Главная страница  |  Описание сайта  |  Контакты
СОЛНЕЧНЫЙ МОДУЛЬ С КОНЦЕНТРАТОРОМ
СОЛНЕЧНЫЙ МОДУЛЬ С КОНЦЕНТРАТОРОМ

СОЛНЕЧНЫЙ МОДУЛЬ С КОНЦЕНТРАТОРОМ

Патент Российской Федерации
Суть изобретения: Изобретение относится к области гелиотехники, в частности касается создания солнечных модулей с концентраторами солнечного излучения для выработки электричества и тепла. Сущность изобретения заключается в том, что поперечное сечение цилиндрического концентратора выполнено с двумя радиусами, причем окружность радиуса r сопрягается с окружностью большего радиуса R в плоскости, на которой расположены центры обоих радиусов, перпендикулярной плоскости, воспринимающей излучение. Приемник излучения может быть расположен в плоскости радиуса r, совмещенной с плоскостью сопряжения окружностей с радиусами r и R. Изобретение должно обеспечить увеличение концентрации излучения на приемнике излучения. 1 з.п. ф-лы, 2 ил.
Поиск по сайту

1. С помощью поисковых систем

   С помощью Google:    

2. Экспресс-поиск по номеру патента


введите номер патента (7 цифр)

3. По номеру патента и году публикации

2000000 ... 2099999   (1994-1997 гг.)

2100000 ... 2199999   (1997-2003 гг.)
Номер патента: 2191329
Класс(ы) патента: F24J2/14
Номер заявки: 2001104482/06
Дата подачи заявки: 20.02.2001
Дата публикации: 20.10.2002
Заявитель(и): Государственное научное учреждение Всероссийский научно- исследовательский институт электрификации сельского хозяйства
Автор(ы): Безруких П.П.; Беленов А.Т.; Кивалов С.Н.; Поляков В.И.; Стребков Д.С.; Тверьянович Э.В.
Патентообладатель(и): Государственное научное учреждение Всероссийский научно- исследовательский институт электрификации сельского хозяйства
Описание изобретения: Изобретение относится к области гелиотехнике, в частности касается создания солнечных модулей с концентраторами солнечного излучения для выработки электричества и тепла.
Известен солнечный модуль (аналог) для выработки тепла и электричества, в котором приемник излучения, в данном случае солнечные элементы, расположен на поверхности выхода излучения из концентратора, выполненного в виде параболоцилиндрической отражающей поверхности (пат. США 4045246 от 11.08.75, нац. кл. 136/89, 126/270, МКИ H 01 L 35/00).
Солнечное излучение в указанном модуле приходит на воспринимающую поверхность, попадает на стенки концентратора, отражается и приходит на солнечные элементы, расположенные на поверхности выхода излучения, при этом избыточное тепло с солнечных элементов снимается протекающей жидкостью. Такие модули с концентраторами имеют следующие недостатки: они занимают большой объем, т. е. имеют большую материалоемкость при относительно низкой концентрации излучения.
Известен солнечный фотоэлектрический модуль с концентратором (прототип), состоящий из цилиндрического концентратора с воспринимающей солнечное излучение плоскостью, поперечное сечение концентратора выполнено по окружности радиуса r, и приемника излучения с двусторонней рабочей поверхностью, расположенного в плоскости радиуса r (патент Франции 2342558, опубл. 23.09.77, МКИ H 01 L 31/08, G 02 В 5/08). Солнечное излучение приходит на воспринимающую плоскость, на которой установлена часть приемника излучения, выполненная в виде солнечных элементов с двусторонней фоточувствительностью, часть солнечного излучения попадает непосредственно на лицевую сторону приемника излучения, расположенного на воспринимающей плоскости в пределах радиуса r. Через вторую часть воспринимающей плоскости, имеющей также размер r, излучение проходит на концентратор, отражается и попадает на тыльную сторону приемника излучения. Концентрация (геометрическая) излучения на солнечных элементах, равная отношению площади воспринимающей плоскости (2r) к площади солнечных элементов (r) составляет в этом случае 2.
Недостатком известного решения является низкая концентрация излучения на солнечных элементах, которая в идеальном случае равна 2, а в реальных условиях с учетом отражения от цилиндрического концентратора составит 1,5-1,6, что приводит к незначительному изменению как стоимостных характеристик модуля (для фотоэлектрических модулей), так и теплотехнических параметров (для комбинированных модулей для выработки электричества и тепла).
Предложенное изобретение решает следующую техническую задачу: увеличивает концентрацию излучения на приемнике излучения.
Для достижения указанного результата поперечное сечение цилиндрического концентратора выполнено двумя радиусами, причем окружность радиуса r сопрягается с окружностью большего радиуса R в плоскости, на которой расположены центры обоих радиусов, перпендикулярной плоскости, воспринимающей излучение. Приемник излучения может быть расположен в плоскости радиуса r, совмещенной с плоскостью сопряжения окружностей с радиусами r и R.
Признаки, отличающие предложенное техническое решение от наиболее близкого решения по патенту Франции 2342558 заключаются в следующем.
Увеличение площади, воспринимающей солнечное излучение, плоскости происходит за счет того, что часть поперечного сечения цилиндрического концентратора выполнена с радиусом r, а другая часть выполнена с большим радиусом R, а площадь приемника излучения пропорциональна меньшему радиусу r.
Еще больше можно поднять концентрацию на приемнике излучения, если плоскость с приемником излучения совмещена с плоскостью сопряжения окружностей радиусов r и R, расположенной перпендикулярно воспринимающей солнечное излучение плоскостью.
На фиг. 1 и 2 представлены поперечные сечения солнечного модуля с цилиндрическим концентратором и схема прохождения солнечных лучей.
Солнечный модуль с концентратором (фиг.1), состоящий из цилиндрического концентратора 1 с воспринимающей солнечное излучение плоскостью 2, поперечное сечение концентратора выполнено по окружности с радиусом r и приемника излучения 3 с двусторонней рабочей поверхностью, расположенной в плоскости радиуса r. Поперечное сечение цилиндрического концентратора 1 выполнено двумя радиусами r и R, причем окружность радиуса r сопрягается с окружностью большего радиуса R в плоскости 4, на которой расположены центры О1 и O2 обоих радиусов, перпендикулярной плоскости 2, воспринимающей солнечное излучение.
Приемник излучения 3 (фиг.2) может быть расположен в плоскости радиуса r, совмещенной с плоскостью 3 сопряжения окружностей с радиусами r и R.
Кроме того, на фиг.1 и 2 изображено: солнечные лучи l1, l2, l3, l4, l5 и схема их прохождения по концентратору; апертурный угол ϕ; размер свободной поверхности концентратора L.
Работает модуль следующим образом. Солнечное излучение (фиг.1) приходит на воспринимающую плоскость 2. Часть излучения, например луч l1, непосредственно попадает на лицевую сторону приемника излучения 3 с двусторонней рабочей поверхностью, установленного в плоскости радиуса r с центром O1 на плоскости 4 сопряжения. В качестве приемника могут быть использованы солнечные элементы с двусторонней фоточувствительностью, солнечные коллекторы для получения горячего теплоностителя, а также комбинированные модули на основе солнечных коллекторов с установленными на них солнечными элементами для выработки тепла и электричества. Луч l2 пересекает воспринимающую плоскость 2, отражается от средней части концентратора 1 и попадает на тыльную сторону приемника излучения 3. Луч l3 с периферии концентратора 1 отражается от части концентратора, образованной окружностью R, затем от части концентратора, образованной окружностью r, и попадает на тыльную сторону приемника излучения 3. В варианте модуля, где приемник излучения 3 расположен в плоскости 4 сопряжения окружностей с радиусами r и R (фиг.2), периферийный луч l4 попадает на часть концентратора с радиусом R, затем на часть концентратора с радиусом r, затем на тыльную сторону приемника излучения 3. Луч l5 от концентратора попадает на лицевую сторону приемника излучения 3.
Можно показать, что концентрация (К) излучения по варианту фиг.1 подсчитывается по формуле
K = (L+r)/r, (1)
при ϕ=60o, L=Rcos30o; R=2r; К=2,7.
В варианте по фиг.2 концентрация подсчитывается следующим образом:
R = L/r, (2)
при L=Rcos30o; ϕ=60o, R=4r, К=3,46.
Таким образом, предлагаемые модули имеют геометрическую концентрацию солнечного излучения на приемнике излучения от 2,7 до 3,5 (у прототипа 2), что в реальных условиях (при коэффициенте отражения концентратора 0,85) концентрация составит 2,3-2,9 (для прототипа 1,5-1,7). Увеличение концентрации на 50-70% приведет к снижению стоимости модуля на 30-40%, т.к. снижение стоимости не пропорционально увеличению концентрации.
Пример выполнения солнечного модуля с концентратором.
Пример 1. Солнечный модуль имеет зеркальный цилиндрический концентратор (фиг. 1), состоящий из зеркального отражателя радиуса r=0,25 м и зеркального отражателя с радиусом R=0,5 м. Размеры приемника излучения, выполненного в виде солнечных элементов с двусторонней фоточувствительностью: ширина 0,7 м, длина 1,25 м, высота 0,25 м, апертурный угол ϕ=60o, коэффициент геометрической концентрации 2,8, коэффициент отражения концентратора 0,8, номинальная мощность модуля 75 Вт (при солнечной радиации 1000 Вт/м2), напряжение 12 В.
Пример 2. Солнечный модуль по фиг.2 имеет концентратор, состоящий из отражателя радиусом r= 0,2 м, сопряженный с отражателем радиусом R=0,8 м, размер L= 0,7 м. Приемник 3 выполнен в виде металлического абсорбера с прокачкой жидкого теплоносителя и солнечными элементами, установленными на обеих сторонах абсорбера под защищенными стеклами. Размеры приемника излучения: ширина r=0,4 м, длина 1,25 м, геометрическая концентрация 3,46, коэффициент отражения концентратора 0,8, электрическая мощность модуля 75 Вт (при солнечной радиации 1000 Вт/м2), тепловая мощность 0,5 кВт.
Формула изобретения: 1. Солнечный модуль с концентратором, состоящий из цилиндрического концентратора с воспринимающей солнечное излучение плоскостью и приемника излучения с двухсторонней рабочей поверхностью, отличающийся тем, что поперечное сечение цилиндрического концентратора выполнено двумя радиусами, причем окружность радиуса r сопрягается с окружностью большего радиуса R в плоскости, на которой расположены центры обоих радиусов, перпендикулярной плоскости, воспринимающей солнечное излучение, а приемник излучения расположен в плоскости радиуса r окружности концентратора.
2. Солнечный модуль с концентратором по п.1, отличающийся тем, что приемник излучения расположен в плоскости радиуса r, совмещенной с плоскостью сопряжения окружностей с радиусами r и R.