оболочкой. Приемник имеет каналы для протекания воды или для обдува воздухом.

В другом варианте исполнения приемника 2 на металлической пластине абсорбера установлены с двух сторон вместо просветляющего покрытия скоммутированные солнечные элементы с просветляющим покрытием.

Еще в одном варианте конструкции в качестве приемника 2 установлены скоммутированные солнечные элементы с двухсторонней рабочей поверхностью.

Солнечный модуль с концентратором работает следующим образом.

Параболоцилиндрический концентратор 1 с фокальной осью 3 (фиг. 1), ориентированной с запада на восток, концентрирует солнечное излучение в пределах апертурного угла на приемнике 2. Солнечное излучение 22 июня концентрируется на фокальной оси 3. По мере уменьшения склонения Солнца в пределах апертурного угла полоса концентрированного излучения перемещается от фокальной оси вдоль приемника 2. Цилиндрические отражатели 6 и 7 увеличивают концентрацию солнечного излучения при низком склонении Солнца, когда солнечное излучение падает на часть отражателей 6 и 7, удаленных от фокальной оси 3. Приемник 2 преобразует солнечную энергию в тепловую и электрическую энергию. Для увеличения продолжительности работы солнечного модуля с концентратором в стационарном положении третий полуцилиндрический зеркальный отражатель 7 поворачивают вокруг его оптической оси O₁на 180^o при прохождении сконцентрированного солнечного излучения через оптическую ось О второго полуцилиндрического отражателя 6 и его освещении, а и при попадании концентрированного излучения на тыльную выпуклую поверхность третьего полуцилиндрического отражателя 7.

Время работы солнечного модуля в стационарном состоянии определяется соотношением T₀ = 365/94, где Т₀ - количество дней работы, а - апертурный угол концентратора в градусах.

Для солнечных модулей время стационарной работы Т₀ равно времени перемещения полосы концентрированного излучения вдоль приемника 2 с двух его сторон последовательно.

Для солнечных модулей с дополнительными вторым 6 и третьим 7 полуцилиндрическими отражателями на фиг.1 полоса концентрированного солнечного излучения в течение времени Т₀/4 попадает на одну поверхность приемника 2, а в течение времени с Т₀/4 до Т₀/2 переотражается с помощью третьего дополнительного зеркального отражателя 7 на противоположную рабочую поверхность приемника 2. В результате площадь приемника 2 уменьшается в 2 раза и возрастает коэффициент концентрации. При снижении угла склонения Солнца солнечное излучение, сконцентрированное параболоцилиндрическим концентратором 1, перемещается в фокальной плоскости 4 от фокальной оси 3 вниз. По истечении времени Т= Т₀/2 при переходе концентрированного излучения вниз через оптическую ось О второго полуцилиндрического отражателя поворачивают на 180^o вокруг оси O₁третий полуцилиндрический зеркальный отражатель 7. При этом сконцентрированное солнечное излучение отражается от второго дополнительного зеркального отражателя 6 и попадает на третий зеркальный отражатель 7 и приемник 2 с двухсторонней рабочей поверхностью. Эффективность использования солнечного излучения увеличивается за счет перераспределения концентрированного излучения на полуцилиндрическом отражателе 6 или 7 и более однородного и равномерного освещения приемника 2.

Коэффициент геометрической концентрации равен

K_геом = D/d = 8/1-cos(2).

Для °= 24, 32, 36°значения геометрической концентрации составляют 24,2, 14,2 и 11,6 соответственно, т.е. введение третьего зеркального концентратора увеличивает коэффициент концентрации до 11,6 - 24,2-кратной.

Примеры конкретного исполнения солнечного модуля с концентратором.

1. Солнечный фотоэлектрический модуль с параболоцилиндрическим концентратором 1 имеет размер модуля 5 1,25·1,2 м, длину 1,25 м, апертурный угол 36^o, диаметр второго дополнительного полуцилиндрического отражателя 200 мм, а ширина приемника излучения 2 равна 100 мм. В качестве полосы приемника 2 установлены вертикально (фиг. 1) 36 скоммутированных солнечных элементов размером 25·100 мм в стеклянной оболочке шириной 110 мм и общей длиной 900 мм.

Солнечный модуль на широте г.Москвы ориентирован на юг таким образом, что фокальная плоскость 4 наклонена к горизонтальной поверхности под углом 58^o. Время работы в стационарном состоянии для широты г.Москвы = 55°составляет 9 месяцев, с 7 февраля по 7 декабря. Через 4,5 месяца работы - 15 апреля и 30 августа - поворачивают третий дополнительный зеркальный отражатель 7 вокруг оси O₁на 180^o. С 15 апреля по 30 августа третий зеркальный отражатель 7 установлен в положении, показанном на фиг. 1-4 сплошной линией, а в период с 30 августа до 15 апреля третий зеркальный отражатель 7 установлен в положении, показанном на фиг. 1-4 пунктирной линией. Электрическая мощность электрического модуля равна 100 Вт, напряжение 12 В, коэффициент геометрической концентрации 11,6, оптический КПД 0,8, фактический коэффициент концентрации 9,28.

2. Солнечный тепловой модуль с параболоцилиндрическим концентратором 1 на фиг. 5, 6 установлен на широте г.Геленджика с апертурой = 24°, имеет приемник 2 в виде абсорбера из пластины алюминия толщиной 2 мм, в центре которой сваркой присоединена трубка из латуни диаметром 15 мм. Абсорбер имеет с двух сторон просветляющее покрытие и защитное покрытие из закаленного стекла толщиной 3 мм с покрытием, отражающим ИК-излучение. Ширина D модуля равна 2,16 м, длина 2,5 м. При вертикальном расположении приемника 2 шириной 100 мм, радиусами второго отражателя 400 мм и третьего отражателя 200 мм коэффициент геометрической концентрации равен 24,2. Фокальная плоскость 4 наклонена к горизонтальной плоскости под углом 45^o. Время стационарной работы составляет 6 месяцев, с 22 марта по 22 сентября, а тепловая мощность модуля равна 4 кВт, температура воды на выходе из абсорбера 95^oС.

В течение времени с 7 мая по 7 августа третий зеркальный отражатель 7 работает в положении, показанном на фиг. 5, 6 пунктирной линией, а с 22 марта по 7 мая и с 7 августа по 22 сентября работает в положении, показанном на фиг. 5, 6 сплошной линией.

По сравнению с прототипом при использовании двухсторонних приемников 2 удается упростить конструкцию стационарного концентратора, используя одну ветвь параболы, уменьшить фокусное расстояние модуля, увеличить степень концентрации излучения и за счет снижения площади приемника снизить стоимость солнечного модуля.

ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ

1. Солнечный модуль с концентратором, содержащий основной линейно-фокусирующий параболоцилиндрический зеркальный отражатель и приемник в виде полосы, установленный параллельно фокальной оси основного отражателя, отличающийся тем, что основной зеркальный отражатель выполнен в виде одной ветви параболоцилиндрического отражателя с апертурным углом менее 48^oи снабжен вторым полуцилиндрическим зеркальным отражателем, края ветвей которого совпадают с фокальной осью и ветвью основного параболоцилиндрического отражателя, оптическая ось второго зеркального отражателя параллельна фокальной оси основного отражателя и расположена на середине расстояния между фокальной осью и ветвью основного зеркального отражателя, а между оптической осью и ветвью второго зеркального отражателя установлен параллельно фокальной оси третий зеркальный полуцилиндрический отражатель, края которого совпадают с оптической осью и ветвью второго зеркального отражателя, а полоса приемника с двусторонней поверхностью установлена между осью и ветвью третьего зеркального отражателя, причем третий зеркальный отражатель снабжен устройством поворота вокруг своей оси.

2. Солнечный модуль с концентратором по п.1, отличающийся тем, что третий дополнительный отражатель установлен параллельно фокальной оси между осями основного и второго дополнительного отражателей, а полоса приемника установлена между осями основного и третьего отражателей.

3. Солнечный модуль с концентратором по п.1, отличающийся тем, что края третьего дополнительного отражателя совпадают с фокальной осью основного отражателя и осью второго дополнительного отражателя, а полоса приемника установлена между осями второго и третьего дополнительных отражателей.

4. Солнечный модуль с концентратором по п.1, отличающийся тем, что третий дополнительный отражатель установлен параллельно фокальной оси между осью второго дополнительного отражателя и краем основного отражателя, а полоса приемника установлена между осями второго и третьего дополнительных отражателей.

5. Солнечный модуль с концентратором по п.1, отличающийся тем, что третий дополнительный отражатель установлен между осью второго дополнительного отражателя и ветвью основного отражателя, а полоса приемника установлена между осью третьего дополнительного отражателя и ветвью основного отражателя.

6. Солнечный модуль с концентратором по п.1, отличающийся тем, что оси дополнительного отражателя и полоса приемника установлены параллельно фокальной оси в фокальной плоскости основного отражателя.

7. Солнечный модуль с концентратором по п.1, отличающийся тем, что третий дополнительный отражатель установлен параллельно фокальной оси в плоскости симметрии между осью и вершиной второго дополнительного отражателя, а пластина приемника установлена в плоскости симметрии второго дополнительного отражателя.

8. Солнечный модуль с концентратором по любому из пп.1-7, отличающийся тем, что третий полуцилиндрический зеркальный отражатель выполнен с возможностью поворота вокруг оптической оси на 180^o при прохождении концентрированного солнечного излучения через оптическую ось второго полуцилиндрического отражателя и его освещении, а и при попадании концентрированного солнечного излучения на тыльную выпуклую сторону третьего полуцилиндрического отражателя.

9. Солнечный модуль с концентратором, содержащий основной линейно-фокусирующий цилиндрический зеркальный отражатель и приемник излучения, установленный параллельно фокальной оси основного отражателя, отличающийся тем, что основной отражатель выполнен из двух разновеликих частей, причем большая часть отражателя выполнена в виде одной ветви параболоцилиндрического отражателя, а меньшая часть - в виде кругового цилиндрического отражателя с осью, совпадающей с фокальной осью параболоцилиндрического отражателя, основной зеркальный отражатель снабжен вторым и третьим дополнительными отражателями, оси которых параллельны фокальной оси, ось второго дополнительного отражателя расположена на середине плоскости, соединяющей фокальную ось основного отражателя и линию пересечения краев основного и второго дополнительного отражателей, края ветвей третьего дополнительного отражателя совпадают с осью и ветвью второго дополнительного отражателя, полоса приемника с двусторонней рабочей поверхностью установлена между осью и ветвью третьего дополнительного отражателя, а третий дополнительный зеркальный отражатель снабжен устройством поворота вокруг своей оси.

10. Солнечный модуль с концентратором по п.9, отличающийся тем, что третий дополнительный отражатель установлен параллельно фокальной оси между осями основного и второго дополнительного отражателей, а полоса приемника установлена между осями основного и третьего отражателей.

11. Солнечный модуль с концентратором по п.9, отличающийся тем, что края третьего дополнительного отражателя совпадают с фокальной осью основного отражателя и осью второго дополнительного отражателя, а полоса приемника установлена между осями второго и третьего дополнительных отражателей.

12. Солнечный модуль с концентратором по п.9, отличающийся тем, что третий дополнительный отражатель установлен параллельно фокальной оси между осью второго дополнительного отражателя и краем основного отражателя, а полоса приемника установлена между осями второго и третьего дополнительных отражателей.

13. Солнечный модуль с концентратором по п.9, отличающийся тем, что третий дополнительный отражатель установлен между осью второго дополнительного отражателя и ветвью основного отражателя, а полоса приемника установлена между осью третьего дополнительного отражателя и ветвью основного отражателя.

14. Солнечный модуль с концентратором по п.9, отличающийся тем, что оси дополнительного отражателя и полоса приемника установлены параллельно фокальной оси в фокальной плоскости основного отражателя.

15. Солнечный модуль с концентратором по п.9, отличающийся тем, что третий дополнительный отражатель установлен параллельно фокальной оси в плоскости симметрии между осью и вершиной второго дополнительного отражателя, а пластина приемника установлена в плоскости симметрии второго дополнительного отражателя.

16. Солнечный модуль с концентратором по любому из пп.9-15, отличающийся тем, что третий полуцилиндрический зеркальный отражатель выполнен с возможностью поворота вокруг оптической оси на 180^oпри прохождении концентрированного солнечного излучения через оптическую ось второго полуцилиндрического отражателя и его освещении, а и при попадании концентрированного солнечного излучения на тыльную выпуклую сторону третьего полуцилиндрического отражателя.

17. Солнечный модуль с концентратором, содержащий основной линейно-фокусирующий цилиндрический зеркальный отражатель и приемник излучения, установленный параллельно фокальной оси основного отражателя, отличающийся тем, что между фокальной осью и ветвью основного зеркального отражателя установлены параллельно фокальной оси попарно два или более дополнительных вторых и третьих зеркальных полуцилиндрических отражателя, ветви вторых дополнительных зеркальных отражателей соединены между собой, образуя непрерывные полосы из полуцилиндров, которые объединены с основным отражателем в единую оптическую концентрирующую систему, внутри каждого второго дополнительного полуцилиндрического отражателя установлен третий полуцилиндрический зеркальный отражатель так, что ветви каждого третьего дополнительного зеркального отражателя установлены между оптической осью и ветвью соответствующего второго дополнительного зеркального отражателя, а полоса приемника излучения установлена между оптической осью и ветвью каждого третьего дополнительного зеркального отражателя.

18. Солнечный модуль с концентратором по п.17, отличающийся тем, что третий дополнительный отражатель установлен параллельно фокальной оси между осями основного и второго дополнительного отражателей, а полоса приемника установлена между осями основного и третьего отражателей.

19. Солнечный модуль с концентратором по п.17, отличающийся тем, что края третьего дополнительного отражателя совпадают с фокальной осью основного отражателя и осью второго дополнительного отражателя, а полоса приемника установлена между осями второго и третьего дополнительных отражателей.

20. Солнечный модуль с концентратором по п.17, отличающийся тем, что третий дополнительный отражатель установлен параллельно фокальной оси между осью второго дополнительного отражателя и краем основного отражателя, а полоса приемника установлена между осями второго и третьего дополнительных отражателей.

21. Солнечный модуль с концентратором по п.17, отличающийся тем, что третий дополнительный отражатель установлен между осью второго дополнительного отражателя и ветвью основного отражателя, а полоса приемника установлена между осью третьего дополнительного отражателя и ветвью основного отражателя.

22. Солнечный модуль с концентратором по п.17, отличающийся тем, что оси дополнительного отражателя и полоса приемника установлены параллельно фокальной оси в фокальной плоскости основного отражателя.

23. Солнечный модуль с концентратором по п.17, отличающийся тем, что третий дополнительный отражатель установлен параллельно фокальной оси в плоскости симметрии между осью и вершиной второго дополнительного отражателя, а пластина приемника установлена в плоскости симметрии второго дополнительного отражателя.

24. Солнечный модуль с концентратором по любому из пп.17-23, отличающийся тем, что третий полуцилиндрический зеркальный отражатель выполнен с возможностью поворота вокруг оптической оси на 180^oпри прохождении концентрированного солнечного излучения через оптическую ось второго полуцилиндрического отражателя и его освещении, а и при попадании концентрированного солнечного излучения на тыльную выпуклую сторону третьего полуцилиндрического отражателя.

Версия для печати
Дата публикации 24.03.2007гг

НОВЫЕ СТАТЬИ И ПУБЛИКАЦИИ
	Технология изготовления универсальных муфт для бесварочного, безрезьбового, бесфлянцевого соединения отрезков труб в трубопроводах высокого давления (имеется видео)
	Технология очистки нефти и нефтепродуктов
	О возможности перемещения замкнутой механической системы за счёт внутренних сил
	Свечение жидкости в тонких диэлектрических каналох
	Взаимосвязь между квантовой и классической механикой
	Миллиметровые волны в медицине. Новый взгляд. ММВ терапия
	Магнитный двигатель
	Источник тепла на базе нососных агрегатов