ИЗОБРЕТЕНИЕ
Патент Российской Федерации RU2206837

СОЛНЕЧНЫЙ МОДУЛЬ С КОНЦЕНТРАТОРОМ (ВАРИАНТЫ)

СОЛНЕЧНЫЙ МОДУЛЬ С КОНЦЕНТРАТОРОМ (ВАРИАНТЫ)

Имя изобретателя: Стребков Д.С.; Безруких П.П.; Тверьянович Э.В. 
Имя патентообладателя: Стребков Дмитрий Семенович; Безруких Павел Павлович; Тверьянович Эдуард Владимирович
Адрес для переписки: 109456, Москва, 1-й Вешняковский пр-д, 2, ВИЭСХ, ОНТИ и патентования, О.В.Голубевой
Дата начала действия патента: 2001.01.19 

Изобретение относится к гелиоэнергетике, в частности к солнечным энергетическим модулям с концентратором, в котором солнечное излучение собирается параболоцилиндрическим фоклином, выполненным из двух параболоцилиндров. Согласно изобретению в солнечном модуле, содержащем линейно-фокусирующий параболоцилиндрический зеркальный отражатель и приемник в виде полосы, установленный параллельно фокальной плоскости отражателя, зеркальный отражатель выполнен в виде одной ветви параболоцилиндрического отражателя с апертурным углом менее 48o и снабжен вторым полуцилиндрическим зеркальным отражателем, края ветвей которого совпадают с фокальной осью и ветвью основного параболоцилиндрического зеркального отражателя, оптическая ось второго зеркального отражателя параллельна фокальной оси основного отражателя и расположена на середине расстояния между фокальной осью и ветвью основного зеркального отражателя, а между осью и ветвью второго зеркального отражателя установлен параллельно фокальной оси третий зеркальный полуцилиндрический отражатель, края которого совпадают с осью и ветвью второго зеркального отражателя. Изобретение должно обеспечить увеличение коэффициента концентрации, повышение эффективности использования солнечной энергии и снижение стоимости получаемой электроэнергии и теплоты.

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Изобретение относится к гелиоэнергетике, в частности к солнечным энергетическим модулям с концентратором, в котором солнечное излучение собирается параболоцилиндрическим фоклином, выполненным из двух параболоцилиндров, и отражается на приемник излучения, установленный на нижнем основании фоклина (патент США 3923381 от 02.12.1975, кл. 350/293, 126/271, 350/294).

Недостатком известного модуля является низкая концентрация, связанная с его апертурным углом соотношением Kгеом = 1/sin, при = 250°, Кгеом= 2,36. Другим недостатком является низкая эффективность использования солнечной энергии из-за неравномерного освещения приемника концентрированным излучением.

Известен солнечный фотоэлектрический модуль с концентратором солнечной энергии, содержащий скоммутированные и установленные между двумя листами стекла двусторонние солнечные элементы в виде полос, перпендикулярных основанию модуля, с тыльной стороны которых симметрично относительно середины солнечных элементов установлено два полуцилиндрических концентратора, суммарная площадь аппаратуры которых в два раза больше площади солнечных элементов. При установке модуля под углом к горизонту, равным по широте местности и полярной ориентации оси концентраторов юг-север, фотоэлектрический модуль работает круглый год без слежения за солнцем с теоретическим коэффициентом концентрации К=2. Фактически коэффициент концентрации с учетом косинусных потерь и потерь на отражение составляет 1,56 (I. Edmond. Solar Energy Materials. 1990, 21, p. 173-190).

Недостатком известного фотоэлектрического модуля является низкий коэффициент концентрации и высокая стоимость модуля, практически равная стоимости фотоэлектрического модуля без концентратора. Другим недостатком является невозможность использования модуля при другой, кроме полярной, системы ориентации на Солнце, например в фотоэлектрических фасадах зданий и при ориентации восток-запад.

Еще одним недостатком известного устройства является невозможность использования его в фасадах зданий для получения теплоты и освещения зданий естественным солнечным излучением.

Задачей изобретения является увеличение коэффициента концентрации, повышение эффективности использования солнечной энергии и снижение стоимости получаемой электроэнергии и теплоты, а также создание эффективных гелиотехнических устройств, встроенных в фасады и крыши зданий для обеспечения их электроэнергией, теплом, горячей водой, энергией для приготовления пищи и естественным солнечным освещением.

В результате использования предлагаемого солнечного модуля с концентратором увеличивается коэффициент концентрации, появляется возможность использования солнечного модуля для энергоснабжения и освещения зданий и создания энергетических установок.

Вышеуказанный технический результат достигается тем, что в солнечном модуле с концентратором, содержащем основной линейно-фокусирующий параболоцилиндрический зеркальный отражатель и приемник в виде полосы, установленный параллельно фокальной оси основного отражателя, основной зеркальный отражатель выполнен в виде одной ветви параболоцилиндрического отражателя с апертурным углом менее 48o и снабжен вторым полуцилиндрическим зеркальным отражателем, края ветвей которого совпадают с фокальной осью и ветвью основного параболоцилиндрического зеркального отражателя, оптическая ось второго зеркального отражателя параллельна фокальной оси основного отражателя и расположена на середине расстояния между фокальной осью и ветвью основного зеркального отражателя, а между оптической осью и ветвью второго зеркального отражателя установлен параллельно фокальной оси третий зеркальный полуцилиндрический отражатель, края которого совпадают с оптической осью и ветвью второго зеркального отражателя, а полоса приемника с двухсторонней поверхностью установлена между осью и ветвью третьего зеркального отражателя, причем третий зеркальный отражатель снабжен устройством поворота вокруг своей оси.

Для увеличения эффективности солнечного модуля с концентратором в солнечном модуле с концентратором третий дополнительный отражатель установлен параллельно фокальной оси между осями основного и второго дополнительного отражателей, а полоса приемника установлена между осями основного и третьего отражателей.

Для увеличения эффективности солнечного модуля с концентратором края третьего дополнительного отражателя совпадают с фокальной осью основного отражателя и осью второго дополнительного отражателя, а полоса приемника установлена между осями второго и третьего дополнительных отражателей.

В солнечном модуле с концентратором для увеличения эффективности третий дополнительный отражатель установлен параллельно фокальной оси между осью второго дополнительного отражателя и краем основного отражателя, а полоса приемника установлена между осями второго и третьего дополнительных отражателей.

Для увеличения эффективности в солнечном модуле с концентратором третий дополнительный отражатель установлен между осью второго дополнительного отражателя и ветвью основного отражателя, а полоса приемника установлена между осью третьего дополнительного отражателя и ветвью основного отражателя.

Для увеличения эффективности в солнечном модуле с концентратором оси дополнительного отражателя и полоса приемника установлены параллельно фокальной оси в фокальной плоскости основного отражателя.

В солнечном модуле с концентратором для увеличения эффективности третий дополнительный отражатель установлен параллельно фокальной оси в плоскости симметрии между осью и вершиной второго дополнительного отражателя, а пластина приемника установлена в плоскости симметрии второго дополнительного отражателя.

Для увеличения продолжительности работы солнечного модуля с концентратором третий полуцилиндрический зеркальный отражатель выполнен с возможностью поворота вокруг оптической оси на 180o при прохождении концентрированного солнечного излучения через оптическую ось второго полуцилиндрического отражателя и его освещении, а также при попадании концентрированного солнечного излучения на тыльную выпуклую сторону третьего полуцилиндрического отражателя.

В другом варианте в солнечном модуле с концентратором, содержащем основной линейно-фокусирующий цилиндрический зеркальный отражатель и приемник излучения, установленный параллельно фокальной оси основного отражателя, основной отражатель выполнен из двух разновеликих частей, причем большая часть отражателя выполнена в виде одной ветви параболоцилиндрического отражателя, а меньшая часть в виде кругового цилиндрического отражателя с осью, совпадающей с фокальной осью параболоцилиндрического отражателя, основной зеркальный отражатель снабжен вторым и третьим дополнительными отражателями, оси которых параллельны фокальной оси, ось второго дополнительного отражателя расположена на середине плоскости, соединяющей фокальную ось основного отражателя и линию пересечения краев основного и второго дополнительного отражателей, а края ветвей третьего дополнительного отражателя совпадают с осью и ветвью второго дополнительного отражателя, а полоса приемника с двухсторонней рабочей поверхностью установлена между осью и ветвью третьего дополнительного отражателя, а третий дополнительный зеркальный отражатель снабжен устройством поворота вокруг своей оси.

Для увеличения эффективности солнечного модуля с концентратором в солнечном модуле с концентратором третий дополнительный отражатель установлен параллельно фокальной оси между осями основного и второго дополнительного отражателей, а полоса приемника установлена между осями основного и третьего отражателей.

Для увеличения эффективности солнечного модуля с концентратором края третьего дополнительного отражателя совпадают с фокальной осью основного отражателя и осью второго дополнительного отражателя, а полоса приемника установлена между осями второго и третьего дополнительных отражателей.

В солнечном модуле с концентратором для увеличения эффективности третий дополнительный отражатель установлен параллельно фокальной оси между осью второго дополнительного отражателя и краем основного отражателя, а полоса приемника установлена между осями второго и третьего дополнительных отражателей.

Для увеличения эффективности в солнечном модуле с концентратором третий дополнительный отражатель установлен между осью второго дополнительного отражателя и ветвью основного отражателя, а полоса приемника установлена между осью третьего дополнительного отражателя и ветвью основного отражателя.

Для увеличения эффективности в солнечном модуле с концентратором оси дополнительного отражателя и полоса приемника установлены параллельно фокальной оси в фокальной плоскости основного отражателя.

В солнечном модуле с концентратором для увеличения эффективности третий дополнительный отражатель установлен параллельно фокальной оси в плоскости симметрии между осью и вершиной второго дополнительного отражателя, а пластина приемника установлена в плоскости симметрии второго дополнительного отражателя.

Для увеличения продолжительности работы солнечного модуля с концентратором третий полуцилиндрический зеркальный отражатель выполнен с возможностью поворота вокруг оптической оси на 180o при прохождении концентрированного солнечного излучения через оптическую ось второго полуцилиндрического отражателя и его освещении, а также при попадании концентрированного солнечного излучения на тыльную выпуклую сторону третьего полуцилиндрического отражателя.

В другом варианте в солнечном модуле с концентратором, содержащем основной линейно-фокусирующий цилиндрический зеркальный отражатель и приемник излучения, установленный параллельно фокальной оси основного отражателя, между фокальной осью и ветвью основного зеркального отражателя установлены параллельно фокальной оси попарно два или более дополнительных вторых и третьих зеркальных полуцилиндрических отражателей, ветви вторых дополнительных зеркальных отражателей соединены между собой, образуя непрерывные полосы из полуцилиндров, которые объединены с основным отражателем в единую оптическую концентрирующую систему, внутри каждого второго дополнительного полуцилиндрического отражателя установлен третий полуцилиндрический зеркальный отражатель таким образом, что ветви каждого третьего дополнительного зеркального отражателя установлены между оптической осью и ветвью соответствующего второго дополнительного зеркального отражателя, а полоса приемника излучения установлена между оптической осью и ветвью каждого третьего дополнительного зеркального отражателя.

Для увеличения эффективности солнечного модуля с концентратором в солнечном модуле с концентратором третий дополнительный отражатель установлен параллельно фокальной оси между осями основного и второго дополнительного отражателей, а полоса приемника установлена между осями основного и третьего отражателей.

Для увеличения эффективности солнечного модуля с концентратором края третьего дополнительного отражателя совпадают с фокальной осью основного отражателя и осью второго дополнительного отражателя, а полоса приемника установлена между осями второго и третьего дополнительных отражателей.

В солнечном модуле с концентратором для увеличения эффективности третий дополнительный отражатель установлен параллельно фокальной оси между осью второго дополнительного отражателя и краем основного отражателя, а полоса приемника установлена между осями второго и третьего дополнительных отражателей.

Для увеличения эффективности в солнечном модуле с концентратором третий дополнительный отражатель установлен между осью второго дополнительного отражателя и ветвью основного отражателя, а полоса приемника установлена между осью третьего дополнительного отражателя и ветвью основного отражателя.

Для увеличения эффективности в солнечном модуле с концентратором оси дополнительного отражателя и полоса приемника установлены параллельно фокальной оси в фокальной плоскости основного отражателя.

В солнечном модуле с концентратором для увеличения эффективности третий дополнительный отражатель установлен параллельно фокальной оси в плоскости симметрии между осью и вершиной второго дополнительного отражателя, а пластина приемника установлена в плоскости симметрии второго дополнительного отражателя.

Для увеличения продолжительности работы солнечного модуля с концентратором третий полуцилиндрический зеркальный отражатель выполнен с возможностью поворота вокруг оптической оси на 180o при прохождении концентрированного солнечного излучения через оптическую ось второго полуцилиндрического отражателя и его освещении, а также при попадании концентрированного солнечного излучения на тыльную выпуклую сторону третьего полуцилиндрического отражателя.

Солнечный модуль с концентратором установлен на балконе здания, или установлен в виде стены здания, или установлен под прозрачной крышей здания, а фокальная плоскость наклонена к горизонтальной плоскости под углом 113,5°-, где - широта местности, при горизонтальном расположении солнечного модуля и под углом 113,5°- - при вертикальном расположении модуля, где - апертурный угол концентратора.

В другом варианте исполнения фокальная плоскость параболоцилиндрического отражателя наклонена к горизонтальной плоскости под углом 66,5°- при вертикальном расположении солнечного модуля. Для получения горячей воды и отопления солнечный модуль с концентратором содержит приемник в виде пластины металлического абсорбера с просветляющим покрытием на двух сторонах пластины, окруженной с двух сторон прозрачной теплоизолирующей оболочкой. Приемник имеет каналы для протекания охлаждающей жидкости или воздуха.

Для комбинированного производства электрической энергии и теплоты на металлической пластине закреплены с двух сторон скоммутированные солнечные элементы с просветляющим покрытием.

Для получения электрической энергии солнечный модуль имеет приемник из скоммутированных солнечных элементов с двухсторонней рабочей поверхностью, которые заключены в прозрачную оболочку.

Для увеличения эффективности преобразования солнечной энергии в электрическую энергию и тепло солнечный модуль содержит два или более приемника с металлическим абсорбером, у которых каналы для протекания охлаждающей жидкости соединены последовательно и параллельно таким образом, что поток охлаждающей жидкости направлен от приемника с солнечными элементами к приемнику с просветляющим покрытием.

Для увеличения продолжительности работы солнечного модуля с концентратором в стационарном положении третий полуцилиндрический зеркальный отражатель поворачивают вокруг оптической оси на 180o при прохождении концентрированного солнечного излучения через оптическую ось второго полуцилиндрического отражателя и его освещении, а также при освещении концентрированным излучением тыльной выпуклой поверхности третьего полуцилиндрического отражателя.

Сущность изобретения поясняется чертежами.

общий вид солнечного модуля с концентратором солнечный модуль с концентратором

На фиг. 1 представлен общий вид солнечного модуля с концентратором, где основной зеркальный отражатель выполнен в виде одной ветви параболоцилиндрического концентратора с апертурным углом 36o, а края полосы приемника излучения совпадают с оптической осью и ветвью третьего зеркального отражателя.

На фиг. 2 - солнечный модуль с концентратором, где зеркальный отражатель состоит из двух разновеликих частей, а края полосы приемника излучения совпадают с фокальной осью параболоцилиндрического концентратора и осью третьего зеркального полуцилиндрического отражателя.

На фиг. 3 - солнечный модуль с концентратором, где основной зеркальный отражатель выполнен в виде одной ветви параболоцилиндрического отражателя и снабжен вторым и третьим полуцилиндрическими зеркальными отражателями, а полоса приемника излучения установлена в плоскости симметрии параболоцилиндрического концентратора между его ветвью и оптической осью третьего полуцилиндрического отражателя.

На фиг. 4 - солнечный модуль с концентратором, где края полосы приемника излучения совпадают с оптическими осями второго и третьего зеркальных полуцилиндрических отражателей.

На фиг. 5 - солнечный модуль с концентратором, где полоса приемника излучения установлена между ветвью и оптической осью третьего зеркального полуцилиндрического отражателя.

На фиг. 6 - солнечные модули с концентраторами, установленные вертикально в виде стены здания друг над другом, у каждого модуля полоса приемника излучения установлена в вертикальной плоскости между оптической осью и ветвью третьего зеркального полуцилиндрического отражателя.

На фиг. 7 - солнечный модуль с концентратором, установленный на балконе здания.

На фиг. 8 - солнечный модуль с концентратором, установленный под прозрачной крышей здания.

На фиг. 1 солнечный модуль с концентратором содержит основной фокусирующий параболоцилиндрический зеркальный отражатель 1 с апертурным углом , приемником с двухсторонней рабочей поверхностью 2, фокальной осью 3 и фокальной плоскостью отражателя 4.

Ширина солнечного модуля в горизонтальной плоскости равна ширине D модуля 5 концентратора плюс радиус R второго полуцилиндрического отражателя 6 с оптической шириной d, приемник 2 установлен перпендикулярно плоскости модуля 5 между фокальной осью 3 и осью O1 третьего полуцилиндрического зеркального отражателя 7.

Фокальная плоскость 3 наклонена к горизонтальной плоскости 8 под углом .

Угол может изменяться в пределах от 1 = 113,75°- до 2 = 66,25°-+. В первом случае 1 фокальная плоскость 4 параболоцилиндрического концентратора 1 направлена на положение Солнца 22 июня (летнее солнцестояние), во втором случае 2 - ветвь параболоцилиндрического концентратора 1 направлена на положение Солнца 22 декабря (зимнее солнцестояние).

Солнечный модуль с концентратором 1 крепится к горизонтальной плоскости 8 с помощью опор 9.

На фиг. 2 солнечный модуль с концентратором содержит линейно-фокусирующий зеркальный отражатель, состоящий из параболоцилиндрического зеркального отражателя 1 с фокальной осью 3 и расположенного за фокальной плоскостью 4 кругового цилиндрического отражателя 10 с радиусом R1, равным фокусному расстоянию AF параболоцилиндрического концентратора.

Для увеличения концентрации солнечного излучения солнечный модуль содержит второй полуцилиндрический отражатель 6 с радиусом R=AF/2=OF и третий полуцилиндрический отражатель 7 с радиусом R2=FO1=R2/2. Приемник излучения 2 имеет ширину d=R2 и установлен в плоскости модуля 5 между фокальной осью 3 параболоцилиндрического отражателя 1 и оптической осью O1 третьего зеркального отражателя 7.

На фиг. 3 солнечный модуль с концентратором содержит фокусирующий параболоцилиндрический зеркальный отражатель 1 с фокальной осью 3, установленный в фокальной плоскости 4 приемник с двухсторонней рабочей поверхностью 2, второй полуцилиндрический зеркальный отражатель 6 с центром О, радиус R=OF= AF/2 которого равен половине фокусного расстояния AF параболоцилиндрического отражателя 1. При введении третьего полуцилиндрического зеркального концентратора 7 площадь приемника 2 уменьшается в два раза и возрастает коэффициент геометрической концентрации.

На фиг. 4 солнечный модуль с концентратором содержит фокусирующий параболоцилиндрический зеркальный отражатель 1 с фокальной осью 3, приемник с двухсторонней рабочей поверхностью 2, установленный в фокальной плоскости 4, два вторых полуцилиндрических зеркальных отражателя 6 и два третьих полуцилиндрических отражателя 7, имеющих общую точку пересечения ветвей в точке О, причем OF=AO. Края полосы приемника излучения 2 совпадают с оптическими осями 1 третьих зеркальных отражателей 7.

На фиг. 5 солнечный модуль с концентратором содержит фокусирующий параболоцилиндрический зеркальный отражатель 1 с фокальной осью 3, установленный вертикально приемник с двухсторонней рабочей поверхностью 2, второй и третий полуцилиндрические зеркальные отражатели 6 и 7, причем края полосы приемника излучения совпадают с оптической осью O1 и ветвью третьего зеркального отражателя 7.

Угол наклона фокальной плоскости 4 параболоцилиндрического концентратора 1 к горизонтальной плоскости изменяется от 1 = 66,25°- до 2 = 113,75°--. Угол 1 соответствует ориентации фокальной плоскости на положение Солнца 22 декабря и угол 2 соответствует ориентации ветви параболоцилиндрического концентратора 1 на положение Солнца 22 июня.

На фиг. 6 солнечные модули с параболоцилиндрическими концентраторами 1 установлены в вертикальной стене здания 11. Каждый солнечный модуль с концентратором содержит фокусирующий параболоцилиндрический зеркальный отражатель 1 с фокальной осью 3, приемник с двухсторонней рабочей поверхностью 2, второй и третий полуцилиндрические зеркальные отражатели 6 и 7. Фокальная плоскость 4 параболоцилиндрического концентратора 1 наклонена к горизонтальной плоскости под углом , где имеет значения от 1 = 66,25°- до 2 = 113,75°--.

На фиг. 7 солнечный модуль с концентратором содержит фокусирующий параболоцилиндрический зеркальный отражатель 1 с фокальной осью 3, приемник с двухсторонней рабочей поверхностью 2, второй и третий полуцилиндрические зеркальные отражатели 6 и 7. Солнечный модуль с концентратором установлен на балконе 12 здания 11. Приемник 2 установлен в плоскости симметрии ОО1 полуцилиндрического второго зеркального отражателя 6 между оптической осью O1 и ветвью третьего отражателя 7.

На фиг. 8 солнечные модули с концентратором установлены под прозрачной крышей 13 здания 11. Каждый солнечный модуль с концентратором содержит фокусирующий параболоцилиндрический зеркальный отражатель 1 с фокальной осью 3. Приемник с двухсторонней рабочей поверхностью 2 установлен в фокальной плоскости между фокальной осью 3 и ветвью третьего полуцилиндрического зеркального отражателя 7.

Приемник 2 выполнен в виде пластины металлического абсорбера с просветляющим покрытием на двух сторонах, окруженного с двух сторон прозрачной теплоизолирующей оболочкой. Приемник имеет каналы для протекания воды или для обдува воздухом.

В другом варианте исполнения приемника 2 на металлической пластине абсорбера установлены с двух сторон вместо просветляющего покрытия скоммутированные солнечные элементы с просветляющим покрытием.

Еще в одном варианте конструкции в качестве приемника 2 установлены скоммутированные солнечные элементы с двухсторонней рабочей поверхностью.

Солнечный модуль с концентратором работает следующим образом.

Параболоцилиндрический концентратор 1 с фокальной осью 3 (фиг. 1), ориентированной с запада на восток, концентрирует солнечное излучение в пределах апертурного угла на приемнике 2. Солнечное излучение 22 июня концентрируется на фокальной оси 3. По мере уменьшения склонения Солнца в пределах апертурного угла полоса концентрированного излучения перемещается от фокальной оси вдоль приемника 2. Цилиндрические отражатели 6 и 7 увеличивают концентрацию солнечного излучения при низком склонении Солнца, когда солнечное излучение падает на часть отражателей 6 и 7, удаленных от фокальной оси 3. Приемник 2 преобразует солнечную энергию в тепловую и электрическую энергию. Для увеличения продолжительности работы солнечного модуля с концентратором в стационарном положении третий полуцилиндрический зеркальный отражатель 7 поворачивают вокруг его оптической оси O1 на 180o при прохождении сконцентрированного солнечного излучения через оптическую ось О второго полуцилиндрического отражателя 6 и его освещении, а также при попадании концентрированного излучения на тыльную выпуклую поверхность третьего полуцилиндрического отражателя 7.

Время работы солнечного модуля в стационарном состоянии определяется соотношением T0 = 365/94, где Т0 - количество дней работы, а - апертурный угол концентратора в градусах.

Для солнечных модулей время стационарной работы Т0 равно времени перемещения полосы концентрированного излучения вдоль приемника 2 с двух его сторон последовательно.

Для солнечных модулей с дополнительными вторым 6 и третьим 7 полуцилиндрическими отражателями на фиг.1 полоса концентрированного солнечного излучения в течение времени Т0/4 попадает на одну поверхность приемника 2, а в течение времени с Т0/4 до Т0/2 переотражается с помощью третьего дополнительного зеркального отражателя 7 на противоположную рабочую поверхность приемника 2. В результате площадь приемника 2 уменьшается в 2 раза и возрастает коэффициент концентрации. При снижении угла склонения Солнца солнечное излучение, сконцентрированное параболоцилиндрическим концентратором 1, перемещается в фокальной плоскости 4 от фокальной оси 3 вниз. По истечении времени Т= Т0/2 при переходе концентрированного излучения вниз через оптическую ось О второго полуцилиндрического отражателя поворачивают на 180o вокруг оси O1 третий полуцилиндрический зеркальный отражатель 7. При этом сконцентрированное солнечное излучение отражается от второго дополнительного зеркального отражателя 6 и попадает на третий зеркальный отражатель 7 и приемник 2 с двухсторонней рабочей поверхностью. Эффективность использования солнечного излучения увеличивается за счет перераспределения концентрированного излучения на полуцилиндрическом отражателе 6 или 7 и более однородного и равномерного освещения приемника 2.

Коэффициент геометрической концентрации равен

Kгеом = D/d = 8/1-cos(2).

Для ° = 24, 32, 36° значения геометрической концентрации составляют 24,2, 14,2 и 11,6 соответственно, т.е. введение третьего зеркального концентратора увеличивает коэффициент концентрации до 11,6 - 24,2-кратной.

Примеры конкретного исполнения солнечного модуля с концентратором.

1. Солнечный фотоэлектрический модуль с параболоцилиндрическим концентратором 1 имеет размер модуля 5 1,25·1,2 м, длину 1,25 м, апертурный угол 36o, диаметр второго дополнительного полуцилиндрического отражателя 200 мм, а ширина приемника излучения 2 равна 100 мм. В качестве полосы приемника 2 установлены вертикально (фиг. 1) 36 скоммутированных солнечных элементов размером 25·100 мм в стеклянной оболочке шириной 110 мм и общей длиной 900 мм.

Солнечный модуль на широте г.Москвы ориентирован на юг таким образом, что фокальная плоскость 4 наклонена к горизонтальной поверхности под углом 58o. Время работы в стационарном состоянии для широты г.Москвы = 55° составляет 9 месяцев, с 7 февраля по 7 декабря. Через 4,5 месяца работы - 15 апреля и 30 августа - поворачивают третий дополнительный зеркальный отражатель 7 вокруг оси O1 на 180o. С 15 апреля по 30 августа третий зеркальный отражатель 7 установлен в положении, показанном на фиг. 1-4 сплошной линией, а в период с 30 августа до 15 апреля третий зеркальный отражатель 7 установлен в положении, показанном на фиг. 1-4 пунктирной линией. Электрическая мощность электрического модуля равна 100 Вт, напряжение 12 В, коэффициент геометрической концентрации 11,6, оптический КПД 0,8, фактический коэффициент концентрации 9,28.

2. Солнечный тепловой модуль с параболоцилиндрическим концентратором 1 на фиг. 5, 6 установлен на широте г.Геленджика с апертурой = 24°, имеет приемник 2 в виде абсорбера из пластины алюминия толщиной 2 мм, в центре которой сваркой присоединена трубка из латуни диаметром 15 мм. Абсорбер имеет с двух сторон просветляющее покрытие и защитное покрытие из закаленного стекла толщиной 3 мм с покрытием, отражающим ИК-излучение. Ширина D модуля равна 2,16 м, длина 2,5 м. При вертикальном расположении приемника 2 шириной 100 мм, радиусами второго отражателя 400 мм и третьего отражателя 200 мм коэффициент геометрической концентрации равен 24,2. Фокальная плоскость 4 наклонена к горизонтальной плоскости под углом 45o. Время стационарной работы составляет 6 месяцев, с 22 марта по 22 сентября, а тепловая мощность модуля равна 4 кВт, температура воды на выходе из абсорбера 95oС.

В течение времени с 7 мая по 7 августа третий зеркальный отражатель 7 работает в положении, показанном на фиг. 5, 6 пунктирной линией, а с 22 марта по 7 мая и с 7 августа по 22 сентября работает в положении, показанном на фиг. 5, 6 сплошной линией.

По сравнению с прототипом при использовании двухсторонних приемников 2 удается упростить конструкцию стационарного концентратора, используя одну ветвь параболы, уменьшить фокусное расстояние модуля, увеличить степень концентрации излучения и за счет снижения площади приемника снизить стоимость солнечного модуля.

ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ

1. Солнечный модуль с концентратором, содержащий основной линейно-фокусирующий параболоцилиндрический зеркальный отражатель и приемник в виде полосы, установленный параллельно фокальной оси основного отражателя, отличающийся тем, что основной зеркальный отражатель выполнен в виде одной ветви параболоцилиндрического отражателя с апертурным углом менее 48o и снабжен вторым полуцилиндрическим зеркальным отражателем, края ветвей которого совпадают с фокальной осью и ветвью основного параболоцилиндрического отражателя, оптическая ось второго зеркального отражателя параллельна фокальной оси основного отражателя и расположена на середине расстояния между фокальной осью и ветвью основного зеркального отражателя, а между оптической осью и ветвью второго зеркального отражателя установлен параллельно фокальной оси третий зеркальный полуцилиндрический отражатель, края которого совпадают с оптической осью и ветвью второго зеркального отражателя, а полоса приемника с двусторонней поверхностью установлена между осью и ветвью третьего зеркального отражателя, причем третий зеркальный отражатель снабжен устройством поворота вокруг своей оси.

2. Солнечный модуль с концентратором по п.1, отличающийся тем, что третий дополнительный отражатель установлен параллельно фокальной оси между осями основного и второго дополнительного отражателей, а полоса приемника установлена между осями основного и третьего отражателей.

3. Солнечный модуль с концентратором по п.1, отличающийся тем, что края третьего дополнительного отражателя совпадают с фокальной осью основного отражателя и осью второго дополнительного отражателя, а полоса приемника установлена между осями второго и третьего дополнительных отражателей.

4. Солнечный модуль с концентратором по п.1, отличающийся тем, что третий дополнительный отражатель установлен параллельно фокальной оси между осью второго дополнительного отражателя и краем основного отражателя, а полоса приемника установлена между осями второго и третьего дополнительных отражателей.

5. Солнечный модуль с концентратором по п.1, отличающийся тем, что третий дополнительный отражатель установлен между осью второго дополнительного отражателя и ветвью основного отражателя, а полоса приемника установлена между осью третьего дополнительного отражателя и ветвью основного отражателя.

6. Солнечный модуль с концентратором по п.1, отличающийся тем, что оси дополнительного отражателя и полоса приемника установлены параллельно фокальной оси в фокальной плоскости основного отражателя.

7. Солнечный модуль с концентратором по п.1, отличающийся тем, что третий дополнительный отражатель установлен параллельно фокальной оси в плоскости симметрии между осью и вершиной второго дополнительного отражателя, а пластина приемника установлена в плоскости симметрии второго дополнительного отражателя.

8. Солнечный модуль с концентратором по любому из пп.1-7, отличающийся тем, что третий полуцилиндрический зеркальный отражатель выполнен с возможностью поворота вокруг оптической оси на 180o при прохождении концентрированного солнечного излучения через оптическую ось второго полуцилиндрического отражателя и его освещении, а также при попадании концентрированного солнечного излучения на тыльную выпуклую сторону третьего полуцилиндрического отражателя.

9. Солнечный модуль с концентратором, содержащий основной линейно-фокусирующий цилиндрический зеркальный отражатель и приемник излучения, установленный параллельно фокальной оси основного отражателя, отличающийся тем, что основной отражатель выполнен из двух разновеликих частей, причем большая часть отражателя выполнена в виде одной ветви параболоцилиндрического отражателя, а меньшая часть - в виде кругового цилиндрического отражателя с осью, совпадающей с фокальной осью параболоцилиндрического отражателя, основной зеркальный отражатель снабжен вторым и третьим дополнительными отражателями, оси которых параллельны фокальной оси, ось второго дополнительного отражателя расположена на середине плоскости, соединяющей фокальную ось основного отражателя и линию пересечения краев основного и второго дополнительного отражателей, края ветвей третьего дополнительного отражателя совпадают с осью и ветвью второго дополнительного отражателя, полоса приемника с двусторонней рабочей поверхностью установлена между осью и ветвью третьего дополнительного отражателя, а третий дополнительный зеркальный отражатель снабжен устройством поворота вокруг своей оси.

10. Солнечный модуль с концентратором по п.9, отличающийся тем, что третий дополнительный отражатель установлен параллельно фокальной оси между осями основного и второго дополнительного отражателей, а полоса приемника установлена между осями основного и третьего отражателей.

11. Солнечный модуль с концентратором по п.9, отличающийся тем, что края третьего дополнительного отражателя совпадают с фокальной осью основного отражателя и осью второго дополнительного отражателя, а полоса приемника установлена между осями второго и третьего дополнительных отражателей.

12. Солнечный модуль с концентратором по п.9, отличающийся тем, что третий дополнительный отражатель установлен параллельно фокальной оси между осью второго дополнительного отражателя и краем основного отражателя, а полоса приемника установлена между осями второго и третьего дополнительных отражателей.

13. Солнечный модуль с концентратором по п.9, отличающийся тем, что третий дополнительный отражатель установлен между осью второго дополнительного отражателя и ветвью основного отражателя, а полоса приемника установлена между осью третьего дополнительного отражателя и ветвью основного отражателя.

14. Солнечный модуль с концентратором по п.9, отличающийся тем, что оси дополнительного отражателя и полоса приемника установлены параллельно фокальной оси в фокальной плоскости основного отражателя.

15. Солнечный модуль с концентратором по п.9, отличающийся тем, что третий дополнительный отражатель установлен параллельно фокальной оси в плоскости симметрии между осью и вершиной второго дополнительного отражателя, а пластина приемника установлена в плоскости симметрии второго дополнительного отражателя.

16. Солнечный модуль с концентратором по любому из пп.9-15, отличающийся тем, что третий полуцилиндрический зеркальный отражатель выполнен с возможностью поворота вокруг оптической оси на 180o при прохождении концентрированного солнечного излучения через оптическую ось второго полуцилиндрического отражателя и его освещении, а также при попадании концентрированного солнечного излучения на тыльную выпуклую сторону третьего полуцилиндрического отражателя.

17. Солнечный модуль с концентратором, содержащий основной линейно-фокусирующий цилиндрический зеркальный отражатель и приемник излучения, установленный параллельно фокальной оси основного отражателя, отличающийся тем, что между фокальной осью и ветвью основного зеркального отражателя установлены параллельно фокальной оси попарно два или более дополнительных вторых и третьих зеркальных полуцилиндрических отражателя, ветви вторых дополнительных зеркальных отражателей соединены между собой, образуя непрерывные полосы из полуцилиндров, которые объединены с основным отражателем в единую оптическую концентрирующую систему, внутри каждого второго дополнительного полуцилиндрического отражателя установлен третий полуцилиндрический зеркальный отражатель так, что ветви каждого третьего дополнительного зеркального отражателя установлены между оптической осью и ветвью соответствующего второго дополнительного зеркального отражателя, а полоса приемника излучения установлена между оптической осью и ветвью каждого третьего дополнительного зеркального отражателя.

18. Солнечный модуль с концентратором по п.17, отличающийся тем, что третий дополнительный отражатель установлен параллельно фокальной оси между осями основного и второго дополнительного отражателей, а полоса приемника установлена между осями основного и третьего отражателей.

19. Солнечный модуль с концентратором по п.17, отличающийся тем, что края третьего дополнительного отражателя совпадают с фокальной осью основного отражателя и осью второго дополнительного отражателя, а полоса приемника установлена между осями второго и третьего дополнительных отражателей.

20. Солнечный модуль с концентратором по п.17, отличающийся тем, что третий дополнительный отражатель установлен параллельно фокальной оси между осью второго дополнительного отражателя и краем основного отражателя, а полоса приемника установлена между осями второго и третьего дополнительных отражателей.

21. Солнечный модуль с концентратором по п.17, отличающийся тем, что третий дополнительный отражатель установлен между осью второго дополнительного отражателя и ветвью основного отражателя, а полоса приемника установлена между осью третьего дополнительного отражателя и ветвью основного отражателя.

22. Солнечный модуль с концентратором по п.17, отличающийся тем, что оси дополнительного отражателя и полоса приемника установлены параллельно фокальной оси в фокальной плоскости основного отражателя.

23. Солнечный модуль с концентратором по п.17, отличающийся тем, что третий дополнительный отражатель установлен параллельно фокальной оси в плоскости симметрии между осью и вершиной второго дополнительного отражателя, а пластина приемника установлена в плоскости симметрии второго дополнительного отражателя.

24. Солнечный модуль с концентратором по любому из пп.17-23, отличающийся тем, что третий полуцилиндрический зеркальный отражатель выполнен с возможностью поворота вокруг оптической оси на 180o при прохождении концентрированного солнечного излучения через оптическую ось второго полуцилиндрического отражателя и его освещении, а также при попадании концентрированного солнечного излучения на тыльную выпуклую сторону третьего полуцилиндрического отражателя.

Версия для печати
Дата публикации 24.03.2007гг


вверх