Концентратор солнечного излучения Советский патент 1993 года по МПК F24J2/10 

Изобретение относится к гелиотехнике, в частности к низкопотенциальным концентраторам солнечной энергии для солнечных энергетических установок с фотопреобразователями.

Цель изобретения - повышение эффективности солнечной энергии для фотоэлектрических преобразователей за счет обеспечения равномерной засветки выходного отверстия при однок ратном отражении от зеркальных поверхностей.

В концентраторе солнечного излучения, содержащем плоские боковые грани усеченной пирамиды, соединенные коническими поверхностями в углах при вершинах мало- го основания, равновеликие основания служат гранями входа и выхода излучения, плоские и конические боковые грани выполнены со светоотражающйм покрытием и ориентированы под одинаковым углом к плоскости выходного отверстия, а контур входного отверстия образован линией пересечения отражающих поверхностей и плоскостей, перпендикулярных плоскости выходного отверстия соответственно на расстоянии 0,5a(VKr -1) и 0,5b( VKr -1), где а и b - длины сторон выходного отверстия, а Кг - коэффициент геометрической концентрации.

На фиг. 1 изображен концентратор солнечного излучения; на фиг. 2 и 3 - схема засветки выходного отверстия от отдельных участков отражающей поверхности: соответственно от плоского (фиг. 2) и конического (фиг. 3) участков отража- ющей поверхности; на фиг, 4 - схема засветки.

Концентратор солнечного излучения содержит выходное отверстие 1, на плоскость которого падает световой поток, Ьтражаю- щийся от плоских участков 2 и 3, которые сопряжены с коническими участками 4, При этом конические отражающие поверхности

4 расположены так, что их вершины совпадают с углами выходного отверстия 1, а оси

5 перпендикулярны к плоскости выходного отверстия 1.

Входной контур ограничен плоскостями б, отстоящими от сторон выходного отверстия на расстоянии 0,5а(/КГ-1) и 0,5b(VKr-1) соответственно и параллельными осям 5. Пересечение отражающих поверхностей с плоскостями 6 дает в плане прямоугольник, подобный выходному отверстию. Таким образом реализуется возможность беззазорной компоновки концентраторов в батарею.

Для обоснования выбора расстояния 0,5a(VR7-1) и 0,5b (VR7--1) определяющего

расположение плоскостей 6 проведем доказательство: пусть а и b - габариты выходного отверстия, тогда a+a(VKT-1) и b+ b( VRr-1) - габариты входного отверстия. Найдем площадь входного отверстия

a() b+ b( VRT-1) - VR7-1 VR7-1 а.Ь. -Kr.

Таким образом доказано, что получен коэффициент концентрации Кг. Концентратор работает следующим образом; параллельный поток солнечного излучения ограниченный контуром входного отверстия концентрируется в поток однородной по плотности в плоскости выходного отверстия, который складывается из девяти отдельных частей. Первая - прямо падающая часть. Четыре части от плоских участков отражающей поверхности 2 и 3. Равномерность засветки от этих частей очевидна (см. фиг. 2). Четыре части от конусных участков отражающей поверхности 4. Схема засветки of конусной части отражающей поверхности (см. фиг. 3).

Равномерность засветки выходного отверстия от конусного участка реализуется только при их взаимном расположении изображенном на фиг. 3. При этом каждая элементарная полоска вдоль образующей конусной части 4 отражающей поверхности обеспечивает равномерную засветку соответствующей полоски в плоскости выходного отверстия 1 ....

Использование предлагаемого концентратора по сравнению с существующими позволяет получить более высокий коэффициент геометрической концентрации при однократном отражении светового потока. Т.к. равномерность засветки выходного отверстия нами была доказана выше, то коэффициент геометрической концентрации определяется из формулы

где SBX - площадь входного отверстия, 5Вых - площадь выходного отверстия,

Проведем оценку величины Кг. Исходим из геометрического построения (фиг. 4).

На фиг. 4 - линейный габарит выходного отверстия; - высота фокона; ВС-линейный элемент отражающей поверхности; а- угол падения потока солнечного излучения на отражающую поверхность,

По построению имеем:

Г 1 + х h ig a 1 х h tg a

Решая систему, получим

х 1 1 -Mg2a

Учитывая, что 0 а 45°, получаем . Значит, величина Кг лежит в пределах . Увеличение коэффициента геометрической концентрации в сочетании с однократным отражением и равномерной засветкой выходного отверстия обеспечивает достижение поставленной цели: повышение эффективности сбора солнечной энергии/.

Применение предлагаемого концентратора позволит сократить площадь дорогостоящих фотопреобразователей и увеличить эффективность их работы.

Формула изобретения Концентратор солнечного излучения, содержащий плоские боковые грани усеченной пирамиды, соединенные коническими

поверхностями в углах при вершинах малого основания, разновеликие основания служат гранями входа и выхода излучения, о т- личающийся тем, что, с целью повышения эффективности за счет обеспечения

равномерности и увеличения интенсивности засветки в плоскости выходного отверстия, плоские и конические боковые грани выполнены со свтеоотражающим покрытием и ориентированы под одинаковым углом

к плоскости выходного отверстия, а контур входного отверстия образован линией пересечения отражающих поверхностей и плоскостей, перпендикулярных плоскости выходного отверстия, и отстоит от сторон

контура выходного отверстия соответственно на расстоянии 0,5 а (vKT-1) и 0,5 в (VKT-1), где а и b - длины сторон выходного отверстия, а Кг - коэффициент геометрической концентрации.

Составитель В.Хотюн Техред М.Моргентал

Корректор И.Муска

Редактор Т.Шагова

Заказ 1715Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР 113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., 4/5

Корректор И.Муска

Использование: повышение сбора солнечной энергии посредством концентратора излучения. Сущность изобретения: концентратор солнечного излучения имеет выходное отверстие 1, на плоскость которого падает цветовой поток, отражающийся от плоских участков 2 и 3, которые сопряжены с коническими участками 4. При этом конические отражающие участки 4 расположены так, что их вершины совпадают с углами выходного отверстия 1, а оси 5 перпендикулярны к плоскости выходного отверстия 1. 4 ил.