Солнечный модуль с концентратором

Изобретение относится к области гелиотехники, в частности к солнечным модулям с концентраторами и фотоэлектрическими и тепловыми приемниками солнечного излучения. Солнечный модуль с концентратором содержит кольцеобразный полутороидальный зеркальный отражатель и приемник излучения с двусторонней рабочей поверхностью, установленный в центре симметрии модуля в плоскости миделя, на которую падает солнечное излучение с углом входа лучей β0. Диаметр приемника излучения равен диаметру поперечного сечения. На поверхности миделя, свободной от приемника, установлена прозрачная для излучения круговая оптическая отклоняющая система из n=1, 2, 3…m, где n - натуральное число, кольцеобразных призм с острым углом ψ между поверхностью входа и выхода лучей, плоскости поверхности входа лучей отклоняющей круговой оптической системы параллельны плоскости миделя, а угол входа лучей β0, острый угол ψ и коэффициент преломления n материала отклоняющей оптической системы связаны с углом выхода лучей β4 соотношением, указанным в формуле изобретения. В результате использования изобретения становится возможным увеличение использования солнечного излучения с большим углом входа лучей при низком положении Солнца над горизонтом. 2 з.п. ф-лы, 3 ил.

 

Изобретение относится к области гелиотехники, в частности к солнечным модулям с концентраторами и фотоэлектрическими и тепловыми приемниками солнечного излучения.

Известен солнечный модуль с концентратором, содержащий кольцеобразный полутороидальный зеркальный отражатель и приемник излучения с двусторонней рабочей поверхностью, установленный в центре симметрии модуля в плоскости миделя, на который падает солнечное излучение с углом входа лучей β0, диаметр приемника излучения равен диаметру поперечного сечения тора (патент РФ №2295675, МПК F24J 2/06, опубл. 20.03.2007 г. Бюл. №8). Полутороидальный концентратор образован разрезанием тороида на две симметричные поверхности плоскостью, проходящей через центры поперечного сечения тороида. Поперечное сечение полутороидального отражателя состоит их двух полуокружностей, которые являются образующими кольцеобразного полутороидального отражателя. Приемник излучения лицевой и тыльной рабочей поверхностью установлен в плоскости миделя. Поперечное сечение отражателя имеет радиус r и удалено от центра симметрии отражателя на расстояние R, R=r. Центр симметрии приемника совпадает с центром симметрии отражателя.

Недостатком известного солнечного модуля является неполное собирание солнечного излучения на приемнике при больших углах входа лучей.

Предложенное изобретение решает следующую техническую задачу: увеличивает оптический КПД солнечного модуля за счет концентрации излучения на приемнике излучения при больших углах падения лучей.

В результате применения предлагаемого изобретения становится возможным увеличение использования солнечного излучения с большим углом входа лучей при низком положении Солнца над горизонтом.

Технический результат достигается тем, что в солнечном модуле с концентратором, содержащем кольцеобразный полутороидальный зеркальный отражатель и приемник излучения с двусторонней рабочей поверхностью, установленный в центре симметрии модуля в плоскости миделя, на которую падает солнечное излучение с углом входа лучей β0, диаметр приемника излучения равен диаметру поперечного сечения, согласно изобретению, на поверхности плоскости миделя, свободной от приемника, установлена прозрачная для излучения круговая оптическая отклоняющая система из n=1, 2, 3…m, где n - натуральное число, кольцеобразных призм с острым углом ψ между поверхностью входа и выхода лучей, плоскости поверхности входа лучей отклоняющей круговой оптической системы параллельны плоскости миделя, а угол входа лучей β0, острый угол ψ и коэффициент преломления n материала отклоняющей оптической системы связаны с углом выхода лучей β4 следующим соотношением:

В варианте конструкции солнечного модуля с концентратором острый угол ψ между поверхностями входа и выхода лучей круговой отклоняющей оптической системы одинаков для всех кольцеобразных призм.

В другом варианте конструкции солнечного модуля с концентратором острый угол ψ между поверхностями входа и выхода лучей круговой отклоняющей оптической системы увеличивается при удалении кольцеобразных призм от центра симметрии модуля с образованием линзы Френеля с фокальной областью.

Сущность изобретения поясняется чертежами, где

на фиг. 1 - общий вид солнечного модуля с концентратором;

на фиг. 2 - поперечное сечение солнечного модуля с концентратором в меридиональной плоскости;

на фиг. 3 - ход лучей в круговой оптической отклоняющей системе.

На фиг. 1 солнечный модуль с концентратором имеет приемник излучения 1 круглой или квадратной (показан пунктиром) формы, установленный на оси симметрии 2 модуля в плоскости миделя 3, и круговую оптическую отклоняющую систему 4 с коэффициентом преломления n на основе множества кольцеобразных призм 5, установленных на рабочей поверхности 6 (фиг. 2) модуля, на которую падает излучение 7. Оптическая отклоняющая система 4 расположена между внешней границей 8 диаметром D солнечного модуля с концентратором и внешней границей 9 приемника 1 диаметром d.

На фиг. 2 круговая оптическая отклоняющая система 4 выполнена из двух ориентированных от внешней границы 8 к центру симметрии 2 кольцеобразных призм 5 с острым углом ψ между поверхностью 10 входа и поверхностью 11 выхода лучей. Круговая оптическая отклоняющая система 4 и полутороидальный зеркальный отражатель 12 диаметром D установлены осесимметрично относительно оси симметрии 2. Диаметр D полутороидального зеркального отражателя 12 и диаметр приемника 1 d связаны соотношением D=2d. Приемник 1 встроен осесимметрично в круговую оптическую отклоняющую систему 4 и имеет две рабочие поверхности: переднюю 13, на которую падает солнечное излучение 7, и внутреннюю 14, на которую солнечное излучение поступает после отражения от полутороидального зеркального отражателя 12.

На фиг. 3 показан ход лучей в солнечном модуле с концентратором, где β0 - угол входа лучей на поверхность входа 10 в круговую оптическую отклоняющую систему 4, β1 - угол между преломленным лучом и нормалью к поверхности входа 10 лучей внутри круговой оптической отклоняющей системы 4, β2 - угол выхода лучей на поверхность выхода 11 внутри круговой оптической отклоняющей системы 4, β3 - угол выхода лучей на поверхности выхода 11 снаружи круговой оптической отклоняющей системы 4.

Угол β4 - угол входа лучей у поверхности входа 15 полутороидального зеркального отражателя 12. Углы β0, β1, β2, β3, β4 являются углами между направлениями лучей и нормалью к соответствующей поверхности. Поскольку поверхности входа 10 и 15 лучей параллельны, угол β0, ответственный за косинусные потери, равен углу β4 входа в полутороидальный зеркальный отражатель 12.

Апертурный угол α солнечного модуля с концентратором принимаем равным α=±60°, а полутороидального зеркального отражателя 12 β4max±90°. За положительное направление углов α и β принимаем углы падения солнечного излучения 7, при котором угол между лучом 7 и направлением на вершину призмы с острым углом ψ меньше 90°, и отрицательным, если больше 90°. Угол β0=0 соответствует нормальному падению солнечного излучения на поверхность входа круговой оптической отклоняющей системы.

Для лучей слева от приемника излучения на фиг. 2 и 3:

Если задано β0,

Тогда из формул (1)-(4) угол входа лучей β0, острый угол ψ и коэффициент преломления n материала отклоняющей оптической системы связаны с углом выхода лучей β4 следующим соотношением:

Из формул (5)-(8):

Для углов β2, которые больше угла полного внутреннего отражения , солнечное излучение будет распространяться к приемнику 1 внутри круговой оптической отклоняющей системы 4.

Численный расчет (1)-(4) при n=1,5, ψ=20°, β4=50°; β3=70°; β2=40,49°; β1=20,49°; β0=31,47°. По формулам (5)-(8) при n=1,5, ψ=20°, β0=30°; β1=19,57°; β2=39,57; β3=67,62°: β4=47,62.

Формулы (1)-(8) справедливы и для лучей 7 справа от приемника 1 на фиг. 2 и 3, но углы входа лучей 7 β0 имеют отрицательные значения.

В варианте конструкции солнечного модуля с концентратором острый угол ψ между поверхностями входа 10 и выхода лучей 11 круговой отклоняющей оптической системы не является постоянным по величине для всех кольцеобразных призм 5, а возрастает при удалении кольцеобразных призм 5 от оси симметрии 2 солнечного модуля с концентратором, как это имеет место в линзах Френеля, в которых преломленные лучи собираются в фокальной области линзы.

Солнечный модуль с концентратором работает следующим образом.

Солнечное излучение в центральной зоне диаметром d поступает на переднюю часть приемника 1, а солнечное излучение из периферийной зоны за пределами приемника 1 после преломления в круговой оптической отклоняющей системе 4 отражается от поверхности полутороидального концентратора 12 и поступает на внутреннюю поверхность приемника 1.

Геометрический коэффициент концентрации солнечного модуля с концентратором:

,

где D - диаметр полутороидального солнечного концентратора,

d - диаметр приемника.

При D=312 мм, d=156 мм, k=4.

В качестве приемника может быть использован солнечный элемент из кремния с двусторонней рабочей поверхностью, а также тепловой солнечный коллектор для горячего водоснабжения и отопления.

Преимуществом предложенного солнечного модуля по сравнению с прототипом является высокий оптический КПД за счет собирания круговой отклоняющей оптической системой лучей с большим углом входа лучей при низком положении Солнца над горизонтом. Солнечный модуль в пределах апертурного угла концентрирует прямое и рассеянное солнечное излучение.

1. Солнечный модуль с концентратором, содержащий кольцеобразный полутороидальный зеркальный отражатель и приемник излучения с двусторонней рабочей поверхностью, установленный в центре симметрии модуля в плоскости миделя, на которую падает солнечное излучение с углом входа лучей β0, диаметр приемника излучения равен диаметру поперечного сечения, отличающийся тем, что на поверхности плоскости миделя, свободной от приемника, установлена прозрачная для излучения круговая оптическая отклоняющая система из n=1, 2, 3…m, где n - натуральное число, кольцеобразных призм с острым углом ψ между поверхностью входа и выхода лучей, плоскости поверхности входа лучей отклоняющей круговой оптической системы параллельны плоскости миделя, а угол входа лучей β0, острый угол ψ и коэффициент преломления n материала отклоняющей оптической системы связаны с углом выхода лучей β4 следующим соотношением:

,

.

2. Солнечный модуль с концентратором по п. 1, отличающийся тем, что острый угол ψ между поверхностями входа и выхода лучей круговой отклоняющей оптической системы одинаков для всех кольцеобразных призм.

3. Солнечный модуль с концентратором по п. 1, отличающийся тем, что острый угол ψ между поверхностями входа и выхода лучей круговой отклоняющей оптической системы увеличивается при удалении кольцеобразных призм от центра симметрии модуля с образованием линзы Френеля с фокальной областью.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к области ветроэнергетики. Каскадный ветрогенератор содержит, по меньшей мере, наклонный воздуховод цилиндрической формы, в нижней части которого установлен нагреватель, к верхней части указанного воздуховода посредством изогнутого переходника присоединен горизонтально расположенный воздуховод, состоящий из отрезков труб цилиндрической формы различного диаметра, соединенных с возможностью форсирования воздушного потока через уменьшение сечения воздуховода, внутри горизонтального воздуховода соосно с ним установлены, по меньшей мере, две осевые турбины, каждая из которых подключена к своему электрогенератору.

Изобретение относится к нагревательной и электрогенерирующей установке, преобразующей энергию солнечного света. Установка на солнечной энергии включает раму заранее определенной площади, установленную на поверхности крыши и стены здания, множество монтируемых на указанной раме генераторов, предназначенных для улавливания солнечного излучения и преобразования его в электроэнергию, и устройство горячего водоснабжения, встроенное в раму и предназначенное для нагрева и подачи горячей воды за счет поглощаемого солнечного излучения, при этом устройство горячего водоснабжения включает водосборник малой емкости, установленный на крыше здания под генератором и предназначенный для сбора нагреваемой воды, водонагревательную трубку, соединенную с водосборником малой емкости, расположенную под ленточным солнечным коллектором и покрытую снаружи теплопоглощающей пленкой, а генератор включает корпус, ленточный солнечный коллектор, размещенный внутри корпуса, наружная поверхность которого покрыта солнечными фотоэлементами, приводной механизм, обеспечивающий тяговое усилие для разворачивания или сворачивания ленты солнечного коллектора, аккумуляторную батарею для накопления электричества, генерируемого солнечными элементами, и регулятор управления приводным механизмом.

Использование: в области электротехники и энергетики. Технический результат – обеспечение графика выработки электроэнергии, соответствующего графику нагрузки без слежения за перемещением солнца по небосклону.

Изобретение относится к теплоэлектроэнергетике и может быть использовано для прямой трансформации тепловой энергии в электрическую. Теплотрубная гелиотермоэлектростанция включает поддон с отверстием в днище, закрытый сверху крышкой, покрытой фотоэлементами, внутренняя сторона которой покрыта решеткой, выполненной из полос пористого материала, отверстие поддона соединено с верхним торцом заглушенной снизу вертикальной трубы, погруженной в грунт на глубину Н, в центре которой помещена подъемная труба, заполненная также пористым материалом, между верхним и нижним торцами подъемной трубы и нижним торцом вертикальной трубы и внутренней поверхностью крышки поддона устроены щели шириной ∆, пространство которых заполнено пористым материалом, внутри каждого гофра вертикальной трубы размещены вертикальные пазы длиной L, в которые вставлены вертикальные термоэлектрические преобразователи, в массиве которых помещена контурная арматура, состоящая из термоэмиссионных элементов.

Изобретение относится к строительным конструкциям со сборно/разборными частями, предназначенными для быстрого монтажа/демонтажа и транспортировки. Способ установки контейнерной электростанции с выносным оборудованием в местах ее использования включает установку контейнера и выносного оборудования, состоящего из солнечных панелей (СП) и ветроэлектрогенераторов (ВЭГ), устанавливаемых на контейнер, и СП и ВЭГ, устанавливаемых на винтовых сваях на некотором расстоянии от контейнера.

Изобретение относится к теплоэлектроэнергетике и может быть использовано для утилизации возобновляемых, вторичных тепловых энергоресурсов и тепловой энергии природных источников.
Изобретение относится к летательным аппаратам легче воздуха. Привязной летательный аппарат с всепогодной комплексной ветровой и солнечной электростанцией выполнен с возможностью использовать горячий пар для создания подъемной силы и получения электроэнергии.

Изобретение относится к области солнечной фотоэнергетики, в частности к устройствам для прямого преобразования солнечной энергии в электрическую с использованием концентраторов солнечного излучения, и может быть использовано в солнечных энергоустановках для работы в условиях как высокой, так и низкой освещенности.

Использование – в области электротехники. Технический результат – повышение компактности и надежности.

Группа изобретений относится к средствам хранения и выдачи носителей информации (футляров) в особо оборудованных помещениях, к объединенным с этими средствами высотным источникам комбинированного лазерного освещения территорий и к носовым опорам светозащитных очков для работы на участках разной освещенности.

Изобретение относится к области возобновляемых источников энергии: ветровой и солнечной энергетики. Солнечно-ветровая энергетическая установка содержит неподвижную платформу, на которой в подшипниковой опоре установлен вертикальный вращающийся вал, на верхнем конце которого жестко закреплена аэродинамическая конструкция с аэродинамическими лопастями; солнечные батареи с солнечными элементами, часть которых функционально соединена посредством электропроводов с обмоткой ротора электрогенератора, блоки преобразования напряжения и распределения электроэнергии потребителям. Аэродинамическая конструкция выполнена в виде горизонтально расположенного своей продольной осью цилиндрического раструба с входом и выходом воздушного потока от ветра и с возможностью флюгерно вращаться в горизонтальной плоскости, в полости которого установлены вращающиеся аэродинамические лопасти, непосредственно соединенные с ротором электрогенератора и соосно с продольной осью раструба, и который жестко установлен нижней образующей линией на верхнем конце вращающегося вала своим центром тяжести, выполненным смещенным к входу раструба, а солнечные элементы закреплены непосредственно на верхней и боковых наружных поверхностях раструба; вертикальный вращающийся вал выполнен трубчатым, в полости которого проходят электрокабели к блокам преобразования напряжения и распределения электроэнергии потребителям, установленным на неподвижной платформе, причем подвод электрокабелей к ним осуществлен посредством подвижных в горизонтальной плоскости электроконтактов, подвижная конструкция которых выполнена за одно с трубчатым валом на его конце в виде фланца, а неподвижная конструкция электроконтактов - на указанной неподвижной платформе. Изобретение направлено на повышение КПД и надежности работы устройства, повышение прочности конструкции и увеличение срока службы устройства. 5 з.п. ф-лы, 1 ил.

Изобретение относится к подаче электроэнергии к вспомогательному оборудованию транспортных средств. Система освещения грузового вагона железнодорожного подвижного состава включает в себя блок генерации электроэнергии, подключенный к рабочей воздушной магистрали грузового вагона. Блок генерации электроэнергии содержит ветрогенератор, выход которого соединен со входом стабилизатора напряжения. Блок генерации электроэнергии посредством кабельной линии соединен со светильниками, размещенными на кузове вагона. Подвижной состав включает в себя локомотив, вагон с компрессорной установкой для создания давления в рабочей воздушной магистрали подвижного состава и кран управления пневмооборудованием. Технический результат заключается в повышении уровня освещенности рабочей зоны вагона неэлектрифицированного подвижного состава. 4 з.п. ф-лы, 3 ил.

Настоящее изобретение относится к подвижному солнечному генератору для автономной и непрерывной подачи электроэнергии в транспортируемой системе автоматического или полуавтоматического складывания / раскладывания. Модульный подвижный солнечный генератор содержит основную секцию, в свою очередь, содержащую верхнюю часть, имеющую центральное отверстие, а также опорную конструкцию и панель управления, шарнирный механизм, содержащий механизм, обеспечивающий возможность поворота во всех направлениях и прикрепленный к центру опорной конструкции, продольную опорную выдвижную штангу, которая имеет нижний конец и верхний конец, прикреплена к опорной конструкции посредством механизма, обеспечивающего возможность поворота во всех направлениях, и которая выполнена с возможностью вытягивания из центрального отверстия, генерирующий элемент на основе солнечной энергии, содержащий центральную солнечную панель, прикрепленную к верхнему концу продольной опорной выдвижной штанги и по меньшей мере одну основную солнечную панель, прикрепленную с возможностью поворота к центральной солнечной панели. Изобретение направлено на улучшение практичности и простоты использования переносного энергоснабжения от источника возобновляемой энергии, предоставляет автономную переносную систему, не требующую соединения с энергосетями, обеспечивает возможность полного складывания и простую регулировку или наклон для оптимизации преобразования энергии. 2 н. и 22 з.п. ф-лы, 42 ил.

Изобретение относится к области гелиотехники, в частности к солнечным модулям с концентраторами и фотоэлектрическими и тепловыми приемниками солнечного излучения. Солнечный модуль с концентратором содержит кольцеобразный полутороидальный зеркальный отражатель и приемник излучения с двусторонней рабочей поверхностью, установленный в центре симметрии модуля в плоскости миделя, на которую падает солнечное излучение с углом входа лучей β0. Диаметр приемника излучения равен диаметру поперечного сечения. На поверхности миделя, свободной от приемника, установлена прозрачная для излучения круговая оптическая отклоняющая система из n1, 2, 3…m, где n - натуральное число, кольцеобразных призм с острым углом ψ между поверхностью входа и выхода лучей, плоскости поверхности входа лучей отклоняющей круговой оптической системы параллельны плоскости миделя, а угол входа лучей β0, острый угол ψ и коэффициент преломления n материала отклоняющей оптической системы связаны с углом выхода лучей β4 соотношением, указанным в формуле изобретения. В результате использования изобретения становится возможным увеличение использования солнечного излучения с большим углом входа лучей при низком положении Солнца над горизонтом. 2 з.п. ф-лы, 3 ил.

Наверх