Гелиоэнергетическая установка Российский патент 2004 года по МПК F24J2/14 F24J2/42 

Предлагаемое изобретение относится к солнечной энергетике и может найти применение в солнечных электростанциях для преобразования солнечной энергии в электрическую, а кроме того может быть использовано в качестве энергетической установки индивидуального пользования.

Известны солнечные установки, содержащие различные концентраторы с криволинейными образующими, оптически сопряженными с принимающей поверхностью поглотителей солнечной энергии [1], [2] и [3].

Недостатком таких устройств является неравномерное распределение сконцентрированного солнечного излучения на принимающей поверхности поглотителей, что является особенно критичным, если в качестве приемника солнечного излучения используется фотоэлектрический преобразователь.

Наиболее близкой по технической сущности к предлагаемому изобретению, выбранной авторами за прототип, является гелиоэнергетическая установка, содержащая несущую конструкцию с закрепленным на ней параболоцилиндрическим концентратором, выполненным из набора плоских зеркальных фацет, соединенная с выходом блока слежения за Солнцем, и протяженного фотоэлектрического преобразователя, расположенного по фокусной линии параболоцилиндрического концентратора [4].

В этой гелиоэнергетической установке на протяженный фотоэлектрический преобразователь падает солнечное излучение от плоских зеркальных фацет, образующих параболоцилиндрический концентратор. Каждая фацета дает равномерную засветку протяженного фотоэлектрического преобразователя, поэтому концентрированное излучение, поступающее на протяженный фотоэлектрический преобразователь со всех фацет, также будет равномерным.

Недостатком такой гелиоэнергетической установки является зависимость точности наведения на Солнце от точности взаимной союстировки оси визирования параболического концентратора и оси визирования фотоэлектрического датчика, входящего в контур слежения за Солнцем.

С помощью предполагаемого изобретения достигается технический результат, заключающийся в повышении точности и надежности наведения гелиоэнергетической установки на Солнце.

В соответствии с предполагаемым изобретением технический результат достигается тем, что в гелиоэнергетической установке, содержащей несущую конструкцию с закрепленным на ней параболоцилиндрическим концентратором, выполненным из набора плоских зеркальных фацет, соединенную с выходом блока слежения за Солнцем, и протяженный фотоэлектрический преобразователь, расположенный по фокусной линии параболоцилиндрического концентратора, на несущей конструкции за параболоцилиндрическим концентратором соосно ему установлен эллиптический отражатель, один фокус которого совмещен с фокусом параболоцилиндрического концентратора, во втором фокусе которого установлен фотоэлектрический датчик, выход которого соединен со входом блока слежения за Солнцем, а с тыльной стороны каждой из зеркальных фацет на ее продольной оси перпендикулярно ее поверхности установлен обращенный к эллиптическому отражателю плоский отражающий элемент.

На фиг.1 схематически изображен общий вид гелиоэнергетической установки.

На фиг.2 приведена схема, показывающая ход лучей через оптические элементы при наведении гелиоэнергетической установки на Солнце.

Гелиоэнергетическая установка содержит несущую конструкцию 1, на которой закреплен параболоцилиндрический концентратор 2, выполненный из набора плоских зеркальных фацет 3. По фокусной линии параболоцилиндрического концентратора 2 расположен протяженный фотоэлектрический преобразователь 4. Несущая конструкция 1 соединена с выходом блока слежения за Солнцем 5. На несущей конструкции 1 за параболоцилиндрическим концентратором 2 соосно ему установлен эллиптический отражатель 6, один фокус которого совмещен с фокусом параболоцилиндрического концентратора 2, а во втором фокусе установлен фотоэлектрический датчик 7, выход которого соединен со входом блока слежения за Солнцем 5.

Предложенная гелиоэнергетическая установка работает следующим образом.

Блок слежения за Солнцем 5 осуществляет предварительную ориентацию несущей конструкции 1 с установленным на ней параболоцилиндрическим концентратором 2 по сигналу, поступающему с централизованного устройства управления (не показано) и определяемому высотой стояния Солнца над горизонтом в данный момент времени на данной географической широте.

Ход солнечных лучей через оптические элементы гелиоэнергетической установки показан на фиг.2.

Если ось визирования ОО параболоцилиндрического концентратора 2 совпадает с направлением на Солнце, солнечные лучи АА, отразившись от плоских зеркальных фацет 3, установленных по касательным параболоцилиндрического концентратора 2 (лучи АВ), поступают в фокус F₁ этого параболоцилиндрического концентратора 2, по фокусной линии которого размещен протяженный фотоэлектрический преобразователь 4.

С тыльной стороны каждой из плоских зеркальных фацет 3 на ее продольной оси перпендикулярно ее поверхности установлен обращенный к эллиптическому отражателю 6 плоский отражающий элемент 8. Часть солнечных лучей АА проходит через окно, выполненное в плоской зеркальной фацете 3, попадает на плоский отражающий элемент 8, отражается от него (лучи АС) и попадает на эллиптический отражатель 6.

Легко показать, что лучи АВ и лучи АС лежат на одной прямой, поскольку они получены отражением одного и того же пучка лучей АА от двух взаимно перпендикулярных плоскостей (плоскость NN отражательного элемента 8 перпендикулярна плоскости НН зеркальной фацеты 3).

Если лучи АВ поступают в точку F₁ , точку, в которой совмещены фокус параболоцилиндрического концентратора 2 и первый фокус эллиптического отражателя 6, то лучи АС, отразившись от эллиптического отражателя 6, попадут во второй фокус F₂ эллиптического отражателя 6, в котором установлен фотоэлектрический датчик 7.

Таким образом в предлагаемой гелиоэнергетической установке осуществляется оптическое сопряжение приемных площадок протяженного фотоэлектрического преобразователя 4 и фотоэлектрического датчика 7, и положение светового пучка на приемной площадке фотоэлектрического датчика 7 соответствует положению этого пучка на приемной площадке фотоэлектрического преобразователя 4.

Если ось визирования ОО параболоцилиндрического концентратора 2 не совпадает с направлением на Солнце, происходит смещение центра светового пучка относительно центра приемных площадок фотоэлектрического датчика 7 и фотоэлектрического преобразователя 4. Фотоэлектрический 7 датчик сформирует сигнал рассогласования, пропорциональный величине смещения, который поступит на вход блока слежения за Солнцем 5. Привод блока слежения за Солнцем 5 произведет поворот по углу места несущей конструкции 1 с установленным на ней параболоцилиндрическим концентратором 2 до совмещения оси визирования ОО с направлением на Солнце.

В предлагаемой гелиоэнергетической установке в отличие от известной основной световой пучок и световой пучок, используемый в фотоэлектрическом датчике контура наведения для формирования сигнала рассогласования, проходят через общие оптические элементы, поэтому в ошибку наведения гелиоэнергетической установки на Солнце не входит ошибка взаимной союстировки оптических путей основного и контрольного сигналов.

Как показывают экспериментальные данные, в известной гелиоэнергетической установке величина ошибки взаимной союстировки осей основного канала (параболоцилиндрический концентратор) и канала контура наведения (фотоэлектрический датчик) зависит от метеоусловий и может доходить до нескольких угловых минут.

В предлагаемой гелиоэнергетической установке такой составляющей погрешности наведения нет.

В настоящее время по материалам заявки изготовлен опытный образец гелиоэнергетической установки и проводятся ее натурные испытания на полигоне в поселке Грибаново Московской области.

Источники информации

1. А.с. 1545040, Россия, МПК F 24 J 2/12.

2. Пат. 5655515, США, МПК F 24 J 2/38.

3. Заявка 19546913, Германия, МПК F 24 J 2/14, F 24 J 2/12.

4. А.з. 2000121364/06, Россия, МПК F 24 J 2/14, 2/42 - прототип.

Изобретение относится к солнечной энергетике и может найти применение в солнечных электростанциях для преобразования солнечной энергии в электрическую, а кроме того может быть использовано в качестве энергетической установки индивидуального пользования. В соответствии с изобретением в гелиоэнергетической установке, содержащей несущую конструкцию с закрепленным на ней параболоцилиндрическим концентратором, выполненным из набора плоских зеркальных фацет, соединенную с выходом блока слежения за Солнцем, и протяженный фотоэлектрический преобразователь, расположенный по фокусной линии параболоцилиндрического концентратора, на несущей конструкции за параболоцилиндрическим концентратором соосно ему установлен эллиптический отражатель, один фокус которого совмещен с фокусом параболоцилиндрического концентратора, во втором фокусе которого установлен фотоэлектрический датчик, выход которого соединен со входом блока слежения за Солнцем, а с тыльной стороны каждой из зеркальных фацет на ее продольной оси перпендикулярно ее поверхности установлен обращенный к эллиптическому отражателю плоский отражающий элемент. С помощью изобретения достигается технический результат, заключающийся в повышении точности и надежности наведения гелиоэнергетической установки на Солнце. 2 ил.

Гелиоэнергетическая установка, содержащая несущую конструкции с закрепленным на ней параболоцилиндрическим концентратором, выполненным из набора плоских зеркальных фацет, соединенную с выходом блока слежения за Солнцем, и протяженный фотоэлектрический преобразователь, расположенный по фокусной линии параболоцилиндрического концентратора, отличающаяся тем, что на несущей конструкции за параболоцилиндрическим концентратором соосно ему установлен эллиптический отражатель, один фокус которого совмещен с фокусом параболоцилиндрического концентратора, во втором фокусе которого установлен фотоэлектрический датчик, выход которого соединен с входом блока слежения за Солнцем, а с тыльной стороны каждой из зеркальных фацет на ее продольной оси перпендикулярно ее поверхности установлен обращенный к эллиптическому отражателю плоский отражающий элемент.