Призменные концентраторы.
Солнечные электростанции: концентраторы солнечного излучения
Правило знаков в (4.1): если угол между лучом и нормалью образован вращением нормали по часовой стрелке, то «плюс», против часовой стрелки — «минус». Если угол, а < amin, то на передней грани не выдерживается условие полного внутреннего отражения и луч выходит за пределы призмы. На рис. 4.2 при определении угла гт учтена расходимость элементарного солнечного пучка, определяемого в 16'. Рассмотрим… Читать ещё >
Призменные концентраторы. Солнечные электростанции: концентраторы солнечного излучения (реферат, курсовая, диплом, контрольная)
Выбор параметров призменных концентраторов
Призменные концентраторы1 представляют в поперечном сечении призму, имеющую переднюю принимающую грань, заднюю грань с отражающим покрытием, расположенную под углом, а к передней грани, и поверхность выхода концентрированного излучения (рис. 4.1). Работает концентратор следующим образом1[1][2]: излучение падает на переднюю грань под углом i, преломляется, отражается от задней грани и приходит на переднюю грань под углом г3 > гт, где гт — угол полного внутреннего отражения для материала призмы с коэффициентом преломления п.
Рис. 4.1. Схема работы призменного концентратора при разных ориентациях поверхностей выхода излучения (а) и при разных углах i наклона поверхности входа излучения (б).
Для соблюдения этого условия необходимо, чтобы между углами, а и i были определенные соотношения, причем угол, а не должен быть меньше amin при заданном значении коэффициента преломления п и угла i, где.
Правило знаков в (4.1): если угол между лучом и нормалью образован вращением нормали по часовой стрелке, то «плюс», против часовой стрелки — «минус». Если угол, а < amin, то на передней грани не выдерживается условие полного внутреннего отражения и луч выходит за пределы призмы. На рис. 4.2 при определении угла гт учтена расходимость элементарного солнечного пучка, определяемого в 16'.
Рис. 4.2. Зависимость концентрации К от углов падения / при разных значениях коэффициентов преломления п (1,5—1,9) и расположения поверхностей (буквы) по рис. 4.1, б Рассмотрим факторы, влияющие на концентрацию: коэффициент п, угол i и положение поверхности выхода (см. рис. 4.1).
Концентрация излучения:
для положения поверхности выхода А.
для поверхности Б.
для поверхности В.
Построим график зависимости К = ДО для указанных поверхностей выхода значений a > aminH разных величин коэффициента п (рис. 4.2).
Отрицательные утлы г иллюстрируются на рис. 4.1, а. Значения концентрации определены без учета световых потерь внутри призмы и френелевских потерь на передней грани, которые при углах i > 60° значительны.
Рассмотрим подробнее прохождение луча в призменном концентраторе. Для построения его удобно пользоваться методом развертки световода. Метод построен на принципе равенства углов падения и отражения, что позволяет на развертке изобразить исследуемый луч в виде прямой линии от точки входа на передней грани до поверхности выхода (рис. 4.3).
Рис. 4.3. Построение траектории луча в призменном концентраторе методом развертки.
Точки пересечения луча с гранями развертки переносятся на грани призменного концентратора и получают траекторию луча. Рассмотрим лучи Jlj и Л2, приходящие в точки, а и а' поверхности выхода. Они разбивают переднюю грань на зоны I, И, III, IV. В зависимости от угла, а число их может быть большим, чем в рассматриваемом случае. В пределах одной зоны характер распространения луча, его направление, количество отражений от передней и задней граней остаются постоянными, изменяется только точка встречи с выходной поверхностью.
Углы в точках встреч луча с гранями.
где г2 — угол, соответствующий встрече с порядковым номером z; z — число встреч луча с переотражающими гранями (z = 1 при входе на передней грани).
Например для луча Л4 углы в точках 1, 2, 3 и т. д. равны: г3; г2 = = г, + а; г3 = Г] + 2а и т. д.
Определим углы встречи лучей с поверхностями выхода, имеющими расположение А, Б, В (рис. 4.1, а). Для всех случаев справедлива формула, если луч пришел на поверхность выхода от задней грани:
где (3 — угол между передней гранью и поверхностью выхода; rz — последний угол падения луча на переотражающую грань перед поверхностью выхода.
Если луч пришел от передней грани, то для случаев, А и Б справедливо выражение гВЬ1Х = (3 — г2, для случая В гВЬ1Х = rz — (3.
Значения углов гвых от разных зон часто превышают углы полного внутреннего отражения, поэтому СЭ должны иметь «оптический контакт» с поверхностью выхода.