Солнечный теплофотоэлектрический модуль с параболоторическим концентратором



Солнечный теплофотоэлектрический модуль с параболоторическим концентратором
Солнечный теплофотоэлектрический модуль с параболоторическим концентратором
Солнечный теплофотоэлектрический модуль с параболоторическим концентратором
Солнечный теплофотоэлектрический модуль с параболоторическим концентратором
Солнечный теплофотоэлектрический модуль с параболоторическим концентратором

 


Владельцы патента RU 2543256:

Федеральное государственное бюджетное научное учреждение "Всероссийский научно-исследовательский институт электрификации сельского хозяйства" (RU)

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=Rn2/4fo, 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+12-Rn2)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 rвc=2Уc(1/codβв-tgβв), tgβв=(Yсв)(Rc-r), fв=Yc-Xctgβв, rвc-Rc, d*=h*/sinφo, d*n=d*n/N, Kn=(R2n+1-R2n)/(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 ΔХnn-Xn-1 равна: Kn=(R=2n+1-R2n)/(r*n+1+r*n)Δd*. 5 ил.

 

Изобретение относится к гелиотехнике и конструкции солнечных модулей с фотоэлектрическими и тепловыми приемниками солнечного излучения и концентраторами.

Известны солнечные модули с фотоэлектрическими преобразователями (ФЭП) и концентраторами солнечного излучения в виде параболоида (Стребков Д.С., Росс М.Ю., Джайлани А.Т., Митина И.В. Солнечная установка с концентратором. Патент РФ №2396493, Бюл. №22, 2010).

Известные солнечные модули имеют концентраторы, создающие в плоскости фотоэлектрического преобразователя высокие концентрации в фокальной плоскости, достигающие 2000 крат и более, которые не могут быть использованы кремниевыми планарными ФЭП.

Известен солнечный фотоэлектрический модуль (прототип), состоящий из параболоидного концентратора типа «Фокон» и фотоэлектрический преобразователя расположенного в фокальной плоскости с равномерным распределением концентрированного излучения (Арбузов Ю.Д., Бабаев Ю.А., Евдокимов В.М., Левинскас А.Л., Майоров ВА., Ясайтис Д-Ю.Ю. Концентратор солнечной энергии. Патент СССР №1794254, 03.04.91).

Недостатками известного технического решения являются:

- снижение КПД планарными кремниевыми фотоэлектрическими приемниками ФЭП при высоких концентрациях солнечного излучения;

- расположение оптического фокуса на оси фотоэлектрического модуля и концентрическое распределение освещенности поверхности фотоприемника ограничивают конфигурацию и тип применяемых ФЭП (возможно применение только круглых планарных ФЭП);

- низкие напряжения на одном планарном ФЭП (~0,5 В) приводят к необходимости последовательной коммутации большого числа ФЭП в солнечном фотоэлектрическом модуле, чтобы набрать напряжение 12 В и выше, приемлемое для дальнейшего использования в электрических аккумуляторах, инверторах постоянного тока в переменный и т.п.

Последовательная коммутация большого числа ФЭП уменьшает надежность системы, т.к. выход из строя одного элемента цепи приводит к отказу всей цепи.

Задачей предлагаемого изобретения является обеспечение работы солнечного теплофотоэлектрического модуля при высоких концентрациях и равномерного освещения фотоэлектрического приемника, получение на одном ФЭП (модуле) технически приемлемого напряжения (12 В и выше), повышение КПД преобразования; получения горячего водоснабжения и снижения стоимости вырабатываемой энергии.

В результате использования предлагаемого изобретения - на одной части теплофотоэлектрического приемника на поверхности цилиндрического высоковольтного фотоэлектрического преобразователя формируется равномерная освещенность концентрированного излучения; на другой части теплофотоэлектрического приемника формируется освещенность концентрированного излучения для нагрева проточной воды.

Вышеуказанный технический результат достигается тем, что в солнечном фотоэлектрическом модуле с параболоторическим концентратором, состоящим из параболоидного концентратора типа «Фокон» и теплофотоэлектрического приемника, расположенного в фокальной области с равномерным распределением концентрированного излучения, согласно изобретению теплофотоэлектрический приемник содержит устройство охлаждения, концентратор представляет собой тело вращения с зеркальной внутренней поверхностью отражения и состоит из нескольких зон (a-b, b-c, c-d) и 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 ro:

Yn=Rn2/4fo, 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 Yn - ордината (в основной системе координат XOY) рассчитываемой поверхности концентратора в точке n, которая выбирается из ряда целых чисел n=1, 2, 3, …N,

Rn - радиус рассчитываемой поверхности концентратора в точке n,

F0 - фокусное расстояние рассчитываемой параболы,

Xn - абсцисса рассчитываемой поверхности концентратора,

K - произвольный коэффициент, выбирается в соответствии с граничными условиями,

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, расположенную на радиусе rо фотоэлектрического приемника в интервалах Δα=αo/N, где n выбирается из ряда целых чисел n=1, 2, 3…N,

где α0 - угол между отраженным лучом в точке b и отраженным лучом в точке c поверхности параболы,

X*- параметр, рассчитываемый по формуле

X*=2f1Q[(1+1/Q2)l/2-1],

где параметр f1 выбирается в соответствии с граничными условиями:

Q - параметр, соответствующий значению Q=(h0 -h)/r0 ,

где h - расстояние от торцевой поверхности фотоэлектрической части теплофотоэлектрического приемника до фокуса рассчитываемой параболы,

r0 - радиус фотоэлектрической части теплофотоэлектрического приемника,

Y*- функция, рассчитываемая по формуле:

Y*n=ΔY*n,

где n выбирается из ряда целых чисел n=1, 2, 3…N,

Хn - абсцисса рассчитываемой поверхности концентратора в зависимости от значений f1, Y*, Y*n ,

ΔY - параметр, рассчитываемый по формуле:

ΔY=P[1±(1-4R/P2)1/2]/2,

где P - параметр, соответствующий значению

P=L+Yb ,

параметр R выбирается в соответствии с граничными условиями,

L - параметр, соответствующий значению

L=fo+h+ho/2,

где fo - фокусное расстояние рассчитываемой параболы,

ho - длина ФЭП,

h - расстояние от торцевой поверхности фотоэлектрической части теплофотоэлектрического приемника до фокуса рассчитываемой параболы,

Yb - ордината в точке координат Хb,Yb параболы с фокусным расстоянием fo,

значения параметров fo, f1, k выбираются в соответствии с граничными условиями, геометрическая концентрация освещенности фотоэлектрического приемника Kn в интервалах радиуса концентратора ΔХnn-Xn-1 равна:

Kn=(Rn+12-Rn2)n/do,

где Rn+1 - радиус рассчитываемой поверхности концентратора в точке n+1,

Rn - радиус рассчитываемой поверхности концентратора в точке n,

где n выбирается из ряда целых чисел n=1, 2, 3…N,

do - ширина фокальной области, расположенной на радиусе ro фотоэлектрического приемника,

- 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=(Yсв)(Rc-r), fв=Yc-Xctgβв, rвc-Rc, d*=h*/sinφo, d*n=d*n/N, Kn=(R2n+1-R2n)/(r*n+1+r*n)Δd*, Xвn=2fв(tgγвn+1/cosγвn), tgφo=h*/(ro-r*во),

где Хc - абсцисса (в основной системе координат XOY) рассчитываемой поверхности концентратора в точке c, которая выбирается из ряда целых чисел n=1, 2, 3…N,

Уc - ордината (в основной системе координат XOY) рассчитываемой поверхности концентратора в точке c, которая выбирается из ряда целых чисел n=1, 2, 3…N,

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 фотоэлектрического приемника,

Нв - уровень расположения торцевой части поверхности усеченного конуса теплофотоэлектрического приемника в координатах X, Y,

Rc - радиус рассчитываемой поверхности концентратора в точке c,

rво - радиус торцевой поверхности усеченного конуса теплофотоэлектрического приемника,

fв - фокусное расстояние рассчитываемой параболы,

rв - расстояние от оси OY до фокусного расстояния рассчитываемой параболы,

d* - ширина усеченного конуса теплофотоэлектрического приемника,

h* - высота усеченного конуса,

φo - угол наклона образующей усеченного конуса,

d*n - ширина усеченного конуса, соответствующая значению d*n=d*n/N, где n выбирается из ряда целых чисел n=1, 2, 3…N,

значения параметров fв, rво выбираются в соответствии с граничными условиями,

Kn - геометрическая концентрация освещенности фотоэлектрического приемника,

Rn - радиус поверхности концентратора в точке n, Rn+1 - радиус поверхности концентратора в точке n+1,

rn - радиус поверхности усеченного конуса теплофотоэлектрического приемника в точке n,

rn+1 - радиус поверхности усеченного конуса теплофотоэлектрического приемника в точке n+1,

Δd* - интервал ширины усеченного конуса,

Xвn - абсцисса рассчитываемой параболы (в основной системе координат XOY) в точке n,

fв - фокусное расстояние параболы,

γвn - угол между уровнем ординаты в У=fв и отраженным от поверхности параболы лучом, приходящим в n-ю фокальную область в пределах значений радиуса от 0 до rво на поверхности усеченного конуса теплофотоэлектрического приемника,

φo - угол наклона образующей усеченного конуса определяется соотношением высоты усеченного конуса h* и разницей между радиусом фотоэлектрической части теплофотоэлектрического приемника rо и радиусом торцевой поверхности усеченного конуса rво.

Сущность изобретения поясняется фиг.1-5.

На фиг.1 представлена схема конструкции теплофотоэлектрического модуля с составным параболоторическим концентратором с равномерным радиальным распределением концентрированного излучения на двух поверхностях теплофотоэлектрического приемника.

На фиг.2 представлен ход лучей от параболоторического концентратора до теплофотоэлектрического приемника.

На фиг.3 представлена форма отражающей поверхности параболоторического концентратора.

На фиг.4 представлен график распределения концентрации освещенности на фотоэлектрической части теплофотоэлектрического приемника модуля от ширины фокальной области на боковой поверхности цилиндра.

На фиг.5 представлен график распределения концентрации освещенности на тепловой части теплофотоэлектрического приемника модуля от ширины фокальной области на боковой поверхности фотоприемника.

Фотоэлектрический модуль на фиг.1 состоит из: параболоторического концентратора 1, который создает фокальную область на боковой поверхности теплофотоэлектрического модуля 2 на его цилиндрической фотоэлектрической части 3 высотой ho, радиусом rо; фокальную область на поверхности тепловой части 4 в виде усеченного конуса с боковой поверхностью длиной d*, верхним радиусом rов, нижним радиусом rв и расположенного в нижней части устройством охлаждения 5.

Параболоторический концентратор 1 теплофотоэлектрического модуля на фиг.2 состоит из трех зон с рабочими профилями:

- зоны а-b и b-с концентрируют солнечное излучение в фокальной области на боковой поверхности теплофотоэлектрического приемника 2 его цилиндрической фотоэлектрической части 3 высотой ho, радиусом rо;

- зона c-d концентрирует солнечное излучение в фокальной области на торцевую поверхность в виде усеченного конуса 4 теплофотоэлектрического приемника 2.

На основании приведенных формул произведен расчет формы отражающей поверхности концентратора - график зависимости Х(У) (фиг.3).

На фиг.4 представлен график распределения концентрации освещенности (от зон а-b, b-с концентратора 1) на боковой поверхности цилиндрического фотоэлектрического приемника 3 от ширины фокальной области (от 0 до ho) в относительных единицах (от 0 до 1).

При уменьшении высоты ho фотоэлектрического приемника 3, т.е. при уменьшении площади фотоэлектрического преобразователей, происходит увеличение концентрации освещенности фотоэлектрического приемника 3.

Таким образом, можно изменять концентрацию освещенности фотоэлектрического приемника 3, не меняя габаритных размеров концентратора 1 и выбранный тип фотоэлектрических преобразователей.

На фиг.5 представлен график распределения концентрации освещенности (от зоны c-d концентратора 1) на боковой поверхности тепловой части торцевой поверхности в виде усеченного конуса фотоприемника 4 теплофотоэлектрического приемника 2 от ширины фокальной области в относительных единицах (от 0 до 1).

Из приведенных характеристик видно, что изменение концентрации освещенности по ширине фокальной области теплофотоэлектрического преемника 2 не превышает 40%, что не влияет на электрофизические и тепловые характеристики солнечного модуля.

Работает солнечный теплофотоэлектрический модуль с концентратором следующим образом.

Солнечное излучение попадает на поверхность параболоторического концентратора 1, отражается под углами наклона α, β, γ, ориентированными в своих зонах (а-b, b-с, c-d) таким образом, чтобы они обеспечивали равномерную концентрацию лучей:

- на фотоэлектрической части 3 теплофотоэлектрического приемника 2 модуля, выполненного в виде цилиндра радиусом rо из скоммутированных высоковольтных фотоэлектрических преобразователей высотой ho с устройством охлаждения 5;

- на тепловой части 4 теплофотоэлектрического приемника 2 модуля, выполненного в виде усеченного конуса с максимальным радиусом rо и минимальным радиусом rов боковой поверхности, нагревая проточную воду цилиндрического устройства охлаждения 5.

Пример выполнения солнечного теплофотоэлектрического модуля с параболоторическим концентратором.

Концентратор 1 с максимальным радиусом Rmax=485 мм, минимальным радиусом Rmin=67 мм и высотой 545,6 мм выполнен из алюминиевого листа толщиной 0,5 мм с зеркально отражающей внутренней поверхностью с рабочим профилем:

в зонах а-b, b-с обеспечивающим равномерную концентрацию лучей теплофотоэлектрического приемника 2 модуля на его фотоэлектрической части 3, выполненного в виде цилиндра радиусом ro=60 мм из скоммутированных высоковольтных ФЭП высотой ho=60 мм, шириной Δr=10 мм и закрепленного на цилиндрическом устройстве охлаждения 5. Концентрация освещенности на поверхности фотоэлектрической части 3 теплофотоэлектрического приемника 2 модуля составляет К=16 крат;

в зоне c-d обеспечивающим равномерную концентрацию лучей на тепловой части 4 теплофотоэлектрического приемника 2 модуля, выполненного в виде усеченного конуса с максимальным радиусом rо=60 мм и минимальным радиусом rов=5 мм боковой поверхности, закрепленного на цилиндрическом устройстве охлаждения 5. Средняя концентрация освещенности на тепловой части 4 теплофотоэлектрического приемника 2 модуля составит К=65 крат. Таким образом, предложенный теплофотоэлектрический модуль солнечного концентрированного излучения с высоковольтными фотоэлектрическими преобразователями и параболоторическим концентратором 1 обеспечивает: достаточно равномерное распределение освещенности со средней концентрацией К=16 крат на фотоэлектрической части 3 теплофотоэлектрического приемника 2 модуля из последовательно-параллельно соединенных высоковольтных ФЭП, повышая напряжение и КПД преобразования солнечной энергии в электрическую; и достаточно равномерное распределение освещенности тепловой части 4 теплофотоэлектрического приемника 2 модуля со средней концентрацией К=65 крат, нагревая проточную воду и тем самым повышая общий КПД преобразования солнечной энергии теплофотоэлектрического модуля.

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 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 ro,
Yn=Rn2/4fo, 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 Yn - ордината (в основной системе координат XOY) рассчитываемой поверхности концентратора в точке n, которая выбирается из ряда целых чисел n=1, 2, 3, …N,
Rn - радиус рассчитываемой поверхности концентратора в точке n,
F0 - фокусное расстояние рассчитываемой параболы,
Xn - абсцисса рассчитываемой поверхности концентратора,
K - произвольный коэффициент, выбирается в соответствии с граничными условиями,
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, расположенную на радиусе rо фотоэлектрического приемника в интервалах Δα=αo/N, где n выбирается из ряда целых чисел n=1, 2, 3…N,
где α0 - угол между отраженным лучом в точке b и отраженным лучом в точке c поверхности параболы,
X*- параметр, рассчитываемый по формуле
X*=2f1Q[(1+1/Q2)l/2-1],
где параметр f1 выбирается в соответствии с граничными условиями:
Q - параметр, соответствующий значению Q=(h0 -h)/r0 ,
где h - расстояние от торцевой поверхности фотоэлектрической части теплофотоэлектрического приемника до фокуса рассчитываемой параболы,
r0 - радиус фотоэлектрической части теплофотоэлектрического приемника,
Y*- функция, рассчитываемая по формуле:
Y*n=ΔY*n,
где n выбирается из ряда целых чисел n=1, 2, 3…N,
Хn - абсцисса рассчитываемой поверхности концентратора в зависимости от значений f1, Y*, Y*n ,
ΔY - параметр, рассчитываемый по формуле:
ΔY=P[1±(1-4R/P2)1/2]/2,
где P - параметр, соответствующий значению
P=L+Yb ,
параметр R выбирается в соответствии с граничными условиями,
L - параметр, соответствующий значению
L=fo+h+ho/2,
где fo - фокусное расстояние рассчитываемой параболы,
ho - длина ФЭП,
h - расстояние от торцевой поверхности фотоэлектрической части теплофотоэлектрического приемника до фокуса рассчитываемой параболы,
Yb - ордината в точке координат Хb,Yb параболы с фокусным расстоянием fo,
значения параметров fo, f1, k выбираются в соответствии с граничными условиями, геометрическая концентрация освещенности фотоэлектрического приемника Kn в интервалах радиуса концентратора ΔХnn-Xn-1 равна:
Kn=(Rn+12-Rn2)n/do,
где Rn+1 - радиус рассчитываемой поверхности концентратора в точке n+1,
Rn - радиус рассчитываемой поверхности концентратора в точке n,
где n выбирается из ряда целых чисел n=1, 2, 3…N,
do - ширина фокальной области, расположенной на радиусе r0 фотоэлектрического приемника,
- 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=(Yсв)(Rc-r), fв=Yc-Xctgβв, rвc-Rc, d*=h*/sinφo, d*n=d*n/N, Kn=(R2n+1-R2n)/(r*n+1+r*n)Δd*, Xвn=2fв(tgγвn+1/cosγвn), tgφo=h*/(ro-r*во),
где Хc - абсцисса (в основной системе координат XOY) рассчитываемой поверхности концентратора в точке c, которая выбирается из ряда целых чисел n=1, 2, 3…N,
Уc - ордината (в основной системе координат XOY) рассчитываемой поверхности концентратора в точке c, которая выбирается из ряда целых чисел n=1, 2, 3…N,
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 фотоэлектрического приемника,
Нв - уровень расположения торцевой части поверхности усеченного конуса теплофотоэлектрического приемника в координатах X, Y,
Rc - радиус рассчитываемой поверхности концентратора в точке c,
rво - радиус торцевой поверхности усеченного конуса теплофотоэлектрического приемника,
fв - фокусное расстояние рассчитываемой параболы,
rв - расстояние от оси OY до фокусного расстояния рассчитываемой параболы,
d* - ширина усеченного конуса теплофотоэлектрического приемника,
h* - высота усеченного конуса,
φo - угол наклона образующей усеченного конуса,
d*n - ширина усеченного конуса, соответствующая значению d*n=d*n/N, где n выбирается из ряда целых чисел n=1, 2, 3…N,
значения параметров fв, rво выбираются в соответствии с граничными условиями,
Kn - геометрическая концентрация освещенности фотоэлектрического приемника,
Rn - радиус поверхности концентратора в точке n, Rn+1 - радиус поверхности концентратора в точке n+1,
rn - радиус поверхности усеченного конуса теплофотоэлектрического приемника в точке n,
rn+1 - радиус поверхности усеченного конуса теплофотоэлектрического приемника в точке n+1,
Δd* - интервал ширины усеченного конуса,
Xвn - абсцисса рассчитываемой параболы (в основной системе координат XOY) в точке n,
fв - фокусное расстояние параболы,
γвn - угол между уровнем ординаты в У=fв и отраженным от поверхности параболы лучом, приходящим в n-ю фокальную область в пределах значений радиуса от 0 до rво на поверхности усеченного конуса теплофотоэлектрического приемника,
φo - угол наклона образующей усеченного конуса определяется соотношением высоты усеченного конуса h* и разницей между радиусом фотоэлектрической части теплофотоэлектрического приемника rо и радиусом торцевой поверхности усеченного конуса rво.



 

Похожие патенты:

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.

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.

Изобретение относится к возобновляемым источникам энергии и, в частности, к устройству для производства электроэнергии из возобновляемого источника энергии, включающего шарнирное сочленение, имеющее подшипник.

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.

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.

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.

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 области гелио- и ветроэнергетики. Всесезонная гибридная энергетическая вертикальная установка содержит установленный с возможностью вращения вертикальный вал в виде цилиндрической трубы, охватывающей неподвижную полую ось. Неподвижная полая ось закреплена на основании. На вертикальном валу соосно между двумя защитными куполами закреплены ротор Савониуса и ротор Дарье. Защитные купола покрыты препятствующим обледенению слоем. Ротор Савониуса установлен внутри ротора Дарье. Лопасти ротора Дарье выполнены в виде скрученных полос, покрытых препятствующим обледенению слоем. На всей поверхности лопастей ротора Савониуса, выполненных в виде скрученных пластин, с двух сторон закреплены фотоэлектрические преобразователи. Выходы фотоэлектрических преобразователей соединены с силовым входом устройства управления. На вертикальном валу закреплен датчик скорости вращения вала. Выход датчика скорости вращения вала соединен с сигнальным входом устройства управления. Первый силовой выход устройства управления соединен через первый ключ с входом бесколлекторного двигателя постоянного тока. Второй силовой выход устройства управления соединен через второй ключ с входом индукционного передатчика энергии. Выход индукционного передатчика энергии соединен через контроллер заряда с первым входом накопителя электрической энергии. Второй вход накопителя соединен через контроллер заряда с выходом электромагнитного генератора. Электромагнитный генератор закреплен в нижней части вертикального вала. Технический результат - увеличение вырабатываемой электроэнергии за счет использования ветровой и солнечной энергии всесезонно при переменных погодных условиях. 12 з.п. ф-лы, 2 ил.

Группа изобретений относится к области энергетики и может быть использована для выработки электроэнергии, горячей воды и пара. Способ получения тепловой и электрической энергии включает фокусирование солнечных лучей концентратором на неподвижную тепловоспринимающую поверхность и последующее передвижение по ней фокуса в соответствии с перемещением солнца, нагрев через тепловоспринимающую поверхность теплоносителя и преобразование полученной тепловой энергии в электрическую. В качестве концентратора используют вогнутое зеркало, которое перемещают путем слежения за солнцем, при этом тепловоспринимающую поверхность размещают на пересечении вертикальной и горизонтальных осей, вокруг которых осуществляют поворот концентратора при слежении. Для поворота концентратора вокруг вертикальной оси включают первый электродвигатель, в результате чего червяк 5 начинает вращаться и поворачивать зубчатое колесо 2 вместе с платформой 1. При достижении концентратором нужного положения (азимута) выключают первый электродвигатель. Для поворота концентратора вокруг горизонтальной оси включают второй электродвигатель, благодаря чему начинают вращаться вал 14 с червяком 13, который посредством зубчатого колеса 12 и связанного с ним червяка 10 поворачивает зубчатый сектор 9 с осью 6 и колесом 7. При этом за счет цепной передачи 8 происходит поворот ведомого колеса 15 с горизонтальной осью 17 и концентратором до требуемого положения, после чего производят его фиксирование путем выключения двигателя. При этом на нижней части тепловоспринимающей поверхности сферы 19 формируется световое пятно сконцентрированных солнечных лучей, которое перемещается по этой поверхности в процессе слежения за солнцем в течение светового дня. Изобретение должно обеспечить повышение стабильности параметров энергоносителей, повышение КПД, а также улучшение эксплуатационных характеристик. 2 н. и 8 з.п. ф-лы, 3 ил.
Группа изобретений относится к летательным аппаратам с использованием подъемной силы несущего газа. Дирижабль с электродвигателем и заменяемыми отсеками для пассажиров и грузов характеризуется тем, что отсеки дирижабля для пассажиров или грузов, находящихся на отдельной, прикрепленной снизу его корпуса рубке управления дирижаблем, являются заменяемыми. Корпус дирижабля изготавливается из мягкого синтетического материала. Входное и выходное сопла сквозного ветреного канала ветреной электростанции имеют диаметр, равный диаметру поперечного сечения корпуса дирижабля. На внешней защитной обшивке мягкой оболочки прикреплены гибкие фотоэлементы солнечной электростанции. Снабжение электродвигателей воздушных винтов осуществляется от инвертора, преобразующего постоянный ток в переменный ток, соединенного с обеими электростанциями и аккумуляторами проводами. Внутри герметической рубки управления имеются: выход на платформу крепления, размещенную снизу рубки управления. Способ эксплуатации дирижабля характеризуется использованием круглой взлетно-посадочной площадки, вращающейся вокруг ее центра, причальных мачт на взлетно-посадочной платформе, запорных стержней платформы и запорных устройств на заменяемых отсеках. Открепление производится при помощи открепительных штоков, находящихся в сквозных, обособленно проходящих от внутренних помещений отсеков, каналах, и посадочных гидроцилиндров взлетно-посадочной платформы. Группа изобретений направлена на ускорение высадки и посадки пассажиров. 2 н.п. ф-лы.

Изобретение относится к солнечным электростанциям, в том числе к переносным, предназначенным для преобразования солнечной лучистой энергии в электрическую как в солнечную погоду, так и в переменную. Солнечная электростанция содержит раму c приводом азимутального поворота и систему автоматики вращения с зенитальным отслеживанием солнца продольной осью кронштейна, посредством которого на нем установлена панель с солнечными батареями. Панель с солнечными батареями выполнена с защитным упаковочным прямоугольным ящиком с четырьмя крышками, соответственно верхняя первая, вторая, третья четвертая сверху в закрытом положении, каждая из которых выполнена в виде дополнительной панели с солнечными батареями и своим одним ребром установлена посредством соответствующих шарниров на верхних ребрах соответственно левой, правой, задней и передней стенок ящика с его дном, причем каждое предыдущее из перечисленных ребер стенок выполнено на более высоком уровне по сравнению с последующим для закрытия дополнительных панелей в виде колоды карт рабочими поверхностями солнечных батарей вниз и с возможностью их раскрытия, а также удержания посредством выполненных в районах шарниров подпружиненных застежек в горизонтальном положении параллельно дну ящика с направленными вверх в сторону солнца рабочими поверхностями солнечных батарей, а основная панель с солнечными батареями жестко закреплена на внутренней поверхности дна ящика рабочей поверхностью солнечных батарей наружу, посредством которого она установлена на кронштейн, конец которого сопряженно вставлен с применением выполненной на нем подпружиненной двухпозиционной застежки в граненую изнутри муфту, выполненную в центральной части снаружи дна ящика. Технический результат заключается в повышении надежности и эффективности работы солнечной электростанции. 3 з.п. ф-лы, 5 ил.

Изобретение относится к переносным портативным солнечным электростанциям, предназначенным для преобразования солнечной лучистой энергии в электрическую как в солнечную погоду, так и в переменную. Портативная солнечная электростанция состоит из рамы, в которой установлен вертикальный вал с шестеренчатым реверсным приводом азимутального поворота; системы автоматики азимутального привода слежения за солнцем и разворота вертикального вала с запада на восток в начало слежения за солнцем при его восходе; панели с солнечными батареями, установленной на кронштейне зенитального поворота, соединенном с верхним концом вертикального вала посредством шарнира, выполненного с ручным или автоматическим приводом; кабельных разъемов и пульта управления. Согласно изобретению в нее дополнительно введены панели с солнечными батареями, образующие в собранном виде защитный упаковочный ящик, и панели, установленные внутри ящика, при этом солнечные батареи, образующие ящик, обращены своими рабочими поверхностями внутрь ящика. Технический результат: повышение надежности и эффективности работы солнечной электростанции, а именно повышение относительной мощности получаемой электроэнергии, приходящейся на единицу массы станции. 3 з.п. ф-лы, 6 ил.

Изобретение относится к области контроля фотоэлектрических устройств и касается способа исследования пространственного распределения характеристик восприимчивости фотоэлектрических преобразователей в составе солнечных батарей к оптическому излучению. Способ включает сканирование поверхности исследуемого объекта лазерным лучом с помощью гальваносканеров с одновременной записью координат сканирования и напряжения, пропорционального величине фотоотклика в данной точке исследуемого объекта. Технический результат заключается в обеспечении возможности получения данных о распределении энергетических параметров фотоэлектричиских преобразователей в составе солнечных батарей, а также в обеспечении возможности визуализации полученных данных. 2 з.п. ф-лы, 2 ил.
Наверх