Симметричные стационарные цилиндрические концентраторы с многоуровневой системой концентрации

Оптические схемы и принцип работы

На рис. 7.31 в солнечном модуле с концентратором каждый дополнительный полуцилиндрический зеркальный отражатель 20 и 21 имеет второй полуцилиндрический зеркальный отражатель 18 с радиусом, равным половине радиуса первого дополнительного зеркального отражателя 20 и 21, все отражатели имеют устройство поворота 16 и 19 вокруг своих осей 24, 25 на 180°. Оси всех полуцилиндрических зеркальных отражателей расположены в плоскости симметрии 14 солнечного модуля. Края приемника излучения 3 совпадают с краями и осями вторых полуцилиндрических зеркальных отражателей 18 в плоскости симметрии 14 солнечного модуля.

Рис. 7.31. Солнечный модуль с симметричным концентратором и двумя ступенями вторичных отражателей (пояснения в тексте).

На рис. 7.32 для увеличения эффективности преобразования солнечной энергии установлено четыре первых дополнительных 20, 21 и четыре вторых дополнительных полуцилиндрических зеркальных отражателя 18. Радиусы первых дополнительных полуцилиндрических зеркальных отражателей 20, 21 составляют одну восьмую от фокусного расстояния OF солнечного модуля. Радиусы вторых дополнительных зеркальных полуцилиндрических отражателей 18 в два раза меньше, чем радиус первых дополнительных параболоцилиндрических отражателей 20 и 21. Верхние два первых 20, 21 и два вторых 18 полуцилиндрических зеркальных отражателя ориентированы в противоположную сторону по отношению к нижним двум первым и вторым дополнительным полуцилиндрическим зеркальным отражателям 18. Все восемь дополнительных первых и вторых зеркальных отражателей имеют устройства 16 и 19 для поворота на 180°. Приемник 3 излучения с двусторонней рабочей поверхностью выполнен из нескольких частей, установленных между осями 24, 25 и ветвями вторых зеркальных полуцилиндрических отражателей 18.

Рис. 732. Солнечный модуль с симметричным концентратором и четырьмя S-образными вторичными цилиндрическими отражателями.

На рис. 7.33 показан ход лучей и положение дополнительных зеркальных отражателей в солнечном модуле при разном положении Солнца.

При прохождении полосы концентрированного солнечного излучения через середину фокусного расстояния OF модуля изменяют положение всех четырех первых дополнительных зеркальных полуцилиндрических отражателей 20 путем их вращения на 180° (рис. 7.33, а — г).

Расчетные параметры модулей конкретного применения

Солнечный модуль для установки в г. Петрозаводске состоит из двух полупараболоцилиндрических зеркальных отражателей 1, 2 с апертурным углом А_г = А₂ = 36° каждый, угол между плоскостями симметрии составляет, А = 36° (см. рис. 7.32). Плоскость симметрии 14 нижнего полупараболоцилиндрического отражателя 1 ориентирована на юг и наклонена к горизонтальной плоскости 9 под углом 0_а = К₂ = - 52°, верхнего отражателя — под углом 0₂ = К_г = 16°.

Рис. 7.33. Принцип работы солнечного модуля, представленного на рис. 7.32.

Плоскость симметрии 14 наклонена к горизонтальной плоскости 9 под углом К_х = А/2 = 34°. Размеры модуля: ширина 3,1 м, длина 5,0 м, высота 2,8 м. Фокусное расстояние OF = 0,66 м, радиусы S-образных дополнительных полуцилиндрических отражателей (20 и 21) 0,165 м, радиусы вторых дополнительных полуцилиндрических зеркальных отражателей 18 — 0,0825 м, размеры приемника 3 — 0,165×5 м. Коэффициент геометрической концентрации — 18. Продолжительность работы в стационарном режиме — 9 мес.

Использование рассмотренных конструкций солнечного модуля со стационарными концентраторами позволяет увеличить коэффициент геометрической концентрации, правда при этом возрастает количество отражений, возникают проблемы с затенением вторичными зеркалами падающего и отраженного потоков, влияние на затенение кронштейнов, удерживающих вторичные отражатели. Тем не менее данные типы концентраторов при стационарном режиме дают принципиально высокие степени концентрации и представляют интерес для дальнейших исследований.

Выводы по главе 7

Рассмотрены различные варианты цилиндрических концентраторов со вторичными отражателями, позволяющие повысить концентрацию стационарных модулей.

Показан блок-модуль пиковой мощностью 600 Вт, блок прошел испытания, в результате которых были уточнены проблемы, возникающие при создании таких модулей, а именно многократное отражение, затенение и блокировка светового потока вторичными отражателями, необходимость защиты от загрязнения. Тем не менее подобный тип концентраторов представляет принципиальный интерес ввиду возможности повышения концентрации для стационарных модулей.

Представлены тепловые и фотоэлектрические модули на основе со-образных стационарных концентраторов. Большим преимуществом модулей является их компактность (толщина -100 мм) и надежность работы при угловых дефокусировках как по зениту, так и по азимуту. Для фотоэлектрических модулей необходима принудительная система охлаждения.

Для тепловых модулей получены более высокие температуры теплоносителя.