Концентратор солнечной энергии Советский патент 1993 года по МПК G02B5/10 

. Изобретение касается преобразования энергии излучения, в частности фотоэлектрического преобразования солнечной энергии.

Известны зеркальные концентраторы солнечного излучения, представляющие тело вращения в виде сферы или параболоида, работающие по принципу собирания отраженных лучей в фокальной плоскости, где располагается приемник-преобразователь излучения.

Известен зеркальной концентратор солнечного излучения, который по принципу отражения излучения от двух зеркал: вогнутое параболоидное зеркало направляет отраженные лучи на выпуклое гиперолоид- ное зеркало, а то - на приемник-преобразователь излучения.

Известен также концентратор солнечного излучения типа Фокон с зеркальной внутренней поверхностью отражения, образующейся вращением параболы, ось которой составляет некоторый угол с осью

вращения, работающий на принципе собирания однократно отраженных лучей в фокальной плоскости, где располагается приемник-преобразователь излучения.

Основной недостаток таких ко центра- торов, используемых для преобразования солнечной энергии в электрическую с помощью полупроводниковых фотопреобразователей, состоит и в неравномерном распределении интенсивности освещения в фокальном пятне, т.к. при этом фотопреоб- рсзователь снижает свой КПД по сравнению с преобразованием обычного неконцентрированного солнечного потока.

Целью изобретения является повышение эффективности работы фотопреобразователей с зеркальными концентраторами солнечной энергии на 15-20% за счет создания концентратора с равномерным распределением освещенности в фокальном пятне.

Поставленная цель достигается тем, что концентратор солнечного излучения, предЁ

ч

ю

to ел

Јь

ы

xdx zdz

К - 1 const.

О)

Условие зеркального отражения лучей от поверхности концентратора описывается уравнение:

(2)

Таким образом, система уравнений (1) и (2) объединяет все признаки работы и определяет требуемую форму поверхности кон- центратора у(х). . .Определяемая уравнениями (1) и (2) форма отражающей поверхности концентратора создает равномерный поток отраженного солнечного излучения в фокальном

5

0

5

у Ах +Ау концентрируется на поверхности фотопреобразователя 2 в соответствующем кольце радиусом и шириной на основании условий равномерного распределения освещенности в фокальном пятне, которые описываются уравнениями (1) и (2). Преимущество изобретения показано на примере работы системы концентратор - фртопреобразователь (схема которой представлена на фиг.1) под имитатором солнечного излучения в условиях АМО при температуре нагрева фотопреобразователя 40°С. Из сопоставления вольтамперных характеристик, приведенных на фиг.2, видно, что электрическая мощность в рабочей точке вольтамперной характеристики фотопре- образователя с новой конструкцией концентратора (кривая I) оказывается на

20% выше, чем мощность в рабочей точке вольтамперной характеристики того же фо- топреобраэователя с концентратором типа Фокон (кривая II). Значения координат х, образующие необходимые для изготовления концентраторов на станках с ЧПУ, рассчитанные по приведенным формулам для К 10, диаметром фокального пятна, равным 10 мм, приведены в таблице.

Использование: фотоэлектрическое преобразование солнечной энергии. Сущность изобретения: форма отражающей поверхности имеет специальный профиль, рассчитываемый по формуле, при котором поток излучения, параллельный оси вращению концентратора, в результате однократного отражения дает одинаковую степень концентрации в каждой точке на рабочей поверхности фотопреобразователя. 1 табл., 2 ил.

Формула изобретения Концентратор солнечного излучения, выполненный в виде тела вращения с зеркальной внутренней поверхностью отражения и приемника-преобразователя излучения, расположенного в фокальной плоскости, о т- л и чающийся тем, что, с целью повышения эффективности в работе путем равномерного распределения отраженного излучения на поверхности приемника-преобразователя, форма отражающей поверхности концентратора у(Х) определяется системой уравнений

xdx zdz

К- 1;

Координаты профиля отражающей поверхности предлагаемого концентратора изготовленного на станках с ЧПУ.

0

5

0

где у - координата точки на оси вращения концентратора;

х - радиус сечений поверхности концентратора плоскостью, перпендикулярной оси вращения, в точке у;

z- координата точки падения светового луча на фокальную плоскость;

dx, dy, dz - дифференциалы соответствующих переменных х, у, z;

К - концентрация излучения на поверхности приемника, определяемая отношением входной площади SDX, ограниченной радиусом R Хмакс к выходной площади 5вых, расположенной в фокальной плоскости и ограниченной радиусом г - ХМин,

R и г - максимальный и минимальный радиусы сечений концентратора.