Nothing Special   »   [go: up one dir, main page]

RU2206837C2 - Солнечный модуль с концентратором (варианты) - Google Patents

Солнечный модуль с концентратором (варианты) Download PDF

Info

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
Application number
RU2001101638/06A
Other languages
English (en)
Other versions
RU2001101638A (ru
Inventor
Д.С. Стребков
П.П. Безруких
Э.В. Тверьянович
Original Assignee
Стребков Дмитрий Семенович
Безруких Павел Павлович
Тверьянович Эдуард Владимирович
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Стребков Дмитрий Семенович, Безруких Павел Павлович, Тверьянович Эдуард Владимирович filed Critical Стребков Дмитрий Семенович
Priority to RU2001101638/06A priority Critical patent/RU2206837C2/ru
Publication of RU2001101638A publication Critical patent/RU2001101638A/ru
Application granted granted Critical
Publication of RU2206837C2 publication Critical patent/RU2206837C2/ru

Links

Images

Classifications

    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F24HEATING; RANGES; VENTILATING
    • F24SSOLAR HEAT COLLECTORS; SOLAR HEAT SYSTEMS
    • F24S23/00Arrangements for concentrating solar-rays for solar heat collectors
    • F24S23/70Arrangements for concentrating solar-rays for solar heat collectors with reflectors
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F24HEATING; RANGES; VENTILATING
    • F24SSOLAR HEAT COLLECTORS; SOLAR HEAT SYSTEMS
    • F24S23/00Arrangements for concentrating solar-rays for solar heat collectors
    • F24S23/70Arrangements for concentrating solar-rays for solar heat collectors with reflectors
    • F24S23/80Arrangements for concentrating solar-rays for solar heat collectors with reflectors having discontinuous faces
    • YGENERAL 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
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02EREDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E10/00Energy generation through renewable energy sources
    • Y02E10/40Solar 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.
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.
RU2001101638/06A 2001-01-19 2001-01-19 Солнечный модуль с концентратором (варианты) RU2206837C2 (ru)

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)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
EDMOND I. Solar Energy Materials, 1990, № 21, p.173-190. *

Cited By (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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