Устройство концентрирования солнечного излучения Российский патент 2025 года по МПК F24S20/25 F24S23/79 F24S25/00 F03G6/06 H02S10/30 

Настоящее изобретение относится к области гелиотехники, в частности к устройствам, предназначенным для концентрации и формирования узконаправленного потока солнечного излучения.

Изобретение раскрывает способ определения при проектировании параметров оптических компонентов гелиотехнического устройства, обеспечивающих повышение концентрации и плотности выходного потока солнечного излучения при различных углах наклона солнца. Выполнение элементов устройства с учетом найденных значений позволит достичь заявленного результата увеличения плотности выходного потока солнечного излучения.

Известен БОЛЬШОЙ КОНЦЕНТРИРУЮЩИЙ СОЛНЕЧНЫЙ КОЛЛЕКТОР С ПАРАБОЛИЧЕСКИМ ОТРАЖАТЕЛЕМ [US4195620A, опубл. 28.02.1998], состоящий из стационарной матрицы укороченных параболических зеркал, вращающуюся основу, плоский вторичный отражатель, телескопический гелиостат, стационарный теплообменник. Недостатком аналога является ограниченное количество параболических зеркал, не плотное размещение параболических отражателей друг к другу, а также отсутствие возможности регулирования угла наклона зеркал и высоты платформы в зависимости от угла падения солнечного излучения, отсутствие омывателей, кроме того, отсутствие возможности концентрировать поток излучения в узконаправленный поток значительно снижает плотность выходного потока солнечного излучения.

Известно УСТРОЙСТВО ДЛЯ КОНЦЕНТРИРОВАНИЯ СОЛНЕЧНОГО ИЗЛУЧЕНИЯ [US4040411A, опубл.09.08.1994], состоящее из цилиндрического сосуда, верхних отражающих плоскостей, бассейн, нижней отражающей плоскости, расположенной на воде. Недостатком аналога является возможность смещения нижней отражающей плоскости, вызванное колебанием воды, ограниченное количество отражающих поверхностей, а также отсутствие возможности регулирования угла наклона и высоты платформы в зависимости от угла падения солнечного излучения, отсутствие омывателей, что значительно снижает плотность выходного потока солнечного излучения и понижает эффективность устройства.

Наиболее близкое техническое решение описано в КОНЦЕНТРИРУЮЩИЙ КОЛЛЕКТОР ДНЕВНОГО СВЕТА [WO2012021471, опубл.16.02.2012] содержащий параболический концентратор, гиперболический концентратор, подвижные отражающие плоскости, подвижная опора, цилиндрический кожух. Недостатком аналога является ограниченное количество отражающих поверхностей что приводит к снижению плотности выходного потока солнечного излучения. Кроме того, отсутствие омывателей также приводит к снижению плотности выходного потока солнечного излучения за счет оседания пыли и более крупных частиц и понижает эффективность устройства.

Технической проблемой, решаемой заявленным изобретением, является устранение недостатков аналогов.

Задача изобретения повысить плотность выходного потока солнечного излучения и повысить эффективности устройства.

Технический результат заявленного изобретения заключается в увеличении плотности выходного потока солнечного излучения за счет выполнения рольставни и размещения на ней отражателей определенным образом, и повышении эффективности устройства.

Указанный технический результат достигается тем, что устройство для концентрирования солнечного излучения содержит платформу, крепление платформы, опору платформы, верхние плоские отражатели с зеркальной поверхностью, рольставни, большой концентратор, малый концентратор, каркас большого концентратора, каркас малого концентратора, нижний отражатель, омыватели плоских отражателей и концентратора, приемник сконцентрированного солнечного излучения, отличающееся тем что платформа выполнена с возможностью изменения угла наклона (ρ) по отношению к горизонту в зависимости от угла падения солнечного излучения (α), при этом зависимость выражается формулой , платформа выполнена с возможностью вращения по азимуту, верхние плоские отражатели с зеркальной поверхностью смонтированы по всей длине платформы, верхние плоские отражатели с зеркальной поверхностью выполнены с возможностью выдвигаться по всей длине рольставни, верхние плоские отражатели с зеркальной поверхностью выполнены с возможностью менять угол наклона (β) в зависимости от угла наклона платформы (ρ) при этом зависимость выражается формулой , верхние плоские отражатели выполнены с возможностью отражать солнечное излучение на большой концентратор под углом (γ) 90° (± 5°) к большому концентратору при этом большой концентратор находится под углом (ε) к горизонту, малый концентратор смонтирован соосно с большим концентратором при этом фокус малого концентратора совпадает с фокусом большого концентратора, малый концентратор выполнен с возможностью направлять поток светового излучения на нижний отражатель с зеркальной поверхностью, омыватель содержит сопла, омыватели выполнены с возможностью монтирования на платформе, омыватели выполнены с возможностью подавать воду на верхние отражатели с зеркальной поверхностью и большой концентратор через сопла смонтированные над верхними плоскими отражателями с зеркальной поверхностью.

В частности, платформа содержит один уровень верхних плоских отражателей с зеркальной поверхностью.

В частности, платформа содержит более одного уровня верхних плоских отражателей с зеркальной поверхностью.

В частности, второй и последующие уровни верхних плоских отражателей с зеркальной поверхностью платформы выполнен с возможностью движения по оси Z.

В частности, опора платформы выполнена неподвижной.

В частности, опора платформы выполнена подвижной.

В частности, опора платформы содержит телескопические элементы.

В частности, платформа содержит телескопические элементы.

В частности, большой концентратор выполнен в виде выпуклого отражателя с зеркальной поверхностью.

В частности, большой концентратор выполнен параболической формы.

В частности, большой концентратор выполнен параболоцилиндрической формы.

В частности, большой концентратор выполнен по типу линзы Френеля.

В частности, малый концентратор выполнен в виде вогнутого отражателя с зеркальной поверхностью.

В частности, малый концентратор выполнен в виде выпуклого отражателя с зеркальной поверхностью.

В частности, малый концентратор выполнен с возможностью пропускать теплоноситель.

В частности, малый концентратор выполнен параболической формы.

В частности, малый концентратор выполнен параболоцилиндрической формы.

В частности, малый концентратор выполнен по типу линзы Френеля.

В частности, ширина малого концентратора не больше ширины основания большого концентратора.

В частности, нижний отражатель с зеркальной поверхностью смонтирован к каркасу большого концентратора.

В частности, нижний отражатель с зеркальной поверхностью смонтирован к каркасу малого концентратора.

В частности, нижний отражатель с зеркальной поверхностью, выполнен плоским

В частности, отражатель с зеркальной поверхностью, выполнен изогнутым.

В частности, нижний отражатель выполнен с возможностью изменять направление сконцентрированного потока солнечного излучения от 10° до 170°.

В частности, приемник выполнен в виде устройства для преобразования тепловой энергии в электричество, например в виде двигателя Стирлинга.

В частности, приемник выполнен в виде устройства для преобразования тепловой энергии в механическую энергию.

В частности, приемник выполнен в виде устройства, использующего тепловую энергию.

Предложенное изобретение иллюстрируется фигурами:

На фиг.1 изображено устройство для концентрирования солнечного излучения с параболическим концентратором, вид спереди.

На фиг.2 изображено устройство для концентрирования солнечного излучения с линзой Френеля, вид спереди.

На фиг.3 изображена линза Френеля, вид А.

На фиг.4 изображено устройство для концентрирования солнечного излучения с неподвижной опорой платформы.

На фиг.5 изображены линейные направляющие неподвижной опоры, вид Б.

На фиг.6 изображены верхние плоские отражатели с зеркальной поверхностью, вид В.

На фиг.7 изображена схема расчета параметров элементов устройства с обозначениями сторон и углов, Вид Д.

На фиг.8 изображена схема расчета параметров элементов с обозначениями сторон прямоугольного треугольника.

На фигурах обозначено: 1 - платформа, 2 - телескопические элементы, 3 - опора, 4 - неподвижная часть, 5 - линейные профильные направляющие, 6 - подвижная часть, 7 - рольставни, 8 - зубчатая рейка, 9 - шестерня, 10 - верхние плоские отражатели с зеркальной поверхностью, 11 - автоматический привод, 12 - азимутальный поворотный механизм, 13 - зубчатый венец, 14 - металлическая рамка, 15 - цилиндрическая делать, 16 - большой концентратор, 17 - фокус, 18 - малый концентратор, 19 - каркас, 20 - нижний отражатель с зеркальной поверхностью, 21 - приемник сконцентрированного солнечного излучения, 22 - солнечное излучение, 23 - омыватель, 24 - сопло.

Согласно изобретению, платформа 1 выполнена в виде каркаса как минимум из четырёх попарно расположенных параллельных монтажных реек, например, DIN-реек, выполненных с возможностью удлинять платформу 1 за счет телескопических элементов 2 платформы 1, смонтированных неразъёмным соединением, например сваркой, на опору 3 платформы 1.

Опора 3 платформы 1 с одной стороны платформы 1 может быть выполнена неподвижной и включать неподвижную часть 4 опоры платформы 1. К неподвижной части 4 опоры 1 разъёмным соединением смонтирован механизм возвратно-поступательного передвижения платформы 1, например линейные профильные направляющие 5, обеспечивающий движение платформы 1 относительно опоры 3 платформы 1. Опора 3 платформы 1, с одной стороны, также может быть выполнена подвижной и включать неподвижную часть 4 опоры 3 платформы 1 и подвижною часть 6 опоры 3 платформы 1 в виде конструкции, состоящей из нескольких секций телескопических элементов 2 опоры 1, например полых цилиндров, каждая последующая секция которой имеет меньший диаметр, чем предыдущая, что позволяет им свободно скользить друг в друге, тем самым обеспечивая способность опоры 3 платформы 1 удлиняться и укорачиваться за счет подвижной части 6 опоры 3 платформы 1. К платформе 1 неразъемным соединением, например приварных бобышек, смонтированы рольставни 7 выполненные, например в виде пары зубчатой рейки 8 и шестерни 9 с прямой или косой передачей, обеспечивающие движение верхних плоских отражателей с зеркальной поверхностью 10 по всей длине рольставни 7 с помощью автоматического привода 11.

Опора 3 платформы 1, с другой стороны платформы 1 выполнена неподвижной и включать неподвижную часть 4 опоры 3 платформы 1. К неподвижной части 4 опоры 3 платформы 1 разъемным соединением, например, винтовым соединением, смонтирован азимутальный поворотный механизм 12, выполненный в виде большого зубчатого венца 13, который взаимодействует с автоматическим приводом 11 зубчатого венца 13 и позволяет платформе 1 вращаться на 360 градусов.

Верхние плоские отражатели с зеркальной поверхностью 10 смонтированы, например, в металлическую рамку 14, неразъемным соединением, например склейкой. К углам металлической рамки 14 неразъемным соединением, например сваркой, смонтированы полые цилиндрические детали 15, второй конец которых смонтирован разъемным соединением к шестерне 9 рольставней 7, например болтовым соединением. Это позволяет передавать крутящий момент от полого цилиндра 15 к шестерне 9, обеспечивая синхронное вращение.

Платформа 1 обеспечивает надёжную и устойчивую основу для верхних плоских отражателей с зеркальной поверхностью 10, что критически важно для точности и стабильности расположения отражателей относительно концентратора. Рольставни 7 и автоматический привод 11, смонтированные в платформу 1 позволяют точно регулировать положение верхних плоских отражателей с зеркальной поверхностью 10, что необходимо для фокусировки и направления отражённого солнечного излучения 22, кроме того, платформа 1 с подвижным механизмом может адаптироваться к различным условиям юстировки платформы, позволяя верхним плоским отражателям с зеркальной поверхностью 10 выдвигаться на нужное расстояние в зависимости от требуемой конфигурации. Платформа 1 может быть разработана таким образом, чтобы вмещать дополнительные верхние плоские отражатели с зеркальной поверхностью 10 или модифицироваться добавлением дополнительных телескопических элементов 2 платформы 1 для увеличения её функциональности в будущем, таким образом наличие рольставней 7 платформы 1 и автоматического привода 11 позволяет регулировать положение верхних плоских отражателей с зеркальной поверхностью 10 на платформе 1 и повышать плотность выходного потока солнечного излучения 22. Для повышения плотности солнечного излучения 22 важно учитывать широту и долготу местности, так как они влияют на угол падения и количество солнечного излучения 22, доступного в разные времена года. Используя данные о широте и долготе, рассчитывают солнечный азимут и высоту для разных времен дня и сезонов года. Это поможет определить, как солнце перемещается по небу и как изменяется угол падения солнечного излучения 22 на верхние отражатели с зеркальной поверхностью 10. Определяют угол и длину платформы 1 и необходимых рольставней 7. Параметры элементов устройства можно рассчитать, используя закон отражения, геометрические отношения между углами, включая наклон зеркала к горизонтали и вертикали, угловой зависимостью между нормалью, горизонталью и вертикалью и тригонометрических формул прямоугольного треугольника. Рольставни 7 и большой концентратор 16 можно представить в виде прямоугольного треугольника, где рольставни 7 являются гипотенузой, а большой концентратор 16 — одним из катетов. Левый конец большого концентратора 16 обозначим точкой «D», он образует прямой угол (90°) с вертикально расположенным над ним левым концом рольставней 7, обозначенным точкой «E». Правый конец большого концентратора 16, соединяющийся с правым концом рольставней 7, обозначим точкой «N». В качестве примера рассчитывают параметры элементов конструкции для углов наклона солнца (α) в диапазоне от 10° до 55°. К статическим параметрам устройства относятся: ширина большого концентратора 16 () – 600 см; угол наклона к горизонту большого концентратора 16 (ε) 0°; толщина верхнего плоского отражателя с зеркальной поверхностью 10 (w) – 0,5 см. К динамическим параметрам устройства, зависящим от угла наклона солнца, относятся: длинна рольставней 7. Для случая применения телескопических элементов 2 платформы 1 необходимо учитывать размеры, полученные при минимальных и максимальных градусах наклона солнца. Для случая, когда в платформе 1 отсутствуют телескопические элементы 2 необходимо учитывать размеры, полученные при минимальных градусах наклона солнца, длину и количество верхних плоских отражателей с зеркальной поверхностью 10 или комбинацию этих параметров. Вариант размещения верхних плоских отражателей с зеркальной поверхностью 10, при котором, например, длина верхних плоских отражателей с зеркальной поверхностью 10 (AB) фиксированная и равна 100 см. Для этого варианта определяют количество верхних плоских отражателей с зеркальной поверхностью 10 (К), выдвигаемых по рольставням 7.

Формула вычисления количества верхних плоских отражателей с зеркальной поверхностью 10 (К):

Формула вычисления длины рольставней 7 (EN):

Формула вычисления :

Формула вычисления угла наклона платформы 1 ():

Определяют длину рольставней (EN):

Для :

Для :

Формула определения расстояния между верхними плоскими отражателями с зеркальной поверхностью 10 ():

Формула вычисления ∠ABС:

Определяют расстояние между верхними плоскими отражателями с зеркальной поверхностью 10 ():

Для :

Для :

Определяют количество верхних плоских отражателей с зеркальной поверхностью 10 (К):

Для :

Для :

Вариант размещения верхних плоских отражателей с зеркальной поверхностью 10, при котором количество точек монтирования для верхних плоских отражателей с зеркальной поверхностью 10 (K) фиксированное и равно, например, 20 ед. Для этого варианта определяют длину верхних плоских отражателей с зеркальной поверхностью 10 ().

Формула вычисления длины верхних плоских отражателей с зеркальной поверхностью 10 ():

Формула вычисления расстояния между верхними плоскими отражателями с зеркальной поверхностью 10 ():

Формула вычисления , учитывая, что , а также из свойства треугольника что сумма углов равна :

Значение EN в виду аналогичности, подставляют из предыдущего примера.

Определяют длину верхних плоских отражателей с зеркальной поверхностью 10 ():

Для

Для

Исходя из результатов расчета данного варианта, требуемая длинна верхних плоских отражателей с зеркальной поверхностью 10 увеличивается с увеличением угла наклона солнца. Для реализации такой потребности, необходимо монтировать в одной точке два верхних плоских отражателя с зеркальной поверхностью 10 длиной равной половине длины, определенной для максимального угла наклона солнца, смонтированные попарно на рольставнях 7.

Фактически получают 40 верхних плоских отражателей с зеркальной поверхностью 10 с 20 точками монтирования на рольставнях 7. Монтируются верхние плоские отражатели с зеркальной поверхностью 10 таким образом, что одна сторона каждого верхнего плоского отражателя с зеркальной поверхностью 10 соединяется с рольставней 7 одной стороны платформы 1, а другая сторона каждого верхнего плоского отражателя с зеркальной поверхностью 10 смонтирована таким образом что, два верхних плоских отражателя с зеркальной поверхностью 10 движутся параллельно относительно друг друга. Платформа 1 должна иметь возможность передвигать параллельно и одновременно все верхние плоские отражатели с зеркальной поверхностью 10 относительно своей пары. Расчеты размещения верхнего плоского отражателя с зеркальной поверхностью 10 при ярусном исполнении платформы 1, проводят аналогично и на основании формул из перечисленных выше вариантов. При необходимости платформа 1 может быть снабжена дополнительным рядом верхних плоских отражателей с зеркальной поверхностью 10, смонтированных к платформе 1 разъемным соединением, например винтовым, а также дополнительным количеством телескопических элементов 2, обеспечивающих увеличение высоты платформы и, как следствие, выдвижение верхних плоских отражателей с зеркальной поверхностью 10 вдоль оси Z. Изменение длины верхних плоских отражателей с зеркальной поверхностью 10 происходит за счет удлинения платформы 1 благодаря телескопическим элементам 2 платформы 1 расположенных при необходимости с обеих сторон платформы 1 Угол наклона верхних плоских отражателей с зеркальной поверхностью 10 рассчитывают, используя принципы геометрической оптики, так, чтобы отраженное солнечное излучение 22 падало перпендикулярно на поверхность большого концентратора 16. Регулируемое количество верхних плоских отражателей с зеркальной поверхностью 10 позволяет собрать больше солнечного излучения 22, не требуя сложной системы управления для их правильной ориентации. Количество верхних плоских отражателей с зеркальной поверхностью 10 оптимизировано для достижения нужной плотности солнечного излучения 22 без излишнего усложнения системы. Таким образом регулирование количества верхних плоских отражателей с зеркальной поверхностью 10, их расположение в пространстве и угол наклона повышает плотность выходного светового излучения 22 и обеспечивает достижение требуемого угла коллимации.

Платформа 1 выполнена с возможностью изменения угла наклона (ρ) по отношению к горизонту в зависимости от угла падения солнечного излучения 22 при этом зависимость выражается формулой ρ=. Изменение угла наклона платформы 1 с верхними плоскими отражателями с зеркальной поверхностью 10 по отношению к горизонту влияет на эффективность сбора солнечного излучения 22. Оптимальный угол наклона обеспечивает максимальное направление солнечного излучения 22 на большой концентратор 16, что повышает плотность выходного потока солнечного излучения 22. Угол наклона может регулироваться в зависимости от времени года, чтобы компенсировать изменение высоты солнца над горизонтом. Летом, когда солнце высоко, угол наклона может быть меньше. Зимой, когда солнце ниже, угол увеличивается. Угол наклона платформы 1 для верхних плоских отражателей с зеркальной поверхностью 10 напрямую влияет на количество собираемого солнечного излучения 22, которое может быть отражено и сфокусировано на приемнике сконцентрированного солнечного излучения 22. Регулирования угла наклона платформы 1 позволяет регулировать угол наклона верхних плоских отражателей с зеркальной поверхностью 10 и весь поток солнечного излучения 22 будет эффективно отражаться от верхних плоских отражателей с зеркальной поверхностью 10, т.к. это позволит отражать солнечное излучение 22 под углом 90 (± 5°) градусов к поверхности большого концентратора 16 и увеличит плотность выходного потока солнечного излучения 22, тем самым увеличивая общую эффективность системы.

Платформа 1 выполнена с возможностью вращения по азимуту. Основная функция гелиотехнической платформы 1 - сбор солнечного излучения 22. Для достижения этого, платформа 1 спроектирована таким образом, чтобы максимизировать экспозицию ее поверхности к солнцу. Позволяя платформе 1 вращаться по азимуту, угол наклона верхних плоских отражателей с зеркальной поверхностью 10 регулируют изменением угла наклона платформы 1 для выравнивания с положением солнца, обеспечивая сбор максимального количества солнечного излучения 22. Это особенно важно в течение дня, когда положение солнца быстро меняется, и платформа 1 должна адаптироваться, чтобы поддерживать оптимальный сбор солнечного излучения 22, что приводит увеличению плотности выходного потока солнечного излучения 22. Способность вращаться по азимуту обеспечивает повышенную гибкость в проектировании и развертывании платформы 1, кроме того, это позволяет использовать платформу 1 в различных средах.

Верхние плоские отражатели с зеркальной поверхностью 10 смонтированы по всей длине платформы 1. Большой концентратор 16, который собирает и фокусирует поток солнечного излучения 22, должен получать его равномерно по всей своей поверхности. Если верхние плоские отражатели с зеркальной поверхностью 10 будут расположены только на отдельных участках платформы 1, это приведет к неравномерному перенаправлению потока солнечного излучения 22. Для повышения плотности выходного потока солнечного излучения 22 необходимо использовать весь потенциал верхних плоских отражателей с зеркальной поверхностью 10, так как пустые участки платформы 1 приведут к потере солнечного излучения 22, которое могло бы быть отражено и использовано. Распределение верхних плоских отражателей с зеркальной поверхностью 10 по всей длине рольставней 7 увеличивает общую площадь отражающей поверхности, что позволяет отражать больше солнечного излучения 22 на приемник сконцентрированного солнечного излучения 21 и повысить плотность выходного потока солнечного излучения 22.

Верхние плоские отражатели с зеркальной поверхностью 10 выполнены с возможностью выдвигаться по всей длине рольставни 7. Верхние плоские отражатели с зеркальной поверхностью 10 должны быть расположены таким образом, чтобы обеспечивать постоянное отражение солнечного излучения 22 под оптимальным углом, что в данном случае составляет 90 (± 5°) градусов. По мере движения солнца по небу угол падения солнечного излучения 22 меняется, снижая эффективную площадь отражающей поверхности, что приводит к так называемым косинусным потерям. Распределение верхних плоских отражателей с зеркальной поверхностью 10 по всей длине платформы 1 помогает минимизировать эти потери. Увеличение количества плоских отражателей с зеркальной поверхностью 10 позволяет компенсировать эти изменения и улавливать максимальное количество солнечной излучения 22 в течение дня, тем самым повышая плотность выходного потока солнечного излучения 22. Платформа 1, содержащая верхние плоские отражатели с зеркальной поверхностью 10, выдвигающиеся по рольставням 7, дополнительно оснащена автоматическим приводом 11 или шаговыми моторами, которые позволяют контролировать выдвижение плоских отражателей с зеркальной поверхностью 10 с высокой точностью. Эти механизмы должны быть интегрированы в конструкцию таким образом, чтобы обеспечить равномерное выдвижение верхних плоских отражателей с зеркальной поверхностью 10 вдоль платформы 1 по рольставням 7.

Верхние плоские отражатели с зеркальной поверхностью 10 выполнены с возможностью менять угол наклона в зависимости от угла падения солнечного излучения 22 (α) при этом зависимость выражается формулой . Солнце движется по небосводу, следовательно, угол падения солнечного излучения 22 на земную поверхность постоянно меняется. Для того чтобы солнечное излучение 22 всегда падало на большой концентратор 16 под прямым углом, необходима система, способная адаптироваться к этим изменениям. Прямое падение солнечного излучения 22 гарантирует, что вся энергия солнечного излучения 22 будет направлена на большой концентратор 16, минимизируя так называемые косинусные потери. Угол падения солнечных лучей также меняется в зависимости от сезона. Подвижные верхние плоские отражатели с зеркальной поверхностью 10 помогают минимизировать потери энергии, так как они позволяют отражать максимальное количество солнечного излучения 22 на большой концентратор 16. Это особенно важно в утренние и вечерние часы, когда солнце находится на низком уровне над горизонтом. Устройство для концентрирования солнечного излучения 22 с адаптивными верхними отражателями с зеркальной поверхностью 10 регулирует угол наклона в соответствии с сезонными изменениями, что позволяет устройству работать с максимальной эффективностью круглый год. Использование формулы, выражающей зависимость изменения угла наклона верхних плоских отражателей с зеркальной поверхностью 10 от угла падения солнечного излучения 22 позволяет точно рассчитать угол наклона верхних плоских отражателей с зеркальной поверхностью 10 изменением угла наклона платформы 1, чтобы солнечное излучение 22 отражалось на большой концентратор 16 под углом 90 (± 5°) градусов, что критически важно для повышения плотности выходного потока солнечного излучения 22, кроме того, данная зависимость может быть использована для вычисления угла наклона верхних плоских отражателей с зеркальной поверхностью 10 при любой конфигурации системы, независимо от географического положения и конструктивных особенностей платформы 1.

Верхние плоские отражатели с зеркальной поверхностью 10 выполнены с возможностью отражать солнечное излучение на большой концентратор 16 под углом в диапазоне 90 (± 5°) градусов при этом большой концентратор 16 находится под углом (ε). При попадании солнечного излучения 22 под углом в 90 (± 5°) градусов достигается оптимальная фокусировка солнечного излучения 22 в фокусе 17 большого концентратора 16. Это обеспечивает максимальную концентрацию солнечного излучения 22 и приводит к увеличению плотности выходного потока солнечного излучения 22. Если коллимация света будет слишком большой, то есть если солнечное излучение 22 будет падать на большой концентратор 16 под углами, отличными от диапазона 90 (± 5°) градусов солнечное излучение 22 не будет точно фокусироваться в фокусе 17 большого концентратора 16, что приведет к рассеиванию и уменьшению плотности выходного потока солнечного излучения 22, кроме того, разброс солнечного излучения 22 по более широкой области приводит к тому, что часть энергии теряется в окружающей среде.

Верхние плоские отражатели с зеркальной поверхностью 10 выполнены с возможностью образовывать угол наклона от 1 до 90 (± 5°) градусов к рольставням 7 платформы 1, образовывая крышу на время, когда устройство не используется, тем самым защищая большой концентратор 16 и малый концентратор 18 и другие чувствительные компоненты от неблагоприятных погодных условий, таких как дождь, ветер, снег или град, а также предотвращает накопление пыли и грязи, что снижает необходимость в частой очистке и обслуживании, что косвенно оказывает влияние на плотность выходного потока солнечного излучения 22.

При необходимости возможно матричное размещение связки большого концентратора 16 и малого концентратора 18 работающих в паре. В отличие от параболических или параболоцилиндрических большого концентратора 16 и малого концентратора 18, которые из-за своей сложной геометрии и требований к точности изготовления ограничены в размерах, платформа 1 с верхними плоскими отражателями с зеркальной поверхностью 10 могут быть выполнены практически любой длины. В качестве альтернативы громоздким большим концентраторам 16 и малым концентраторам 18 предлагается использование нескольких матричных концентраторов, смонтированных в ряд под платформой 1 с верхними плоскими отражателями 10. Это позволяет достичь необходимой концентрации солнечного излучения 22, сохраняя при этом гибкость конструкции и упрощая процесс монтажа и обслуживания, так как матричное расположение нескольких больших концентраторов 16 и малых концентраторов 18 позволяет легко масштабировать систему, добавляя или удаляя сегменты системы в зависимости от потребностей, а наличие нижнего отражателя с зеркальной поверхностью 20 позволит направить поток сконцентрированного солнечного излучения на единый приемник сконцентрированного солнечного излучения 21.

Большой концентратор 16 содержит каркас 19. Каркас 19 большого концентратора 16 может быть цельносварным или быть собран разъемным соединением, например, болтовым соединением, отдельных секций на месте установки. Каркас 19 большого концентратора 16 может быть смонтирован к опоре 3 каркаса 19 большого концентратора 16 разъемным соединением, например шарнирным соединением, обеспечивающее возможность корректировать угол наклона большого концентратора 16, тем самым увеличивая плотность выходного потока солнечного излучения 22. Каркас 19 большого концентратора 16 обеспечивает устойчивость большого концентратора 16 и поддерживает форму параболы предотвращая деформации, которые могут уменьшить эффективность сбора солнечного излучения 22, тем самым влияя на работоспособность большого концентратора 16 и в совокупности с большим концентратором 16 обеспечивает увеличения плотности выходного потока солнечного излучения 22.

Опора 3 каркаса 19 большого концентратора 16 выполнена в виде цельносварной жесткой конструкции, способной выдержать не только вес самого большого концентратора 16, но и дополнительные нагрузки. Опора 3 каркаса 19 большого концентратора 16 может быть установлена ниже уровня земли, что позволит расположить, например, параболические сегменты большого концентратора 16 на уровне земли и нивелировать ветровую нагрузку на большой концентратор 16. Если опора 3 каркаса 19 большого концентратора 16 недостаточно жесткая, она может деформироваться, что приведёт к изменению угла наклона большого концентратора 16 и ухудшению фокусировки солнечного излучения 22, что уменьшит плотность выходного потока солнечного излучения 22. Согласно формуле , угол наклона большого концентратора 16 () будет влиять, на величину угла наклона платформы 1. Заявляемое техническое требование будет выполняться устройством, в отличие от своих аналогов, даже в том случае, если угол наклона большого концентратора 16 () будет меняться динамически непосредственно в процессе использования предлагаемого изобретением устройства.

Малый концентратор 18 смонтирован соосно с большим концентратором 16 при этом фокус 17 малого концентратора 18 совпадает с фокусом 17 большого концентратора 16. В гелиотехнических системах, где целью является достижение максимальной плотности выходного потока солнечного излучения 22, использование комбинации большого концентратора 16 и малого концентратора 18 играет ключевую роль. Большой концентратор 16 эффективно собирает и фокусирует параллельно направленный поток солнечного излучения 22 в одну точку, в то время как малый концентратор 18 дополнительно увеличивает плотность солнечного излучения 22, направляя и концентрируя поток солнечного излучения 22 в меньшую область, например, отверстие в вершине большого концентратора 16. Использование большого концентратора 16 и малого концентратора 18 позволяет собирать солнечную энергию на большой площади и фокусировать её в одной точке, поскольку способен принимать поток солнечного излучения 22 из одного фокуса 17 и направлять поток солнечного излучения 22 на приемник сконцентрированного солнечного излучения 21. Большой концентратор 16 собирает солнечное излучение 22 и фокусирует его в своем фокусе 17. Соосное размещение минимизирует потери солнечного излучения 22, которые могут произойти при передаче излучения 22 от большого концентратора 16 к малому концентратору 18. Это обеспечивает повышение плотности выходного потока солнечного излучения 22. Также такое размещение позволяет оптимизировать геометрию системы, уменьшая размеры и повышая общую эффективность, поскольку большой концентратор 16 и малый концентратор 18 работают как единая система.

Малый концентратор 18 выполнен с возможностью направлять поток светового излучения 22 на нижний отражатель с зеркальной поверхностью 20. Направление потока светового излучения 22 на нижний отражатель с зеркальной поверхностью 20 обеспечивает возможность изменения положения приемника сконцентрированного солнечного излучения 21 без необходимости изменения всей конструкции устройства для концентрирования солнечного излучения 22. Размещение приемника сконцентрированного солнечного излучения 22 в стороне от большого концентратора 16 и малого концентратора 18 упрощает доступ к нему для технического обслуживания и ремонта, что позволит оптимизировать управление выходным потоком солнечного излучения 22 и повысить общую эффективность действия устройства для концентрирования солнечного излучения 22.

В устройстве для концентрирования солнечного излучения 22 платформа 1 содержит один уровень верхних плоских отражателей с зеркальной поверхностью 10. Другим исполнением устройства для концентрирования солнечного излучения 22 является несколько уровней (ярусов) верхних плоских отражателей с зеркальной поверхностью 10. В гелиотехнических системах, использующих верхние плоские отражатели с зеркальной поверхностью 11 для концентрации солнечного излучения 22, возможность сокращения общего количества верхних плоских отражателей с зеркальной поверхностью 10 при увеличении ярусов является важным аспектом оптимизации системы. Это достигается за счет более эффективного распределения верхних плоских отражателей с зеркальной поверхностью 10 и угла их наклона. Увеличение количества ярусов позволяет разместить верхние плоские отражатели с зеркальной поверхностью 10 на разных уровнях, что способствует более равномерному и эффективному распределению отраженного солнечного излучения 22. Для обеспечения постоянного угла отражения солнечного излучения 22 под углом 90° (± 5°) градусов к поверхности большого концентратора 16, верхние плоские отражатели с зеркальной поверхностью 10 на каждом ярусе могут быть установлены под различными углами наклона. Это позволяет максимально использовать солнечное излучение 22 в течение всего дня, минимизируя потери солнечного излучения 22 и повышая общую эффективность системы. Используя принципы геометрической оптики, можно рассчитать оптимальный угол установки верхних плоских отражателей с зеркальной поверхностью 10 для каждого яруса, чтобы обеспечить постоянное отражение солнечного излучения 22 под углом 90° (± 5°) градусов к поверхности большого концентратора 16. Многоярусная конструкция также помогает уменьшить общую длину платформы 1, при использовании ограниченной в размерах местности, сокращая количество верхних плоских отражателей с зеркальной поверхностью 10 на одном уровне. Размещение верхних плоских отражателей с зеркальной поверхностью 10 на разных уровнях позволяет солнечному излучению 22 проходить между ярусами, уменьшая взаимное затенение, что при необходимости увеличит плотность выходного солнечного излучения 22 и повысит общую эффективность системы.

В устройстве для концентрирования солнечного излучения 22, второй и последующие уровни (ярусы) верхних плоских отражателей с зеркальной поверхностью 10 платформы 1 выполнены с возможностью движения по оси Z. Подвижные уровни верхних плоских отражателей с зеркальной поверхностью 10 перемещают вверх и вниз по вертикальной оси Z, что позволяет изменять угол отражения в зависимости от высоты солнца над горизонтом. Это обеспечивает, что солнечное излучение всегда будет отражаться под углом, перпендикулярным поверхности большого концентратора 16. Расчет оптимального положения верхних плоских отражателей с зеркальной поверхностью 10 многоуровневой платформы 1 требует учета не только угла падения солнечного излучения 22, но и расстояния до фокуса 17 большого концентратора 16. Используя принципы геометрической оптики, определяют, какое количество верхних плоских отражателей с зеркальной поверхностью 11 должно быть на каждом уровне для обеспечения требуемого угла отражения, что при необходимости увеличит плотность выходного потока солнечного излучения 22. Устройство для концентрирования солнечного излучения 22 при необходимости может быть оснащено датчиками и контроллерами, которые автоматически регулируют положение верхних плоских отражателей с зеркальной поверхностью 10 в зависимости от текущего положения солнца. Это позволяет системе поддерживать оптимальный угол отражения в течение всего дня без вмешательства оператора и при необходимости улучшит общую эффективность устройства для концентрирования солнечного излучения 22.

В устройстве для концентрирования солнечного излучения, опора 3 платформы 1 выполнена неподвижной. Также существует вариант исполнения устройства для концентрирования солнечного излучения 22, в котором опора 3 платформы 1 выполнена подвижной и содержит телескопические элементы 2 опоры 1. В варианте исполнения с неподвижной частью 4 опоры 3 платформы 1, опора 3 платформы 1 выполнена высотой способной обеспечить перемещение платформы 1 с верхними плоскими отражателями с зеркальной поверхностью 10 вверх и вниз по вертикальной оси Z неподвижной опоры 3 платформы 1, обеспечивая требуемой угол наклона платформы 1 с верхними отражателями с зеркальной поверхностью 10. При увеличении количества верхних плоских отражателей с зеркальной поверхностью 10 возрастает нагрузка на основание платформы 1. Если опора 3 платформы 1 изначально не рассчитана на максимальную длину платформы 1 и соответствующую нагрузку, это может привести к её деформации или разрушению. В процессе выдвижения верхних плоских отражателей 10 основание подвергается динамическим нагрузкам, которые могут вызвать вибрации и усталостные явления в материале. В случае если опора 3 платформы 1 будет выполнена недостаточной высоты, т.е. будет не способна обеспечить передвижение платформы 1 максимальной длины вдоль оси Z основания 3 платформы 1, угол наклона платформы 1 будет недостаточным для обеспечения требуемого угла наклона верхних плоских отражателей с зеркальной поверхностью 10, что приведет к уменьшению плотности выходного потока солнечного излучения 22.

В варианте исполнения опоры 3 платформы 1 с подвижной частью 6 опоры 3 платформы 1, опора 3 платформы 1 состоит из неподвижной части 4 опоры 3 платформы 1 и подвижной части 6 опоры 3 платформы 1. Подвижная часть 6 опоры 3 платформы 1 представляет собой телескопические элементы 2 опоры 3 платформы 1 выполненные с возможностью выдвигаться, обеспечивая требуемой угол наклона платформы 1 с верхними отражателями с зеркальной поверхностью 10. Телескопические элементы 2 опоры 3 платформы 1 позволяют платформе 1 быть модульной, что упрощает её монтаж, расширение и модернизацию. Это также обеспечивает возможность адаптации к различным условиям эксплуатации. Также в сжатом состоянии телескопические элементы 2 опоры 3 платформы 1 занимают меньше места, что позволяет более эффективно использовать доступное пространство, особенно в условиях ограниченной площади. Телескопические элементы 2 опоры 3 платформы 1, как правило, легче цельных блоков, что снижает общую массу конструкции и, соответственно, нагрузку на фундамент и опорные структуры. Телескопические элементы 2 опоры 3 платформы 1 могут быть спроектированы с учётом теплового расширения материалов, что предотвращает деформацию и напряжения в конструкции при изменении температур и при необходимости повышает общую эффективность устройства для концентрирования солнечного излучения 22.

В случае много уровневой платформы 1, первый уровень (ярус) платформы 1 с верхними плоскими отражателями с зеркальной поверхностью 10 остается закрепленным на неподвижной части 4 опоры 3 платформы 1, обеспечивая дополнительную устойчивость конструкции, в то время как второй и последующий ярус выполнены с возможностью перемещения по вертикальной оси Z благодаря телескопическим элементам 2 подвижной части 6 опоры 3 платформы что при необходимости повышает общую эффективность устройства для концентрирования солнечного излучения 22.

В устройстве для концентрирования солнечного излучения 22 большой концентратор 16 и малый концентратор 18 выполнены в виде выпуклого отражателя с зеркальной поверхностью. В одном из вариантов исполнения большой концентратор 16 и малый концентратор 18 выполнен параболической формы. Параболическая форма большого концентратора 16 и малого концентратора 18 фокусирует параллельные лучи солнечного излучения 22 в одну точку — фокус 17. Концентрация солнечного излучения 22 в фокусе 17 малого концентратора 18 совпадающего с фокусом 17 большого концентратора 16 приводит к значительному увеличению плотности солнечного излучения 22. Большой концентратор 16 и малый концентратор 18 могут быть выполнены параболоцилиндрической формы. Параболоцилиндрическая форма большого концентратора 16 и малого концентратора 18 способна фокусировать солнечное излучение 22 на линейный приёмник, что позволяет достигать высоких температур и повышать термическую эффективность системы. В отличии от точечного фокусирования параболической формы, линейное фокусирование упрощает конструкцию приёмника сконцентрированного солнечного излучения 21 и облегчает его интеграцию с тепловыми системами. Системы с параболоцилиндрическими концентраторами легко масштабируются, что позволяет адаптировать их под различные размеры и мощности проектов. Так как большой концентратор 16 фокусирует солнечное излучение 22 на линию, а не точку, система слежения может быть упрощена до одноосного слежения, что снижает стоимость и сложность системы.

Также большой концентратор 16 и малый концентратор 18 могут быть выполнены по типу линзы Френеля. Линзы Френеля представляют собой компактный и эффективный способ фокусировки света, который широко используется в гелиотехнике. Они состоят из серии концентрических кольцевых ступеней, каждая из которых служит для направления солнечного излучения 22 в общий фокус 17, позволяя собирать большое количество солнечного излучения 22 на малой площади. Линзы Френеля тоньше и легче традиционных объёмных линз, что делает их идеальными для использования в мобильных и стационарных солнечных установках. Благодаря уникальной конструкции, линзы Френеля способны фокусировать солнечное излучение 22 в очень маленькую область, достигая высоких температур и повышая термическую эффективность. Линзы Френеля могут быть изготовлены в различных размерах и формах, что позволяет адаптировать их под конкретные требования и при необходимости повысить общую эффективность устройства для концентрирования солнечного излучения 22.

В устройстве для концентрирования солнечного излучения 22 ширина малого концентратора 18 не больше ширины отверстия в вершине большого концентратора 16. Данное соотношение позволит потоку солнечного излучения 22 полностью проходить в отверстии вершины большого концентратора 16, т.е. солнечное излучение поступает на большой концентратор 16 под углом 90 (± 5°) градусов к поверхности большого концентратора 16 и отражается в направлении общего фокуса 17 большого концентратора 16 и малого концентратора 18 и затем отражается от малого концентратора 18 и направляется в вершину большого концентратора 16, где солнечное излучение 22 выходит в качестве выходного концентрированного солнечного излучения 22 имеющего полуугл коллимации в 1-2,5 градуса. При идеально коллимированном и точно направленном вниз солнечном излучении 22, весь поток солнечного излучения 22 концентрируется в центре выходного отверстия большого концентратора 16, что повысит общую эффективность устройства концентрирования солнечного излучения 22.

В устройстве для концентрирования солнечного излучения 22 нижний отражатель с зеркальной поверхностью 21 смонтирован к каркасу большого концентратора 19. В варианте использования линз Френеля в качестве большого концентратора 16 и малого концентратора 18 нижний отражатель с зеркальной поверхностью 20 смонтирован к каркасу 19 малого концентратора 18. Наличие нижнего концентратора с зеркальной поверхностью 20 обеспечивает возможность изменения положения приемника сконцентрированного солнечного излучения 21 без необходимости изменения всей конструкции устройства для концентрирования солнечного излучения 22. Размещение приемника сконцентрированного солнечного излучения 21 в стороне от большого концентратора 16 упрощает доступ к нему для технического обслуживания и ремонта, что позволит оптимизировать управление выходным потоком солнечного излучения 22 и повысить общую эффективность действия устройства для концентрирования солнечного излучения 22.

В устройстве для концентрирования солнечного излучения 22, нижний отражатель с зеркальной поверхностью 20, выполнен плоским, таким образом нижний отражатель с зеркальной поверхностью 20 изменяет направление сконцентрированного потока солнечного излучения 22 в диапазоне от 10° до 170°. Нижний плоский отражатель с зеркальной поверхностью 20 отражает солнечное излучение по закону отражения, согласно которому угол падения равен углу отражения. Это означает, что параллельный поток солнечного излучения 22, падающий на плоскую поверхность нижнего отражателя с зеркальной поверхностью 20, будет отражен параллельно. Если солнечное излучение 22 падает на нижний отражатель с зеркальной поверхностью 20 под углом, оно отразится под тем же углом, сохраняя свою параллельность, что при необходимости повысит общую эффективность устройства для концентрирования солнечного излучения 22.

В устройстве для концентрирования солнечного излучения нижний отражатель с зеркальной поверхностью 20 может быть выполнен изогнутым, таким образом нижний отражатель с зеркальной поверхностью 20 изменяет направление сконцентрированного потока солнечного излучения 22 в диапазоне от 10° до 170°. Нижний отражатель с зеркальной поверхностью 20 изогнутой формы, например, параболический формы, фокусирует солнечное излучение. Это свойство позволяет собирать и концентрировать солнечное излучение 22 в требуемой точке что при необходимости повысит общую эффективность устройства для концентрирования солнечного излучения 22. Возможность нижнего отражателя с зеркальной поверхностью 20 изменять направление сконцентрированного потока солнечного излучения 22 в диапазоне от 10° до 170° позволит разместить приемник сконцентрированного солнечного излучения 21 в любое удобное место, что при необходимости повысит общую эффективность устройства для концентрирования солнечного излучения.

Устройство для концентрирования солнечного излучения содержит омыватель 23 и сопло 24. Омыватель 23 смонтирован сверху платформы 1 разъёмным соединением, например соединение хомутом, с возможностью подавать воду на верхние отражатели с зеркальной поверхностью 10 и большой концентратор 16 через сопла 24, смонтированные над верхними плоскими отражателями с зеркальной поверхностью 10.

Верхние плоские отражатели с зеркальной поверхностью 10 и большой концентратор 16 должны быть чистыми, чтобы максимально эффективно отражать солнечное излучение 22. Пыль, грязь и другие отложения могут значительно снизить отражательную способность верхних плоских отражателей с зеркальной поверхностью 10 и большого концентратора 16, что приведет к уменьшению количества солнечного излучения 22, достигающего малого концентратора 18. Регулярная очистка верхних плоских отражателей с зеркальной поверхностью 10 омывателем 23 помогает избежать необходимости их частой замены или дорогостоящего ручного технического обслуживания. Регулярная очистка верхних отражателей с зеркальной поверхностью 10 и большого концентратора 16 помогает предотвратить коррозию и другие повреждения, продлевая срок службы всей системы. Омыватель 23 обеспечивает стабильную работу верхних плоских отражателей с зеркальной поверхностью 10 и большого концентратора 16 при различных погодных условиях, минимизируя влияние неблагоприятных факторов окружающей среды, что улучает общую эффективность работы устройства для концентрирования солнечного излучения 22.

В устройстве для концентрирования солнечного излучения приемник сконцентрированного солнечного излучения 21 выполнен в виде устройства для преобразования тепловой энергии в электричество, например в виде двигателя Стирлинга, с помощью циклического сжатия и расширения воздуха или другого газа (рабочего тела) при разных температурных уровнях. Устройство также может содержать приемник сконцентрированного солнечного излучения 21, выполненный в виде устройства для преобразования тепловой энергии в механическую энергию, например в виде паровых турбин, кроме того, в устройстве для концентрирования солнечного излучения в качестве приемника сконцентрированного солнечного излучения 21 может выступать устройство непосредственно использующего тепловую энергию, например печи. Конструкция изобретения позволяет использовать различные типы приемника сконцентрированного солнечного излучения 22 и подразумевает различные варианты размещения приемника сконцентрированного солнечного излучения 22 благодаря наличию нижнего плоского отражателя, способного перенаправить поток сконцентрированного солнечного излучения 22 на приемник сконцентрированного солнечного излучения 22.

Таким образом, платформа 1 выполненная с возможностью изменения угла наклона (ρ) по отношению к горизонту и вращения по азимуту, верхние плоские отражатели с зеркальной поверхностью 10 смонтированные по всей длине платформы 1 и выполненные с возможностью выдвигаться по всей длине рольставней 7 и изменять угол наклона в зависимости от угла падения солнечного излучения (α), отражение солнечного излучения 22 от верхних плоских отражателей с зеркальной поверхностью 10 на большой концентратор 16 под углом 90° (± 5°) к большому концентратору 16, возможность располагать большой концентратор 16 под углом (ε) градусов к горизонту, соосное расположение малого концентратора 18 с большим концентратором 16, возможность малого концентратора 18 направлять поток светового излучения 22 на нижний отражатель с зеркальной поверхностью 20, наличие омывателя 23 и сопла 24 способствуют повышению плотности выходного потока солнечного излучения 22 и повышению общей эффективности устройства.

Примеры реализации

Первый пример реализации.

Устройство концентрирования солнечного излучения, содержащее платформу, расположенную на подвижном основании. По всей длине платформы смонтированы верхние плоские отражатели с зеркальной поверхностью, выдвигающиеся по длине рольставней платформы в количестве, требуемом для отражения потока солнечного излучения под углом 90° (± 5°) градусов к поверхности большого концентратора, при текущем угле падения солнечного излучения на плоскость верхних отражателей с зеркальной поверхностью. Расчет проводят в следующем порядке: задают начальную ширину большого концентратора 16, например, 600 см и наклон по отношению к горизонту градусов. Приводят расчет для граничных показателей угла наклона солнца (α) в диапазоне от градусов.

Определяют длину рольставней (EN):

Для :

Для :

Определяют расстояние между верхними плоскими отражателями с зеркальной поверхностью 10 ():

Для :

Для :

Определяют количество верхних плоских отражателей с зеркальной поверхностью 10 (К):

Для :

Для :

Сверху платформы смонтирован омыватель, подающий воду на верхние отражатели с зеркальной поверхностью и большой концентратор через сопла, смонтированные над верхними плоскими отражателями с зеркальной поверхностью. Платформа выполнена с возможностью изменения угла наклона по отношению к горизонту за счет выдвижения телескопических элементов подвижной опоры платформы, изменяя угол наклона верхних плоских отражателей с зеркальной поверхностью к падающему солнечному излучению, обеспечивая требуемый угол наклона верхних плоских отражателей с зеркальной поверхностью таким образом, чтобы солнечное излучение попадало на большой концентратор под углом 90° (± 5°) градусов к поверхности большого отражателя, выполненного параболоцилиндрической формы с отверстием в вершине большого концентратора. Большой концентратор, фокусирующий входящие световые волны в одну точку, называемую фокусом, совпадающим с фокусом параболоцилиндрического малого концентратора, смонтированного соосно с большим концентратором. Поток сконцентрированного солнечного излучения отражается в направлении общей фокальной точки большого и малого концентратора и затем отражается от малого концентратора и направляется к отверстию в основании большого концентратора, где сконцентрированное солнечное излучение имеющее полуугл коллимации в диапазоне 1 - 2,5 градус проходит через отверстие в основании большого концентратора, и попадает на нижний плоский отражатель, смонтированный на каркасе большого концентратора в центре выходного отверстия большого концентратора. Сконцентрированный поток солнечного излучения отражается от нижнего плоского отражателя под углом 90° (± 5°) градусов и попадает на приемник в виде паровой турбины.

Таким образом наблюдается повышение плотности выходного потока солнечного излучения на 20%.

Второй пример реализации.

Устройство концентрирования солнечного излучения, содержащее многоуровневую платформу. Первый уровень платформы смонтирован к неподвижному основанию. Второй и последующие уровни смонтированы к подвижному основанию. На каждом уровне по всей длине платформы смонтированы верхние плоские отражатели с зеркальной поверхностью, выдвигающиеся по всей длине рольставней платформы в количестве, требуемом для отражения потока солнечного излучения под углом 90° (± 5°)градусов к поверхности большого концентратора при текущем угле падения солнечного излучения на плоскость верхних отражателей с зеркальной поверхностью. Каждый уровень платформы содержит омыватель, подающий воду на верхние отражатели с зеркальной поверхностью и большой концентратор через сопла, смонтированные над верхними плоскими отражателями с зеркальной поверхностью. Платформа выполнена с возможностью изменения угла наклона по отношению к горизонту за счет выдвижения телескопических элементов подвижной опоры второго и последующего уровней платформы изменяя угол наклона верхних плоских отражателей с зеркальной поверхностью к падающему солнечному излучению, обеспечивая требуемый угол наклона верхних плоских отражателей с зеркальной поверхностью таким образом, чтобы солнечное излучение падало на большой концентратор под углом 90° (± 5°) градусов к поверхности большого отражателя, выполненного параболической формы с отверстием в вершине большого концентратора. Большой концентратор, фокусирующий входящие световое излучение в одну точку, называемую фокусом, совпадающим с фокусом параболического малого концентратора, смонтированного соосно с большим концентратором. Поток сконцентрированного солнечного излучения отражается в направлении общей фокальной точки большого и малого концентратора и затем отражается от малого концентратора и направляется к отверстию в основании большого концентратора, где сконцентрированное солнечное излучение имеющее полуугл коллимации в диапазоне 1 - 2,5 градус проходит через отверстие в основании большого концентратора, и попадает на нижний плоский отражатель, смонтированный на каркасе большого концентратора в центре выходного отверстия большого концентратора. Сконцентрированный поток солнечного излучения отражается от нижнего плоского отражателя под углом 90° (± 5°) градусов и попадает на приемник в виде двигателя Стирлинга.

Таким образом, наблюдается повышение плотности выходного потока солнечного излучения на 20%.

Изобретение относится к области гелиотехники, в частности к устройствам, предназначенным для концентрации и формирования узконаправленного потока солнечного излучения. Устройство для концентрирования солнечного излучения содержит платформу (1), крепление платформы (2), опору платформы (3), верхние плоские отражатели с зеркальной поверхностью (10), рольставни (7), большой концентратор (16), малый концентратор (18), каркас (19) большого концентратора (16), каркас (19) малого концентратора (18), нижний отражатель (20), омыватели (23) плоских отражателей (20) и концентратора (16), приемник (21) сконцентрированного солнечного излучения (22), причем платформа (1) выполнена с возможностью изменения угла наклона (ρ) по отношению к горизонту в зависимости от угла падения солнечного излучения (22) (α) при этом зависимость определяется расчетной формулой. Изобретение способствуют повышению плотности выходного потока солнечного излучения и повышению общей эффективности устройства. 26 з.п. ф-лы, 8 ил.

1. Устройство для концентрирования солнечного излучения, содержащее платформу, крепление платформы, опору платформы, верхние плоские отражатели с зеркальной поверхностью, рольставни, большой концентратор, малый концентратор, каркас большого концентратора, каркас малого концентратора, нижний отражатель, омыватели плоских отражателей и концентратора, приемник сконцентрированного солнечного излучения, отличающееся тем что платформа выполнена с возможностью изменения угла наклона (ρ) по отношению к горизонту в зависимости от угла падения солнечного излучения (α), при этом зависимость выражается формулой платформа выполнена с возможностью вращения по азимуту, верхние плоские отражатели с зеркальной поверхностью смонтированы по всей длине платформы, верхние плоские отражатели с зеркальной поверхностью выполнены с возможностью выдвигаться по всей длине рольставни, верхние плоские отражатели с зеркальной поверхностью выполнены с возможностью менять угол наклона (β) в зависимости от угла наклона платформы (ρ), при этом зависимость выражается формулой β=ρ-90°, верхние плоские отражатели выполнены с возможностью отражать солнечное излучение на большой концентратор под углом (γ) 90° (±5°) к большому концентратору при этом большой концентратор находится под углом (ε) к горизонту, малый концентратор смонтирован соосно с большим концентратором при этом фокус малого концентратора совпадает с фокусом большого концентратора, малый концентратор выполнен с возможностью направлять поток светового излучения на нижний отражатель с зеркальной поверхностью, омыватель содержит сопла, омыватели выполнены с возможностью монтирования на платформе, омыватели выполнены с возможностью подавать воду на верхние отражатели с зеркальной поверхностью и большой концентратор через сопла, смонтированные над верхними плоскими отражателями с зеркальной поверхностью.

2. Устройство для концентрирования солнечного излучения по п. 1, отличающееся тем, платформа содержит один уровень верхних плоских отражателей с зеркальной поверхностью.

3. Устройство для концентрирования солнечного излучения по п. 1, отличающееся тем, платформа содержит более одного уровня верхних плоских отражателей с зеркальной поверхностью.

4. Устройство для концентрирования солнечного излучения по п. 3, отличающееся тем, что второй и последующие уровни верхних плоских отражателей с зеркальной поверхностью платформы выполнены с возможностью движения по оси Z.

5. Устройство для концентрирования солнечного излучения по п. 1, отличающееся тем, что опора платформы выполнена неподвижной.

6. Устройство для концентрирования солнечного излучения по п. 1, отличающееся тем, что опора платформы выполнена подвижной.

7. Устройство для концентрирования солнечного излучения по п. 6, отличающееся тем, что опора платформы содержит телескопические элементы.

8. Устройство для концентрирования солнечного излучения по п. 1, отличающееся тем, что платформа содержит телескопические элементы.

9. Устройство для концентрирования солнечного излучения по п. 1, отличающееся тем, что большой концентратор выполнен в виде выпуклого отражателя с зеркальной поверхностью.

10. Устройство для концентрирования солнечного излучения по п. 9, отличающееся тем, что большой концентратор выполнен параболической формы.

11. Устройство для концентрирования солнечного излучения по п. 9, отличающееся тем, что большой концентратор выполнен параболоцилиндрической формы.

12. Устройство для концентрирования солнечного излучения по п. 1, отличающееся тем, что большой концентратор выполнен по типу линзы Френеля.

13. Устройство для концентрирования солнечного излучения по п. 1, отличающееся тем, что малый концентратор выполнен в виде вогнутого отражателя с зеркальной поверхностью.

14. Устройство для концентрирования солнечного излучения по п. 1, отличающееся тем, что малый концентратор выполнен в виде выпуклого отражателя с зеркальной поверхностью.

15. Устройство для концентрирования солнечного излучения по п. 13 или 14, отличающееся тем, что малый концентратор выполнен с возможностью пропускать теплоноситель.

16. Устройство для концентрирования солнечного излучения по п. 1, отличающееся тем, что малый концентратор выполнен параболической формы.

17. Устройство для концентрирования солнечного излучения по п. 1, отличающееся тем, что малый концентратор выполнен параболоцилиндрической формы.

18. Устройство для концентрирования солнечного излучения по п. 1, отличающееся тем, что малый концентратор выполнен по типу линзы Френеля.

19. Устройство для концентрирования солнечного излучения по п. 16 или 17, отличающееся тем, что ширина малого концентратора не больше ширины отверстия в вершине большого концентратора.

20. Устройство для концентрирования солнечного излучения по п. 1, отличающееся тем, что нижний отражатель с зеркальной поверхностью смонтирован к каркасу большого концентратора.

21. Устройство для концентрирования солнечного излучения по п. 1, отличающееся тем, что нижний отражатель с зеркальной поверхностью смонтирован к каркасу малого концентратора.

22. Устройство для концентрирования солнечного излучения по п. 20 или 21, отличающееся тем, что нижний отражатель с зеркальной поверхностью, выполнен плоским.

23. Устройство для концентрирования солнечного излучения по п. 20 или 21, отличающееся тем, что нижний отражатель с зеркальной поверхностью выполнен изогнутым.

24. Устройство для концентрирования солнечного излучения по п. 20 или 21, отличающееся тем, что нижний отражатель выполнен с возможностью изменять направление сконцентрированного потока солнечного излучения от 10° до 170°.

25. Устройство для концентрирования солнечного излучения по п. 1, отличающееся тем, что приемник выполнен в виде устройства для преобразования тепловой энергии в электричество, например в виде двигателя Стирлинга.

26. Устройство для концентрирования солнечного излучения по п. 1, отличающееся тем, что приемник выполнен в виде устройства для преобразования тепловой энергии в механическую энергию.

27. Устройство для концентрирования солнечного излучения по п. 1, отличающееся тем, что приемник выполнен в виде устройства, использующего тепловую энергию.