Солнечный модуль с концентратором и способ его изготовления

Изобретение относится к гелиотехнике, в частности к солнечным модулям с концентраторами для получения электрической и тепловой энергии. В солнечном модуле с концентратором, содержащем прозрачные фокусирующие призмы с треугольным поперечным сечением, с углом входа лучей β0 и углом полного внутреннего отражения α = arcsin 1 n , где n - коэффициент преломления призмы, имеющей грань входа и грань переотражения излучения, образующие общий двугранный угол φ, грань выхода концентрированного излучения с приемником излучения и устройство отражения в виде зеркального отражателя, образующего с гранью переотражения острый двугранный угол ψ, который расположен однонаправленно с острым двугранным углом φ фокусирующей призмы. Концентратор выполнен из двух симметричных прозрачных фокусирующих призм, имеющих общую линию касания граней входа и выхода, ориентированную в направлении Север-Юг. Устройство отражения состоит из набора установленных на некотором расстоянии друг от друга зеркальных отражателей длиной L0 с одинаковыми острыми углами ψ, с устройством поворота относительно грани переотражения, на поверхности грани входа установлены дополнительные зеркальные отражатели, которые наклонены к поверхности грани входа под углом 90°-δ и выполнены в виде жалюзи с устройством поворота относительно поверхности грани входа, угол наклона дополнительных зеркальных отражателей к поверхности грани входа расположен разнонаправленно с острым двугранным углом φ фокусирующей призмы, оси устройства поворота дополнительного зеркального отражателя на грани входа и оси устройства поворота зеркального отражателя на устройстве переотражения с гранью переотражения находятся в одной плоскости, перпендикулярной поверхности входа, а углы φ, ψ, δ, β0 и α связаны собой определенными соотношениями. Способ изготовления солнечного модуля с концентратором производят путем изготовления фокусирующей призмы из оптически прозрачного материала, установки приемника излучения, устройства переотражения излучения с зеркальными отражателями и дополнительными зеркальными отражателями на рабочей поверхности с устройствами поворота. Согласно изобретению из закаленного листового стекла или другого прозрачного листового материала изготавливают и герметизируют стенки полости двух фокусирующих призм с острым двугранным углом при вершине 2-15°, устанавливают фокусирующие призмы таким образом, чтобы грани входа и выхода каждой призмы при вершине имели общую линию касания, ориентированную в направлении Север-Юг, и затем заполняют полученную полость оптически прозрачной средой, устанавливают герметично приемник излучения и проводят сборку дополнительных зеркальных отражателей с устройствами поворота на рабочей поверхности фокусирующей призмы и устройства поворота для устройства переотражения излучения. Изобретение должно обеспечить повышение оптического КПД за счет снижения потерь излучения в модуле и повышение коэффициента концентрации солнечного излучения. 2 н. и 6 з.п. ф-лы, 1 ил.

 

Изобретение относится к гелиотехнике, в частности к солнечным модулям с концентраторами для получения электрической и тепловой энергии.

Известен солнечный модуль с концентратором, содержащий прозрачную фокусирующую призму, имеющую образующие острый угол грань входа и переотражения излучения и грань выхода концентрированного излучения, и устройство отражения, расположенное относительно фокусирующей призмы с зазором со стороны грани переотражения излучения. Устройство отражения выполнено в виде по меньшей мере одной призмы с треугольным поперечным сечением, имеющей образующие острый угол грань входа проходящего через фокусирующую призму излучения и грань зеркального отражения излучения и расположенной своим острым углом однонаправленно с острым углом фокусирующей призмы (авт. свид. СССР №108365, БИ).

Выполнение отражающего устройства в виде призмы позволяет ввести отраженное излучение в фокусирующую призму под углом, превышающим угол полного внутреннего отражения.

Недостатком известного фотоэлектрического модуля является большая масса концентратора и высокая стоимость, связанная с большой трудоемкостью его изготовления, и сложность конструкции.

Известен солнечный модуль с концентратором, содержащий концентратор, выполненный в виде фокусирующей призмы из оптически прозрачного материала с коэффициентом преломления n, имеющим образующие острый двугранный угол φ, рабочую поверхность модуля, на которую падает излучение под углом β0, и грань переотражения, скоммутированные фотопреобразователи, установленные под некоторым углом к вышеуказанным граням и поверхностям, и устройство отражения излучения, выполненное в виде зеркала, расположенного с зазором относительно фокусирующей призмы со стороны грани переотражения излучения, указанное устройство отражения в виде зеркального отражателя образует острый двугранный угол φ с гранью переотражения и угол φ+ψ с рабочей поверхностью модуля, причем угол входа β0 и двугранные углы φ и ψ связаны отношением:

β 0 = ± arcsin { n sin [ arcsin ( 1 n sin ( arcsin ( n sin ( arcsin 1 n ϕ ) ) ) 2 ψ ) ϕ ] } ,

где n - коэффициент преломления, φ - острый двугранный угол при вершине призмы, ψ - угол между гранью переотражения и зеркальным отражателем.

Для снижения потерь солнечного излучения на части грани переотражения фокусирующей призмы у грани выхода установлены фотопреобразователи с двухсторонней рабочей поверхностью, а в плоскости грани выхода от рабочей поверхности фокусирующей призмы до устройства отражения установлен зеркальный отражатель (патент РФ №2154778, БИ 2000, №23).

Известный солнечный модуль с концентратором имеет малую массу и низкую стоимость. Недостатком известного солнечного модуля с концентратором является невысокий коэффициент концентрации и низкий оптический КПД из-за потерь излучения в устройстве отражения модуля.

Задачей предлагаемого изобретения является повышение оптического КПД за счет снижения потерь излучения в модуле и повышение коэффициента концентрации солнечного излучения. В результате использования предлагаемого изобретения увеличивается оптический КПД модуля, снижаются оптические потери при переотражении излучения и увеличивается коэффициент концентрации солнечного излучения.

Вышеуказанный результат достигается тем, что в солнечном модуле с концентратором, содержащем прозрачную фокусирующую призму с треугольным поперечным сечением, с углом входа лучей β0 и углом полного внутреннего отражения α = arcsin 1 n , где n - коэффициент преломления призмы, имеющей грань входа и грань переотражения излучения, образующие общий двугранный угол φ, грань выхода концентрированного излучения с приемником излучения, и устройство отражения в виде зеркального отражателя, образующего с гранью переотражения острый двугранный угол ψ, который расположен однонаправленно с острым двугранным углом φ фокусирующей призмы. Концентратор выполнен из двух симметричных прозрачных фокусирующих призм, имеющих общую линию касания граней входа и выхода, ориентированную в направлении Север-Юг. Устройство отражения состоит из набора установленных на некотором расстоянии друг от друга зеркальных отражателей длиной L0 с одинаковыми острыми углами ψ, с устройством поворота относительно грани переотражения, на поверхности грани входа установлены дополнительные зеркальные отражатели, которые наклонены к поверхности грани входа под углом 90°-δ и выполнены в виде жалюзи с устройством поворота относительно поверхности грани входа, угол наклона дополнительных зеркальных отражателей к поверхности грани входа расположен разнонаправленно с острым двугранным углом φ фокусирующей призмы, оси устройства поворота дополнительного зеркального отражателя на грани входа и оси устройства поворота зеркального отражателя на устройстве переотражения с гранью переотражения находятся в одной плоскости, перпендикулярной поверхности входа, а углы φ, ψ, δ, β0 и α связаны собой соотношениями:

arcsin = sin { arcsin [ n sin ( arcsin sin β 0 n + φ ) + 2 ψ ] } n + φ > α

δ 1 2 arcsin = sin { arcsin [ n sin ( arcsin sin β 0 n + φ ) + 2 ψ ] } n ,

arcsin sin 2 δ n + φ > α .

В варианте конструкции солнечного модуля с концентратором прозрачные фокусирующие призмы образуют пространственную оптическую структуру, которая выполнена в виде крыши солнечного дома, гелиотеплицы или зимнего сада.

В варианте конструкции солнечного модуля с концентратором в качестве приемника излучения в каждой фокусирующей призме установлен гибридный фотоэлектрический модуль с когенерацией электрической и тепловой энергии.

В другом варианте солнечного модуля с концентратором в качестве приемника излучения в каждой фокусирующей призме использован тепловой абсорбер для получения горячей воды и отопления.

В способе изготовления солнечного модуля с концентратором путем изготовления фокусирующей призмы из оптически прозрачного материала, установки приемника излучения, устройства переотражения с зеркальными отражателями из закаленного листового стекла или другого прозрачного листового материала изготавливают и герметизируют стенки полости двух фокусирующих призм с острым двугранным углом при вершине 2-15°, устанавливают фокусирующие призмы таким образом, чтобы грани входа и выхода каждой призмы при вершине имели общую линию касания, ориентированную в направлении Север-Юг, и затем заполняют полученную полость оптически прозрачной средой, устанавливают герметично приемник излучения и производят сборку дополнительных зеркальных отражателей с устройствами поворота на рабочей поверхности фокусирующей призмы и устройства поворота для устройства переотражения.

В варианте способа изготовления солнечного модуля с концентратором в качестве оптически прозрачной среды используют дистиллированную воду с добавками для предотвращения цветения и замерзания воды.

В другом варианте способа изготовления солнечного модуля с концентратором в качестве оптически прозрачной среды используют силиконовые теплоносители, например на основе полиметилсилоксановых композиций.

Еще в одном способе изготовления солнечного модуля с концентратором в качестве оптически прозрачной среды используют структурированные полисилоксановые гели.

Сущность предлагаемого изобретения поясняется на фиг.1, на которой показано поперечное сечение солнечного модуля с концентратором и ход лучей в нем.

Солнечный фотоэлектрический модуль с концентратором содержит две фокусирующие призмы 1 и 2, каждая из которых содержит грань входа 3, которая совпадает с рабочей поверхностью 4, и грань переотражения 5, устройство отражения 6 и дополнительные зеркальные отражатели 7 на рабочей поверхности 4. Острый двугранный угол φ есть угол между рабочей поверхностью 4, на которую падает излучение, и гранью переотражения 5. Угол входа (падения) солнечного излучения на рабочую поверхность 4 есть угол β0 между лучом и вектором n ¯ 0 , перпендикулярным к поверхности, на которую падает излучение.

Острый двугранный угол ψ есть угол между гранью переотражения 5 фокусирующей призмы 2 и устройством отражения 6. Устройство отражения 6 содержит зеркальные отражатели 8, которые наклонены под углом ψ к грани переотражения 5 и выполнены в виде жалюзи с устройством поворота 9 относительно грани переотражения 6. Зеркальные отражатели 7 наклонены к рабочей поверхности под углом 90°-δ, где δ - угол между плоскостью зеркального отражателя 7 и нормалью n ¯ к рабочей поверхности 4 и выполнены в виде жалюзи с устройством поворота 10 относительно рабочей поверхности модуля. Приемник 11 установлен на грани выхода 12 фокусирующей призмы 2.

В варианте конструкции солнечного модуля на грани выхода 12 фокусирующей призмы 2 установлен зеркальный отражатель, а приемник 11 с двухсторонней рабочей поверхностью расположен на грани переотражения 5 фокусирующей призмы 2 в непосредственной близости у грани выхода 12.

Приемник 1 выполнен в виде скоммутированных солнечных элементов. В варианте конструкции модуля приемник 1 представляет собой тепловой абсорбер для получения тепловой энергии. Наиболее перспективно использование гибридного приемника 1, содержащего скоммутированные солнечные элементы, установленные на тепловом абсорбере с отводом и утилизацией тепловой энергии.

Солнечный фотоэлектрический модуль работает следующим образом. Солнечное излучение - луч Л1 падает на рабочую поверхность 4 фокусирующей призмы 1 или 2 под углом β0 (фиг.1), входит в призму 1 или 2 под углом β2, попадает на грань переотражения 5 под углом β2, выходит из призмы 1 или 2 под углом β3, попадает на зеркальный отражатель 8 под углом β4, отражается и попадает на грань переотражения 5 под углом β5, преломляется в фокусирующей призме 1 или 2 под углом β6 и падает на рабочую поверхность призмы 1 или 2 изнутри под углом β7, который должен быть больше угла полного внутреннего отражения β7>arcsin 1/n, где n - коэффициент преломления материала призмы 1 или 2. После полного внутреннего отражения излучение попадает на приемник 11.

Для лучей Л1 с углом падения на грань входа 3 β0>0, который равен углу между направлением луча и нормалью n к поверхности, в ходе лучей углы между нормалью к поверхности и лучом имеют следующий вид:

β 0 0, β 1 = arcsin ( sin β 0 n ) , ( 1 )

β 2 = arcsin ( sin β 0 n ) + ϕ , ( 2 )

β 3 = arcsin { n sin [ arcsin ( sin β 0 n ) + ϕ ] } , ( 3 )

β 4 = arcsin { n sin [ arcsin ( sin β 0 n ) + ϕ ] } + ψ , ( 4 )

β 5 = arcsin { n sin [ arcsin ( sin β 0 n ) + ϕ ] } + 2 ψ , ( 5 )

β 6 = arcsin { { sin { arcsin [ n sin ( arcsin sin β 0 n + ϕ ) ] } + 2 ψ n } } , ( 6 )

β 7 = arcsin { { sin { arcsin [ n sin ( arcsin sin β 0 n + ϕ ) ] } + 2 ψ n } } + ϕ . ( 7 )

Для β0>0

Углы φ, ψ, β0 и α связаны соотношением:

arcsin { { sin { arcsin [ n sin ( arcsin sin β 0 n + φ ) ] } + 2 ψ n } } + φ > α . ( 8 )

Углы δ, β0 и φ связаны соотношением:

δ 1 2 arcsin { n sin [ arcsin sin β 0 n + ϕ ] } + 2 ψ . ( 9 ) ,

arcsin ( sin 2 δ n ) + ϕ > α . ( 10 ) .

При отсутствии дополнительных зеркальных отражателей 7 появляются неработающие зоны 13 на рабочей поверхности 4, которые возникают при возвращении лучей от зеркального отражателя 8 к фокусирующей призме (луч β5 на фиг.1), снижают оптический КПД солнечного модуля с концентратором. В предлагаемом солнечном модуле с концентратором оптические потери из-за неработающих зон 13 отсутствуют, так как по всей площади этих неработающих зон 13 на рабочей поверхности 4 установлены дополнительные зеркальные отражатели 7, направляющие лучи под углом 2δ=β5 к рабочей поверхности 4 фокусирующей призмы 2. Длина зеркальных отражателей 7 выбирается из условия, что луч, отраженный от конца отражателя 7, попадал на рабочую поверхность 4 фокусирующей призмы 2 у основания соседнего зеркального отражателя 7 или у приемника 11.

Для изготовления солнечного модуля с концентратором из закаленного стекла толщиной 3 мм изготавливают и герметизируют стенки полости двух фокусирующих призм 1 и 2 с двугранным углом φ при вершине, устанавливают фокусирующие призмы таким образом, чтобы грани входа и выхода каждой призмы при вершине имели общую линию касания, ориентированную в направлении Север-Юг, а затем заполняют полученную полость оптически прозрачной средой.

При использовании в качестве оптически прозрачной среды дистиллированной воды уменьшение тока солнечного элемента I(Х) при увеличении толщины слоя воды х описывается соотношением:

I ( x ) = I 0 к 0 х ,

где I0 - ток солнечного элемента в приповерхностном слое воды, к0 - коэффициент поглощения.

Коэффициент поглощения воды к0, измеренный кремниевым солнечным элементом, составляет 0,025 см-1, при этом средняя толщина слоя воды, в которой ток солнечного элемента уменьшался в l=2,73 раза, составляет 40 см. При длине фокусирующей призмы 2 на фиг.1 0,5 м длина пути луча Л1 внутри фокусирующей призмы 2 составляет 24 см. Поток фотоактивного излучения на приемнике I = I 0 0.6 = I 0 1,82 уменьшается в 1,82 раза. Таким образом, на приемник поступает 55,5% энергии излучения, а 45, 5% солнечного излучения поглощается внутри фокусирующей призмы 2. Поглощенная энергия, в основном в длинноволновой части спектра, используется для повышения температуры воды. Солнечное излучение в коротковолновой части спектра концентрируется в фокусирующей призме, поглощается в приемнике 11 и преобразуется в электрическую энергию в солнечных элементах. Таким образом, обеспечивается энергоэффективное преобразование солнечной энергии в электрическую и тепловую энергию в гибридном приемнике или только в тепловую энергию для горячего водоснабжения и отопления в приемнике с тепловым абсорбером.

Если использовать полиметилсилоксановые жидкости, более 90% солнечного излучения будет поглощаться в приемнике за счет низкого коэффициента поглощения излучения в жидкости. При использовании в качестве оптически прозрачной среды структурированного полисилоксанового геля его заливают в полость фокусирующих призм 1 и 2 в жидком виде, а потом проводят его отверждение - структурирование. В этом случае высокая прозрачность полисилоксанового геля и отсутствие утечек геля при случайной разгерметизации полости фокусирующей линзы обеспечивает высокий оптический КПД и большой срок службы солнечного модуля с концентратором.

Объем оптически прозрачной среды внутри полости фокусирующей призмы зависит от размера солнечного модуля и угла φ. Для солнечного модуля с концентратором размером длиной 0,5, шириной 1,2 м объем оптически прозрачной среды составит для угла φ=8°22,5 л, для φ=3°8,4 л.

Солнечный модуль с концентратором работает следующим образом. В первой половине дня после восхода солнца работает фокусирующая призма 1 с восточной стороны модуля, а во второй половине дня работает фокусирующая призма 2 с западной стороны. В полдень работают одновременно обе фокусирующие призмы без помощи зеркальных отражателей 5 и 7, при этом дополнительные зеркальные отражатели 7 ориентированы параллельно потоку солнечного излучения. При угле наклона грани входа к горизонтальной поверхности 60° солнечный модуль начинает работу при высоте солнца над горизонтом 30° и работает при перемещении солнца в течение 120°, что соответствует 8 часам солнечного сияния 22.03 и 22:09.

Плоскости зеркальных отражателей ориентированы в направлении Север-Юг, а ежедневное перемещение солнца компенсируется поворотом зеркальных отражателей в соответствии с формулами (8) и (9).

При повороте луча на ±24° от нормального положения зеркальные отражатели поворачиваются на ±12°. На фиг.1 показан ход лучей в фокусирующих призмах 1 и 2 при β0=0. Геометрический коэффициент концентрации k=ctgφ для одной фокусирующей призмы 1 или 2 с фотоприемником 11. При δ=31,5°, φ=8° и ψ=25°, при этом геометрический коэффициент концентрации составляет k=ctg8°=7,15.

Солнечный модуль с концентратором может быть использован в качестве крыши солнечного дома, гелиотеплицы или зимнего сада.

Конструкция и технология изготовления солнечного модуля с концентратором позволяет в 5-10 раз снизить потребление металла для абсорберов по сравнению с известными солнечными коллекторами и в 5-10 раз снизить площадь солнечных элементов по сравнению с солнечными планарными модулями без концентраторов.

Солнечный модуль с концентратором имеет малую массу, высокую эффективность, низкую стоимость, прост в изготовлении и может быть использован для получения тепла и электроэнергии как в автономных установках со слежением за солнцем, так и в энергоактивных зданиях в качестве элемента фотоэлектрического фасада здания или солнечной крыши.

1. Солнечный модуль с концентратором, содержащий прозрачные фокусирующие призмы с треугольным поперечным сечением, с углом входа лучей β0 и углом полного внутреннего отражения α = arcsin 1 n , где n - коэффициент преломления призмы, имеющей грань входа и грань переотражения излучения, образующие общий двугранный угол φ, грань выхода концентрированного излучения с приемником излучения, и устройство отражения в виде зеркального отражателя, образующего с гранью переотражения острый двугранный угол ψ, который расположен однонаправленно с острым двугранным углом φ фокусирующей призмы, отличающийся тем, что концентратор выполнен из двух симметричных прозрачных фокусирующих призм, имеющих общую линию касания граней входа и выхода, ориентированную в направлении Север-Юг, устройство отражения каждой фокусирующей призмы состоит из набора установленных на некотором расстоянии друг от друга зеркальных отражателей длиной L0 с одинаковыми острыми углами ψ, с устройством поворота относительно грани переотражения, на поверхности грани входа установлены дополнительные зеркальные отражатели, которые наклонены к поверхности грани входа под углом 90°-δ и выполнены в виде жалюзи с устройством поворота относительно поверхности грани входа, угол наклона дополнительных зеркальных отражателей к поверхности грани входа расположен разнонаправленно с острым двугранным углом φ фокусирующей призмы, оси устройства поворота дополнительного зеркального отражателя на грани входа и оси устройства поворота зеркального отражателя на устройстве переотражения с гранью переотражения находятся в одной плоскости, перпендикулярной поверхности входа, а углы φ, ψ, δ, β0 и α связаны собой соотношениями:
arcsin = sin { arcsin [ n sin ( arcsin sin β 0 n + ϕ ) + 2 ψ ] } n + ϕ > α
δ 1 2 arcsin = sin { arcsin [ n sin ( arcsin sin β 0 n + ϕ ) + 2 ψ ] } n ,
arcsin sin 2 δ n + ϕ > α .

2. Солнечный модуль с концентратором по п.1, отличающийся тем, что прозрачные фокусирующие призмы образуют пространственную оптическую структуру, которая выполнена в виде крыши солнечного дома, гелиотеплицы или зимнего сада.

3. Солнечный модуль с концентратором по п.1, отличающийся тем, что в качестве приемника излучения в каждой фокусирующей призме установлен гибридный фотоэлектрический модуль с когенерацией электрической и тепловой энергии.

4. Солнечный модуль с концентратором по п.1, отличающийся тем, что в качестве приемника излучения в каждой фокусирующей призме использован тепловой абсорбер для получения горячей воды и отопления.

5. Способ изготовления солнечного модуля с концентратором путем изготовления фокусирующей призмы из оптически прозрачного материала, установки приемника излучения, устройства переотражения излучения с зеркальными отражателями и дополнительными зеркальными отражателями на рабочей поверхности с устройствами поворота, отличающийся тем, что из закаленного листового стекла или другого прозрачного листового материала изготавливают и герметизируют стенки полости двух фокусирующих призм с острым двугранным углом при вершине 2-15°, устанавливают фокусирующие призмы таким образом, чтобы грани входа и выхода каждой призмы при вершине имели общую линию касания, ориентированную в направлении Север-Юг, и затем заполняют полученную полость оптически прозрачной средой, устанавливают герметично приемник излучения и проводят сборку дополнительных зеркальных отражателей с устройствами поворота на рабочей поверхности фокусирующей призмы и устройства поворота для устройства переотражения излучения.

6. Способ изготовления солнечного модуля с концентратором по п.5, отличающийся тем, что в качестве оптически прозрачной среды используют дистиллированную воду с добавками для предотвращения цветения и замерзания воды.

7. Способ изготовления солнечного модуля с концентратором по п.5, отличающийся тем, что в качестве оптически прозрачной среды используют силиконовые теплоносители, например на основе полиметилсилоксановых композиций.

8. Способ изготовления солнечного модуля с концентратором по п.5, отличающийся тем, что в качестве оптически прозрачной среды используют структурированные полисилоксановые гели.



 

Похожие патенты:

Фотоэлектрический модуль солнечного концентрированного излучения относится к гелиотехнике и касается создания солнечных модулей с фотоэлектрическими и тепловыми приемниками и концентраторами солнечного излучения в виде параболоидов. Солнечный модуль с параболоторическим концентратором с двигателем Стирлинга содержит цилиндрический фотоприемник двигателя Стирлинга, установленный в фокальной области с цилиндрическим устройством охлаждения, расположенным ниже параболоторического концентратора, согласно изобретению, концентратор выполнен составным в виде тела вращения с зеркальной внутренней поверхностью отражения, состоящей из трех зон a-b, b-c, c-d, причем форма отражающей поверхности концентратора X(У) определена системой уравнений, соответствующей условию освещенности различных частей поверхности фотоприемника в виде цилиндра длиной H и радиусом ro, а значения координат X, У в зоне рабочего профиля концентратора a-b определяются выражением: ( X + r o ) 2 = 4 f 2 ∗ ( Y + Δ Y ) , в котором Δ У = X b 2 4 f 1 − ( X b − r 0 ) 2 4 f 2 , где фокусное расстояние f2 рассчитывается по формуле: f 2 = ( H 1 − Y b − h 0 2 ) ( 1 ± 1 sin ζ ) , при этом угол ζ в зоне рабочего профиля концентратора a-b между поверхностью цилиндра и отраженным от поверхности в точке координат Xb, Уb или падающим на поверхность параболоторического концентратора лучом, приходящим в фокальную область цилиндрического фотоприемника двигателя Стирлинга на уровне H1-h0/2, расположенной на радиусе ro, рассчитывается по формуле: t g ζ = H 1 − Y b − h 0 / 2 X b − r 0 , где фокусное расстояние f1 рассчитывается по формуле: f 1 = m R t g β + H 1 − r 0 t g β 1 + 2 t g β значения коэффициента m - изменяющегося в пределах от 0 до 1, высоты H1 между координатной осью ОХ и торцевой поверхностью цилиндрического фотоприемника двигателя Стирлинга, радиуса миделя концентратора R, угла β между отраженным от поверхности в точке координат ХC, УС параболоторического концентратора лучом, приходящим на уровне h0 в фокальную область, расположенную на радиусе r0 цилиндрического фотоприемника двигателя Стирлинга, и перпендикуляром к падающему лучу, выбираются в соответствии с граничными условиями, причем значения координат X, У в зоне рабочего профиля концентратора b-с, в пределах значений угла α+β определяет в соответствии с выражением: X ​ = 2 f 1 [ 1 cos ( α + β ) − t g ( α + β ) ] , где α - угол в зоне рабочего профиля концентратора b-с между перпендикуляром к падающему лучу и отраженным от поверхности в точке координат X, У параболоторического концентратора лучом, приходящим на уровне h, изменяющимся в пределах от 0 до ho, в фокальную область, расположенную на радиусе ro цилиндрического фотоприемника двигателя Стирлинга и определяется формулой: t g α = H 1 − Y − ( h 0 − h ) X , γ - угол в зоне рабочего профиля концентратора c-d между отраженным от поверхности в точке координат Xd, Уd параболоторического концентратора лучом, приходящим в центр торцевой части фокальной области цилиндрического фотоприемника, и уровнем высоты H цилиндрического фотоприемника двигателя Стирлинга, определяется из соотношения: t g ( γ − β ) = Y − f 1 X = r 1 + r 0 H 1 + f 1 , при этом значения координат X, У в зоне рабочего профиля концентратора с-d определяются в соответствии с формулой: X2=4f1*Y, геометрическая концентрация освещенности фотоэлектрического приемника K определяется выражением: K=(X-r1)2/ro(ro+2ho), где ro - радиус цилиндра, r1 - расстояние между осью симметрии 0, У цилиндра и фокусным расстоянием f1, ho - размер фокальной области на боковой поверхности цилиндрического фотоприемника. В результате использования изобретения на эффективной поверхности фотоэлектрического приемника формируется освещенность концентрированного излучения. 4 ил.

Изобретение относится к устройствам преобразования солнечной энергии в электрическую, в частности к конструкциям солнечных энергетических установок, которые могут использоваться в быту, например, в усадьбах индивидуальных жилых домов (коттеджей, сельских жилых домов), на садовых участках, в парках, городских скверах, остановках транспорта (особенно загородом, где нет централизованного электроснабжения) и т.д. Солнечная фотоэлектрическая станция состоит из опорной конструкции с подвесными качелями и гибким каркасом для установки тента над качелями с устройством для регулирования угла наклона каркаса к горизонту, при этом в качестве тента использована изогнутая солнечная батарея, приближающая по форме к фрагменту цилиндрической поверхности, которая состоит, по крайней мере, из одного одностороннего фотоэлектрического модуля, обращенного выпуклой поверхностью к солнцу, при этом на вогнутой поверхности установлены светодиоды и она покрыта светоотражающим материалом. В результате использования изобретения уменьшается материалоемкость солнечной фотоэлектрической станции, так как не требуется отдельной конструкции для размещения солнечной батареи и светодиодного светильника, а также расширяются функциональные возможности совместного использования фотоэлектрических модулей и светодиодного светильника. 4 з.п.ф-лы, 5 ил.

Изобретение относится к возобновляемым источникам энергии и, в частности, к устройству для производства электроэнергии из возобновляемого источника энергии, включающего шарнирное сочленение, имеющее подшипник. Энергогенерирующее устройство для вырабатывания электроэнергии из возобновляемых источников энергии включает основание, устройство преобразования энергии, соединенное с основанием, и шарнирное сочленение между основанием и устройством преобразования энергии, включающее подшипниковый элемент, имеющий корпус, включающий композитный материал, имеющий жесткий материал и снижающий трение материал, покрывающий жесткий материал, при этом жесткий материал содержит материал, выбранный из группы, состоящей из алюминия и нержавеющей стали, а также промежуточный материал, расположенный между жестким материалом и снижающим трение материалом, при этом промежуточный материал содержит по меньшей мере один функциональный термопластичный полимер, имеющий функциональные группы с такими формулами , , , -COOH и/или -COOR, где радикалы R являются циклическими или линейными органическими радикалами, имеющими от 1 до 20 атомов углерода, и включает сополимер этилен-тетрафторэтилена (ETFE), перфтороалкоксиэтилен (PFA), сополимер тетрафторэтиленаперфтора /метилвиниловый эфир (MFA) и их комбинации. По второму варианту энергогенерирующее устройство дополнительно содержит вкладыш, по третьему варианту подшипниковый элемент, присоединенный к шарнирному сочленению, имеет корпус, включающий композитный материал, содержащий жесткий материал и снижающий трение материал, покрывающий жесткий материал, при этом подшипниковый элемент имеет степень атмосферного износа не более чем приблизительно 0,99 микрон/ч в течение по меньшей мере приблизительно 15000 циклов движения шарнирного сочленения, по четвертому варианту снижающий трение материал практически не имеет видимых дефектов после испытания на стойкость к солевому туману в течение по меньшей мере 150 часов в соответствии со стандартным коррозионным испытанием ISO 9227:2006, по пятому варианту композитный материал подшипникового элемента имеет среднюю силу трения не более чем приблизительно 300 Н в течение по меньшей мере 15000 циклов в вибрационном испытании. Изобретение должно повысить надежность и долговечность подшипникового элемента. 5 н. и 8 з.п. ф-лы, 2 табл., 14 ил.

Изобретение относится к регулирующей/контрольной аппаратуре автоматического отслеживания солнечной энергии системы генерирования солнечной энергии. Заявленная регулирующая/контрольная аппаратура содержит опорный узел, опорное седло, расположенное на одном конце опорного узла; несущую платформу, закрепленную на опорном седле посредством шарнирного узла вращения с возможностью поворота в двух направлениях, по меньшей мере, один модуль генерирования солнечной энергии, расположенный на несущей платформе для преобразования солнечной энергии в электрическую энергию. По меньшей мере, один узел привода расположен между опорным узлом и несущей платформой и служит для привода несущей платформы в соответствии с заданными параметрами, хранящимися в блоке управления. Сама несущая платформа установлена с возможностью наклона в различных направлениях и на различные углы наклона относительно шарнирного узла вращения. Имеется также детектирующий/корректирующий модуль, расположенный на несущей платформе для детектирования и получения актуальных параметров, включающих в себя направление наклона и угол наклона несущей платформы, и передачи актуальных параметров в блок управления. При этом блок управления сравнивает актуальные параметры с заданными, хранимыми в нем параметрами для получения сравнительного результата, и в соответствии со сравнительным результатом блок управления модифицирует направление наклона и угол наклона несущей платформы посредством узла привода. Изобретение должно обеспечить автоматическое отслеживание солнечной энергии в системе генерирования. 20 з.п. ф-лы, 8 ил.

Система автономного электро- и теплоснабжения жилых и производственных помещений. Источником электроэнергии является фотоэлектрическая батарея (16), бесперебойность питания обеспечивается аккумуляторной батареей (21) и ветрогенераторной установкой (17), заряд батареи (21) от них происходит через коммутатор (20); источниками тепла являются блок солнечных коллекторов (10) и ветрогенераторная установка (17), соединенная с электронагревателем (19) в тепловом аккумуляторе (3), нагреваемый в коллекторе (10) воздушный поток передает теплоту через контур (12) в помещение и/или в теплообменник (13) в аккумуляторе (3) с водой, подача тепла в отопительные приборы помещения регулируется вентилями (34) и (35), насосом (25) и тепловым насосом (1), который поддерживает температуру на выходе его конденсатора, а поток теплоносителя регулируется насосом (25) и вентилями (34) и (35), контроль подачи тепла потребителям ведется датчиками температуры. Все датчики тепловой и электрической нагрузок, исполнительные механизмы в тепловых контурах системы и их разобщительная арматура соединены с автоматической системой управления (41), которая обрабатывает сигналы, определяет алгоритм поведения всех элементов и вырабатывает сигналы управления. Технический результат: повышение надежности, увеличение эффективности работы теплового насоса и системы в целом, повышение экономичности. 1 ил.

Фотоэлектрический модуль солнечного концентрированного излучения относится к гелиотехнике и касается создания солнечных модулей с фотоэлектрическими и тепловыми приемниками и концентраторами солнечного излучения в виде параболоидов. Солнечный теплофотоэлектрический модуль с параболоторическим концентратором, состоящий из параболоидного концентратора типа «Фокон» и теплофотоэлектрического приемника, расположенного в фокальной области с равномерным распределением концентрированного излучения, отличающийся тем, что солнечный теплофотоэлектрический модуль содержит параболоторический концентратор и цилиндрический теплофотоэлектрический приемник с устройством охлаждения, установленный в фокальной области, концентратор, представляющий тело вращения с зеркальной внутренней поверхностью отражения, состоящий из нескольких зон (a-b, b-c, c-d), выполнен составным по принципу собирания отраженных лучей в двух фокальных областях из отдельных зон концентратора: - форма отражающей поверхности зон a-b, b-c концентратора Х(У) определяется системой уравнений, соответствующей условию равномерной освещенности поверхности фотоэлектрической части теплофотоэлектрического приемника, выполненного в виде цилиндра из скоммутированных высоковольтных ФЭП длиной ho и радиусом rо, Yn=Rn 2/4fo, Xn=Rn-(k-1)ro, Rn=2fo(tgαn+cosαn), Δα=αo/N, αn=Δα(n-N/2), X*=2f1Q[(1+1/Q2)l/2-1], Q=B/ro, B=ho+h, Y*=X*2/4f1, Y*n=ΔY*n, Хn=[4f1(Y*+Y*n)]1/2, ΔY=P[1±(1-4R/P2)1/2]/2, P=L+Yb, L=fo+h+ho/2, где αn - угол (в зоне рабочего профиля концентратора а-с) между уровнем ординаты в точке координат Хn, Уn и отраженным от поверхности параболы с фокусным расстоянием fo лучом, приходящим в фокальную область шириной ho, расположенной на радиусе rо цилиндрического фотоэлектрического приемника в интервалах Δα=αo/N, где n выбирается из ряда целых чисел n=1, 2, 3…N, значения параметров fo, f1, k выбираются в соответствии с граничными условиями, а геометрическая концентрация освещенности фотоэлектрического приемника Kn в интервалах радиуса концентратора ΔXn=Xn-Xn-1 равна: Kn=(Rn+1 2-Rn 2)n/do, - форма отражающей поверхности зоны c-d концентратора Х(У) определяется системой уравнений, соответствующей условию равномерной освещенности поверхности тепловой части теплофотоэлектрического приемника, выполненного в виде усеченного конуса с боковой поверхностью длиной d*, верхним радиусом rов и нижним радиусом rв:Хc=2Уc(1/codβв-tgβв), tgβв=(Yс-Нв)(Rc-roв), fв=Yc-Xctgβв, rв=Хc-Rc, d*=h*/sinφo, d*n=d*n/N, Kn=(R2 n+1-R2 n)/(r*n+1+r*n)Δd*, Xвn=2fв(tgγвn+1/cosγвn), tgφo=h*/(ro-r*во), где βв - угол (в зоне рабочего профиля концентратора c-d) между уровнем ординаты в точке координат Хс, Ус и отраженным от поверхности параболы с фокусным расстоянием fв лучом, приходящим в фокальную область усеченного конуса радиусом rв фотоэлектрического приемника, γn - угол (в зоне рабочего профиля концентратора c-d) между уровнем ординаты в точке координат Хn, Уn и отраженным от поверхности параболы с фокусным расстоянием fв лучом, приходящим в фокальную область усеченного конуса шириной d* фотоэлектрического приемника в интервалах Δd*=d*/N, где n выбирается из ряда целых чисел n=1, 2, 3…N, при этом значения параметров fв, k выбираются в соответствии с граничными условиями, φо угол наклона боковой поверхности усеченного конуса фотоэлектрического приемника, а геометрическая концентрация освещенности фотоэлектрического приемника Kn в интервалах радиуса концентратора ΔХn=Хn-Xn-1 равна: Kn=(R=2 n+1-R2 n)/(r*n+1+r*n)Δd*. 5 ил.

Мобильная автономная солнечная электростанция (МАСЭС) предназначена для снабжения электроэнергией боевых позиций и командных пунктов ракетно-артиллерийских подразделений, пограничных застав, блокпостов и других удаленных объектов полевого базирования различного назначения. МАСЭС относится к области возобновляемых источников энергии и, в частности, предназначена для получения электроэнергии от воздействия солнечной радиации на фотоэлектронные модули (ФЭМ). МАСЭС содержит: одноосный прицеп, на котором размещена квадратная в поперечном сечении световодная труба; четырехгранный оптически активный купол; криволинейный отражатель лучей солнечной радиации; вращающийся цилиндр, на образующей которого размещены ФЭМ, полуцилиндрическая сложная собирающая линза; вал цилиндра; подшипники вала цилиндра; микродвигатель; вентилятор; датчик температуры; блок аккумуляторных батарей (БАКБ); контроллер заряда-разряда (КЗР); инвертор. Положительный эффект достигается за счет сбора лучей солнечной радиации независимо от угла солнцестояния четырехгранным оптически активным куполом; дополнительной концентрации лучей криволинейным отражателем на поверхность четырехгранного оптически активного купола; транспортировки лучей солнечной радиации от четырехгранного оптически активного купола по квадратной световодной трубе на полуцилиндрическую сложную собирающую линзу; вращения цилиндра, на образующей поверхности которого размещены ФЭМ, воспринимающие периодическую концентрацию лучей солнечной радиации от полуцилиндрической сложной собирающей линзы. Технический результат: устойчивое получение электроэнергии от солнечной радиации без применения приборов слежения за солнцем, повышение надежности и эффективности выработки электроэнергии. 12 з.п. ф-лы, 6 ил.

Изобретение относится к гелиотехнике, в частности к солнечным энергетическим модулям для получения электричества и тепла. Техническим результатом является повышение эффективности преобразования солнечной энергии, снижение удельных затрат на получение электроэнергии и тепла. В гибридном фотоэлектрическом модуле, содержащем защитное стеклянное покрытие, соединенные солнечные элементы, размещенные между стеклом и корпусом с теплообменником, солнечные элементы электроизолированы от теплообменника, пространство между солнечными элементами и теплообменником, а также между стеклянным покрытием и теплообменником заполнено слоем силоксанового геля толщиной 0,5-5 мм, защитное стеклянное покрытие выполнено в виде вакуумированного стеклопакета из двух стекол с вакуумным зазором 0,1-0,2 мм с вакуумом 10-3-10-5 мм рт.ст. Теплообменник выполнен в виде герметичной камеры с патрубками для циркуляции теплоносителя, а общая площадь соединенных солнечных элементов соизмерима с площадью верхнего основания корпуса теплообменника. В гибридном фотоэлектрическом модуле цепочки из последовательно соединенных солнечных элементов могут быть соединены электрически параллельно при помощи коммутационных шин. 1 з.п. ф-лы, 2 ил.

Изобретение относится к гелиотехнике, в частности к конструкциям солнечных энергетических установок с фотоэлектрическим датчиком слежения за Солнцем и системами азимутального и зенитального поворотов плоскости солнечной энергоустановки. Энергоустановка содержит принимающую солнечную энергию плоскость, систему управления приводами азимутального и зенитального поворотов плоскости и разворота ее с запада на восток, валы приводов, систему слежения за Солнцем. Система слежения включает в себя два фотоэлектрических модуля, закрепленных на выносной платформе, которая установлена параллельно принимающей солнечную энергию плоскости энергоустановки. Первый фотоэлектрический модуль представляет собой датчик положения Солнца по азимуту, в конструкции которого размещены два фотоэлемента слежения за Солнцем и командный фотоэлемент разворота принимающей солнечную энергию плоскости солнечной энергоустановки с запада на восток. Второй фотоэлектрический модуль представляет собой датчик положения Солнца по зениту, содержащий два фотоэлемента слежения за Солнцем. Конструкция каждого фотоэлектрического модуля содержит монтажную площадку, на верхней стороне которой размещены два фотоэлемента, разделенные перегородкой, служащей в свою очередь разделителем направлений освещенности последних и опорой для крепления зеркального цилиндра. Командный фотоэлемент разворота плоскости энергоустановки с запада на восток находится на нижней стороне монтажной площадки фотоэлектрического модуля, следящего за положением Солнца по азимуту. Применение данного изобретения обеспечивает высокую точность слежения по азимуту и зениту за положением Солнца и повышенную надежность работы энергоустановки. 3 ил.

Устройство относится к области электротехники. Техническим результатом является повышение прочности. Зажимное соединение (1) для закрепления на направляющих балках (8) пластинообразных конструктивных элементов (13), в частности солнечных модулей, состоит из опоры (2), имеющей ориентированную в продольном направлении зажимного соединения (1) упорную балку (4) с боковыми крыловидными планками (5, 6) с поверхностями (10, 11) прилегания для конструктивных элементов (13), а также предусмотренную на нижней стороне пяту (7) для крепления опоры (2) на балке (8), а также - из зажимной крышки (3) с продольным пазом (9), охватывающим верхнюю часть упорной балки (4), и с покрывающими поверхности (10, 11) прилегания опоры (2) зажимными поверхностями (13, 14) и с удерживающим соединением (25, 28, 29) для фиксации зажимной крышки (3) на опоре (2), причем балка (8) имеет направляющие пазы с выступающими внутрь паза краями (34), и пята (7), выполненная Т-образной, своей поперечиной (36) вставлена в направляющий паз и после поворота на 90° зацепляется позади выступающих краев (34). Опора (2) имеет проход (24), по центру которого расположена пружинная шайба (31), которая с силовым замыканием захватывает вдавленный, соединенный с зажимной крышкой (3) удерживающий штифт (30) и тем самым фиксирует зажимную крышку (3) на опоре (2). 25 з.п. ф-лы, 8 ил.

Изобретение относится к гелиотехнике, в частности к солнечным модулям с концентраторами для получения электрической и тепловой энергии. В солнечном модуле с концентратором, содержащем прозрачные фокусирующие призмы с треугольным поперечным сечением, с углом входа лучей β0 и углом полного внутреннего отражения αarcsin1n, где n - коэффициент преломления призмы, имеющей грань входа и грань переотражения излучения, образующие общий двугранный угол φ, грань выхода концентрированного излучения с приемником излучения и устройство отражения в виде зеркального отражателя, образующего с гранью переотражения острый двугранный угол ψ, который расположен однонаправленно с острым двугранным углом φ фокусирующей призмы. Концентратор выполнен из двух симметричных прозрачных фокусирующих призм, имеющих общую линию касания граней входа и выхода, ориентированную в направлении Север-Юг. Устройство отражения состоит из набора установленных на некотором расстоянии друг от друга зеркальных отражателей длиной L0 с одинаковыми острыми углами ψ, с устройством поворота относительно грани переотражения, на поверхности грани входа установлены дополнительные зеркальные отражатели, которые наклонены к поверхности грани входа под углом 90°-δ и выполнены в виде жалюзи с устройством поворота относительно поверхности грани входа, угол наклона дополнительных зеркальных отражателей к поверхности грани входа расположен разнонаправленно с острым двугранным углом φ фокусирующей призмы, оси устройства поворота дополнительного зеркального отражателя на грани входа и оси устройства поворота зеркального отражателя на устройстве переотражения с гранью переотражения находятся в одной плоскости, перпендикулярной поверхности входа, а углы φ, ψ, δ, β0 и α связаны собой определенными соотношениями. Способ изготовления солнечного модуля с концентратором производят путем изготовления фокусирующей призмы из оптически прозрачного материала, установки приемника излучения, устройства переотражения излучения с зеркальными отражателями и дополнительными зеркальными отражателями на рабочей поверхности с устройствами поворота. Согласно изобретению из закаленного листового стекла или другого прозрачного листового материала изготавливают и герметизируют стенки полости двух фокусирующих призм с острым двугранным углом при вершине 2-15°, устанавливают фокусирующие призмы таким образом, чтобы грани входа и выхода каждой призмы при вершине имели общую линию касания, ориентированную в направлении Север-Юг, и затем заполняют полученную полость оптически прозрачной средой, устанавливают герметично приемник излучения и проводят сборку дополнительных зеркальных отражателей с устройствами поворота на рабочей поверхности фокусирующей призмы и устройства поворота для устройства переотражения излучения. Изобретение должно обеспечить повышение оптического КПД за счет снижения потерь излучения в модуле и повышение коэффициента концентрации солнечного излучения. 2 н. и 6 з.п. ф-лы, 1 ил.

Наверх