RU2206837C2 - Солнечный модуль с концентратором (варианты) - Google Patents
Солнечный модуль с концентратором (варианты) Download PDFInfo
- Publication number
- RU2206837C2 RU2206837C2 RU2001101638/06A RU2001101638A RU2206837C2 RU 2206837 C2 RU2206837 C2 RU 2206837C2 RU 2001101638/06 A RU2001101638/06 A RU 2001101638/06A RU 2001101638 A RU2001101638 A RU 2001101638A RU 2206837 C2 RU2206837 C2 RU 2206837C2
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- reflector
- additional
- axis
- main
- cylindrical
- Prior art date
Links
Images
Classifications
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F24—HEATING; RANGES; VENTILATING
- F24S—SOLAR HEAT COLLECTORS; SOLAR HEAT SYSTEMS
- F24S23/00—Arrangements for concentrating solar-rays for solar heat collectors
- F24S23/70—Arrangements for concentrating solar-rays for solar heat collectors with reflectors
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F24—HEATING; RANGES; VENTILATING
- F24S—SOLAR HEAT COLLECTORS; SOLAR HEAT SYSTEMS
- F24S23/00—Arrangements for concentrating solar-rays for solar heat collectors
- F24S23/70—Arrangements for concentrating solar-rays for solar heat collectors with reflectors
- F24S23/80—Arrangements for concentrating solar-rays for solar heat collectors with reflectors having discontinuous faces
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E10/00—Energy generation through renewable energy sources
- Y02E10/40—Solar thermal energy, e.g. solar towers
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- Sustainable Development (AREA)
- Sustainable Energy (AREA)
- Thermal Sciences (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Combustion & Propulsion (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- General Engineering & Computer Science (AREA)
- Photovoltaic Devices (AREA)
- Optical Elements Other Than Lenses (AREA)
Abstract
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. 3 с. и 21 з.п. ф-лы, 8 ил.
Description
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 α соотношением Kгеом = 1/sinα, при α = 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°-φ, где φ - широта местности, при горизонтальном расположении солнечного модуля и под углом 113,5°-δ - при вертикальном расположении модуля, где δ - апертурный угол концентратора.
В другом варианте исполнения фокальная плоскость параболоцилиндрического отражателя наклонена к горизонтальной плоскости под углом 66,5°-φ 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.
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 δ, 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 β.
Угол β может изменяться в пределах от β1 = 113,75°-φ до β2 = 66,25°-φ+δ. В первом случае β1 фокальная плоскость 4 параболоцилиндрического концентратора 1 направлена на положение Солнца 22 июня (летнее солнцестояние), во втором случае β2 - 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 O1 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 γ наклона фокальной плоскости 4 параболоцилиндрического концентратора 1 к горизонтальной плоскости изменяется от γ1 = 66,25°-φ до γ2 = 113,75°-φ-δ. Угол γ1 соответствует ориентации фокальной плоскости на положение Солнца 22 декабря и угол γ2 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 γ, где γ имеет значения от γ1 = 66,25°-φ до γ2 = 113,75°-φ-δ.
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 δ на приемнике 2. Солнечное излучение 22 июня концентрируется на фокальной оси 3. По мере уменьшения склонения Солнца в пределах апертурного угла δ 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 = 365δ/94, где Т0 - количество дней работы, а δ - 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(2δ).
Для δ° = 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.
Kгеом = D/d = 8/1-cos(2δ).
Для δ° = 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 φ = 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 δ = 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.
Claims (24)
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.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2001101638/06A RU2206837C2 (ru) | 2001-01-19 | 2001-01-19 | Солнечный модуль с концентратором (варианты) |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2001101638/06A RU2206837C2 (ru) | 2001-01-19 | 2001-01-19 | Солнечный модуль с концентратором (варианты) |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2001101638A RU2001101638A (ru) | 2003-01-27 |
RU2206837C2 true RU2206837C2 (ru) | 2003-06-20 |
Family
ID=29209238
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2001101638/06A RU2206837C2 (ru) | 2001-01-19 | 2001-01-19 | Солнечный модуль с концентратором (варианты) |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2206837C2 (ru) |
Cited By (7)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN101839564A (zh) * | 2010-04-21 | 2010-09-22 | 东南大学 | 采用半边复合抛物面聚光装置的挂壁式集热器 |
RU2488915C2 (ru) * | 2011-06-07 | 2013-07-27 | Российская академия сельскохозяйственных наук Государственное научное учреждение Всероссийский научно-исследовательский институт электрификации сельского хозяйства Российской академии сельскохозяйственных наук (ГНУ ВИЭСХ Россельхозакадемии) | Солнечный концентраторный модуль (варианты) |
RU2576752C2 (ru) * | 2014-05-19 | 2016-03-10 | Федеральное государственное бюджетное научное учреждение "Всероссийский научно-исследовательский институт электрификации сельского хозяйства"(ФГБНУ ВИЭСХ) | Солнечный модуль с концентратором |
RU2591747C2 (ru) * | 2014-11-27 | 2016-07-20 | Федеральное государственное бюджетное научное Учреждение Всероссийский научно-исследовательский институт электрификации сельского хозяйства (ФГБНУ ВИЭСХ) | Теплофотоэлектрический модуль с параболоцилиндрическим концентратором солнечного излучения и способ его изготовления |
RU2615242C2 (ru) * | 2015-05-20 | 2017-04-04 | Федеральное государственное бюджетное научное учреждение Федеральный научный агроинженерный центр ВИМ (ФГБНУ ФНАЦ ВИМ) | Солнечный модуль с асимметричным параболоцилиндрическим концентратором солнечного излучения |
RU2670180C1 (ru) * | 2017-05-23 | 2018-10-18 | Федеральное государственное бюджетное научное учреждение Федеральный научный агроинженерный центр ВИМ (ФГБНУ ФНАЦ ВИМ) | Солнечный модуль с асимметричным параболоцилиндрическим концентратором и фотоприемником с треугольным профилем |
WO2022076593A1 (en) * | 2020-10-06 | 2022-04-14 | The Regents Of The University Of California | Nonimaging asymmetric shadeless collector |
-
2001
- 2001-01-19 RU RU2001101638/06A patent/RU2206837C2/ru not_active IP Right Cessation
Non-Patent Citations (1)
Title |
---|
EDMOND I. Solar Energy Materials, 1990, № 21, p.173-190. * |
Cited By (7)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN101839564A (zh) * | 2010-04-21 | 2010-09-22 | 东南大学 | 采用半边复合抛物面聚光装置的挂壁式集热器 |
RU2488915C2 (ru) * | 2011-06-07 | 2013-07-27 | Российская академия сельскохозяйственных наук Государственное научное учреждение Всероссийский научно-исследовательский институт электрификации сельского хозяйства Российской академии сельскохозяйственных наук (ГНУ ВИЭСХ Россельхозакадемии) | Солнечный концентраторный модуль (варианты) |
RU2576752C2 (ru) * | 2014-05-19 | 2016-03-10 | Федеральное государственное бюджетное научное учреждение "Всероссийский научно-исследовательский институт электрификации сельского хозяйства"(ФГБНУ ВИЭСХ) | Солнечный модуль с концентратором |
RU2591747C2 (ru) * | 2014-11-27 | 2016-07-20 | Федеральное государственное бюджетное научное Учреждение Всероссийский научно-исследовательский институт электрификации сельского хозяйства (ФГБНУ ВИЭСХ) | Теплофотоэлектрический модуль с параболоцилиндрическим концентратором солнечного излучения и способ его изготовления |
RU2615242C2 (ru) * | 2015-05-20 | 2017-04-04 | Федеральное государственное бюджетное научное учреждение Федеральный научный агроинженерный центр ВИМ (ФГБНУ ФНАЦ ВИМ) | Солнечный модуль с асимметричным параболоцилиндрическим концентратором солнечного излучения |
RU2670180C1 (ru) * | 2017-05-23 | 2018-10-18 | Федеральное государственное бюджетное научное учреждение Федеральный научный агроинженерный центр ВИМ (ФГБНУ ФНАЦ ВИМ) | Солнечный модуль с асимметричным параболоцилиндрическим концентратором и фотоприемником с треугольным профилем |
WO2022076593A1 (en) * | 2020-10-06 | 2022-04-14 | The Regents Of The University Of California | Nonimaging asymmetric shadeless collector |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US20100218807A1 (en) | 1-dimensional concentrated photovoltaic systems | |
AU2011242409B2 (en) | A solar energy collector system | |
US20140182578A1 (en) | Solar concentrators, method of manufacturing and uses thereof | |
JP2008523593A5 (ru) | ||
WO2009105268A2 (en) | Reflector-solar receiver assembly and solar module | |
WO2012122541A2 (en) | Beam-forming concentrating solar thermal array power systems | |
US4230094A (en) | Solar concentrator | |
US4150663A (en) | Solar energy collector and concentrator | |
US20100043777A1 (en) | Solar collector system | |
WO2018083506A1 (en) | Concentrating solar system of 3 suns for the simultaneous production of electrical, cooling and thermal energy for buildings | |
RU2303205C1 (ru) | Солнечная энергетическая установка (варианты) | |
Tripanagnostopoulos | New designs of building integrated solar energy systems | |
US8474445B2 (en) | Concentrating solar energy device | |
RU2206837C2 (ru) | Солнечный модуль с концентратором (варианты) | |
RU2172903C1 (ru) | Солнечный модуль с концентратом | |
CN115603657B (zh) | 非追踪低倍率聚光太阳能发电装置及设计方法 | |
RU2225966C1 (ru) | Солнечный модуль с концентратором (варианты) | |
RU2225965C1 (ru) | Солнечный модуль с концентратором | |
US4444176A (en) | Solar energy collector | |
Imadojemu | Concentrating parabolic collectors: A patent survey | |
RU2172451C1 (ru) | Солнечный модуль с концентратором (варианты) | |
US4495938A (en) | Solar energy collector | |
JP2011129847A (ja) | 反射集光型太陽発電モジュール | |
US4297988A (en) | Solar energy collector | |
EP3403031B1 (en) | Optimized static radiation collector |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20100120 |