солнечный модуль со стационарным концентратором

Формула изобретения

Солнечный модуль со стационарным концентратором, состоящий из двух цилиндрических поверхностей с образующими параболами, развернутых относительно точки фокуса на параметрические углы, вершины образующих парабол соединены круглоцилиндрической поверхностью с радиусом образующей, равной фокусному расстоянию образующих парабол, и плоского приемника излучения с двусторонней рабочей поверхностью шириной, равной фокусному расстоянию, установленного в фокальной плоскости и расположенного между фокусом и круглоцилиндрической поверхностью, отличающийся тем, что плоский приемник излучения расположен с зазором величиной 10-20% от фокусного расстояния образующих парабол относительно круглоцилиндрической поверхности.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к гелиотехнике, в частности к солнечным модулям со стационарными концентраторами для получения электричества и тепла.

Известен солнечный модуль со стационарным концентратором, выполненным в виде параболоцилиндического фоклина, представляющего собой две цилиндрические поверхности с образующими параболами, симметричные относительно оси симметрии, и плоского одностороннего приемника, расположенного в плоскости, проходящей через линию фокуса образующих парабол параллельно миделю концентратора (патент США на изобретение №3923381 от 2 декабря 1975 г., Int Cl. G 02 b 5/10, US Cl. 350/293).

Недостатком известного технического устройства является его низкий коэффициент геометрической концентрации. Коэффициент геометрической концентрации К фоклина определяется значением параметрического угла : K=1/sin. Для стационарного режима работы параметрический угол фоклина должен быть не менее =±23,5°, при этом коэффициент геометрической концентрации К составляет: K=1/sin23,5°=2,5.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому изобретению является солнечный модуль со стационарным концентратором, состоящий из двух цилиндрических поверхностей с образующими параболами, развернутых относительно точки фокуса на параметрические углы, вершины образующих парабол соединены круглоцилиндрической поверхностью с радиусом образующей, равной фокусному расстоянию образующих парабол, и плоского приемника излучения с двусторонней рабочей поверхностью, шириной, равной фокусному расстоянию, установленного в фокальной плоскости и расположенного между фокусом и круглоцилиндрической поверхностью (Antonio Luque. Solar Cells and Optics for Photovoltaic Concentration. - Adam Hilger, Bristol and Philadelphia, 1989, стр.381-395).

Недостатком известного солнечного модуля со стационарным концентратором является неравномерность использования солнечного излучения в течение всего года. При азимутальном угле ориентации плоскости симметрии концентратора =90°-, где - широта местности, при склонении солнца , близком к значению =±23,5°, солнечное излучение на небольшое время попадает в пределы параметрического угла концентратора, и летом при самом длительном световом дне график облученности приемника имеет провал (линия 1 фиг.1).

Задачей предлагаемого изобретения является увеличение выработки энергии модулем в течение всего года.

Вышеуказанный технический результат достигается тем, что в солнечном модуле со стационарным концентратором, состоящем из двух цилиндрических поверхностей с образующими параболами, развернутых относительно точки фокуса на параметрические углы, вершины образующих парабол соединены круглоцилиндрической поверхностью с радиусом образующей, равной фокусному расстоянию образующих парабол, и плоского приемника излучения с двусторонней рабочей поверхностью, шириной, равной фокусному расстоянию, установленного в фокальной плоскости, плоский приемник расположен с зазором величиной 10-20% от фокусного расстояния образующих парабол относительно круглоцилиндрической поверхности.

Экспериментальные данные и теоретические расчеты показали, что в результате использования предлагаемого солнечного модуля с зазором между приемником и круглоцилиндрической поверхностью, увеличивается облученность приемника (линия 2 фиг.1), и выработка энергии будет увеличена на 14,7% в период с 8 мая (128 день) по 8 августа (218 день) и с 8 ноября (312 день) по 1 февраля (32 день). В целом предлагаемый солнечный модуль 48% времени в году работает с выработкой 114,7% по сравнению с прототипом. Среднегодовая выработка предлагаемого солнечного модуля увеличивается на 7% и составляет 107% по сравнению с прототипом.

Сущность предлагаемого изобретения поясняется на фиг.2.

На фиг.2 представлен солнечный модуль со стационарным концентратором.

Солнечный модуль со стационарным концентратором, состоящий из двух цилиндрических поверхностей с образующими параболами 1 и 2, развернутых относительно точки фокуса F на параметрические углы , вершины образующих парабол O₁ и O₂ соединены круглоцилиндрической поверхностью 3 с радиусом R образующей, равной фокусному расстоянию f образующих парабол 1 и 2, и плоского приемника излучения 4 с двусторонней рабочей поверхностью 5, шириной h, равной фокусному расстоянию f, установленного в фокальной плоскости 6 и расположенного с зазором f величиной 10-20% от фокусного расстояния f образующих парабол 1 и 2 между круглоцилиндрической поверхностью 3 и плоским приемником излучения 4.

Кроме того, на фиг.2 указано: Л₁ , Л₂, Л₃, Л₄ - солнечные лучи, - азимутальный угол ориентации плоскости симметрии концентратора.

Предлагаемый солнечный модуль со стационарным концентратором работает следующим образом. При ориентации солнечного модуля со стационарным концентратором по широте местности ф, при склонении солнца , близком к =±23,5°, часть солнечных лучей, попадающих в концентратор (солнечные лучи, расположенные между солнечными лучами Л₁ и Л₂ ), испытывают два и более отражений от одной из цилиндрических поверхностей с образующей параболой 1. При склонении солнца =±23,5° количество солнечных лучей, попадающих в концентратор и испытывающих два и более отражений, составляет 8,5%. Эти солнечные лучи собираются в нижней части фокальной плоскости 6. Тогда как солнечные лучи (такие, как Л₃, Л₄), отраженные от другой цилиндрической поверхности с образующей параболой 2, отражаются только один раз и в солнечный полдень точно собираются в точку фокуса F. Однако при времени, отличном от солнечного полдня, солнечные лучи, попадающие на цилиндрическую поверхность с образующей параболой 2, отражаются выше точки фокуса F. Поднятием приемника 4 на 10-20% можно добиться увеличения продолжительности работы стационарного концентратора при неизменном значении коэффициента геометрической концентрации К, в результате чего увеличится выработка энергии.

Предлагаемое устройство может быть реализовано как в системах комбинированного тепло- и электроснабжения, так и в качестве самостоятельного автономного устройства, предназначенного для выработки тепловой или электроэнергии. В результате использования предлагаемого изобретения будет увеличена среднегодовая выработка энергии на 7%, что позволит снизить стоимость выработки энергии.