СОЛНЕЧНАЯ УСТАНОВКА С КОНЦЕНТРАТОРОМ Российский патент 2010 года по МПК F24J2/10 

Изобретение относится к области гелиотехники, в частности касается создания солнечных установок с концентраторами солнечного излучения для выработки электричества и тепла.

Известна солнечная установка с концентратором, состоящая из цилиндрического концентратора с воспринимающей солнечное излучение плоскостью и приемника излучения с двусторонней рабочей поверхностью, у которого поперечное сечение цилиндрического концентратора выполнено двумя радиусами, причем окружность радиуса r сопрягается с окружностью большого 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 (Патент РФ №2191329, класс 7 F24J 2/14, 20.02.2001).

Недостатком известной солнечной установки является низкое значение апертурного угла, в пределах которого солнечный модуль концентрирует прямое и рассеянное солнечное излучение, и низкий коэффициент концентрации.

Известна солнечная установка с концентратором, содержащая зеркальные отражатели и приемник солнечного излучения в фокальной области. Концентратор выполнен в виде осесимметричного кольцеобразного тороидального зеркального отражателя, у которого поперечное сечение образовано из двух сопряженных разновеликих четвертей окружностей радиуса R и r (R>r>0). При этом высота цилиндрического приемника равна h=R-r (патент РФ 2338128, опубл. 10.11.2008. БИ №31, 2008).

Недостатком данной солнечной установки является невысокий коэффициент концентрации.

Задачей изобретения является увеличение коэффициента концентрации на приемнике солнечного излучения при нормальном падении солнечных лучей на апертуру концентратора.

В результате использования изобретения увеличивается концентрация излучения на приемнике излучения при нормальном падении лучей на апертуру концентратора.

Вышеуказанный технический результат достигается тем, что в солнечной установке с концентратором, содержащей концентратор солнечной энергии и цилиндрический приемник в фокальной области, концентратор выполнен в виде осесимметричного зеркального отражателя, образованного из двух сопряженных большей и меньшей четвертей окружностей радиуса R и r {R>r>0), нижнее основание приемника удалено от плоскости миделя концентратора на расстояние a=R-r, радиус основания приемника равен радиусу меньшей четверти окружности, согласно изобретению верхнее основание приемника удалено от плоскости миделя концентратора на расстояние b, высота приемника h=a-b, при ориентации солнечной установки с концентратором на Солнце h<R-r и геометрический коэффициент концентрации равен , где R - радиус большей четверти окружности; r - радиус меньшей четверти окружности; h - высота приемника.

Для повышения производительности для дальнейшего получения биотоплива в предлагаемой установке приемник может быть выполнен в виде биореактора для культивации микроводорослей.

Для повышения температуры теплоносителя в солнечной установке цилиндрический приемник может иметь прозрачную вакуумированную теплоизоляцию на основаниях и боковых стенках.

Для уменьшения тепловых потерь в окружающую среду и для защиты от атмосферных воздействий в предлагаемой установке концентратор может быть покрыт вакуумированным стеклопакетом.

Сущность изобретения поясняется фиг.1, 2 и 3.

На фиг.1 представлена общая схема солнечной установки с концентратором.

На фиг.2 представлен вариант конструкции солнечной установки с концентратором при R/r=4.

На фиг.3 представлен вариант конструкции солнечной установки с концентратором при R/r=9.

Как видно из фиг.2 и 3, солнечное излучение, отраженное от концентратора, полностью попадает на приемник.

Солнечная установка с концентратором содержит тепловой цилиндрический приемник 1, зеркальный отражатель, выполненный из двух разновеликих большей и меньшей четвертей окружностей 2 и 3 радиусов R и r (R>r>0), сопряженных в точке А. Радиус основания цилиндрического приемника 1 равен радиусу r меньшей четверти окружности, а его высота h зависит от отношения R/r. Ось симметрии 5 приемника совпадает с осью симметрии концентратора. Основание приемника перпендикулярно оси симметрии концентратора. Для повышения эффективности солнечной установки с концентратором тепловой цилиндрический приемник имеет прозрачную вакуумированную теплоизоляцию 6 на основаниях и боковых стенках. Для защиты от внешних неблагоприятных воздействий, а также для уменьшения теплопотерь в окружающую среду концентратор покрыт вакуумированным стеклопакетом 7.

Работает солнечная установка следующим образом.

Солнечное излучение через вакуумированный стеклопакет 7 попадает на верхнее основание приемника 1 и тороидальный зеркальный отражатель, выполненный из двух разновеликих четвертей окружностей 2 и 3. От концентратора лучи отражаются на нижнее основание 4 приемника 1 и боковые стенки приемника 1. При этом ось симметрии 5 приемника 1 совпадает с осью симметрии концентратора.

Геометрический коэффициент солнечной установки с концентратором равен

,

где k - геометрический коэффициент концентрации;

S_k - площадь апертуры концентратора, S_k=π(R+r)²;

S_осн - площадь основания приемника, S_осн=πк²;

S_бок - боковая площадь цилиндрического приемника, S_бок=πdh=2πrh.

Высота h цилиндрического приемника зависит от отношения R/r, в зависимости от этого определяется геометрический коэффициент концентрации. Зависимость h от R/r и расчет геометрического коэффициента концентрации k представлены в таблице.

R/r 3 4 5 6 7 8 9 10 h/r 0,5 1 1,5 2 2,5 3 3,5 4 K 5,3 6,3 7,2 8,2 9,1 10,1 11,1 12,1

Изобретение относится к области гелиотехники, в частности касается создания солнечных установок с концентраторами солнечного излучения для выработки электричества и тепла. В солнечной установке с концентратором, содержащей цилиндрический приемник в фокальной области, концентратор выполнен в виде осесимметричного зеркального отражателя, образованного из двух сопряженных большей и меньшей четвертей окружностей радиуса R и r (R>r>0), нижнее основание приемника удалено от плоскости миделя концентратора на расстояние a=R-r, радиус основания приемника равен радиусу меньшей окружности, верхнее основание приемника удалено от плоскости миделя концентратора на расстояние b, высота приемника h=a-b, при ориентации солнечной установки с концентратором на Солнце h<R-r и геометрический коэффициент концентрации равен . В результате использования изобретения увеличивается концентрация излучения на приемнике солнечного излучения при нормальном падении солнечных лучей. 3 з.п. ф-лы, 1 табл., 3 ил.

1. Солнечная установка с концентратором, содержащая концентратор солнечной энергии и цилиндрический приемник в фокальной области, при этом концентратор выполнен в виде осесимметричного зеркального отражателя, образованного из двух сопряженных большей и меньшей четвертей окружностей радиуса R и r {R>r>0), нижнее основание приемника удалено от плоскости миделя концентратора на расстояние a=R-r, радиус основания приемника равен радиусу меньшей четверти окружности, отличающаяся тем, что верхнее основание приемника удалено от плоскости миделя концентратора на расстояние b, высота приемника h=a-b, при ориентации солнечной установки с концентратором на Солнце h<R-r и геометрический коэффициент концентрации равен: , где R - радиус большей четверти окружности; r - радиус меньшей четверти окружности; h - высота приемника.

2. Солнечная установка с концентратором по п.1, отличающаяся тем, что приемник выполнен в виде биореактора для культивации микроводорослей.

3. Солнечная установка с концентратором по п.1, отличающаяся тем, что цилиндрический приемник имеет прозрачную вакуумированную теплоизоляцию на основаниях и боковых стенках.

4. Солнечная установка с концентратором по п.1, отличающаяся тем, что концентратор покрыт вакуумированным стеклопакетом.