Способ веерной концентрации солнечной энергии и устройство для его осуществления

Авторы патента:

Андреева Галина Сергеевна (RU)

Закоцкий Александр Николаевич (RU)

Мещанинов Владимир Николаевич (RU)

Усова Елена Владимировна (RU)

Усов Виктор Петрович (RU)

Крупнов Адий Георгиевич (RU)

F24J2/42 - системы, использующие энергию солнечной радиации, не отнесенные к другим рубрикам

F24J2/18 - с пространственно разделенными, с противоположно лежащими взаимодействующими отражательными поверхностями

Владельцы патента RU 2516728:

Усова Елена Владимировна (RU)
Закоцкий Александр Николаевич (RU)
Андреева Галина Сергеевна (RU)
Крупнов Адий Георгиевич (RU)
Усов Виктор Петрович (RU)
Мещанинов Владимир Николаевич (RU)

Изобретение относится к сельскому хозяйству, в частности к способам и устройствам обеспечения энергией удаленных сельскохозяйственных объектов, не обеспеченных стационарным энергообеспечением. Способ веерной концентрации солнечной энергии заключается в веерной концентрации солнечного излучения, причем концентрируемое излучение одним концентратором с зеркальным отражателем передают к последующему. Устройство веерной концентрации солнечной энергии содержит параболоидные концентраторы с зеркальными отражателями в фокусе. Веерным набором заданного количества концентраторов с зеркальными отражателями в фокусе выполняют суммирование энергии солнечного излучения. Заданную мощность приема солнечного излучения получают расчетом необходимого количества веерных концентраторов. 2 н. и 2 з.п. ф-лы, 5 ил.

Применение: на удаленных объектах сельского хозяйства без стационарного энергообеспечения.

Сущность изобретения: представляет устройство веером установленных концентраторов солнечного излучения для последовательного суммирования солнечного излучения.

Технический результат: достигается эффект приема солнечной энергии заданной мощности в течение светового дня.

Прототипом данного изобретения является патент РФ №2338128. Но недостатком его является возможность приема ограниченной мощности солнечной энергии. Этот недостаток устранен в предлагаемом изобретении.

Предлагаемый способ заключается в веерной концентрации солнечного излучения. Способ обеспечивается веерным размещением концентраторов солнечного излучения, при котором сконцентрированное солнечное излучение концентратора зеркальным отражением передается на последующий концентратор, затем аналогично от одного или двух - на последующий веерный концентратор. Таким образом, суммированная энергия солнечного излучения концентраторов передается на один последующий концентратор. И так веерная концентрация солнечного излучения выполняется до последнего одиночного концентратора.

Работает устройство следующим образом: на Фиг.1 показаны - параболоидные концентраторы 1, установленные на поверхности земли с помощью стоек 3, концентрируют в фокусе солнечное излучение, показанное лучами Л₁, Л₂, Л₃, Л₄. В фокус каждого параболоида помещено зеркало 2 для отражения сфокусированного излучения на сферическую поверхность последующего концентратора. На чертеже наглядно лучами показана система последовательного суммирования концентрированного солнечного излучения. На Фиг.2 показана веерная сборка из двадцати одного концентратора n_к=21. Количество концентраторов в сборке может быть любое, в зависимости от заданной мощности солнечной энергии. Суммирование солнечного излучения показано лучами Л₁-Л₈ от первой линейки концентраторов до последнего 21-го, на котором суммарное солнечное излучение будет Л_∑. На Фиг.3 показаны три сборки солнечных концентратов n_сб=3, размещенные на местности относительно восхода и захода солнца. Оптимальная мощность солнечного излучения одной сборки концентраторов принята за единицу. На Фиг.4 цифрой обозначена часть суммарной мощности сконцентрированного солнечного излучения сборкой концентраторов при направленном, показано стрелкой, потоке освещения на фронт первой линейки концентраторов. На Фиг.5 показан график суммарного сконцентрированного солнечного излучения тремя сборками концентраторов в течение 12-ти часового дня.

Пример выполнения веерной сборки концентраторов солнечного излучения - чертеж Фиг.3: мощность Ее солнечного излучения 1 кВт/м² при оптическом КПД=0,7 составляет Е_с=0,7 кВт/м².

Площадь концентратора при диаметре 1 м составит

S_к=πr²=3,14·0,5²=0,785 м²

Пиковая тепловая мощность концентратора

P_к=E_c·S_к ⁼0,7·0,785=0,5495 кBт

Пиковая тепловая мощность всех сборок концентраторов составит

P_oбщ=P_к·n_к·n_cб=0,5495·21·3⁼34,6 кBт

Преимуществом данного устройства является возможность получения солнечной энергии в течение светового дня при минимальных материальных затратах.

1. Способ веерной концентрации солнечной энергии заключается в веерной концентрации солнечного излучения, отличающийся тем, что концентрируемое излучение одним концентратором с зеркальным отражателем передают к последующему.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что отраженные лучи концентратором на зеркальную поверхность, размещенную в фокусе концентратора, повторно отражают на сферическую поверхность последующего концентратора.

3. Способ по п.1, отличающийся тем, что оконечный суммированный поток энергии солнечного излучения со всех концентраторов направляют на последний одиночный концентратор.

4. Устройство веерной концентрации солнечной энергии содержит параболоидные концентраторы с зеркальными отражателями в фокусе, отличающееся тем, что веерным набором заданного количества концентраторов с зеркальными отражателями в фокусе выполняют суммирование энергии солнечного излучения.

Изобретение относится к теплотехнике, в частности к устройствам для опреснения соленой воды с использованием солнечной и ветровой энергий. Солнечно-ветровой опреснитель содержит емкость для опреснения воды, установленный над ней прозрачный конденсатор с патрубком для выхода паровоздушной смеси в верхней части с установленной в нем крылаткой, закрепленной на валу ветродвигателя.

Когенерационная фотоэлектрическая тепловая система // 2509268

Изобретение относится к области гелиотехники и предназначено для энергоснабжения объектов сельскохозяйственного и индивидуального назначения. Фотоэлектрическая тепловая система содержит, по меньшей мере, один солнечный тепловой коллектор, трубопровод подачи жидкости в солнечный тепловой коллектор, трубопровод отвода жидкости из солнечного теплового коллектора в бак-аккумулятор (термос), при этом трубопровод подачи жидкости в солнечный тепловой коллектор соединен, по меньшей мере, с одним фотоэлектрическим тепловым модулем, расположенным уровнем ниже солнечного теплового коллектора и соединенным последовательно с ним, при этом подача жидкости в фотоэлектрический тепловой модуль осуществляется через трубопровод из напорного бака, установленного выше уровня солнечного теплового коллектора, по меньшей мере, в один из трубопроводов вмонтирован соленоидный клапан, имеется, по меньшей мере, одно термореле с индивидуальным для фотоэлектрического теплового модуля или солнечного теплового коллектора датчиком, причем управляющие контакты соленоидного клапана подключены и коммутируются с помощью термореле, при этом солнечный тепловой коллектор и фотоэлектрический тепловой модуль выполнены в виде приемников солнечного излучения, представляющих собой резервуары, которые имеют форму прямоугольного параллелепипеда, а на рабочей поверхности резервуара фотоэлектрического теплового модуля расположена батарея солнечных элементов, внутри резервуаров фотоэлектрического теплового модуля и солнечного теплового коллектора параллельно рабочей поверхности с зазором относительно ее расположена перегородка, не достигающая верхней и нижней стенки резервуара.

Гелиоустановка для химических реакций // 2506504

Изобретение относится к гелиотехнике и может быть использовано для проведения химических реакций. Гелиоустановка для химических реакций включает патрубки, нагреватель.

Многофункциональная солнечноэнергетическая установка // 2505887

Многофункциональная солнечноэнергетическая установка (далее МСЭУ) относится к возобновляемым источникам энергии, в частности к использованию солнечного излучения для получения электрической энергии, обеспечения горячего водоснабжения и естественного освещения помещений различного назначения, содержащая оптически активный прозрачный купол, представляющий собой двояковыпуклую прямоугольную линзу, фотоэлектрическую панель, солнечный коллектор, круглые плоские горизонтальные заслонки полых световодов, полые световодные трубы, теплоприемную медную пластину солнечного коллектора, рассеиватель солнечного света, микродвигатели круглых плоских горизонтальных заслонок полых световодных труб, круговые светодиодные лампы, аккумуляторные батареи, датчики света и температуры, электронный блок управления, пульт управления, бак-аккумулятор, теплообменник, насос, обратный клапан, шестигранные медные трубопроводы, инвертор и опору с опорными стойками для поддержания конструкции МСЭУ.

Солнечный модуль с концентратором и способ его изготовления (варианты) // 2503895

Изобретение относится к гелиотехнике, в частности к солнечным модулям с концентраторами для получения электрической и тепловой энергии. В солнечном модуле с концентратором, содержащем прозрачную фокусирующую призму с углом полного внутреннего отражения где n - коэффициент преломления материала призмы, с треугольным поперечным сечением, имеющую грань входа, на которую падает излучение по нормали к поверхности грани входа, и грань переотражения излучения, образующую острый двухгранный угол φ с гранью входа, и грань выхода концентрированного излучения и устройство отражения, образующее с гранью переотражения острый двухгранный угол ψ, который расположен однонаправленно с острым двухгранным углом φ фокусирующей призмы, устройство отражения состоит из набора зеркальных отражателей длиной L0 с одинаковыми острыми углами ψ, установленных на некотором расстоянии друг от друга, на поверхности грани входа установлены дополнительные зеркальные отражатели, которые наклонены к поверхности грани входа под углом 90°-δ, который расположен разнонаправленно с острым двухгранным углом φ фокусирующей призмы, линии касания плоскости дополнительного зеркального отражателя с гранью входа и линия касания плоскости зеркального отражателя устройства переотражения с гранью переотражения находятся в одной плоскости, перпендикулярной поверхности входа, длина проекции дополнительного зеркального отражателя на поверхность грани входа больше длины проекции зеркального отражателя устройства отражения на поверхность грани входа на величину В другом варианте солнечного модуля с концентратором, содержащем прозрачную фокусирующую призму с треугольным поперечным сечением, с углом входа лучей β0 и углом полного внутреннего отражения , где n - коэффициент преломления призмы, имеющую грань входа и грань переотражения излучения, образующие общий двухгранный угол φ, грань выхода концентрированного излучения и устройство отражения, образующее с гранью переотражения острый двухгранный угол ψ, который расположен однонаправлено с острым двухгранным углом φ фокусирующей призмы, устройство отражения состоит из набора установленных на некотором расстоянии друг от друга зеркальных отражателей длиной L0 с одинаковыми острыми углами ψ, с устройством поворота относительно грани переотражения, на поверхности грани входа установлены дополнительные зеркальные отражатели, которые наклонены к поверхности грани входа под углом 90°-δ и выполнены в виде жалюзи с устройством поворота относительно поверхности грани входа, угол наклона дополнительных зеркальных отражателей к поверхности грани входа расположен разнонаправленно с острым двухгранным углом φ фокусирующей призмы, оси устройства поворота дополнительного зеркального отражателя на грани входа и оси устройства поворота зеркального отражателя на устройстве переотражения с гранью переотражения находятся в одной плоскости, перпендикулярной поверхности входа, длина проекции дополнительного зеркального отражателя на поверхность входа больше длины проекции зеркального отражателя устройства отражения на поверхность входа на величину В способе изготовления солнечного модуля с концентратором путем изготовления фокусирующей призмы из оптически прозрачного материала, установки приемника излучения, устройства переотражения с зеркальными отражателями из закаленного листового стекла или другого прозрачного листового материала изготавливают и герметизируют стенки полости фокусирующей призмы с острым двухгранным углом при вершине 2-12° и затем заполняют полученную полость оптически прозрачной средой, устанавливают герметично приемник излучения и производят сборку дополнительных зеркальных отражателей с устройствами поворота на рабочей поверхности фокусирующей призмы и устройства поворота для устройства переотражения.

Солнечный модуль с концентратором // 2502024

Изобретение относится к гелиотехнике, в частности к солнечным энергетическим модулям с концентраторами для получения электричества и/или тепла. Солнечный модуль с концентратором состоит из приемника солнечного излучения и цилиндрического солнечного концентратора, отражающая поверхность которого образована прямоугольными зеркально отражающими пластинами - фацетами.

Способ изготовления отражательного устройства гелиоустановки // 2500957

Изобретение относится к области металлургии и гелиоэнергетики и может быть использовано на гелиоустановках при изготовлении и монтаже отражательных элементов. Способ изготовления отражательного устройства гелиоустановки включает прокатку полотна, установку его в корпус отражательного устройства и последующее его растяжение с усилием, которое определяется по эмпирической формуле: T I = ( δ h 1,33 ) ⋅ в Е ⋅ 10 − 3 где: TI - усилие растяжения полотна, тс; δh - поперечная разнотолщинность полотна; мм (h - толщина полотна); в - ширина полотна, мм; Е - модуль упругости первого рода в кгс/мм2 для материала полотна, используемого в отражательном элементе.

Конструкция фотоэлектрического гибкого модуля // 2492553

Изобретение относится к области солнечной энергетики, в частности к гибким фотоэлектрическим модулям, которые, помимо основной функции, могут быть дополнительно использованы в качестве элементов промышленного и строительного дизайна, подвергающихся упругой деформации в продольном и/или поперечном направлении.

Солнечный концентраторный модуль (варианты) // 2488915

Изобретение относится к гелиотехнике. .

Способ преобразования солнечной энергии // 2485416

Изобретение относится к способу преобразования солнечной энергии в химическую и аккумулирования ее в продуктах парогазовой конверсии углеводорода, в котором с использованием концентратора солнечной энергии проводят реакцию паровой каталитической конверсии метаносодержащего газа с получением продуктов реакции, содержащих водород и диоксид углерода.

Солнечная многофункциональная сильноконцентрирующая энергоустановка // 2466489

Изобретение относится к гелиоэнергетике, к высокоэффективным солнечным сильноконцентрирующим энергоустановкам. .

Солнечная комбинированная концентрирующая энергоустановка // 2464694

Изобретение относится к гелиоэнергетике, к высокоэффективным концентрирующим солнечным энергоустановкам. .

Способ и устройство создания высокоэффективной солнечной батареи (варианты) // 2446363

Изобретение относится к области электроэнергетики, точнее к возобновляемым источникам энергии, и предназначено для преобразования солнечной энергии в электрическую.

Абсорбер параболоцилиндрического концентратора солнечной энергии с системой слежения за солнцем // 2430311

Изобретение относится к солнечной энергетике и может найти свое применение в широком диапазоне использования при преобразовании солнечной энергии в тепловую энергию пара или горячей воды, необходимых для бытовых нужд, систем отопления жилых домов и производственных помещений.

Параболоцилиндрический концентратор солнечной энергии с абсорбером и системой слежения за солнцем // 2300058

Изобретение относится к солнечной энергетике и может найти свое применение в широком диапазоне использования в зависимости от рабочей площади концентратора, а именно: от получения горячей воды для бытовых нужд до получения высокопотенциальной энергии перегретого пара.

Солнечная многофункциональная сильноконцентрирующая энергоустановка // 2282799

Изобретение относится к гелиоэнергетике, в частности, к высокоэффективным солнечным сильноконцентрирующим энергетическим установкам. .

Солнечный фотоэлектрический модуль с концентратором // 2282113

Изобретение относится к гелиоэнергетике, в частности к высокоэффективным солнечным энергетическим модулям с концентратором для получения электрической энергии. .

Способ термопреобразования солнечной энергии // 2267061

Изобретение относится к области гелиоэнергетики, а точнее - к преобразованию энергии солнечных лучей в тепловую энергию. .

Гелиоустановка с функцией обеззараживания воды // 2258183

Изобретение относится к солнечной энергетике и может найти применение в гелиоустановках специального назначения, в которых используется только ультрафиолетовая часть солнечного излучения, в установках для обеззараживания воды и в других установках аналогичного назначения.

Биконоидный концентратор излучения // 2224956

Солнечный модуль с концентратором // 2576742

Изобретение относится к гелиотехнике, в частности к солнечным модулям с концентраторами солнечного излучения для получения электричества и тепла. В солнечном модуле с концентратором, имеющем рабочую поверхность, на которую падает солнечное излучение, концентратор и приемник излучения, на рабочей поверхности установлена отклоняющая оптическая система из основных зеркальных отражателей, выполненных в виде жалюзи из плоских зеркальных фацет, на выходе оптической отклоняющей системы установлены дополнительные зеркальные отражатели, углы входа β0, выхода лучей β1 для основных зеркальных отражателей, углы входа лучей β0 и β2 для дополнительных зеркальных отражателей, угол φ и φ1 наклона основных и дополнительных зеркальных отражателей связаны соотношениями, а приемник с шириной А=B·ctgβ1 установлен по ходу лучей β1, β2 в плоскости, перпендикулярной к плоскости выхода лучей, где В - ширина оптической отклоняющей системы. В результате использования предлагаемого солнечного модуля повышается удельная мощность приемника. 11 з.п. ф-лы, 11 ил., 1 табл.