СОЛНЕЧНЫЙ ГЕНЕРАТОР Советский патент 1996 года по МПК F24J2/00 

Изобретение относится к непосредственному преобразованию солнечной энергии в электрическую. Солнечные генераторы для преобразования солнечной энергии в электрическую могут найти широкое применение в различных отраслях народного хозяйства.

Цель изобретения повышение коэффициента полезного действия путем обеспечения равномерного распределения теплового потока на поверхности ТЭП.

На фиг.1 представлена схема солнечного генератора; на фиг.2 схема термоэмиссионного модуля (ТЭМ).

Солнечный генератор включает концентратор 1, в фокусе которого расположен ТЭМ 2.

ТЭМ содержит теплоприемник 3 в виде полого усеченного шарового сектора с диаметром сечения сферической поверхности а d_сп -(2-3) d_эΣ, где d_эΣ диаметр сечения сферической поверхности эмиттеров ТЭП 4, установленных внутри теплоприемника на сферической поверхности эмиттеров ТЭП 4, установленных внутри теплоприемника на сферической поверхности через слой 5 изоляции. Поверхность 5 эмиттеров расположена на воображаемой сфере, концентричной поверхности а. Смежные ТЭП соединены с помощью перемычек 6 последовательно в электрическую цепь, снабженную по концам токовыводами 7, выведенными изолированно из теплоприемника для подсоединения к внешней цепи. Внутренняя полость теплоприемника заполнена нейтральным газом, например, аргоном, либо вакуумирована, для чего в окно теплоприемника установлено прозрачное тело 8, например, кварцевое стекло. Внешняя поверхность теплоприемника омывается охлаждающей жидкостью 8, например, водой.

Соединение сферической части теплоприемника с установленными на ней ТЭП с конической частью осуществлено пайкой низкотемпературным припоем, что позволяет проводить при необходимости разборку устройства, т.е. предложенная конструкция ремонтопригодна.

Предлагаемый генератор работает следующим образом.

Солнечная энергия, сфокусированная концентратором 1, нагревает поверхность 5 эмиттеров ТЭП 4 до температуры, при которой вырабатываемая электрическая энергия имеет экономически целесообразную полезность. Последовательное соединение ТЭП с помощью перемычек 6 позволяет повысить выходное напряжение на токовыводах 7 до заданной величины. Непреобразованная в электричество энергия через поверхность а теплообменника передается охлаждающей жидкости 9, которая, в свою очередь, передает ее внешней среде, например, нагревает воду второго контура.

В заявленном решении введено ограничение на диаметр сечения сферической поверхности теплоприемника d_сп, который равен (2-3) диаметрам сечения сферической поверхности эмиттеров d_эΣ для разрешения противоречия между необходимостью увеличения d_сп для исключения вскипания охлаждающей воды и возникающими при этом потерями вырабатываемой электроэнергии за счет возрастающей экранировки солнечных лучей сферической частью теплообменника.

С увеличением d_сп увеличивается охлаждаемая поверхность а, при этом снижается величина удельного теплового потока и вероятность вскипания воды. Одновременно увеличивается экранировка зеркала концентратора, что уменьшает отраженный поток лучей и, следовательно, КПД солнечного генератора.

Указанный диапазон границ d_сп объясняется диапазоном коэффициента теплоотдачи (200-600 Вт/см²) для естественной конвекции в воде. Для исключения пузырькового кипения воды температура теплоотдающей поверхности а должна быть 100-125^оС.

Расчетная оценка солнечного генератора электрической мощностью 1 кВт показывает оптимальное значение соотношения d_сп/d_эΣ 2-3 (с учетом указанного диапазона коэффициента теплоотдачи в воде для естественной конвекции).

Таким образом, цель изобретения повышение КПД путем обеспечения равномерного распределения теплового потока на поверхности ТЭП достигается за счет расположения воспринимающей энергию солнца поверхности эмиттеров на воображаемой сфере, что, практически, исключает потери тепла в фокусном пятне за счет краевого эффекта свойственного для плоских поверхностей, и выполнения теплоприемника в виде полого усеченного шарового спектра сферическая часть которого концентрична воображаемой сфере расположения эмиттеров, омывается снаружи теплоносителем от периферии к центру для съема тепла от ТЭП, установленных на внутренней поверхности. При этом, диаметру сечений сферических теплоотдающей (d_сп) и тепловоспринимающей (d_эΣ) поверхностей связаны соотношением
d_сп/d_эΣ 2-3
Выбранная форма теплоотдающей поверхности теплоприемника позволяет обеспечить естественную конвекцию воды и ее направленное движение от периферии к центру, что несколько повышает КПД преобразователя за счет исключения электропривода насоса для принудительной конвекции воды либо уменьшения времени его работы.

Предлагаемый солнечный генератор имеет следующие преимущества:
оптимизирован по потерям электрической мощности, связанным с удалением непреобразованного в электрическую энергию тепла; оптимизирован по тепловому полю эмиссионной поверхности ТЭП; обеспечивает требования ремонтопригодности.

Использование: преобразование солнечной энергии в электрическую. Цель: повышение КПД генератора. Сущность изобретения: солнечный генератор содержит теплоприемник, который выполнен в виде полого усеченного шарового сектора, на внутренней поверхности сферической части которой изолированно установлены ТЭП, а внешняя поверхность омывается теплоносителем от периферии к центру, при этом тепловоспринимающая поверхность эмиттеров расположена на воображаемой сфере, концентричной сферической части теплоприемника. Диаметры сечений сферических поверхностей теплоприемника и эмиттеров связаны соотношением d_сп/d_эΣ=2-3, где d_с п - диаметр сечения сферической поверхности теплоприемника; d_эΣ - диаметр сечения сферической поверхности эмиттеров. Внутренняя полость теплоприемника заполнена нейтральным газом, например аргоном, или вакуумирована. Положительный эффект: генератор оптимизирован по потерям электрической мощности, связанным с удалением непреобразованного в электрическую энергию тепла, а также по тепловому полю эмиссионной поверхности ТЭП; обеспечивает требования ремонтнопригодности. 2 з. п. ф-лы, 2 ил.

1. СОЛНЕЧНЫЙ ГЕНЕРАТОР, содержащий концентратор энергии, в фокусе которого расположен теплообменник с размещенными внутри последовательно соединенными электродами термоэмиссионных преобразователей (ТЭП), и систему охлаждения последних, отличающийся тем, что, с целью повышения КПД путем обеспечения равномерного распределения теплового потока на поверхности ТЭП, теплоприемник выполнен в виде полого усеченного шарового сектора, на внутренней поверхности сферической части которого изолировано установлены ТЭП, а внешняя поверхность омывается теплоносителем от периферии к центру, при этом тепловоспринимающая поверхность эмиттеров расположена на воображаемой сфере, концентрической части теплоприемника. 2. Генератор по п. 1, отличающийся тем, что диаметры сечений сферических поверхностей теплоприемника и эмиттеров связаны соотношением
d_сп/d_эΣ= 2-3,
где d_с п - диаметр сечения сферической поверхности теплообменника;
d_эΣ - - диаметр сечения сферической поверхности эмиттеров. 3. Генератор по пп. 1 и 2, отличающийся тем, что внутренняя полость теплоприемника заполнена нейтральным газом, например аргоном, или вакуумирована.