Пример расчетных характеристик

Принимаем каждую панель размером 6×5 м, состоящую из 30 модулей размером 1×1 м, линзы Френеля пленочные, наклеенные на защитное стекло с внутренней стороны модулей, имеют светопропускание 0,9 совместно со стеклом солнечного качества. Линзы Френеля длиннофокусные (диаметр 100×100 мм, фокусное расстояние 400 мм) для обеспечения высокого светопропускания как линз, так и световодов. При шаге рабочего профиля линзы 0,5 мм высота ее профиля составит 0,12 мм, т. е. пленка с нанесенным профилем линзы будет в пределах 0,2—0,3 мм.

Световоды — кварцевые с пропусканием 0,988 на длине 1 м в пределах длин волн от 350 до 2400 нм. Кварцевые световоды выбраны по причине хороших свойств пропускания солнечного концентрированного света^1[1].

Суммарное светопропускание системы может быть записано в виде выражения.

Гафт В. А . Механизм вращения подвижных солнечных установок // Использование солнечной энергии. М.: Изд-во АН СССР, 1957. С. 62—84.

где Xj — светопропускание защитного стекла и линзы Френеля (0,9); х — светопропускание торцов световодов на входе и на выходе (0,96² = = 0,92); х₃— светопропускание световодов при средней длине волокна 6 м (0,988⁶ = 0,93); т₄ — светопоглощение облучаемого участка тепломагистрали (0,95).

Расчетные параметры одного блока модулей:

количество панелей — 2 шт.;

размеры панели — 5×6 м;

количество модулей в панели при размере воспринимающей поверхности 1×1м — 30 шт.;

количество линз Френеля в одном модуле (100×100 мм, фокусное расстояние 400 мм, максимальный угол раскрытия на сторону 7,125°) — 100 шт.;

толщина световода: без оболочки — 0,6 мм, с оболочкой — 0,8 мм;

диаметр жгута световодов от одного модуля — 10 мм;

диаметр жгута от 30 модулей (3000 жил, коэффициент заполнения 0,8) — 50 мм.

Таким образом, жгут от одной панели имеет диаметр 50 мм и облучает участок длины тепломагистрали 200 мм, диаметр которой 200 мм.

Концентрация излучения на кольцевом поясе тепломагистрали составит величину, равную отношению площади всех ЛФ к площади облучаемого пояса:

Такая концентрация является избыточной и может быть уменьшена различными способами: уменьшить размеры панелей, увеличить диаметр тепломагистрали, растянуть длину пояса облучения.

Проведем сравнение полученных параметров с достигнутыми на станции Solar Two и параметрами, которые эксперты считают коммерчески приемлемыми для солнечных станций^[2]. Данные сравнения приведены в табл. 13.1.

Дадим пояснения к параметрам СЭС.

К пункту 2. Эффективность поля концентраторов для башенных станций с гелиостатами предполагает изменение эффективности отражения при разных положениях гелиостатов, для предлагаемой концентрирующей системы СЭС такой проблемы нет, так как оптическая эффективность остается постоянной в течение дня.

К пункту 3. В «башенном варианте» солнечных станций каждый гелиостат (их несколько сотен) работает по собственному закону слежения за получаемой и отражаемой радиацией, что безусловно увеличивает вероятность отказа в системах ориентации, в предлагаемом варианте СЭС все панели осуществляют синхронные одинаковые повороты, что увеличивает надежность систем слежения.

Таблица 13.1

Сравнение параметров солнечных станций.

К пункту 4. Если на плоских отражающих поверхностях достигнута чистота 0,95, то она же может быть обеспечена на плоских защитных стеклах предлагаемых модулей. Остальные оптические поверхности в СЭС находятся в закрытых пространствах и не должны быть подвержены загрязнению путем применения специальных мер, например установкой воздушных фильтров и т. п.

К пункту 5. Приемник излучения в «башенном варианте» станции является открытым, подверженным влиянию естественной конвекции, ветрам, излучению в открытое пространство, в варианте СЭС тепломагистраль установлена в хорошо изолированной наружной трубе, открытые места для облучения концентрированным световым потоком также находятся в замкнутом пространстве и имеют высокую степень поглощения солнечного материала, принятую за 0,95, но она может иметь и более высокие значения.

К пункту 6. Достигнутые значения эффективности теплового аккумулирования должны быть сохранены.

Кроме того, следует отметить, что предлагаемая система концентрации может значительно повысить температуру теплоносителя, так как концентрация излучения может быть 1000 и более крат.

Была собрана экспериментальная установка с линзами Френеля и кварцевыми световодами диаметром 0,8 мм для демонстрации принципов работы (рис. 13.3). Установка выполнена по азимутально-зенитальной схеме и с системой слежения на основе двигателей РД-09. На ней были подтверждены коэффициенты пропускания световодов на уровне 0,988 на 1 м длины.

Рис. 13.3. Экспериментальная установка с линзами Френеля и кварцевыми световодами.

Выводы по главе 13

Предложена концентрирующая солнечное излучение система для нагрева теплоносителя, в которой воспринимающие солнечное излучение панели расположены непосредственно на тепломагистралях.

Предложенная система слежения приспособлена для работы при вращении панелей вокруг тепломагистралей в угловом диапазоне по азимуту 180° и по зениту 90°.

Суммарный оптический КПД превосходит значения, полученные на «башенном варианте» станции Solar Two, а также превосходит значения, которые эксперты считают коммерчески приемлемыми.

Большая часть оптических поверхностей изолирована от внешних атмосферных воздействий.

Все блоки модулей следят за положением Солнца на небосводе идентично.

Концентрация излучения на облучаемых участках тепломагистрали может превышать 1000 крат при высокой степени поглощения излучения.

Тепловые потери теплоносителя могут быть минимизированы при наличии качественной теплоизоляции.

Достоинства системы:

• — значительно уменьшены тепловые потери;
• — увеличена эффективность приемника излучения;
• — возможность получения высококачественной теплоизоляции теплоносителя в надежной системе металлическая «труба в трубе»;
• — эффективность работы системы «линза Френеля — кварцевый световод», проверенная французскими и японскими специалистами;
• — минимальные риски реализации системы при возможном выигрыше в установленной стоимости, например отсутствие башни, увеличение общего КПД системы.

• [1] Cariou J. М., Dugas J. and Martin L. Transport of solar energy with optical fibres // SolarEnergy. 1982. Vol. 29. № 5. P. 397—406.
• [2] Pacheco J. Е., Reilly Н. Е., Kolb G. J., Tyner С. Е. Summary of the Solar Two Test andEvaluation Program.