АЭРОДИНАМИЧЕСКАЯ ГЕЛИОУСТАНОВКА С АКТИВНОЙ БАШНЕЙ Российский патент 2008 года по МПК F03G6/04 F03G6/06 F24J2/42 

Изобретение относится к солнечной энергетике и может быть использовано при создании аэродинамических гелиостанций.

Известна установка, работающая от солнечной энергии, называемая "солнечным камином" [1]. Она содержит вытяжную башню с турбогенератором, у основания башни расположены солнечные коллекторы с прозрачным верхним покрытием. С их помощью формируется восходящий тепловой поток, который является рабочим потоком для турбогенератора, расположенного в нижней части вытяжной башни. Под действием солнечного излучения воздух в коллекторах нагревается и поступает в вытяжную башню, вращая при этом турбогенератор, с помощью которого вырабатывается электроэнергия.

Недостатком установки является низкая эффективность при малых углах падения солнечного излучения на солнечные коллекторы.

Наиболее близкой, принятой за прототип, является аэродинамическая гелиоустановка [2]. Она содержит вытяжную башню с турбогенератором и солнечные коллекторы, расположенные у основания башни. Для повышения эффективности работы установки при малых углах падения солнечного излучения на солнечные коллекторы в нее дополнительно вводятся концентраторы, установленные на подвижной ферме, которые могут перемещаться вокруг солнечных коллекторов. Концентраторы отражают солнечное излучение на поверхность солнечных коллекторов.

Установка работает следующим образом. В исходном положении ферма с концентраторами находится на западной стороне установки. При восходе солнца концентраторы отражают солнечное излучение на поверхность солнечных коллекторов. В это время нагрев воздуха в солнечных коллекторах в основном осуществляется за счет солнечного излучения, поступающего от солнечных концентраторов. При движении солнца на запад ферма с концентраторами перемещается на восток через северную сторону, отслеживая перемещение солнца. При подъеме солнца все большее количество солнечной энергии начинает поступать непосредственно на солнечные коллекторы, расположенные у основания башни. Нагретый под действием солнечного излучения воздух в солнечных коллекторах поступает в вытяжную башню, вращая при этом турбогенератор, расположенный у ее нижнего конца.

Недостатком установки является низкая эффективность и конструктивная сложность установки.

Цель изобретения - повышение эффективности и аэродинамической гелиоустановки.

Технический результат достигается тем, что в аэродинамическую гелиоустановку, содержащую вытяжную башню с турбогенератором и солнечные коллекторы, расположенные у основания башни, дополнительно вводятся солнечные коллекторы, размещенные на внешней поверхности башни, выполненной из теплопроводящего материала, а также вводятся отражающие плоскости, установленные вдоль башни под углом друг к другу, образующие систему фоклинов.

Фоклинами называются оптические системы из двух плоских отражающих поверхностей, расположенных под углом друг к другу. С их помощью получают концентрированный световой поток с небольшим коэффициентом концентрации порядка 3-5. Введение в установку солнечных коллекторов и системы отражающих плоскостей, расположенных на вытяжной башне, превращает ее в активный элемент конструкции, где производится нагрев воздуха, в результате чего скорость воздушного потока в башне, а, следовательно, эффективность установки увеличивается, особенно при восходе и закате солнца, при этом упрощается конструкция установки.

Схема аэродинамической гелиоустановки с активной башней приведена на фиг.1. Она содержит вытяжную башню 1 с турбогенератором 2, находящимся у ее нижнего конца. Солнечные коллекторы 3 с прозрачным верхним покрытием находятся у основания башни 1. Дополнительно введенные солнечные коллекторы 4 расположены на внешней поверхности башни 1, выполненной из теплопроводящего материала. Отражающие плоскости 5 установлены вдоль башни под углом друг к другу, образуют систему фоклинов.

Отражающие плоскости 5 могут быть выполнены из твердых материалов с зеркальными отражающими поверхностями на обеих сторонах, или пленочных полос с металлическим покрытием на двух сторонах.

Аэродинамическая гелиоустановка работает следующим образом. Утром, при восходе солнца его излучение падает в основном на отражающие поверхности 5. После отражения от плоскостей (ход лучей показан на чертеже), излучение попадает в солнечные коллекторы 4, расположенные на внешней теплопроводящей поверхности башни и нагревает ее. Это тепло нагревает находящийся в башне воздух, в результате он начинает подниматься вверх по башне 1, создавая воздушный поток, который вращает турбогенератор 2. По мере подъема солнца все большее количество излучения поступает в солнечные коллекторы 3, расположенные у основания башни 1. При движении солнца на запад его излучение начинает последовательно попадать на другие отражающие поверхности 5. При заходе солнца излучение от него поступает в установку в основном от отражательных поверхностей 5, расположенных на башне 1.

Таким образом, предлагаемое техническое решение позволяет повысить эффективность работы гелиоустановки и упростить конструкцию за счет устранения элементов слежения за солнцем. Кроме того, нагрев воздуха в башне позволяет снизить высоту башни, не уменьшая мощности установки, что приводит к снижению ее стоимости, поскольку башня является наиболее дорогостоящим элементом конструкции.

Источники информации

1. Renewable Energy World 2005, V.8, N.4, p.172.

2. Авторское свидетельство № 1449703 F03G 7/02.

Гелиоустановка предназначена для получения электроэнергии. Гелиоустановка содержит вытяжную башню с турбогенератором и солнечные коллекторы, расположенные у основания башни, дополнительно вводятся солнечные коллекторы, размещенные на внешней поверхности башни, выполненной из теплопроводящего материала, а также вводятся отражающие плоскости, установленные вдоль башни под углом друг к другу, образующие систему фоклинов. Введение в установку солнечных коллекторов и отражающих плоскостей, расположенных на вытяжной башне, превращает ее в активный элемент конструкции, где производится нагрев воздуха, в результате чего скорость воздушного потока в башне, и, следовательно, эффективность установки увеличивается, особенно при восходе и закате солнца. Кроме того, нагрев воздуха в башне позволяет снизить высоту башни, не уменьшая мощности установки, что приводит к снижению ее стоимости, поскольку башня является наиболее дорогостоящим элементом конструкции. Технический результат - повышение эффективности аэродинамических гелиоустановок типа "солнечный камин". 2 ил.

Аэродинамическая гелиоустановка с активной башней, содержащая вытяжную башню с турбогенератором и солнечные коллекторы, расположенные у основания башни, отличающаяся тем, что в нее дополнительно вводятся солнечные коллекторы, размещенные на внешней поверхности башни, выполненной из теплопроводящего материала, а также вводятся отражающие плоскости, установленные вдоль башни под углом друг к другу, образующие систему фоклинов.