Солнечный модуль со стационарным концентратором

Изобретение относится к гелиотехнике, в частности к солнечным модулям со стационарными концентраторами для получения электричества и тепла. Солнечный модуль со стационарным концентратором состоит из двух цилиндрических поверхностей с образующими параболами, развернутых относительно точки фокуса на параметрические углы, вершины образующих парабол соединены круглоцилиндрической поверхностью с радиусом образующей, равной фокусному расстоянию образующих парабол, и плоского приемника излучения с двусторонней рабочей поверхностью, шириной, равной фокусному расстоянию, установленного в фокальной плоскости и расположенного между фокусом и круглоцилиндрической поверхностью, причем плоский приемник излучения расположен с зазором величиной 10-20% от фокусного расстояния образующих парабол относительно круглоцилиндрической поверхности. Изобретение должно обеспечить увеличение выработки энергии модулем в течение всего года. 2 ил.

 

Изобретение относится к гелиотехнике, в частности к солнечным модулям со стационарными концентраторами для получения электричества и тепла.

Известен солнечный модуль со стационарным концентратором, выполненным в виде параболоцилиндического фоклина, представляющего собой две цилиндрические поверхности с образующими параболами, симметричные относительно оси симметрии, и плоского одностороннего приемника, расположенного в плоскости, проходящей через линию фокуса образующих парабол параллельно миделю концентратора (патент США на изобретение №3923381 от 2 декабря 1975 г., Int Cl. G 02 b 5/10, US Cl. 350/293).

Недостатком известного технического устройства является его низкий коэффициент геометрической концентрации. Коэффициент геометрической концентрации К фоклина определяется значением параметрического угла α: K=1/sinα. Для стационарного режима работы параметрический угол α фоклина должен быть не менее α=±23,5°, при этом коэффициент геометрической концентрации К составляет: K=1/sin23,5°=2,5.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому изобретению является солнечный модуль со стационарным концентратором, состоящий из двух цилиндрических поверхностей с образующими параболами, развернутых относительно точки фокуса на параметрические углы, вершины образующих парабол соединены круглоцилиндрической поверхностью с радиусом образующей, равной фокусному расстоянию образующих парабол, и плоского приемника излучения с двусторонней рабочей поверхностью, шириной, равной фокусному расстоянию, установленного в фокальной плоскости и расположенного между фокусом и круглоцилиндрической поверхностью (Antonio Luque. Solar Cells and Optics for Photovoltaic Concentration. - Adam Hilger, Bristol and Philadelphia, 1989, стр.381-395).

Недостатком известного солнечного модуля со стационарным концентратором является неравномерность использования солнечного излучения в течение всего года. При азимутальном угле ориентации плоскости симметрии концентратора ψ=90°-φ, где φ - широта местности, при склонении солнца δ, близком к значению δ=±23,5°, солнечное излучение на небольшое время попадает в пределы параметрического угла концентратора, и летом при самом длительном световом дне график облученности приемника имеет провал (линия 1 фиг.1).

Задачей предлагаемого изобретения является увеличение выработки энергии модулем в течение всего года.

Вышеуказанный технический результат достигается тем, что в солнечном модуле со стационарным концентратором, состоящем из двух цилиндрических поверхностей с образующими параболами, развернутых относительно точки фокуса на параметрические углы, вершины образующих парабол соединены круглоцилиндрической поверхностью с радиусом образующей, равной фокусному расстоянию образующих парабол, и плоского приемника излучения с двусторонней рабочей поверхностью, шириной, равной фокусному расстоянию, установленного в фокальной плоскости, плоский приемник расположен с зазором величиной 10-20% от фокусного расстояния образующих парабол относительно круглоцилиндрической поверхности.

Экспериментальные данные и теоретические расчеты показали, что в результате использования предлагаемого солнечного модуля с зазором между приемником и круглоцилиндрической поверхностью, увеличивается облученность приемника (линия 2 фиг.1), и выработка энергии будет увеличена на 14,7% в период с 8 мая (128 день) по 8 августа (218 день) и с 8 ноября (312 день) по 1 февраля (32 день). В целом предлагаемый солнечный модуль 48% времени в году работает с выработкой 114,7% по сравнению с прототипом. Среднегодовая выработка предлагаемого солнечного модуля увеличивается на 7% и составляет 107% по сравнению с прототипом.

Сущность предлагаемого изобретения поясняется на фиг.2.

На фиг.2 представлен солнечный модуль со стационарным концентратором.

Солнечный модуль со стационарным концентратором, состоящий из двух цилиндрических поверхностей с образующими параболами 1 и 2, развернутых относительно точки фокуса F на параметрические углы α, вершины образующих парабол O₁ и O₂ соединены круглоцилиндрической поверхностью 3 с радиусом R образующей, равной фокусному расстоянию f образующих парабол 1 и 2, и плоского приемника излучения 4 с двусторонней рабочей поверхностью 5, шириной h, равной фокусному расстоянию f, установленного в фокальной плоскости 6 и расположенного с зазором Δf величиной 10-20% от фокусного расстояния f образующих парабол 1 и 2 между круглоцилиндрической поверхностью 3 и плоским приемником излучения 4.

Кроме того, на фиг.2 указано: Л₁, Л₂, Л₃, Л₄ - солнечные лучи, ψ - азимутальный угол ориентации плоскости симметрии концентратора.

Предлагаемый солнечный модуль со стационарным концентратором работает следующим образом. При ориентации солнечного модуля со стационарным концентратором по широте местности ф, при склонении солнца δ, близком к δ=±23,5°, часть солнечных лучей, попадающих в концентратор (солнечные лучи, расположенные между солнечными лучами Л₁ и Л₂), испытывают два и более отражений от одной из цилиндрических поверхностей с образующей параболой 1. При склонении солнца δ=±23,5° количество солнечных лучей, попадающих в концентратор и испытывающих два и более отражений, составляет 8,5%. Эти солнечные лучи собираются в нижней части фокальной плоскости 6. Тогда как солнечные лучи (такие, как Л₃, Л₄), отраженные от другой цилиндрической поверхности с образующей параболой 2, отражаются только один раз и в солнечный полдень точно собираются в точку фокуса F. Однако при времени, отличном от солнечного полдня, солнечные лучи, попадающие на цилиндрическую поверхность с образующей параболой 2, отражаются выше точки фокуса F. Поднятием приемника 4 на 10-20% можно добиться увеличения продолжительности работы стационарного концентратора при неизменном значении коэффициента геометрической концентрации К, в результате чего увеличится выработка энергии.

Предлагаемое устройство может быть реализовано как в системах комбинированного тепло- и электроснабжения, так и в качестве самостоятельного автономного устройства, предназначенного для выработки тепловой или электроэнергии. В результате использования предлагаемого изобретения будет увеличена среднегодовая выработка энергии на 7%, что позволит снизить стоимость выработки энергии.

Солнечный модуль со стационарным концентратором, состоящий из двух цилиндрических поверхностей с образующими параболами, развернутых относительно точки фокуса на параметрические углы, вершины образующих парабол соединены круглоцилиндрической поверхностью с радиусом образующей, равной фокусному расстоянию образующих парабол, и плоского приемника излучения с двусторонней рабочей поверхностью шириной, равной фокусному расстоянию, установленного в фокальной плоскости и расположенного между фокусом и круглоцилиндрической поверхностью, отличающийся тем, что плоский приемник излучения расположен с зазором величиной 10-20% от фокусного расстояния образующих парабол относительно круглоцилиндрической поверхности.