Концентратор солнечной энергии

(57) Использовпреобразованиеность изобретенверхности имеерассчитываемыйпоток излучениянию концентратоного отраженияконцентрации вповерхности фот2 ил. единение М,Евдокиров и Д.ойнер А.А.их концентН, 1977. 1965, МЗ -вращения, работающий на принципе собирания однократно отраженных лучей в фокальной плоскости, где располагается приемник-преобразователь излучения,Основной недостаток таких концентраторов, используемых для преобразования солнечной энергии в электрическую с помощью полупроводниковых фотопреобразователей, состоит и в неравномерном распределении интенсивности освещения в фокальном пятне, т.к, при этом фотопреобрэзователь снижает свой КПД по сравнению с преобразованием обычного неконцентрированного солнечного потока.Цельюизобретения является повышение эффективности работы фотопреобразователей с зеркальными концентраторами солнечной энергии на 15-20 за счет создаия концентратора с равномерным распреелением освещенности в фокальном:Изобретение касается преобэнергии излучения, в частностирического преобразованил солнегии.Известны зеркальные концентраторы солнечного излучения, представляющие тело вращения в виде сферы или параболоидэ, работающие по принципу собирания отраженных лучей в фокальной плоскости, где располагаетсл приемник-преобразователь излученил.Известен зеркальной концентратор солнечного излучения, который по принципу отражения излучения от двух зеркал; вогнутое параболоидное зеркало направляет отраженные лучи на выпуклое гиперолоидное зеркало, а то - на приемник-преобразователь излучения.Известен также концентратор солнечного излучения типа "Фокон" с зеркальной внутренней поверхностью отражения, образующейся вращением параболы, ось которой составляет некоторый угол с осью разования фотоэлектчной энерн д и тэвленная цель достигается тем, что рэтор солнечного излучения, предон ГОСУДАРСТВЕННОЕ ПАТЕНТНОЕВЕДОМСТВО СССРГОСПАТЕНТ СССР)(56) Зхидов Р,А., Умаров Г,Я ВТеория и расчет гелиотехническрирующих систем. Ташкент, ФАБаранов В.С, Гелиотехника,4, с.22 - 26. СОЛНЕЧНОИ ЭНЕР- ние: фотоэлектрическое солнечной энергии. Сущя; форма отражающей пот специальный профиль, по формуле, при котором параллельный оси вращера, в результате однократдает одинаковую степень каждой точке на рабочей опреобрэзователя. 1 табл., 1794254ставляющий тело вращения с зеркальной внутренней поверхностью отражения, работающий по принципу собирания отраженных лучей в фокальной плоскости, где расположен приемник-преобразователь излу чения, причем форма отражающей поверхности концентратора у(х) определяется соответствующей условию равномерной освещенности поверхности приемника, выраженному системой уравнений: . 10хбх ,К 1, г бх 12+ 2 у бхуб 7бу х-г бугде у - координата точки на оси вращения концентратора;х - радиус сечения поверхности концентратора плоскостью, перпендикулярной оси вращения, в точке у;а - координата точки падения светового 20 луча на фокальную плоскость;бу, бх, бг - дифференциалы соответствующих переменных у, х, г;К - концентрация излучения на поверхности приемника, определяемую отношени,э ем входной площади Явх, ограниченной радиусом В = Хввх, к выходной площади Явцх, расположенной в фокальной плоскости и ограниченной радиусом г =- хь,Й, г - максимальный и минимальный Э 0 радиусы сечений концентратора,Концентратор в результате однократного отражения дает одинаковую степень концентрации излучения в каждой точке фокального пятна. Степень концентрации К З 5 определяется отношением площади освещаемого на концентраторе элементарного кольца радиусом х и толщиной бх, к площади соответствующего ему светового кольца на фокальной плоскости радиусом г и шири ной бл, т.е.х бх- К - 1 = сопзтбУсловие зеркального отражения лучейот поверхности концентратора описываетсяуравнение:( б )22 .бх. 1 рбу х 2 буТаким образом, система уравнений (1) и (2) обьединяет все признаки работы и определяет требуемую форму поверхности кон центратора у(х),1Определяемая уравнениями (1) и (2) форма отражающей поверхности концентратора создает равномерный поток отраженного солнечного излучения в фокальном пятне, который формирует равномерный поток в фотопреобрэзовэтеле, уменьшая суммарное сопротивление растекания электрического тока в базовом слое и увеличивая эффективность (КПД) преобразования солнечного излучения в электрическую энергию.На фиг.1 изображен предлагаемый концентратор; на фиг,2 - вольтамперные характеристики фотопреобразователя с концентраторами типа "фокон" (кривая ) и предлагаемой концентрации (кривая ).На фиг.1 обозначены. 1 - концентратор;2 - фотопреобразователь; бу - проекция толщины элементарного кольца освещаемой поверхности концентратора на оси у; бх - проекция толщины элементарного кольца освещаемой поверхности концентратора на оси х; Й. г - радиусы входного отверстия концентратора й = хввх и выходного отверстия концентратора (фокального пятна) г = хпи, где площадь входного отверстия вьчисляется по формуле Явх =л В; а выходного отверстия Явых =7 г г,2Для изготовления концентратора с К =10 и радиусом выходного отверстия (фокального пятна) г = 5 мм, радиус входного отверстия Й определяется из соотношенияЯвх ЛБ2К - , Промежуточные значеЯвых и г 2ния координат х, у профиля отражающей поверхности концентратора, представленных в таблице, определяются на основании решения системы уравнений (1) и (2).Концентратор работает следующим образом.Равномерный поток солнечного излучения, параллельный оси вращения концентратора 1 (фиг.1) в результате однократного отражения от каждого элементарного кольца радиусом х и толщинойу концентрируется на поверхности фотопреобразователя 2 в соответствующем кольце радиусом и шириной на основании условий равномерного распределения освещенности в фокальном пятне, которые описываются уравнениями (1) и (2),Преимущество изобретения показано на примере работы системы концентратор - фотопреобразователь (схема которой представлена на фиг,1) под имитатором солнечного излучения в условиях АМО при температуре нагрева фотопреобразователя 40 С. Из сопоставления вольтамперных характеристик, приведенных на фиг,2, видно, что электрическая мощность в рабочей точке вольтамперной характеристики фотопреобразователя с новой конструкцией концентратора (кривая ) оказывается на1794254 20, выше, чем мощность в рабочей точке вольтамперной характеристики того же фотопреобраэователя с концентратором типа "Фокон" (кривая 11). Значения координат х, образующие необходимые для иэготовле хбхОх р + 2 у бх еб 2 бу х 2 бу Координаты профиля отражающей поверхности предлагаемого концентратора изготовленного на станках с ЧПУ.,ммх,мм 15,5863 15,7470 15,4247 15,9069 Формула изобретения Концентратор солнечного излучения, выполненный в виде тела вращения с зеркальной внутренней поверхностью отражения и приемника-преобразователя излучения, расположенного в фокальной плоскости, о тл и ч а ю щ и й с я тем, что, с целью повышения эффективности в работе путем равномерного распределения отраженного излучения на поверхности приемника-преобразователя, форма отражающей поверхности концентратора уХ) определяется системой уравнений ния концентраторов на станках с ЧПУ, рассчитанные по приведенным формулам для К = 10, диаметром фокального пятна, равным 10 мм, приведены в таблице.5 1 О где у - координата точки на оси вращенияконцентратора;х - радиус сечений поверхности концентратора плоскостью, перпендикулярной осивращения, в точке у;15 г - координата точки падения световоголуча на фокальную плоскость;бх, бу, б - дифференциалы соответствующих переменных х, у, ;К - концентрация излучения на поверх ности приемника, определяемая отношением входной площади Зох, ограниченнойрадиусом Й = Хмакс к выходной площадиЯвых, расположенной в фокальной плоскости и ограниченной радиусом г- Хмин, 25 й и г - максимальный и минимальныйрадиусы сечений концентратора,( г Заказ 533 Тираж ВНИИПИ Государственного комит 113035, МоскаПсдписноепо изобретениям и открытиям при ГКНТ СС