Солнечная электрическая станция с оптоволоконной системой наведения

Изобретение относится к энергетике, а именно к энергетике преобразования солнечного излучения в электричество с помощью тепловых машин, и может быть использовано, в частности, в солнечных электрических станциях башенного типа. Солнечная электрическая станция содержит башню, на верхнем конце которой находится приемник солнечного излучения, связанный с тепловой машиной, соединенной с электрогенератором. Рядом с башней расположены гелиостаты, выполненные из концентрических элементов, состоящих из линзы с большим фокусным расстоянием F, линзы с малым фокусным расстоянием f, конического фоклина полного внутреннего отражения и оптического кабеля, при этом в концентрирующих элементах линза с фокусом f находится на расстоянии F+f от линзы с фокусом F, входное отверстие конического фоклина находится у линзы с фокусом f, а к его выходному отверстию присоединен оптоволоконный кабель, диаметр которого равен диаметру выходного отверстия конического фоклина. Выходные концы оптоволоконных кабелей концентрирующих элементов соединены в пучок, который крепится к стойке, помещенной у гелиостата, и направляется таким образом, чтобы лучи концентрированного солнечного излучения, выходящие из пучка оптоволоконных кабелей, попадали на приемник солнечного излучения. Изобретение позволяет перевести солнечное излучение в параллельный концентрированный световой поток. 2 з.п. ф-лы, 3 ил.

 

Изобретение относится к энергетике, а именно к энергетике преобразования солнечного излучения в электричество с помощью тепловых машин, и может быть использовано, в частности, в солнечных электрических станциях башенного типа.

Известна солнечная электрическая станция модульного типа, преобразующая солнечное излучение с помощью двигателей Стирлинга (Энергия: экономика, техника, экология. Журнал Президиума РАН №10, 2006 г., стр. 33-37). Каждый модуль станции состоит из квазипараболического концентратора, отражающая поверхность которого выполнена из зеркальных квадратов. В фокусе концентратора находится двигатель Стирлинга, соединенный с электрогенератором, с помощью которого концентрированное солнечное излучение преобразуется в электричество.

Недостатком данной солнечной станции является низкая эффективность преобразования солнечного излучения в электричество с помощью тепловых машин. Это объясняется тем, что преобразование осуществляется с помощью нескольких тепловых машин малой мощности, а именно с помощью двигателей Стирлинга малой мощности, размещенных в каждом модуле солнечной станции.

Из энергетики, работающей на традиционном топливе, известно, что эффективность работы электростанции повышается с увеличением мощности тепловой машины.

Наиболее близкой, принятой за прототип, является солнечная электрическая станция башенного типа. (Алексеев В.В, Чекарев К.В. Солнечная энергетика. - М.: Знание, 1991 г.) Солнечная станция содержит башню, на верхнем конце которой находится приемник солнечного излучения, выполненный в виде бака с водой, который связан с тепловой машиной, соединенной с электрогенератором. Вокруг башни расположены гелиостаты, положение которых относительно солнца регулируется системой управления.

Солнечная станция работает следующим образом. С восходом солнца каждый гелиостат с помощью системы управления ориентируется так, чтобы отраженное от гелиостата солнечное излучение попадало на приемник для его преобразования в электричество с помощью тепловой машины, соединенной с электрогенератором.

Недостатком солнечной электрической станции башенного типа является низкая эффективность преобразования солнечной энергии в электричество с помощью тепловых машин, что обусловлено следующими причинами.

Для обеспечения большой мощности солнечной электрической станции необходимо направить на приемник солнечной энергии отражение солнечного излучения от множества гелиостатов, что при больших расстояниях между приемником и гелиостатами делает задачу точного наведения чрезвычайно трудной.

При движении солнца по небосклону поток солнечной энергии, поступающей на приемник, все время меняется от максимального значения при восходе и закате солнца до минимальных значений в полуденное время, поскольку при увеличении высоты положения солнца эффективная отражающая поверхность гелиостатов уменьшается по синусоидальному закону.

Кроме того, в случае расположения гелиостатов вокруг башни с приемником солнечной энергии изменение положения солнца на небосклоне приводит к тому, что в первой половине дня работает только одна часть гелиостатов, а другая часть гелиостатов не функционирует, а во второй половине дня работает другая часть гелиостатов. Таким образом, для обеспечения заданной мощности станции необходимо использовать двойное количество гелиостатов. В случае расположения башни перед полем гелиостатов их эффективная отражающая поверхность уменьшается как при высоком положении солнца, так и при низком, что также требует введения дополнительного количества гелиостатов для обеспечения заданной мощности станции.

Задачей изобретения является повышение эффективности преобразования солнечной энергии в электричество с помощью тепловой машины.

Техническим результатом является повышение эффективности преобразования солнечного излучения в электричество с помощью тепловой машины.

Технический результат достигается тем, что в солнечной электрической станции, содержащей башню, на верхнем конце которой находится приемник солнечного излучения, связанный с тепловой машиной, соединенной с электрогенератором, и гелиостаты, расположенные рядом с башней, положение которых относительно солнца регулируется системой управления, гелиостаты выполнены из концентрирующих элементов, состоящих из линзы с большим фокусным расстоянием F линзы с малым фокусным расстоянием f, конического фоклина полного внутреннего отражения и оптического кабеля, при этом в концентрирующих элементах линза с фокусом f находится на расстоянии F+f от линзы с фокусом F, входное отверстие конического фоклина находится у линзы с фокусом f, a к его выходному отверстию присоединен оптоволоконный кабель, диаметр которого равен диаметру выходного отверстия конического фоклина, при этом выходные концы оптоволоконных кабелей концентрирующих элементов, образующих гелиостат, соединены в пучок, который крепится к стойке, поставленной у гелиостата, и направляется так, чтобы лучи концентрированного солнечного излучения, выходящие из пучка оптоволоконных кабелей, попадали на приемник солнечного излучения.

Выполнение гелиостатов из концентрирующих элементов предложенной конструкции позволяет устранить недостатки солнечных электрических станций башенного типа. С их помощью солнечное излучение превращается в параллельный концентрированный световой поток, который поступает в оптоволоконные кабели и направляется на приемник солнечного излучения путем фиксации выходных концов оптоволоконных кабелей в нужном направлении. В этом случае задача ориентации гелиостатов относительно солнца сводится к тому, чтобы направить нормаль к плоскости гелиостатов на солнце, что является простой задачей для системы управления. При такой ориентации гелиостатов на солнце величина солнечной потока, поступающего на приемник солнечного излучения, не меняется при перемещении солнца по небосводу, что позволяет использовать меньшее количество гелиостатов для обеспечения заданной мощности солнечной станции.

Изобретение поясняется схемами, представленными на фиг. 1, 2 и 3. Как показано на фиг. 1, солнечная электрическая станция содержит башню 1, на верхнем конце которой находится приемник солнечного излучения 2. Его выполнение зависит от вида тепловой машины. Для тепловых машин, у которых рабочим телом является водяной пар, приемник солнечного излучения может быть выполнен в виде бака с водой, связанного с тепловой машиной, соединенной с электрогенератором. Около башни 1 расположены гелиостаты 3, выполненные из концентрирующих элементов 4, схема которых представлена на фиг. 2. Концентрирующий элемент содержит линзу 5 с большим фокусным расстоянием F, линзу 6 с малым фокусным расстоянием f, конический фоклин полного внутреннего отражения 7 и оптоволоконный кабель 8. Линза 6 находится на расстоянии F+f от линзы 5, что позволяет получать концентрированный параллельный пучок солнечного излучения. Линзы 5 могут быть выполнены в виде линз Френеля с фокусным расстоянием F порядка 50 см. У линзы 6 расположено входное отверстие конического фоклина 7, выполненного в виде усеченного стеклянного конуса. Основание усеченного конуса, являющееся входным отверстием конического фоклина 7, превышает диаметр линзы 6 примерно в 3 раза, что позволяет уменьшить требования к точности наведения концентрирующего элемента на солнце. При неточном наведении параллельный пучок концентрированного солнечного излучения, выходящий из линзы 6 и попадающий в конический фоклин 7, в результате полного внутреннего отражения будет выходить из выходного отверстия конического фоклина 7 и попадать в оптоволоконный кабель 8, присоединенный к выходному отверстию конического фоклина 7. Диаметр оптоволоконного кабеля 8 равен диаметру выходного отверстия конического фоклина 7.

Как видно из фиг. 3а) и б), концентрирующие элементы 4 расположены рядами на гелиостате 3. Выходные концы оптоволоконных кабелей 8 концентрирующих элементов 4, образующих гелиостат 3, соединены в пучок 9, который крепится к стойке 10, помещенный у гелиостата 3, и направляется таким образом, чтобы концентрированное солнечное излучение, выходящее из пучка 9, попадало на приемник солнечной энергии 2. Стойка 10 располагается сзади и сбоку от гелиостата таким образом, чтобы не мешать ему вращаться при отслеживании солнца.

Солнечная электрическая станция работает следующим образом. С помощью системы управления все гелиостаты 3 устанавливаются так, чтобы нормаль к плоскости гелиостата всегда была направлена на солнце. Солнечное излучение, попадая на концентрирующие элементы 4 гелиостатов 3, превращается в параллельный поток концентрированного солнечного излучения, который с помощью пучка оптоволоконных кабелей 9, закрепленного к стойке 10, направляется на приемник солнечного излучения 2 для преобразования его с помощью тепловой машины, соединенной с электрогенератором, в электричество.

Был построен макет солнечной электрической станции с оптоволоконным наведением. Проведенные эксперимент показали работоспособность и эффективность предложенной конструкции солнечной станции.

1. Солнечная электрическая станция, содержащая башню, на верхнем конце которой находится приемник солнечного излучения, связанный с тепловой машиной, соединенной с электрогенератором, и гелиостаты, расположенные рядом с башней, положение которых относительно солнца регулируется системой управления, отличающаяся тем, что гелиостаты выполнены из концентрирующих элементов, состоящих из линзы с большим фокусным расстоянием F, линзы с малым фокусным расстоянием f, конического фоклина полного внутреннего отражения и оптоволоконного кабеля.

2. Солнечная электрическая станция по п. 1, отличающаяся тем, что в концентрирующих элементах линза с фокусом f находится на расстоянии F+f от линзы с фокусом F, входное отверстие конического фоклина находится у линзы с фокусом f, а к его выходному отверстию присоединен оптоволоконный кабель, диаметр которого равен диаметру выходного отверстия конического фоклина.

3. Солнечная станция по п. 1, отличающаяся тем, что выходные концы оптоволоконных кабелей концентрирующих элементов, образующих гелиостат, соединены в пучок, который крепится к стойке, помещенной у гелиостата, и направляется таким образом, чтобы лучи концентрированного солнечного излучения, выходящие из пучка оптоволоконных кабелей, попадали на приемник солнечного излучения.



 

Похожие патенты:
Изобретение относится к гибридным энергетическим системам. Комплексная электростанция на дирижабле с подъемной силой пара состоит из ветреной и солнечной частей.

Изобретение относится к гелиотехнике и может использоваться в системах управления солнечным концентраторным модулем для получения электрической и тепловой энергии.

Фотоэлектрический модуль солнечного концентрированного излучения относится к гелиотехнике и касается создания солнечных модулей с фотоэлектрическими и тепловыми приемниками и концентраторами солнечного излучения в виде параболоцилиндров.

Изобретение относится к области ветроэнергетики и гелиотехники. Система автономного энергообеспечения потребителей электроэнергии башни сетчатой конструкции содержит, по крайней мере, один ветромодуль, связанный с башней сетчатой конструкции, аккумуляторные батареи и систему преобразования и управления электропитанием.

Изобретение относится к гелиотехнике, в частности к комбинированным концентраторным солнечным энергетическим установкам с охлаждаемыми двухсторонними фотоэлектрическими солнечными модулями (ФСМ) для преобразования солнечной энергии в электрическую и тепловую.

Изобретение относится к области возобновляемой энергетики, а именно к ветроэнергетике. Солнечно-конвективная электростанция содержит один или несколько воздуховодов, один или несколько электрогенераторов, коллектор, в котором установлена либо не установлена система нагрева воздуха, установлена либо не установлена система тепловых насосов, одну или несколько турбин, систему тросов, систему шлангов и газовый комплекс.

Изобретение относится к гелиотехнике, в частности к солнечным энергетическим модулям с концентраторами для получения электрической энергии и теплоты. В солнечном модуле с концентратором, имеющим рабочую поверхность, на которую падает солнечное излучение, полупараболоцилиндрический концентратор с поверхностью входа лучей и приемник излучения, установленный между фокальной осью и вершиной полупараболоцилиндрического концентратора, причем на рабочей поверхности установлена отклоняющая оптическая система из основных зеркальных отражателей с поверхностями входа и выхода лучей, выполненных в виде жалюзи из плоских зеркальных фацет, на выходе оптической отклоняющей системы установлены дополнительные зеркальные отражатели, углы входа β0, выхода лучей β1 для основных зеркальных отражателей, углы входа лучей β0 и β2 для дополнительных зеркальных отражателей, угол φ и φ1 наклона основных и дополнительных зеркальных отражателей и апертурный угол полупараболоцилиндрического концентратора δ связаны соотношениями.

Изобретение относится к гелиотехнике, в частности к солнечным модулям с концентраторами солнечного излучения для получения электричества и тепла. В солнечном модуле с концентратором, имеющем рабочую поверхность, на которую падает солнечное излучение, концентратор и приемник излучения, на рабочей поверхности установлена отклоняющая оптическая система из основных зеркальных отражателей, выполненных в виде жалюзи из плоских зеркальных фацет, на выходе оптической отклоняющей системы установлены дополнительные зеркальные отражатели, углы входа β0, выхода лучей β1 для основных зеркальных отражателей, углы входа лучей β0 и β2 для дополнительных зеркальных отражателей, угол φ и φ1 наклона основных и дополнительных зеркальных отражателей связаны соотношениями, а приемник с шириной А=B·ctgβ1 установлен по ходу лучей β1, β2 в плоскости, перпендикулярной к плоскости выхода лучей, где В - ширина оптической отклоняющей системы.

Изобретение относится к гелиотехнике, в частности к солнечным модулям с концентраторами солнечного излучения для получения электричества и тепла. В солнечном модуле с концентратором, имеющем рабочую поверхность, на которую падает солнечное излучение, приемник излучения, согласно изобретению на рабочей поверхности установлена отклоняющая оптическая система из основных зеркальных отражателей, выполненных в виде жалюзи из плоских зеркальных фацет, на выходе оптической системы установлены дополнительные зеркальные отражатели, углы входа β0, выхода лучей β1 для основных зеркальных отражателей, углы входа лучей β0 и β2 для дополнительных зеркальных отражателей, углы φ0 и φ1 наклона основных и дополнительных зеркальных отражателей связаны соотношениями.

Изобретение относится к гелиотехнике, в частности, к солнечным модулям с концентраторами для получения электрической и тепловой энергии. В солнечном модуле, содержащем фокусирующую призму с острым углом Ψ0, и коэффициентом преломления n0 с эффектом полного внутреннего отражения на рабочей поверхности, на которую падает излучение, с углом входа лучей β0 и с устройством переотражения, между приемником и фокусирующей призмой в оптическом контакте с ними установлена дополнительная прямоугольная призма, над которой и над частью рабочей поверхности фокусирующей призмы установлена отклоняющая оптическая система с поверхностями входа и выхода лучей, выполненная из множества миниатюрных призм с коэффициентом преломления n1 и с острыми углами Ψ1, установленными однонаправленно с острым углом Ψ0 фокусирующей призмы.

Солнечный коллектор с турбиной или турбокомпрессором для приема солнечного излучения содержит коллектор (1) в форме конусообразной спирали, содержащий трубки круглого или квадратного сечения, причем радиус предыдущего витка трубок больше последующего, так что тень предыдущего витка не падает на последующий, и витки плотно прилегают друг к другу без зазоров между ними вплоть до последнего витка, соединенного с трубкой, питающей ведущую турбину (4); и содержит вход (6) для поступления сжатого воздуха из компрессора (16), содержит защиту указанного коллектора (1), покрывающую его поверхность и поверхность трубок (18) и различные инжекторы (30) для производства тепла посредством инжекции газов, содержит ведущую турбину (4), на которую поступает воздух, разогретый в коллекторе (1) энергией солнечного излучения или другими видами топлива, указанная турбина содержит теплообменник, отделяющий ведущую турбину (4) от компрессора (16), содержит промежуточную секцию, разделяющую компрессор (16) и ведущую турбину (4), с центральным проходом для размещения оси (9) в полости воздухонепроницаемой трубки, по которой лопастями (22) компрессора (16) направляется поток воздуха из окружающей среды наружной температуры по направлению к лопаткам ведущей турбины (4), охлаждая их, а центральными лопастями (21) ведущей турбины воздух выбрасывается наружу, где он смешивается с потоком воздуха, продвигающимся на выход (8).

Изобретение относится к гелиотехнике и может быть использовано в системах горячего водоснабжения. Система солнечного теплоснабжения содержит бак-аккумулятор 1 с высокотемпературной 2 и низкотемпературной 3 секциями, размещенными соответственно в верхней и нижней частях бака-аккумулятора и разделенными перегородкой 33 с односторонней проводимостью теплоносителя.

Фотоэлектрический модуль солнечного концентрированного излучения относится к гелиотехнике и касается создания солнечных модулей с фотоэлектрическими и тепловыми приемниками и концентраторами солнечного излучения в виде параболоцилиндров.

Изобретение относится к области энергетики, а именно к области использования солнечной энергии, и может быть применено при генерировании электрического тока с использованием энергии солнечного излучения в качестве источника теплового излучения.

Изобретение относится к гелиотехнике, в частности к комбинированным концентраторным солнечным энергетическим установкам с охлаждаемыми двухсторонними фотоэлектрическими солнечными модулями (ФСМ) для преобразования солнечной энергии в электрическую и тепловую.

Изобретение относится к области возобновляемой энергетики, а именно к ветроэнергетике. Солнечно-конвективная электростанция содержит один или несколько воздуховодов, один или несколько электрогенераторов, коллектор, в котором установлена либо не установлена система нагрева воздуха, установлена либо не установлена система тепловых насосов, одну или несколько турбин, систему тросов, систему шлангов и газовый комплекс.

Изобретение относится к гелиотехнике, в частности к солнечным модулям с концентраторами солнечного излучения для получения электричества и тепла. Солнечный модуль с концентратором имеет рабочую поверхность, на которую падает излучение, на рабочей поверхности установлены миниатюрные зеркальные отражатели, выполненные в виде жалюзи из плоских зеркальных отражателей, жалюзи содержат устройство для изменения расстояния между зеркальными отражателями, расстояние а между миниатюрными зеркальными отражателями на рабочей поверхности, угол входа лучей β0, выхода лучей β1 и угол φ наклона зеркальных отражателей связаны соотношениями, указанными в формуле изобретения.

Изобретение относится к области теплотехники и может быть использовано для теплоснабжения и горячего водоснабжения децентрализованных объектов малой мощности с использованием гео- и гелиотермальной энергии.

Система позиционирования и слежения за Солнцем концентраторнойфотоэнергоустановки, содержащая платформу с концентраторными каскадными модулями, подсистему азимутального вращения, подсистему зенитального вращения, силовой блок, блок управления положением платформы с блоком памяти, содержащий микроконтроллер, оптический солнечный датчик, фотоприемники которого выполнены в виде каскадных фотопреобразователей, датчик оборотов первого электродвигателя, датчик оборотов второго электродвигателя.

Изобретение относится к гелиотехнике, в частности к солнечным энергетическим модулям с концентраторами для получения электрической энергии и теплоты. В солнечном модуле с концентратором, имеющим рабочую поверхность, на которую падает солнечное излучение, полупараболоцилиндрический концентратор с поверхностью входа лучей и приемник излучения, установленный между фокальной осью и вершиной полупараболоцилиндрического концентратора, причем на рабочей поверхности установлена отклоняющая оптическая система из основных зеркальных отражателей с поверхностями входа и выхода лучей, выполненных в виде жалюзи из плоских зеркальных фацет, на выходе оптической отклоняющей системы установлены дополнительные зеркальные отражатели, углы входа β0, выхода лучей β1 для основных зеркальных отражателей, углы входа лучей β0 и β2 для дополнительных зеркальных отражателей, угол φ и φ1 наклона основных и дополнительных зеркальных отражателей и апертурный угол полупараболоцилиндрического концентратора δ связаны соотношениями.

Изобретение относится к гелиотехнике, в частности к солнечным модулям с концентраторами солнечного излучения для получения электричества и тепла. Солнечный модуль с концентратором имеет рабочую поверхность, на которую падает излучение, на рабочей поверхности установлены миниатюрные зеркальные отражатели, выполненные в виде жалюзи из плоских зеркальных отражателей, жалюзи содержат устройство для изменения расстояния между зеркальными отражателями, расстояние а между миниатюрными зеркальными отражателями на рабочей поверхности, угол входа лучей β0, выхода лучей β1 и угол φ наклона зеркальных отражателей связаны соотношениями, указанными в формуле изобретения.

Изобретение относится к энергетике, а именно к энергетике преобразования солнечного излучения в электричество с помощью тепловых машин, и может быть использовано, в частности, в солнечных электрических станциях башенного типа. Солнечная электрическая станция содержит башню, на верхнем конце которой находится приемник солнечного излучения, связанный с тепловой машиной, соединенной с электрогенератором. Рядом с башней расположены гелиостаты, выполненные из концентрических элементов, состоящих из линзы с большим фокусным расстоянием F, линзы с малым фокусным расстоянием f, конического фоклина полного внутреннего отражения и оптического кабеля, при этом в концентрирующих элементах линза с фокусом f находится на расстоянии F+f от линзы с фокусом F, входное отверстие конического фоклина находится у линзы с фокусом f, а к его выходному отверстию присоединен оптоволоконный кабель, диаметр которого равен диаметру выходного отверстия конического фоклина. Выходные концы оптоволоконных кабелей концентрирующих элементов соединены в пучок, который крепится к стойке, помещенной у гелиостата, и направляется таким образом, чтобы лучи концентрированного солнечного излучения, выходящие из пучка оптоволоконных кабелей, попадали на приемник солнечного излучения. Изобретение позволяет перевести солнечное излучение в параллельный концентрированный световой поток. 2 з.п. ф-лы, 3 ил.

Наверх