КОНЦЕНТРАТОР СОЛНЕЧНОГО ИЗЛУЧЕНИЯ Российский патент 2002 года по МПК F24J2/18 F24J2/46 

Изобретение относится к гелиотехнике, в частности к концентраторам солнечного излучения для фотоэлектрических и теплоэнергетических генераторов.

Известны люминесцентные концентраторы солнечной энергии, состоящие из плоского полимерного листа с распределенным в его объеме люминесцирующим веществом, обладающие повышенной эффективностью концентрации рассеянного излучения (см., например, Т.В. Сахно, Н.Н. Барашков, И.П. Крайнов, О.А. Хахель, В.М. Шершуков "Органические материалы для люминесцентных солнечных концентраторов", М., НИИТЭХИМ, 1992 г., с. 66).

Недостатком известного концентратора является его низкая эффективность концентрации прямых солнечных лучей, связанная с большими потерями излучения через плоскопараллельные поверхности концентратора при распространении захваченного излучения в его объеме.

Известен призмаконный концентратор солнечной энергии (см., например, Тверьянович Э.В., Стребков Д.С. "Концентрирующие системы для солнечных электростанций", журнал "Теплоэнергетика", 1999 г., 2, с. 12), содержащий призматические элементы, нижняя грань которых выполнена в виде зеркала Френеля для прямых солнечных лучей, проходящих через переднюю грань призмы в определенном интервале значений углов падения прямого солнечного излучения.

Недостатком известных призмаконных концентраторов излучения Солнца с зеркалом Френеля является низкая эффективность концентрации рассеянного солнечного излучения, составляющего около 50% общей энергии излучения Солнца на поверхности земли в средней полосе.

Целью настоящего изобретения является создание концентратора солнечного излучения, обладающего повышенной эффективностью концентрации как прямого, так и рассеянного солнечного излучения.

Указанная цель достигается тем, что известный концентратор выполнен в виде призмы полного внутреннего отражения с нижней поверхностью в виде зеркала Френеля, за которым установлен металлический отражатель, а люминесцирующее вещество расположено на внутренней поверхности торцевых отражающих устройств, выполненных также в виде зеркала Френеля, отражающего излучение в сторону меньшей грани призмы, на которой для обеспечения дополнительной концентрации излучения установлен металлический зеркальный фоклин.

На чертеже приведено схематическое изображение предлагаемого устройства.

Концентратор солнечного излучения состоит из трехгранной призмы 1, нижняя грань которой выполнена в виде зеркала Френеля 2, за которым установлен металлический отражатель 3. Входная грань призмы 4 образует с поверхностью зеркала Френеля 2 угол, обеспечивающий попадание прямого солнечного излучения на выходную грань 7 призмы при углах его падения на горизонтальную площадку в пределах от 30 до 80 угловых градусов. На выходной грани 7 призмы 1 установлен металлический отражающий фоклин 5, обеспечивающий дополнительную концентрацию излучения на приемной площадке 6. Устройство имеет торцевые отражающие устройства 8, выполненные в виде зеркала Френеля для направления излучения на грань 7, на внутренней поверхности которых размещено люминесцирующее вещество.

Устройство, изображенное на чертеже, работает следующим образом.

Прямое солнечное излучение, проходящее через грань призмы 4 ,в основном отражается в направлении грани 7 призмы зеркалом Френеля 2, установленным на нижней грани призмы 1. Часть прямого излучения Солнца, прошедшая через зеркало Френеля 2, на нижней грани отражается в направлении грани 7 дополнительным металлическим зеркальным отражателем 3, установленным по ходу излучения за зеркалом Френеля. Часть косых лучей прямого излучения Солнца, не попадающих после отражений на грань 7, поглощается люминесцирующим веществом, размещенным на внутренней поверхности отражающих устройств 8, выполненных также в виде зеркала Френеля и после переизлучения частично направляется в сторону выходной грани 7 призмы. Часть рассеянного солнечного излучения непосредственно нижним зеркалом Френеля 2 и металлическим отражателем 3 направляется в сторону выходной грани 7 призмы, а другая часть, попадающая на отражающие устройства 8 призмы, поглощается люминесцирующим веществом и переизлучается частично в направлении выходной грани 7 непосредственно и после отражения от зеркал Френеля, образованных на отражающих устройствах 8 призмы полного внутреннего отражения 1. Солнечное излучение, прошедшее через выходную грань 7 призмы дополнительно концентрируется на приемной поверхности 6 с помощью зеркального фоклина 5, установленного на выходной грани 7.

Предлагаемое устройство позволяет увеличить эффективность концентрации прямых лучей за счет уменьшения их потерь через торцевые стенки призмы полного внутреннего отражения и увеличить эффективность концентрации рассеянного солнечного излучения за счет уменьшения его потерь при распространении в расширяющемся клиновом световоде в виде призмы полного внутреннего отражения.

Изобретение относится к гелиотехнике и может быть использовано, в частности, в устройствах, преобразующих электромагнитное излучение Солнца в электрическую, тепловую или механическую энергию. В устройстве предусмотрена дополнительная ступень концентрации излучения в виде зеркального фоклина 5, установленного на выходной грани 7 концентратора, что обеспечивает увеличение степени концентрации солнечного излучения, при этом после зеркала 2 Френеля на нижней грани призмы установлен металлический зеркальный отражатель 3, а на внутренней поверхности отражающих устройств размещено люминесцирующее вещество. Изобретением достигается повышенная эффективность концентрации прямого и рассеянного солнечного излучения за счет установки на торцах концентратора двух отражающих устройств в виде зеркал 2 Френеля и за счет размещения на внутренних поверхностях этих устройств люминесцирующего вещества, уменьшающего потери прямого и рассеянного излучения Солнца. 1 ил.

Концентратор солнечного излучения, содержащий трехгранную призму полного внутреннего отражения, нижняя грань которой выполнена в виде зеркала Френеля, отражающего излучение, проходящее через входную грань в сторону выходной грани призмы, отличающийся тем, что после зеркала Френеля на нижней грани установлен металлический зеркальный отражатель, на выходной грани призмы установлен зеркальный фоклин, а на торце призмы установлены отражающие устройства в виде зеркал Френеля с направлением отраженного излучения на выходную грань, причем на внутренней поверхности отражающих устройств размещено люминесцирующее вещество.