Выбор оптимального параметрического угла

Выбор параметрического утла для проектирования стационарных концентраторов определяет годовую выработку энергии таким концентратором. Рисунок 6.7 иллюстрирует работу стационарного концентратора.

Рис. 6.7. Схема работы стационарного параболоцилиндрического концентратора при параметрическом угле у > б.

Стационарный параболоцилиндрический концентратор установлен плоскостью миделя под углом к географической широте местности Ф к горизонту. Траектории видимого движения Солнца обозначены: для лета «Л», для дней равноденствия «О», для зимы «3», и определяются углами ±5. Параметрический угол концентратора обозначен через ±у. Плоскость с угловыми координатами +у пересекает плоскость летней траектории Солнца в точках а, а_х. Время светового дня определяется т_сд, а время работы концентратора определяется временем, когда солнечное излучение приходит в пределах угла у по траектории а—с_г—а_х т. е. углом т_к. Если бы у = 5, то солнечное излучение попадало бы в концентратор на короткое время в пределах точки с_х Поэтому для стационарных концентраторов этого типа у должно быть больше.

5. На рис. 6.8 приведен график сезонного изменения концентрации U-образного стационарного концентратора при постоянных параметрических углах а: при уменьшении, а концентрация увеличивается, характер изменения для всех углов, а одинаков, но при этом увеличение концентрации не означает увеличение выработки энергии из-за энергетических провалов. Оптимальная выработка в году должна учитывать эти оба фактора.

Рис. 6.8. Сезонное изменение концентрации при параметрических углах:

1 — 30°; 2 — 26°; 3 — 23,5°; 4 — 22°.

Из рис. 6.9 видно, что при годовом использовании концентратора в течение ряда дней, в которые 5 а, стационарный U-образный симметричный концентратор вообще остается неработоспособным. Это наблюдается при условии, если, а < 23,5°, а при, а = 23,5° он работает очень короткое время.

Рис. 6.9. Относительные годовые выработки энергии концентраторами с различными параметрическими углами:

1 — а = 23,5°, Р = 23,5°; 2 — а = 27,5°, Р = 23,5°; 3 — а = 27,5°, Р = 27,5°.

В результате моделирования было определено^[1], что максимальная выработка энергии в течение года приходится на стационарный концентратор с углом раскрытия а = 27,5°. В этом случае выработка энергии больше по сравнению с выработкой энергии стационарным концентратором с углом раскрытия а = 23,5° на 9%. Коэффициент геометрической концентрации такого профиля К_г0 = 2,96.

На рис. 6.9 приведены графики относительной годовой выработки концентраторов оптимальной конструкции и с другими параметрическими углами. Геометрическая концентрация для оптимального профиля создает концентрацию К_л = 3,43, причем увеличение суммарной выработки энергии на 38% по сравнению с концентратором при угле раскрытия а = 27,5° (3 = 27,5°), или в 1,5 раза по сравнению с концентратором при угле раскрытия а = 23,5° (3 = 23,5°).

На рис. 6.10 и 6.11 показан принцип формирования концентратора с оптимальными параметрами. Солнечный модуль состоит из приемника излучения 1 с двусторонней рабочей поверхностью 2 и стационарного параболоцилиндрического концентратора 3, имеющего в поперечном сечении две параболические ветви АО_х и В0₂, развернутые вокруг оптического фокуса F на углы а, и воспринимающую поверхность излучения шириной D_b равной расстоянию между точками касания, А и В к ветвям парабол АО_: и В0₂ касательных 4 и 5, расположенных под углами, а к плоскости симметрии 6 концентратора 3. Концентратор 3 содержит дополнительные участки ветвей парабол ДА' и ВВ', расположенных от точек касания, А и В касательных 4 и 5, расположенных под углами, а к плоскости симметрии 6 концентратора 3, до точек касания А' и В' касательных 7 и 8, расположенных под углами 3 к плоскости симметрии 6 концентратора 3, причем 3 < ос, с шириной воспринимающей поверхности D₂, причем D₂ > D_v

Рис. 6.10. Принципы формирования оптимального профиля для стационарного U-образного концентратора: параметрический угол 27,5°, стенки продолжены до образования угла 23,5° с осью симметрии (пример для концентратора с приемником излучения OF = 100 мм).

Рис. 6.11. Солнечный модуль с оптимальным концентратором:

• 1 — приемник излучения с двусторонней рабочей поверхностью;
• 2, 3 — параболоцилиндрические отражающие поверхности; 4, 5 — касательные плоскости к поверхностям 3 с параметрическим углом, а = 27,5°; 6 — плоскость симметрии концентратора; 7, 8 — касательные плоскости с углом (1 = 23,5°

Определение длины приемника излучения для стационарных концентраторов

Максимальное расстояние ДL приемника излучения от края концентратора следует определять для летнего солнцестояния, при котором солнечное излучение стационарного параболоцилиндрического концентратора собрано в виде световой полосы на верхнем крае приемника излучения. Следует иметь в виду, что продольные дефокусировки в этом типе концентраторов приводят только к продольному перемещению световой полосы вдоль фокальной линии в течении дня. Расстояние Д1 от края концентратора до края приемника определится как AL = Rtg (T_K/2), где т_к — в угловых величинах; Я — полуширина концентратора. Более подробно этот вопрос рассмотрен в параграфе 6.4.

• [1] Патент РФ № 2 252 372. Солнечный модуль со стационарным концентратором /П. П. Литвинов, Э. В. Тверьянович // БИ. 2005. № 14; Литвинов П. Л, Стребков Д. С., Тверъянович Э. В. Оптимизация параметров U-образных стационарных концентраторовдля фотоэлектрических модулей // Гелиотехника. 2004. № 3. С. 52—56.