початок розділу Виробничі, аматорські радіоаматорські Авіамодельний, ракетомодельного Корисні, цікаві	хитрощі майстру електроніка фізика технології винаходи	таємниці космосу таємниці Землі таємниці Океану хитрощі Карта розділу
Використання матеріалів сайту дозволяється за умови посилання (для сайтів - гіперпосилання)

ВИНАХІД
Патент Російської Федерації RU2154776

КОНЦЕНТРАТОР СОЛНЕЧНОГО ВИПРОМІНЮВАННЯ ДЛЯ ФОТОЕЛЕКТРИЧНИХ МОДУЛІВ

Ім'я винахідника: Стребков Дмитро Семенович; Тверьяновіч Едуард Володимирович
Ім'я патентовласника: Стребков Дмитро Семенович; Тверьяновіч Едуард Володимирович
Адреса для листування: 109456, Москва, 1-й Вишняківська ін. 2, ВІЕСХ, ОНТИ і патентування
Дата початку дії патенту: 1998.12.02

Винахід відноситься до геліотехніці, зокрема до створення концентраторів сонячного випромінювання для фотоелектричних модулів і сонячних станцій на їх основі. Концентратор сонячного випромінювання для фотоелектричних модулів складається з оптично прозорого матеріалу і має велику поверхню входу випромінювання і меншу поверхню виходу випромінювання, обмежені бічними симетричними параболічними стінками з відбивають покриттями. Новим в концентраторі є те, що бічні стінки з відбивають покриттями мають змінну товщину оптично прозорого матеріалу з розширенням до поверхні виходу випромінювання. Концентратор може мати вісь або площина симетрії. Винахід дозволяє збільшити рівномірність освітленості поверхні виходу випромінювання, збільшуючи тим самим ККД перетворення, збільшити концентрацію випромінювання на поверхні виходу, зменшити масу концентратора за рахунок меншої кількості оптичного матеріалу, необхідного для його виготовлення.

ОПИС ВИНАХОДИ

Винахід відноситься до геліотехніці, зокрема до створення концентраторів сонячного випромінювання для фотоелектричних модулів і сонячних станцій на їх основі.

Відомий концентратор сонячного випромінювання (аналог), виконаний у вигляді симетричних дзеркальних відображають стінок, які в поперечному перерізі мають профіль параболи, орієнтованої під параметричних кутом до осі симетрії (див. Патент США N 3923381 від 2.12.75, нац.кл. 350/293 , 126/271, 350/294). Концентратори, виконані з вищепереліченим профілем поперечного перерізу, можуть мати вісь симетрії і бути виконані у вигляді тіл обертання (фокони), або мати площину симетрії і бути виконаними коритоподібними (фокліни). Принцип роботи таких концентраторів полягає в тому, що сонячне випромінювання, яке прийшло на поверхню входу випромінювання в межах подвійного параметричного кута, пройде через поверхню виходу випромінювання, яка менше поверхні входу. Таким чином подібні концентратори можуть працювати в нерухомому стані, поки Сонце знаходиться в межах подвійного параметричного кута. Недоліками таких концентраторів при роботі їх в поєднанні з фотоелектричними сонячними елементами є: низькі концентрації, що визначаються формулами:

для фоклінов K _фл = 1 / sin , (1)

для Фоконье K _фк = 1 / sin ² , (2)

де - Параметричний кут. Для реально використовуваних параметричних кутів = 15-25º концентрації K _фл = 3,8 - 2,3, К _фк = 15 - 5,6.

Іншим недоліком є ​​велика нерівномірність освітленості поверхні виходу випромінювання, де встановлені сонячні елементи, що негативно позначається на їх роботі, зменшуючи ККД перетворення сонячного випромінювання в електрику (див. Тверьяновіч Е.В. Експериментальне дослідження оптико-енергетичних характеристик Фоконье, сб. Концентратори сонячного випромінювання для фотоелектричних енергоустановок, Вища школа, ЦПНТОЕіЕП, 1986, стор. 11-14).

Відомий концентратор (прототип) сонячного випромінювання для фотоелекріческіх модулів, що складається з оптично прозорого матеріалу і має велику поверхню входу випромінювання і меншу поверхню виходу випромінювання, які обмежені бічними симетричними параболічними стінками з відбивають покриттями (див. Патент США N 4029519 від 14.06.77, нац . кл. 126/270, 136/89 РС, 126/271).

Недоліками відомого технічного рішення є:

Крайня нерівномірність освітленості поверхні виходу в залежності від поточного значення кута відхилення сонячного випромінювання від осі симетрії концентратора. При значеннях кутів відхилення сонячного випромінювання, близьких до параметричного кутку, сонячне випромінювання фактично збирається в точковий фокус з високим ступенем концентрації (кілька десятків або сотень). Так наприклад, нерівномірність освітленості для таких типів концентраторів, що визначається як відношення максимальних щільності опромінення поверхні виходу до мінімальних значень, може становити 12 і більше. Нерівномірність освітленості поверхні виходу негативно позначається на роботі сонячних фотоелектричних елементів, знижуючи їх ККД. Тому фотоелектричні модулі з подібними концентраторами не використовуються в усьому можливому діапазоні подвійного параметричного кута, а використовують приблизно 80% від цього кута, знижуючи тим самим експлуатаційні можливості.

Такі концентратори мають велику вагу через великої кількості оптично прозорого матеріалу, тому що вся внутрішня поверхня концентратора заповнена оптично прозорим матеріалом, що здорожує їх вартість.

Крім того, такі концентратори мають низькі концентрації, хоча трохи вище, ніж у описаних вище пустотілих концентраторів, тому що в формулах (1, 2) для відхилення Сонця від осі симетрії (прицільного положення) на кути 15 - 25 ^o, параметричний кут буде зменшений до кута заломлення в оптично прозорому матеріалі.

Пропонований винахід вирішує такі технічні завдання: збільшує рівномірність освітленості поверхні виходу випромінювання, збільшуючи тим самим ККД перетворення, збільшує концентрацію випромінювання на поверхні виходу, зменшує масу концентратора за рахунок меншої кількості оптичного матеріалу, необхідного для його виготовлення.

Для досягнення цього результату бічні симетричні параболічні стінки виконані змінної товщини з оптично прозорого матеріалу з розширенням до поверхні виходу випромінювання, причому поперечний переріз стінок являє собою вигнутий клин, утворений параболічними стінками, розгорнутими відносно один одного навколо вершини клина, причому внутрішні стінки є прозорими. Концентратор може мати вісь симетрії і може бути виконаний у вигляді тіла обертання. Симетричні бічні стінки виконані з відбивають покриттями і можуть мати площину симетрії, і концентратор може бути виконаний коритоподібних.

Ознаки, що відрізняють від найбільш близького відомого рішення за патентом США N 4029519, полягають в наступному:

Оптично прозорий матеріал заповнює не всю внутрішню порожнину концентратора, а утворює стінки змінної товщини з розширенням до поверхні виходу випромінювання, причому поперечний переріз стінок являє собою вигнутий клин, утворений параболічними стінками, розгорнутими відносно один одного навколо вершини клина, при цьому внутрішні стінки клинів є прозорими для входу випромінювання. Таким чином, пропонований концентратор є порожнистим, що зменшує масу і вартість. Концентратор має велику поверхню входу випромінювання і меншу поверхню виходу випромінювання.

В оптичному клині випромінювання багаторазово перевідбивається від стінок, що призводить до усереднення освітленості на поверхні виходу, де встановлюються сонячні елементи, що підвищує ККД перетворення сонячного випромінювання в електрику.

Концентратор може мати вісь симетрії і бути виконаний у вигляді тіла обертання, або концентратор може мати площину симетрії і бути виконаний коритоподібних. При осі симетрії значно зростає концентрація, при площині симетрії концентратор може працювати цілий рік без стеження за Сонцем, при цьому мати великі концентрації, ніж в разі прототипу.

На фіг. 1 представлено поперечний переріз пропонованого концентратора і схема проходження сонячних променів через нього.

Концентратор сонячного випромінювання для фотоелектричних модулів складається з оптично прозорого матеріалу 1 і має велику поверхню 2 входи випромінювання і меншу поверхню 3 виходи випромінювання, обмежені бічними симетричними параболічними стінками 4 і 5 з відбивають покриттями 6 і 7. Бічні симетричні параболічні стінки 4 і 5 виконані змінної товщини t з оптично прозорого матеріалу 1 з розширенням до поверхні 3 виходи випромінювання, причому поперечний переріз стінок являє собою вигнутий клин, утворений параболічними стінками 4, 5 і 8, 9, розгорнутими відносно один одного навколо вершини клина на кут , Причому внутрішні стінки 8 і 9 є прозорими.

Крім того на фіг. 1 зображено: параметричний кут ; кути падіння і заломлення променів i _1, r _1, i ₂ і т.д .; нормалі до поверхні n; кут повного внутрішнього відображення _r t; діаметри поверхні входу D і поверхні d виходу випромінювання; висота концентратора H.

На фіг. 2 зображений концентратор, що має вісь 10 симетрії і виконаний у вигляді тіла обертання.

На фіг. 3 зображений концентратор, що має площину 11 симетрії і виконаний коритоподібних.

Працює модуль наступним чином: сонячне випромінювання (зображено у вигляді стрілок) приходить на поверхню входу 2, проходить всередину концентратора до оптично прозорого матеріалу 1. Розглянемо хід продуктивно обраного променя Л _1. Луч Л ₁ падає на внутрішню прозору стінку 8 (9) під кутом i _1, заломлюється і входить в оптично прозорий матеріал під кутом r _1, далі відбивається під кутом i ₂ від зовнішньої стінки 4 (5) за допомогою відбиває шару 6 (7) і повертається до внутрішньої прозорою стінці 8 (9) під кутом повного внутрішнього відображення _r t. Таким чином, вивчення не виходить за межі внутрішньої прозорою стінки і залишається в межах шару оптично прозорого матеріалу 1, переотражаясь від стінки 8 (9) до стінки 4 (5). Так як товщина стінки t збільшується до поверхні виходу випромінювання 3, то випромінювання з оптично прозорого матеріалу 1 направляється до поверхні виходу 3 як по расширяющемуся световоду. Для того щоб випромінювання залишилося в оптично прозорому матеріалі 1 необхідно, щоб кут _r t дорівнював

_r t = arc sin 1 / n, (3)

де n - коефіцієнт заломлення оптично прозорого матеріалу 1.

Після того, як промінь Л ₁ прийшов до внутрішньої прозорій поверхні під кутом _r t, все подальші кути, наприклад, кут i ₃ будуть більше кута r _1, тому що змінна товщина t розширюється до поверхні виходу випромінювання 3. Багаторазове відображення випромінювання від стінок призводить до усереднення освітленості поверхні виходу 3, що створює більш сприятливі умови роботи сонячних елементів у всьому діапазоні подвійного параметричного кута.

Приклад конкретного виконання пропонованого концентратора, виконаного з органічного скла з коефіцієнтом заломлення n = 1,49. Поперечний переріз має розміри: розмір D = 44 мм, H = 45 мм, d = 16; кут відхилення Сонця 25 ^o, параметричний кут = 25º; вигнутий клин з оптично прозорого матеріалу у поверхні виходу має товщину t = 7 мм, оптичний клин утворений поворотом параболи зовнішньої стінки 4 (5) на кут = 5,5º; коефіцієнт нерівномірності освітленості поверхні виходу при максимальних кутових відхиленнях випромінювання не більше 2; площа поперечного перерізу оптично прозорого матеріалу, пропорційна масі концентратора, становить 13,5 см ^2, концентрація усереднена на поверхні виходу для фокліна 4, для Фоконье 16; ефективне використання кутів відхилення сонячного випромінювання від осі симетрії концентратора складе ± 25 ^o, тобто ефективно використовується весь діапазон параметричного кута з усередненням освітленості по поверхні виходу випромінювання.

Для концентратора, виконаного по прототипу з того ж оптичного матеріалу і з тим же кутом відхилення ± 25 ^o, параметричний кут складе = Sin25 / n = 16,5º, концентрація випромінювання для фокліна 3,5 для Фоконье 12,5, нерівномірність освітленості поверхні виходу 12 і більше, площа поперечного перерізу, яка визначає масу концентратора, складе 52 см ^2, кут ефективного використання концентратора 16-20 ^o, кут ефективного використання концентратора ± 20 ^o (80% від 25 ^o).

Таким чином, пропонований концентратор має майже в 6 разів більше рівномірну освітленість поверхні виходу, де встановлюються сонячні фотоперетворювачів, що підвищує їх ККД, і може працювати у всьому діапазоні параметричного кута = 25º, має більш високі концентрації випромінювання.

ФОРМУЛА ВИНАХОДУ

1. Концентратор сонячного випромінювання для фотоелектричних модулів, що складається з оптично прозорого матеріалу і має велику поверхню входу випромінювання і меншу поверхню виходу випромінювання, які обмежені бічними симетричними параболічними стінками з відбивають покриттями, що відрізняється тим, що симетричні параболічні стінки виконані змінною товщиною з оптично прозорого матеріалу з розширенням до поверхні виходу випромінювання, причому внутрішні стінки є прозорими.

2. Концентратор по п.1, що відрізняється тим, що симетричні бічні стінки мають вісь симетрії і концентратор виконаний у вигляді тіла обертання.

3. Концентратор по п.1, що відрізняється тим, що симетричні бічні стінки мають площину симетрії і концентратор виконаний коритоподібних.

Версія для друку
Дата публікації 03.02.2007гг

НОВІ СТАТТІ ТА ПУБЛІКАЦІЇ
	Технологія виготовлення універсальних муфт для бесварочного, безрезьбовиє, бесфлянцевого з'єднання відрізків труб в трубопроводах високого тиску (мається відео)
	Технологія очищення нафти і нафтопродуктів
	Про можливість переміщення замкнутої механічної системи за рахунок внутрішніх сил
	Світіння рідини в тонких діелектричних каналох
	Взаємозв'язок між квантової і класичної механікою
	Міліметрові хвилі в медицині. Новий погляд. ММВ терапія
	магнітний двигун
	Джерело тепла на базі нососних агрегатів