Солнечный модуль с концентратором (варианты)



Солнечный модуль с концентратором (варианты)
Солнечный модуль с концентратором (варианты)
Солнечный модуль с концентратором (варианты)
Солнечный модуль с концентратором (варианты)
Солнечный модуль с концентратором (варианты)
Солнечный модуль с концентратором (варианты)
Солнечный модуль с концентратором (варианты)
Солнечный модуль с концентратором (варианты)

 


Владельцы патента RU 2608797:

Федеральное государственное бюджетное научное учреждение Федеральный научный агроинженерный центр ВИМ (ФГБНУ ФНАЦ ВИМ) (RU)

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, выполненная в виде жалюзи из зеркальных фацет, имеющая поверхности входа и выхода лучей, зеркальные фацеты выполнены в виде цилиндрических зеркальных отражателей с радиусом кривизны R и плоскостью входа лучей шириной d и помещены в оптически прозрачную среду с коэффициентом преломления n, угол выхода лучей β1 для цилиндрических зеркальных отражателей, угол выхода лучей отклоняющей оптической системы β2, угол ϕ0 наклона плоскости входа лучей цилиндрических зеркальных отражателей и их радиус кривизны R при нормальном падении лучей на рабочую поверхность модуля связаны соотношениями, указанными в формуле изобретения, расстояние между цилиндрическими зеркальными отражателями на рабочей поверхности и ширина поверхности входа цилиндрических зеркальных отражателей удовлетворяет соотношению , при котором для любых углов ϕ0 нижняя грань цилиндрического зеркального отражателя и верхняя грань следующего цилиндрического зеркального отражателя находятся в одной вертикальной плоскости. Также имеется второй вариант выполнения солнечного модуля. В результате использования изобретения повышается удельная мощность модуля и снижается его стоимость. 2 н. и 2 з.п. ф-лы, 6 ил.

 

Изобретение относится к гелиотехнике, в частности к солнечным модулям с концентраторами солнечного излучения для получения электричества и тепла.

Известен солнечный модуль с концентратором на основе параболоцилиндрических фоклинов, установленных с двух сторон по краям фотопреобразователей (Solar Tobay, Yuly/August 1997, p. 31).

Недостатком известного модуля является низкий коэффициент концентрации 2-2,5. Другим недостатком является большая высота модуля с концентратором, превышающая размер плоского модуля без концентратора в 4-6 раз.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому изобретению является солнечный модуль, содержащий концентратор энергии, имеющий рабочую поверхность, на которую падает солнечное излучение, на рабочей поверхности призмы установлены миниатюрные зеркальные экраны, выполненные в виде жалюзи из плоских зеркальных фацет, скоммутированные фотопреобразователи выполнены с двусторонней рабочей поверхностью, концентратор - в виде двух симметрично расположенных призм, имеющих общий фотопреобразователь, а на рабочей поверхности концентратора в зоне одной или обеих призм установлены миниатюрные зеркальные экраны (Патент РФ №2133415. Солнечный фотоэлектрический модуль (варианты) / Безруких П.П., Стребков Д.С., Тверьянович Э.В., Иродионов А.Е. // БИ. 1999. №20).

Недостатками известного солнечного модуля являются большие оптические потери в жалюзи и низкий коэффициент концентрации.

Задачей предлагаемого изобретения является создание солнечного модуля с концентратором, имеющего высокий оптический КПД и высокий коэффициент концентрации солнечного излучения.

В результате использования предлагаемого солнечного модуля повышается удельная мощность модуля и снижается его стоимость.

Вышеуказанный технический результат достигается тем, что в солнечном модуле с концентратором, имеющем рабочую поверхность, на которую падает солнечное излучение, концентратор и приемник излучения, на рабочей поверхности установлена отклоняющая оптическая система, выполненная в виде жалюзи из зеркальных фацет, имеющая поверхности входа и выхода лучей, зеркальные фацеты выполнены в виде цилиндрических зеркальных отражателей с радиусом кривизны R и плоскостью входа лучей шириной d и помещены в оптически прозрачную среду с коэффициентом преломления n, угол выхода лучей β1 для цилиндрических зеркальных отражателей, угол выхода лучей отклоняющей оптической системы β2, угол ϕ0 наклона плоскости входа лучей цилиндрических зеркальных отражателей и их радиус кривизны R при нормальном падении лучей на рабочую поверхность модуля связаны соотношениями:

β1=2ϕ0-2θ при ϕ<ϕ0,

β1=2ϕ0+2θ при ϕ>ϕ0,

β1=2ϕ0, θ=0 при ϕ=ϕ0,

β2=arcsin[(sin β1)⋅n],

где β1 - угол выхода лучей для цилиндрических зеркальных отражателей;

β2 - угол выхода лучей отклоняющей оптической системы;

ϕ0 - угол наклона плоскости входа лучей цилиндрических зеркальных отражателей;

n - коэффициент преломления оптической прозрачной среды;

ϕ - угол наклона касательной плоскости к поверхности цилиндрического зеркального отражателя в точке падения лучей;

θ - угол между плоскостью входа лучей цилиндрического зеркального отражателя и касательной плоскостью к поверхности цилиндрического зеркального отражателя в точке падения лучей;

θ0 - угол между плоскостью входа лучей и касательной плоскостью на краях цилиндрического зеркального отражателя,

углы β1, β2, ϕ и ϕ0 отсчитываются от вертикали к рабочей поверхности против часовой стрелки, расстояние а между цилиндрическими зеркальными отражателями на рабочей поверхности и ширина поверхности входа цилиндрических зеркальных отражателей удовлетворяет соотношению:

a=dsin ϕ0,

при котором для любых углов ϕ0 нижняя грань цилиндрического зеркального отражателя и верхняя грань следующего цилиндрического зеркального отражателя находятся в одной вертикальной плоскости, а концентратор выполнен в виде призмы полного внутреннего отражения с острым углом ψ, который связан с коэффициентом преломления материала призмы n1 и углом выхода лучей β2 соотношением:

где n - коэффициент преломления оптической прозрачной среды;

β2 - угол выхода лучей отклоняющей оптической системы;

n1 - коэффициент преломления материала призмы.

В другом варианте солнечного модуля с концентратором модуль содержит установленные в одной плоскости вторую оптическую отклоняющую систему и второй призменный концентратор с общим двусторонним приемником, а угол между поверхностями входа цилиндрических зеркальных отражателей первой и второй отклоняющих оптических систем равен 2ϕ0.

Вышеуказанный технический результат достигается также тем, что в солнечном модуле с концентратором, имеющем рабочую поверхность, на которую падает солнечное излучение, концентратор и приемник излучения, на рабочей поверхности установлена отклоняющая оптическая система, выполненная в виде жалюзи из зеркальных фацет, имеющая поверхности входа и выхода лучей, зеркальные фацеты выполнены в виде цилиндрических зеркальных отражателей с радиусом кривизны R и плоскостью входа лучей шириной d и помещены в оптически прозрачную среду с коэффициентом преломления n, угол выхода лучей β1 для цилиндрических зеркальных отражателей, угол выхода лучей отклоняющей оптической системы β2, угол ϕ0 наклона плоскости входа лучей цилиндрических зеркальных отражателей и их радиус кривизны R при нормальном падении лучей на рабочую поверхность модуля связаны соотношениями:

β1=2ϕ0-2θ при ϕ<ϕ0,

β1=2ϕ0+2θ при ϕ>ϕ0,

β1=2ϕ0, θ=0 при ϕ=ϕ0,

β2=arcsin[(sin β1)⋅n],

где β1 - угол выхода лучей для цилиндрических зеркальных отражателей;

β2 - угол выхода лучей отклоняющей оптической системы;

ϕ0 - угол наклона плоскости входа лучей цилиндрических зеркальных отражателей;

n - коэффициент преломления оптической прозрачной среды;

ϕ - угол наклона касательной плоскости к поверхности цилиндрического зеркального отражателя в точке падения лучей;

θ - угол между плоскостью входа лучей цилиндрического зеркального отражателя и касательной плоскостью к поверхности цилиндрического зеркального отражателя в точке падения лучей;

θ0 - угол между плоскостью входа лучей и касательной плоскостью на краях цилиндрического зеркального отражателя,

углы β1, β2, ϕ и ϕ0 отсчитываются от вертикали к рабочей поверхности против часовой стрелки, расстояние а между цилиндрическими зеркальными отражателями на рабочей поверхности и ширина поверхности входа цилиндрических зеркальных отражателей удовлетворяет соотношению;

a=dsin ϕ0,

при котором для любых углов ϕ0 нижняя грань цилиндрического зеркального отражателя и верхняя грань следующего цилиндрического зеркального отражателя находятся в одной вертикальной плоскости, а концентратор выполнен в виде полупараболоцилиндрического зеркального отражателя с апертурным углом δ, который связан с углом β2 следующим соотношением:

β2≥90°-2δ.

В другом варианте солнечного модуля с концентратором модуль содержит установленные в одной плоскости вторую оптическую отклоняющую систему и второй полупараболоцилиндрический концентратор с общим двусторонним приемником, а угол между поверхностями входа цилиндрических зеркальных отражателей первой и второй отклоняющих оптических систем равен 2ϕ0.

Солнечный модуль с концентратором иллюстрируется на фиг. 1-6.

На фиг. 1 представлена схема оптической отклоняющей системы с цилиндрическими зеркальными отражателями, которые помещены в оптически прозрачную среду, и ход лучей в ней (двухмерное изображение).

На фиг. 2 представлен ход лучей в солнечном модуле с призменным концентратором с оптической отклоняющей системой в виде жалюзи из миниатюрных цилиндрических отражателей, которые помещены в оптически прозрачную среду.

На фиг. 3 показан общий вид солнечного модуля с одной оптической отклоняющей системой и призменным концентратором.

На фиг. 4 показан солнечный модуль с концентратором, состоящий из первой и второй оптических отклоняющих систем в виде жалюзи из зеркальных цилиндрических отражателей, которые помещены в оптически прозрачную среду, и первого и второго призменного концентратора с общим приемником.

На фиг. 5 показан общий вид солнечного модуля с одной оптической отклоняющей системой и с одним полупараболоцилиндрическим концентратором.

На фиг. 6 представлен солнечный модуль с концентратором, состоящий из первой и второй оптических отклоняющих систем в виде жалюзи из зеркальных цилиндрических отражателей, которые помещены в оптически прозрачную среду, и первого и второго полуцилиндрического концентратора с общим приемником.

Солнечный модуль с концентратором на фиг. 1 содержит зеркальную отклоняющую периодическую оптическую систему 1 высотой h, шириной l и длиной L, состоящую из цилиндрических зеркальных отражателей 2 с радиусом кривизны R и с плоскостью 3 входа лучей шириной d, установленных под углом ϕ0. Солнечный модуль имеет рабочую поверхность 4, на которую падает излучение 5. Цилиндрические зеркальные отражатели 2 установлены друг от друга на расстоянии а под углом ϕ0 к вертикальной плоскости и помещены в оптически прозрачную среду 6 с коэффициентом преломления n.

Количество цилиндрических зеркальных отражателей 2 в отклоняющей оптической системе . Обозначим через β1 угол выхода лучей от цилиндрических зеркальных отражателей 2 в оптической системе 1. Угол β1 отсчитывается от вертикальной плоскости. Угол β1 выбирается из условия максимального отклонения отраженного луча на выходе из системы на расстоянии ОЕ=2а.

Принимая h=1, получим:

На фиг. 2 касательная 7 в точке А и касательная 8 в точке D к цилиндрическому зеркальному отражателю 2 образуют угол θ0 с плоскостью 3 входа лучей. Обозначим через θ угол между плоскостью входа лучей цилиндрического зеркального отражателя 2 и касательной плоскостью к поверхности цилиндрического зеркального отражателя 2 в точке падения лучей. Касательная 9 в точке G параллельна плоскости 3 входа лучей, поэтому в точке G θ=0. Из фиг. 2 следует, что θ0=max θ в точках А и D, в точке G θ=0, на участке AG θ<ϕ0, а на участке GD θ>ϕ0.

Радиус кривизны цилиндрического зеркального отражателя R=АО1 и высоту сегмента FG найдем из Δ O1AF: AF=AO1sinθ0, AO1=R, ,

FG=O1G-O1F, , .

Для лучей, нормальных к рабочей поверхности 4 модуля в точке А: β1=2ϕ-2θ0.

Подставляя β1 из (1), получим для точки А:

В точке В: β1=2ϕ+2θ0.

В точке G: θ=0, β1=2ϕ0=arctg(2tgϕ0).

Для любой точки цилиндрического зеркального отражателя 2:

где ϕ - угол наклона касательной плоскости к поверхности цилиндрического зеркального отражателя 2 в точке падения лучей, углы β1, ϕ и ϕ0 отсчитываются от вертикали к рабочей поверхности 4 против часовой стрелки.

При расчете оптической отклоняющей периодической системы 1 на фиг. 1, 2 принимается, что точки В и D находятся на одной вертикали к поверхности для всех цилиндрических зеркальных отражателей 2 при любом угле ϕ0. Это означает, что при увеличении ϕ0 и постоянной ширине d цилиндрического зеркального отражателя 2 растет расстояние а=tgϕ0, между цилиндрическими зеркальными отражателями.

Из фиг. 2 и формул (6) следует, что угол выхода лучей β1 изменяется при отражении лучей от различных участков цилиндрического зеркального отражателя 2.

- угол выхода лучей при отражении от нижнего края (точка D) цилиндрического зеркального отражателя 2,

- угол выхода лучей при отражении от верхнего края (точка А) цилиндрического зеркального отражателя 2.

Оптическая отклоняющая система 1 из цилиндрических зеркальных отражателей 2 обеспечивает 100%-е переотражение излучения 5, поступающего на рабочую поверхность 4 солнечного модуля с концентратором.

Обозначим через β2 угол выхода лучей из оптической отклоняющей системы 1, которая содержит прозрачную среду 6, с коэффициентом преломления n.

Угол β2 отсчитывается от вертикали против часовой стрелки.

Обозначим

,

На фиг. 2 и 3 призменный концентратор 10 выполнен в виде призмы полного внутреннего отражения с коэффициентом преломления n и с острым углом ψ и отделен от отклоняющей оптической системы 1 с помощью воздушного промежутка 11. Луч, выходящий из оптической отклоняющей системы 1 под углом β2min, поступает на поверхность входа 12 призменного концентратора 10 под углом β32min. Излучение входит в призменный концентратор 10 под углом , поступает на грань переотражения 13 под углом β54+ψ, отражается от грани переотражения 13 и поступает на поверхность входа 12 под углом β64+2ψ, который должен быть больше угла полного внутреннего отражения .

Из (9) получаем соотношение между ψ, β2min и n1:

Все входящие лучи, удовлетворяющие условию (1), (6), (8) и (10), будут поступать на приемник 14.

Коэффициент концентрации к=ctg ψ.

В варианте солнечного модуля с концентратором на фиг. 4 первый 15 и второй 16 призменные концентраторы с острыми углами ψ имеют общий двусторонний приемник 17, рабочую поверхность 18, на которой установлены первая 19 и вторая 20 отклоняющие лучи встречно оптические системы, поверхности входа 21 и 22 лучей призменных концентраторов 15 и 16 находятся в одной плоскости, а угол между плоскостями входа 23 и 24 цилиндрических зеркальных отражателей 25 и 26 составляет 2ϕ0. Призменные концентраторы 15, 16 установлены таким образом, что их отраженные потоки излучения направлены навстречу друг другу и поступают на общий двусторонний приемник излучения 17, установленный на опорном устройстве 27 со слежением за солнцем по одной оси.

Коэффициент концентрации для солнечного модуля с двумя призменными концентраторами 15 и 16 и с двусторонним приемником 17 (фиг. 4) составляет:

к=2ctg ψ.

Солнечный модуль с концентратором на фиг. 5 содержит полупараболоцилиндрический концентратор 28 с параметрическим углом δ, фокальной осью F и вершиной O2 с поверхностью входа 29 лучей, которая параллельна рабочей поверхности 4 солнечного модуля с концентратором. Приемник 30 установлен между фокальной осью F и вершиной O2 полупараболоцилиндрического концентратора 28.

В солнечном модуле с концентратором на фиг. 5 отклоняющая оптическая система шириной L=АС создает на поверхности входа 29 лучей полупараболоцилиндрического концентратора 28 поток лучей с углом β2, .

Коэффициент концентрации солнечного модуля с концентратором при нормальном падении излучения 5 на рабочую поверхность 4 равен:

.

Параметрический угол δ определяется из условия:

,

.

На фиг. 6 солнечный модуль с концентратором содержит первую 31 и вторую 32 отклоняющие лучи встречно оптические системы, у которых угол между поверхностями входа 33 и 34 цилиндрических зеркальных отражателей двух отклоняющих оптических систем составляет 2ϕ0. Солнечный модуль содержит первый 35 и второй 36 полупараболоцилиндрические концентраторы с общей фокальной осью F, общим двухсторонним приемником 37, у которых поверхности входа 38 и 39 находятся в одной плоскости. Линии 40 и 41, которые являются касательными к поверхности полупараболоцилиндрических концентраторов 35 и 36 у поверхностей входа 38 и 39 и внешними границами апертурных углов, образуют между собой угол 180° - 2δ. Коэффициент концентрации солнечного модуля с концентратором на фиг. 6 равен:

.

Примеры выполнения солнечного модуля с концентратором

Пример 1. На фиг. 1, 2, 3 отклоняющая оптическая система 1 состоит из 273 цилиндрических зеркальных отражателей 2 размером плоскости входа d=15 мм. Угол наклона плоскости входа 3 цилиндрических зеркальных отражателей ϕ0=18,5°, расстояние между цилиндрическими зеркальными отражателями а=d⋅sinϕ0=4,76 мм, радиус кривизны R=267,78 мм, высота сегмента 0,104 мм, угол входа лучей β0=0°, θ0=1,605°, углы выхода лучей β1min=35,79°, β1max=40,21°.

Углы выхода лучей из оптической отклоняющей системы с оптической средой из стекла с коэффициентом преломления n=1,51:

,

.

Угол полного внутреннего отражения для стекла:

.

Острый угол в призменном концентраторе 10 из стекла (n1=1,51):

.

Коэффициент концентрации для солнечного модуля с концентратором на фиг. 1, 2, 3:

к=ctgψ=20,15.

Приемник 14 имеет размеры 6,25×1250 мм, состоит из 36 кремниевых солнечных элементов размером 625×31,25 мм. Геометрический коэффициент концентрации к=20,15, оптический КПД 85%, КПД приемника 15%, КПД модуля 12,75%. Размеры модуля 1300×1250 мм. Площадь модуля 1,635 м2. Пиковая электрическая мощность 208,46 Вт при освещенности 1 кВт/м2 и температуре 25°С.

Для солнечного модуля на фиг. 4 коэффициент концентрации к=40,3, размеры модуля 2600×1250 мм, размеры двустороннего приемника 17 625×1250 мм, пиковая электрическая мощность 416,92 Вт.

Пример 2. На фиг. 5 отклоняющая оптическая система 1 состоит из 273 цилиндрических зеркальных отражателей 2 размером плоскости входа d=15 мм. Угол наклона плоскости входа 3 цилиндрических зеркальных отражателей ϕ0=18,5°, расстояние между цилиндрическими зеркальными отражателями а=d⋅sinϕ0=4,76 мм, радиус кривизны R=267,78 мм, высота сегмента 0,104 мм, угол входа лучей β0=0°, θ0=1,605°, углы выхода лучей β1min=35,79°, β1max=40,21°. Углы выхода лучей из оптической отклоняющей системы с оптической средой из стекла n=1,5:

,

.

Апертурный угол полупараболоцилиндрического концентратора 28 δ=14°, зеркальные отражатели концентратора 28 выполнены из полированного алюминия. Геометрический коэффициент концентрации к=17,09, оптический КПД модуля 80%, Приемник 30 имеет размеры 75×1250 мм, состоит из 36 кремниевых солнечных элементов размером 75×31,25 мм. КПД приемника 16%, КПД модуля 12,8%. Размеры модуля 1300×1250 мм. Площадь модуля 1,635 м2. Пиковая электрическая мощность 209,28 Вт при освещенности 1 кВт/м2 и температуре 25°С.

Для солнечного модуля на фиг. 6 коэффициент концентрации к=34,18, размеры модуля 2600×1250 мм, размеры двустороннего приемника 37 675×1250 мм, пиковая электрическая мощность 418,56 Вт.

Солнечный модуль с концентратором работает следующим образом (фиг. 1, 2, 3). Солнечное излучение 5 поступает по нормали на рабочую поверхность 4 солнечного модуля с концентратором, отражается от цилиндрических зеркальных отражателей 2 под углом β1, выходит под углом β2 из отклоняющей оптической системы 1 и через воздушный промежуток 11 поступает под углом β32 на поверхность входа 12 в призменный концентратор 10 и концентрируется на приемнике 14.

В солнечном модуле с концентратором на фиг. 4 солнечное излучение 5 концентрируется на двустороннем приемнике 17.

В солнечном модуле с концентратором на фиг. 5 солнечное излучение поступает по нормали на рабочую поверхность 4 модуля и в оптическую отклоняющую систему 1, отражается от цилиндрических зеркальных отражателей 2 под углом β1, выходит под углом β2 в воздушный промежуток 11, поступает под углом β32 на поверхность входа 29 полупараболоцилиндрического концентратора 28, отражается от полупараболоцилиндрической поверхности концентратора и поступает на приемник 30 при условии: .

Лучи с углами собираются в области, близкой к фокальной оси F полупараболоцилиндрического концентратора 28.

В связи с тем, что лучи, выходящие из оптической отклоняющей системы, не параллельны, а образуют расходящийся поток с углами выхода в диапазоне , излучение будет концентрироваться не в фокальной оси F полупараболоцилиндрического концентратора 28, а равномерно распределяться по всей площади фотоприемника 30, что улучшает условия теплоотвода от поверхности фотоприемника и снижает потери от неравномерного освещения.

В солнечном модуле с концентратором на фиг. 6 солнечное излучение концентрируется с двух сторон на приемнике 37, в результате коэффициент концентрации увеличивается в два раза по сравнению с солнечным модулем с концентратором на фиг. 5.

Основные требования к солнечным модулям с концентраторами из кремния: коэффициент концентрации не более 10-12 из условия воздушного или водяного охлаждения модулей и использование рассеянного излучения в пределах апертурного угла концентратора. Такие солнечные модули с концентраторами могут быть использованы со следящими системами для установки на крышах зданий или на земле. При стоимости зеркальных отражателей 30 долл./м2, концентрации 5, оптическом КПД 0,85 и электрическом КПД 15% стоимость солнечного модуля с концентратором составит 86,58 долл./м2, 0,378 долл./Вт, при этом стоимости концентратора и приемника будут примерно равны и составлять по 50% от стоимости модуля.

По сравнению с прототипом солнечный модуль с концентратором имеет нулевые косинусные потери, большой срок службы и низкую стоимость. Приемники 14, 17 и 30 могут быть выполнены с устройством отвода тепла для получения электроэнергии и горячей воды или горячего воздуха.

1. Солнечный модуль с концентратором, имеющий рабочую поверхность, на которую падает солнечное излучение, концентратор и приемник излучения, на рабочей поверхности установлена отклоняющая оптическая система, выполненная в виде жалюзи из зеркальных фацет, имеющая поверхности входа и выхода лучей, отличающийся тем, что зеркальные фацеты выполнены в виде цилиндрических зеркальных отражателей с радиусом кривизны R и плоскостью входа лучей шириной d и помещены в оптически прозрачную среду с коэффициентом преломления n, угол выхода лучей β1 для цилиндрических зеркальных отражателей, угол выхода лучей отклоняющей оптической системы β2, угол ϕ0 наклона плоскости входа лучей цилиндрических зеркальных отражателей и их радиус кривизны R при нормальном падении лучей на рабочую поверхность модуля связаны соотношениями:

β1=2ϕ0-2θ при ϕ<ϕ0,

β1=2ϕ0+2θ при ϕ>ϕ0,

β1=2ϕ0, θ=0 при ϕ=ϕ0,

β2=arcsin[(sin β1)⋅n],

,

,

где β1 - угол выхода лучей для цилиндрических зеркальных отражателей;

β2 - угол выхода лучей отклоняющей оптической системы;

ϕ0 - угол наклона плоскости входа лучей цилиндрических зеркальных отражателей;

n - коэффициент преломления оптической прозрачной среды;

ϕ - угол наклона касательной плоскости к поверхности цилиндрического зеркального отражателя в точке падения лучей;

θ - угол между плоскостью входа лучей цилиндрического зеркального отражателя и касательной плоскостью к поверхности цилиндрического зеркального отражателя в точке падения лучей;

θ0 - угол между плоскостью входа лучей и касательной плоскостью на краях цилиндрического зеркального отражателя,

углы β1, β2, ϕ и ϕ0 отсчитываются от вертикали к рабочей поверхности против часовой стрелки, расстояние а между цилиндрическими зеркальными отражателями на рабочей поверхности и ширина поверхности входа цилиндрических зеркальных отражателей удовлетворяет соотношению:

a=dsin ϕ0,

при котором для любых углов ϕ0 нижняя грань цилиндрического зеркального отражателя и верхняя грань следующего цилиндрического зеркального отражателя находятся в одной вертикальной плоскости, а концентратор выполнен в виде призмы полного внутреннего отражения с острым углом ψ, который связан с коэффициентом преломления материала призмы n1 и углом выхода лучей β2 соотношением:

,

где n - коэффициент преломления оптической прозрачной среды;

β2 - угол выхода лучей отклоняющей оптической системы;

n1 - коэффициент преломления материала призмы.

2. Солнечный модуль с концентратором по п. 1, отличающийся тем, что модуль содержит установленные в одной плоскости вторую оптическую отклоняющую систему и второй призменный концентратор с общим двусторонним приемником, а угол между поверхностями входа цилиндрических зеркальных отражателей первой и второй отклоняющих оптических систем равен 2ϕ0.

3. Солнечный модуль с концентратором, имеющий рабочую поверхность, на которую падает солнечное излучение, концентратор и приемник излучения, на рабочей поверхности установлена отклоняющая оптическая система, выполненная в виде жалюзи из зеркальных фацет, имеющая поверхности входа и выхода лучей, отличающийся тем, что зеркальные фацеты выполнены в виде цилиндрических зеркальных отражателей с радиусом кривизны R и плоскостью входа лучей шириной d и помещены в оптически прозрачную среду с коэффициентом преломления n, угол выхода лучей β1 для цилиндрических зеркальных отражателей, угол выхода лучей отклоняющей оптической системы β2, угол ϕ0 наклона плоскости входа лучей цилиндрических зеркальных отражателей и их радиус кривизны R при нормальном падении лучей на рабочую поверхность модуля связаны соотношениями:

β1=2ϕ0-2θ при ϕ<ϕ0,

β1=2ϕ0+2θ при ϕ>ϕ0,

β1=2ϕ0, θ=0 при ϕ=ϕ0,

β2=arcsin[(sin β1)⋅n],

,

,

где β1 - угол выхода лучей для цилиндрических зеркальных отражателей;

β2 - угол выхода лучей отклоняющей оптической системы;

ϕ0 - угол наклона плоскости входа лучей цилиндрических зеркальных отражателей;

n - коэффициент преломления оптической прозрачной среды;

ϕ - угол наклона касательной плоскости к поверхности цилиндрического зеркального отражателя в точке падения лучей;

θ - угол между плоскостью входа лучей цилиндрического зеркального отражателя и касательной плоскостью к поверхности цилиндрического зеркального отражателя в точке падения лучей;

θ0 - угол между плоскостью входа лучей и касательной плоскостью на краях цилиндрического зеркального отражателя, углы β1, β2, ϕ и ϕ0 отсчитываются от вертикали к рабочей поверхности против часовой стрелки, расстояние а между цилиндрическими зеркальными отражателями на рабочей поверхности и ширина поверхности входа цилиндрических зеркальных отражателей удовлетворяет соотношению;

a=dsin ϕ0,

при котором для любых углов ϕ0 нижняя грань цилиндрического зеркального отражателя и верхняя грань следующего цилиндрического зеркального отражателя находятся в одной вертикальной плоскости, а концентратор выполнен в виде полупараболоцилиндрического зеркального отражателя с апертурным углом δ, который связан с углом β2 следующим соотношением:

β2≥90°-2δ.

4. Солнечный модуль с концентратором по п. 3, отличающийся тем, что модуль содержит установленные в одной плоскости вторую оптическую отклоняющую систему и второй полупараболоцилиндрический концентратор с общим двусторонним приемником, а угол между поверхностями входа цилиндрических зеркальных отражателей первой и второй отклоняющих оптических систем равен 2ϕ0.



 

Похожие патенты:

Изобретение раскрывает приемник солнечного излучения для преобразования солнечной энергии в тепловую и электрическую энергию. Приемник (2) солнечного излучения (1) для гелиотермальной параболической антенны имеет тепловой двигатель, расположенный в его фокусе, впускной и выпускной коллекторы (9), группу трубок (8), идущих от впускного коллектора к выпускному коллектору, по которым течет нагреваемая при приеме солнечного излучения (1) рабочая текучая среда.

Изобретение относится к системе генерации электроэнергии, использующей экологически чистую энергию - солнечную и внешнюю паровую гибридную систему генерации электроэнергии.

Изобретение относится к альтернативной (солнечной) энергетике и может быть использовано для преобразования энергии солнца в электрическую. Технический результат заключается в увеличении поверхностной плотности солнечной энергии, воздействующей на поверхность солнечных батарей или на спаи термоэлектрического генератора, которая происходит за счет суммарного отражения солнечных лучей от отражающих поверхностей, облучаемых лучевой энергией, проходящей через оптические линзы.

Комплементарная система подачи тепловой энергии с использованием солнечной энергии и биомассы принадлежит к области использования чистой энергии. Система содержит устройство, концентрирующее солнечные лучи, емкость (1) для хранения солнечного тепла, энергоустановку на биомассе, устройство охлаждения и замораживания для охлаждения и систему нагревания воды для центрального нагревания.

Изобретение относится к гелиотехнике, в частности к солнечным модулям с концентраторами солнечного излучения для получения электричества и тепла. В солнечном модуле, содержащем концентратор и приемник излучения и имеющем рабочую поверхность, на которую падает солнечное излучение и на которой установлена отклоняющая оптическая система, выполненная в виде жалюзи из зеркальных фацет, имеющая поверхности входа и выхода лучей, согласно изобретению зеркальные фацеты выполнены в виде цилиндрических зеркальных отражателей с радиусом кривизны R и плоскостью входа лучей шириной d, угол выхода лучей β1 для цилиндрических зеркальных отражателей, угол φ0 наклона плоскости входа лучей цилиндрических зеркальных отражателей и их радиус кривизны R при нормальном падении лучей на рабочую поверхность модуля 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.
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 энергетике, может использоваться в солнечной электростанции с использованием концентрированного солнечного излучения и может найти применение в других отраслях науки и техники вплоть до разработки плазменно-ракетных двигателей для полетов в космосе и создания плазмы в термоядерном синтезе благодаря полученной высокотемпературной зоне с большой энергией в ограниченном пространстве. Технический результат состоит в обеспечении благоприятного температурного режима, отсеивание инфракрасного излучения от солнечных батарей исключает перегрев, в связи с чем исключается необходимость моделирования системы охлаждения, а концентрирование солнечного излучения позволяет в десятки раз уменьшить площади солнечных батарей и обеспечить выработку максимального коэффициента полезного действия при преобразовании солнечной энергии в тепловую и электрическую. Для этого базовыми составляющими конструкции солнечной электростанции являются собирающие линзы; магистральный световод; рикошетная зеркальная пластина для центровки луча после изменения направления; дисперсионная оптическая призменная конструкция; солнечная батарея и приемник-световод инфракрасного излучения, действующие в качестве единой конструкции солнечной электростанции. 3 з.п. ф-лы, 1 ил.
Наверх