Параметры поля стационарных концентраторов

Выбор угла установки плоскости миделя стационарных концентраторов

Кроме выбора оптимального значения параметрического угла следует учитывать угол установки плоскости миделя к горизонту: угол установки s, равный углу широты местности ф, не всегда гарантирует максимум прихода энергии^[1]. Этот известный факт для тепловых коллекторов в случае для стационарных концентраторов дает другие значения оптимальных углов отклонения с учетом влияния параметрических углов. Углы отклонения от широты местности (ф — 5) для различных широт приведены в табл. 6.3, при этом выигрыш в вырабатываемой энергии Д? в процентах определен в сравнении, когда ф — s = 0, т. е. угол установки равен углу широты местности ф.

Таким образом, угол отклонения и величина дополнительной выработки энергии стационарным концентратором для более высоких широт (50—60°) оказывается выше, чем для более низких широт (40—45°).

Работа U-образных концентраторов в пределах многомодульных установок (поля концентраторов)

В сравнительно мощных установках и солнечных электростанциях модульного типа концентраторы устанавливаются в ряды (рис. 6.12). При этом если стационарные U-образные концентраторы ориентированы на юг, то под влиянием так называемого краевого эффекта не все солнечные лучи, отражаемые от концентратора, будут попадать на приемник солнечного излучения и, как следствие, не все концентраторы ряда будут вырабатывать свою расчетную мощность. Вырабатываемая мощность модуля будет зависеть от часового угла. Для уменьшения потерь энергии, вызванных «краевым эффектом», в торцах концентраторов устанавливается добавленное отражающее покрытие. Кроме того, далеко не всегда удается расположить ряды на разных уровнях, используя естественные склоны или элементы конструкции^[2]. Если ряды концентраторов расположены на одном уровне, то при определенном значении высоты Солнца, начиная со второго ряда и далее, концентраторы будут затеняться предыдущим рядом. Ввиду этого необходимо оптимизировать длину добавленного отражающего покрытия концентратора и расстояние между рядами концентраторов.

Таблица 6.3

Дополнительная выработка энергии при отклонении от угла широты местности для стационарных концентраторов.

Примечание. Р — прозрачность атмосферы в летний и зимний периоды.

Рис. 6.12. Поле стационарных концентраторов:

D — расстояние между концентраторами; d — ширина концентратора; I — добавленная длина приемника L

Рассмотрим работу установки, состоящей из рядов U-образных параболоцилиндрических стационарных концентраторов солнечного излучения с южной ориентацией. Произвольный луч, приходящий на поверхность концентратора, разложим на две векторные составляющие: на вектор луча в горизонтальной плоскости и на вектор луча в вертикальной плоскости. При этом горизонтальная составляющая луча определяет длину добавленного бокового отражающего покрытия, а вертикальная составляющая луча — расстояние между рядами коллекторов.

Луч, приходящий на приемник солнечного излучения, в пространстве описывается двумя углами — углом высоты Солнца h₀ и часовым углом 0).

Эти утлы находятся в строгой геометрической зависимости, определяемой выражением.

где 8 — склонение Солнца, а со — часовой угол.

Выражение (6.18) представляет собой функцию зависимости h₀(со). Таким образом, оптимизация длины добавленного бокового покрытия I тесно связана с оптимизацией расстояния между рядами коллекторов D и должна рассматриваться как единая задача.

Рассмотрим данную задачу для трех городов России: Петрозаводска, Москвы и Астрахани. Месячные суммы суммарной солнечной радиации Е для этих городов, приходящие на горизонтальную, вертикальную и наклонную поверхности, приведены в табл. 6.4.

Весь дальнейший расчет представлен для единичного модуля (или бокового модуля ряда) длиной 1 м, т. е. без учета остальных модулей ряда, что ведет к некоторому увеличению расчетных потерь производительности ряда в целом, поскольку для не бокового модуля ряда соседние концентраторы будут играть ту же роль, что и добавленное отражающее покрытие для бокового концентратора.

По результатам расчета построен график зависимости потерь энергопроизводительности от относительной длины отражающего покрытия для различных широт рассматриваемых городов (рис. 6.13).

Исходя из принятого значения потерь энергопроизводительности, равного 10% от суммарного поступления солнечной радиации на приемник, ведем расчет оптимального относительного расстояния между рядами модулей D, выраженного в относительных единицах, равных отношению расстояния D к ширине по миделю концентратора d.

Расчет оптимального расстояния между рядами модулей D/d со стационарными концентраторами ведем по формуле (6.18) для среднего значения склонения Солнца, т. е. при 8 = 0°. Это объясняется симметричным графиком изменения склонения Солнца в течение года. Таким образом, имеем:

Таблица 6.4

Месячные суммы солнечной радиации Е, приходящие на горизонтальную, вертикальную и наклонную поверхности.

Рис. 6.13. Теоретическая кривая зависимости потерь энергопроизводительности одного модуля от относительной длины бокового отражающего покрытия

С другой стороны, по теореме синусов.

Решение системы уравнений (6.19) и (6.20) для рассматриваемых городов представлено на рис. 6.14. Как показали результаты расчета, относительное расстояние D/d между рядами модулей с концентраторами для Петрозаводска, Москвы и Астрахани равны соответственно D/d = 3,3; 2,9; 2,6.

Рис. 6.14. Зависимость относительного расстояния Did между рядами стационарных концентраторов от географической широты местности при принятых потерях затенения 10%.

• [1] Кивалов С. Н. и др. Выбор стационарного угла наклона гелиоустановок для обеспечения наибольшей выработки энергии в течение года // Гелиотехника. 2003. № 1.С. 38—44.
• [2] Стребков Д. С., Тверьянович Э. В., Беленое А. Т., Литвинов П. П. Солнечный фотоэлектрический модуль с симметричным фацетным концентратором.
• [3] Стребков Д. С., Тверьянович Э. В., Беленое А. Т., Литвинов П. П. Солнечный фотоэлектрический модуль с симметричным фацетным концентратором.