Модуль на основе призменного концентратора с зеркалом Френеля

Схема фотоэлектрического модуля с призменным концентратором на основе зеркала Френеля^[1] изображена на рис. 4.15. Работает модуль следующим образом: излучение проходит прозрачное покрытие 1, жидкость, заполняющую внутреннюю полость 2, попадает на зеркало Френеля 4, рабочие грани которого обеспечивают отражение излучения от входной поверхности 1 под углом полного внутреннего отражения и попадание на СЭ, установленный на тыльной поверхности модуля. Расположение СЭ непосредственно в жидкости обеспечивает надежное его охлаждение.

На рис. 4.16 приведен макет модуля. Его характеристики: диаметр описанной окружности шестигранника 260 мм, толщина 20 мм, диаметр СЭ 50 мм, рабочая площадь зеркала Френеля 285 см², жидкость — кремнийорганическая, концентрация излучения 14,5, электрическая мощность при КПД СЭ 12% — 2,9 Вт.

Рис. 4.15. Схема работы призменного концентратора на основе зеркала Френеля (пояснения в тексте).

Рис. 4.16. Макетный образец модуля на призменном концентраторе с зеркалом Френеля.

Исследование модуля на основе V-образного призменного концентратора

Небольшие и сравнительно равномерные концентрации на поверхности выхода позволяют осуществить пассивный отвод тепла от СЭ за счет тыльной металлической подложки, с которой СЭ должны иметь хороший тепловой контакт. Компоновка такого модуля приведена на рис. 4.17.

Рассмотрены вопросы создания модуля со следующими параметрами: ширина СЭ 2Ъ = 10 мм, ширина входной поверхности 35 мм, высота 40 мм, толщина алюминиевого листа-радиатора 3 мм.

Решение задачи термостабилизации СЭ с указанными параметрами показало^[2], что при температуре воздуха 30 °C температура на СЭ составит 75 °C. Электрическая мощность такого модуля может составить 82—84 Вт/м² при стандартных условиях облучения, т = 0,68 4- 0,7, КПДсэ = 0,12.

Рис. 4.17. Схема фотоэлектрического V-образного модуля с использованием в качестве охлаждающего СЭ средства алюминиевого листа.

Модуль был смоделирован: призма изготовлена из листового органического стекла, внутрь которого заливалось вазелиновое масло с коэффициентом преломления, близким к коэффициенту оргстекла (1,49). Экспериментальное распределение облученности поверхности выхода измерялось по 10 точкам с помощью СЭ толщиной 1 мм, который перемещался поперек поверхности.

Результаты измерения приведены на рис. 4.18.

Рис. 4.18. Экспериментальное распределение облученности в фокальной плоскости V-образного модуля при разных углах отклонения излучения от плоскости симметрии.

Выводы по главе 4

Предложены и аналитически исследованы призменные концентраторы различных типов.

Представлена методика определения светопотерь в призменных концентраторах.

Наиболее простыми, компактными и эффективными в работе являются концентраторы на основе трапецеидальных призм, которые работают при больших углах рассогласования от прицельного положения на Солнце и имеют малые светопотери.

Наибольшие концентрации (8 и более) можно получить на составных призменных концентраторах, но при этом они обладают большими световыми потерями.

Подробно исследован V-образный призменный концентратор, обеспечивающий круглогодичную работу в стационарном режиме с весьма незначительными изменениями в облученности СЭ на выходе.

Изготовлены и исследованы фотоэлектрические модули, показавшие удовлетворительные результаты (например, модули с трапецеидальным призменным концентратором), причем при использовании оптического стекла со светопропусканием 0,9 и КПД СЭ 15% можно получить с 1 м² мощность 130 Вт с уменьшением количества СЭ в 1,5— 1,9 раза.

Основным недостатком класса призменных концентраторов солнечного излучения являются большие светопотери в прозрачном материале призм, большой расход прозрачного материала (стекла или оргстекла), относительно высокие массогабаритные характеристики.

• [1] Кивалов С. Н., Тверьянович Э. В. Экспериментальное исследование фотоэлектрического модуля со стационарным V-образным призматическим концентратором.
• [2] Патент РФ № 2 106 042. Фотоэлектрический модуль / Э. В. Тверьянович // БИ.1998. № 6.