Концентратор солнечной энергии Советский патент 1975 года по МПК G02B5/12 

1

Изобретение относится к области гелиотехники и служит для фокусировки солнечного излучения.

Известны концентраторы солнечной энергии, содержапдие ряд соосных и софокусных параболоидных колец, отражаюш,ая поверхность каждого из которых имеет общую окружность с непрерывной поверхностью вращения.

Описываемый конденсатор отличается от известных тем, что в нем образующая непрерывной поверхности вращения имеет вид кривой, аппроксимирующей кривую, удовлетворяющую уравнению

, cos и

где и и р-полярные координаты точек образующей, /о -расстояние от вершины концентратора до общего фокуса колец, фокусное расстояние / каждого из которых определяется выражением / focos (У, например, вид .проходящей через верщину концентратора дуги окружности радиуса порядка (0,58-0,67) о с центром на оптической оси концентратора.

Такие отличия позволяют уменьщить кому в фокальном пятне, за счет чего достигается выравнивание распределения плотности светового Потока в этом пятне.

На чертеже схематически показано сечение отражающей поверхности концентратора.

Здесь обозначено: 1 - геометрический фокус концентратора, 2 - его оптическая ось, 3 - верщипа концентратора, 4 - фокуспое расстояние концентратора, равное /о, 5 - отражающие параболоидные соосные и софокусные кольца, ограниченные с одной стороны поверхностью вращения с образующей 6, уравнение которой аппроксимирует уравнение

Df cos и Р -i/о

1 + cos f/

7 и 8 - та же образующая аппроксимированная дугой эллипса и окружности соответственно; 9 - центр этой дуги окружности. Для

сравнения на чертеже показано также: 10 - образующая непрерывного параболоида, софокусното с концентратором; 11-образующая сферической поверхности с радиусом, равным фокусному расстоянию концентратора;

12 - образующая сферы с радиусом, равным половине фокусного расстояния концентратора.

Образующая 6 в полярной системе координат (полюс IB геометрическом фокусе, полярная ось вдоль оптической оси концентратора) характеризуется уравнением

(1)

l + cosU

где р-радиус-вектор, У -аппертурный угол.

Кольцевые зеркальные элементы, расположенные вдоль этой поверхности, представляют собой кольца 5 софокусных и соосных .параболоидов, фокальные расстояния которых определяются выражением

/ focosf;(2)

Образующая 6 по уравнению (1) может быть аппроксимирована частью окружности 8, центр которой расположен в точке 9 на оптической оси концентратора. Она лежит на расстоянии, равном 0,4166 /о от точки фокуса 1, а радиус окружности составляет соответственно 0,5834 /о, когда точка сравнения А расположена при аппертуре . Центр сферы 8 может перемещаться вдоль оптической оси концентратора в диапазоне от 0,33/о (точка сравнения при малой апертуре) до 0,42/о (точка сравнения при ). В этом случае радиус сферы 8 соответственно меняется от 0,67 /о до 0,58 /0.

Образующая 6 может быть аппроксимирована дугой 7 эллипса, малая ось которого совмещена с фокусным расстоянием /о концентратора. Эксцентриситет е этого эллипса выбирается из соображений максимального приближения кривой 7 к кривой 6 по уравнению (1). В зависимости от апертуры концентратора он может иметь значения более 0,5. Так, как аппертурный угол концентрации принципиально ограничен условиями самозатенения зеркальных элементов на периферии концентратора, то можно указать и верхний предел для эксцентриситета. Он равен примерно 0,6. Таким образом, эксцентриситет эллипсоида вращения определяется диапазоном 0, ,6. Для построения кривой 7 на чертеже эксцентриситет выбран 0,54.

Предмет изобретения

Концентратор солнечной энергии, содержащий ряд соосных и софокусных лараболоидных колец, отражающая поверхность каждого из которых имеет общую окружность с непрерывной поверхностью вращения, отличающийся тем, что, с целью уменьщения комы в фокальном пятне, образующая непрерывной поверхности вращения имеет вид кривой, аппроксимирующей кривую, удовлетворяющую

уравнению

р)р cos и

где и и р полярные координаты точек образующей, fo - расстояние от верщины концентратора до общего фокуса колец, фокусное расстояние f каждого из которых определяется выражением f foCo&U, например, вид проходящей через вершину концентратора дуги окружности радиуса порядка (0,58-0,67) /о с центром на оптической оси концентратора.