Патент на изобретение №2310140

(54) СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ СОЛНЕЧНОЙ ЭНЕРГЕТИЧЕСКОЙ УСТАНОВКИ С КОНЦЕНТРАТОРОМ (ВАРИАНТЫ)

(57) Реферат:

Изобретение относится к области гелиотехники, в частности к технологии изготовления солнечных энергетических установок с осесимметричными концентраторами. В способе изготовления солнечной энергетической установки с концентратором (по первому варианту выполнения) на основе n цилиндрических зеркальных отражателей с приемником с линейным размером D изготавливают трубу диаметром D, затем трубу разрезают под углом

к оси трубы на заготовки таким образом, чтобы в плане получить трапецию с углом между боковыми сторонами

а отношение длин нижнего основания трапеции к верхнему основанию равнялось к=2-20, полученные n трапецеидальных отрезков труб укладывают в виде тороидальной заготовки и соединяют между собой путем сварки, пайки, склеивания или с помощью заклепок и винтов, помещают тороидальную заготовку в форму из двух разделяющихся симметричных камер и заливают форму фибробетоном, смесью бетона с полимером или полимером, после застывания разъединяют камеры, вынимают тороидальную заготовку и разрезают на две заготовки полутороидальных концентраторов, наносят на концентраторы зеркальное покрытие путем напыления или наклеивания металлизированной пленки, листов полированного алюминия или стеклянных зеркальных фацет, на полученный концентратор в плоскости миделя устанавливают осесимметрично приемник с линейным размером D. Способ изготовления по второму варианту состоит в том, что из плоского тонкого листа металла или пластика с зеркальным покрытием вырезают n заготовок n-секторного цилиндрического концентратора (n=3-60), изготавливают две разновеликие рамы в виде двух, большого и малого, многоугольников с числом сторон n, с диаметром описанной окружности вокруг большого многоугольника (1,75-2,25) линейного размера приемника D и с отношением диаметров окружностей, описанных вокруг большого и малого многоугольника, равным 2-25, сгибают каждую из n заготовок с зеркальным покрытием в виде секторного полуцилиндра, образующего в плане трапецию, большое основание которой присоединяют к одной из сторон большого многоугольника, а малое основание – к параллельной стороне малого многоугольника путем сварки, или склейки, или с помощью заклепок или болтов, или каким-либо другим способом, а в центральной части плоскости большого многоугольника устанавливают осесимметрично приемник с линейным размером D. Способ изготовления по третьему варианту состоит в том, что в плоскости миделя концентратора, на которую падает излучение, устанавливают осесимметрично два каркаса в виде двух разновеликих, большого и малого, многоугольников с числом сторон n, где n=3-60, стороны которых параллельны друг другу, с диаметром окружности, описанной вокруг большого многоугольника, равной (1,75÷2,25) линейного размера приемника D, и с отношением диаметров окружностей, описанных вокруг большого и малого многоугольника, равным 2-25, соединяют близлежащие вершины многоугольников криволинейными жесткими элементами, образующими поверхность секторного полуцилиндра с диаметром, равным расстоянию между параллельными сторонами разновеликих, большого и малого, многоугольников, на криволинейные жесткие элементы укладывают в форме полуцилиндра зеркальное покрытие в виде металлизированного пластика, полированного металла или стеклянных зеркальных фацет, которое прикрепляют к криволинейным жестким элементам любым известным способом – с помощью клея, сварки, пайки или с помощью заклепок и болтов с гайками; в плоскости каркаса большого многоугольника осесимметрично устанавливают приемник с линейным размером D. Способ изготовления по четвертому варианту состоит в том, что трубу с диаметром D изготавливают с зеркальным покрытием с внутренней стороны, трубу разрезают на две симметричные полуцилиндрические заготовки по оси трубы, полученные заготовки разрезают перпендикулярно плоскости входного отверстия полуцилиндра под углом к оси

на секторные заготовки таким образом, чтобы в плане получить трапецию с углом между боковыми сторонами

полученные n секторных полуцилиндрических заготовок укладывают в виде n-секторного полутороидального цилиндрического концентратора и соединяют между собой по боковым сторонам трапеций, на полученный полутороидальный секторный цилиндрический концентратор осесимметрично устанавливают приемник с линейным размером D. Изобретение должно обеспечить снижение затрат при изготовлении солнечной энергетической установки и обеспечить возможность изготовления солнечной энергетической установки с концентратором практически любого размера при использовании простейшего технологического оборудования и инструмента. 4 н. и 1 з.п. ф-лы, 4 ил.

Изобретение относится к области гелиотехники, в частности к технологии изготовления солнечных энергетических установок с осесимметричными концентраторами.

Известен способ изготовления солнечной энергетической установки с осесимметричным концентратором путем создания матрицы концентратора и изготовления копий методом гальванопластики (Р.А.Захидов «Технология и испытания гелиотехнических концентрирующих систем», 1978, изд. ФАН, с.62-64).

Недостатком известного способа является большая трудоемкость и высокая стоимость изготовления концентратора, а также вредные условия труда и необходимость утилизации стоков, содержащих опасные отходы гальванических ванн.

Известен способ изготовления солнечной энергетической установки с осесимметричным концентратором путем изготовления формы с последующим прессованием заготовки концентратора (Р.А.Захидов «Технология и испытания гелиотехнических концентрирующих систем», 1978, изд. ФАН, с.55-61).

Недостатком известного способа является ограниченный размер солнечной энергетической установки и необходимость использования сложного и дорогостоящего прессового оборудования.

Задачей настоящего изобретения является снижение затрат при изготовлении солнечной энергетической установки с осесимметричным концентратором и обеспечение возможности изготовления солнечной энергетической установки с концентратором практически любого размера при использовании простейшего технологического оборудования и инструмента.

Технический результат достигается тем, что в предлагаемом способе изготовления солнечной энергетической установки с концентратором на основе n цилиндрических зеркальных отражателей с приемником с линейным размером D изготавливают трубу диаметром D, затем трубу разрезают под углом

к оси трубы на заготовки таким образом, чтобы в плане получить трапецию с углом между боковыми сторонами

а отношение длин нижнего основания трапеции к верхнему основанию равнялось к=2-20, полученные n трапецеидальных отрезков труб укладывают в виде тороидальной заготовки и соединяют между собой путем сварки, пайки, склеивания или с помощью заклепок и винтов, помещают тороидальную заготовку в форму из двух разделяющихся симметричных камер и заливают форму фибробетоном, смесью бетона с полимером или полимером, после застывания разъединяют камеры, вынимают тороидальную заготовку и разрезают на две заготовки полутороидальных концентраторов, наносят на концентраторы зеркальное покрытие путем напыления или наклеивания металлизированной пленки, листов полированного алюминия или стеклянных зеркальных фацет, на полученный концентратор в плоскости миделя устанавливают осесимметрично приемник с линейным размером D.

В способе изготовления солнечной энергетической установки с концентратором тороидальную заготовку разрезают на две заготовки полутороидальных концентраторов перпендикулярно оси тороида вдоль осей трапецеидальных отрезков труб.

В варианте способа изготовления солнечной энергетической установки с концентратором из плоского тонкого листа металла или пластика с зеркальным покрытием вырезают n заготовок n-секторного цилиндрического концентратора (n=3-60), изготавливают две разновеликие рамы в виде двух, большого и малого, многоугольников с числом сторон n, с диаметром описанной окружности вокруг большого многоугольника (1,75÷2,25) линейного размера приемника D и с отношением диаметров окружностей, описанных вокруг большого и малого многоугольника, равным 2-25, сгибают каждую из n заготовок с зеркальным покрытием в виде секторного полуцилиндра, образующего в плане трапецию, большое основание которой присоединяют к одной из сторон большого многоугольника, а малое основание – к параллельной стороне малого многоугольника путем сварки, или склейки, или с помощью заклепок или болтов, или каким-либо другим способом, а в центральной части плоскости большого многоугольника устанавливают осесимметрично приемник с линейным размером D.

В другом варианте способа изготовления солнечной энергетической установки с концентратором в плоскости миделя концентратора, на которую падает излучение, устанавливают осесимметрично два каркаса в виде двух разновеликих, большого и малого, многоугольников с числом сторон n, где n=3-60, стороны которых параллельны друг другу, с диаметром окружности, описанной вокруг большого многоугольника, равной (1,75÷2,25) линейного размера приемника D и с отношением диаметров окружностей, описанных вокруг большого и малого многоугольника, равным 2-25, соединяют близлежащие вершины многоугольников криволинейными жесткими элементами, образующими поверхность секторного полуцилиндра с диаметром, равным расстоянию между параллельными сторонами разновеликих, большого и малого, многоугольников, на криволинейные жесткие элементы укладывают в форме полуцилиндра зеркальное покрытие в виде металлизированного пластика, полированного металла или стеклянных зеркальных фацет, которое прикрепляют к криволинейным жестким элементам любым известным способом – с помощью клея, сварки, пайки или с помощью заклепок и болтов с гайками; в плоскости каркаса большого многоугольника осесимметрично устанавливают приемник с линейным размером D.

Еще в одном варианте способа изготовления солнечной энергетической установки с концентратором трубу с диаметром D изготавливают с зеркальным покрытием с внутренней стороны, трубу разрезают на две симметричные полуцилиндрические заготовки по оси трубы, полученные заготовки разрезают перпендикулярно плоскости входного отверстия полуцилиндра под углом к оси

на секторные заготовки таким образом, чтобы в плане получить трапецию с углом между боковыми сторонами

,

полученные n-секторных полуцилиндрических заготовок укладывают в виде n-секторного полутороидального цилиндрического концентратора и соединяют между собой по боковым сторонам трапеций, на полученный полутороидальный секторный цилиндрический концентратор осесимметрично устанавливают приемник с линейным размером D.

Способ изготовления солнечной установки с концентратором иллюстрируется на фиг.1, 2, 3, 4, где на фиг.1 показаны направления резки труб на трапецеидальные в плане заготовки; на фиг.2 – сборка тороидальной заготовки; на фиг.3 – полутороидальная заготовка; на фиг.4 – солнечная энергетическая установка с концентратором после изготовления.

Пример 1 выполнения способа изготовления солнечной энергетической установки с концентратором по п.1 формулы изобретения.

Изготавливают трубу 1 (фиг.1) диаметром D, затем трубу 1 разрезают под углом

к оси 2 трубы 1 на восемь заготовок 3, при n=8, =67,5°, таким образом, чтобы в плане получить трапецию с углом между боковыми сторонами

а отношение длины 1000 мм нижнего основания 4 трапеции к длине 60 мм верхнего основания равнялось к=16,16, полученные восемь трапецеидальных заготовок 3 труб укладывают в виде тороидальной заготовки 6 (фиг.2) с внешним диаметром 2500 мм, а внутренним диаметром отверстия 100 мм и соединяют между собой по плоскостям 7 с помощью сварки, помещают тороидальную заготовку 6 в форму из двух разделяющихся симметричных камер и заливают форму фибробетоном, смесью бетона с полимером или полимером, после застывания разъединяют камеры, вынимают тороидальную заготовку и разрезают на две симметричные заготовки полутороидальных концентраторов 8 (фиг.3, 4), наносят на концентраторы зеркальное покрытие 9 путем наклеивания металлизированной пленки, на полученный концентратор в плоскости миделя устанавливают осесимметрично приемник 10 с линейным размером D=1200 мм с двухсторонней рабочей поверхностью. Приемник 10 состоит из четырех фотоэлектрических модулей, которые соединяют параллельно между собой.

Пример 2 выполнения способа изготовления солнечной энергетической установки с концентратором по п.3 формулы изобретения.

Из плоского тонкого листа металла или пластика с зеркальным покрытием вырезают 12 заготовок 12 – секторного цилиндрического концентратора (n=12), изготавливают две разновеликие рамы в виде двух, большого 11 и малого 12, многоугольников (фиг.3) с числом сторон 12, с диаметром описанной окружности 200 мм вокруг большого многоугольника, который в 2 раза больше линейного размера приемника 10 D=100 мм, и с отношением диаметров окружностей, описанных вокруг большого 11 и малого 12 многоугольника, равным 20, сгибают каждую из 12 заготовок с зеркальным покрытием в виде секторного полуцилиндра 13, образующего в плане трапецию, большое основание которой присоединяют к одной из сторон большого многоугольника 11, а малое основание – к параллельной стороне малого многоугольника 12 с помощью заклепок, а в центральной части плоскости 14 большого многоугольника 11 устанавливают осесимметрично приемник 10 в виде двухстороннего солнечного элемента с диаметром D=100 мм.

Пример 3 осуществления способа изготовления солнечной энергетической установки с концентратором по п.4 формулы изобретения.

Два солнечных коллектора с двухсторонней рабочей поверхностью размером 1×2×0,15 м или 4 солнечных коллектора размером 1×1×0,15 м соединяют параллельно в виде общего квадратного приемника 10 с линейным размером D=2000 мм и толщиной d=150 мм с двухсторонней рабочей поверхностью. Изготавливают из металлического профиля два рамных каркаса в виде двух разновеликих, большого 11 и малого 12, многоугольников с числом сторон n=10, стороны которых параллельны друг другу, с диаметром окружности 4800 мм, описанной вокруг большого многоугольника 11, равной двухкратному линейному размеру приемника 10 D, и с отношением диаметров окружностей, описанных вокруг большого 11 и малого 12 многоугольника, равным 15. Каркасы устанавливают осесимметрично таким образом, чтобы плоскость каркаса малого многоугольника 12 была ниже плоскости 13 каркаса большого многоугольника 11 на величину к, к=(1-10)d, где d – толщина приемника 10 (фиг.3). В нашем примере при d=150 мм расстояние между плоскостями каркасов устанавливаем d=150 мм.

Соединяют близлежащие вершины 15 и 16 многоугольников 11 и 12 криволинейными жесткими элементами 17, образующими поверхность секторного полуцилиндра 18 с диаметром, равным расстоянию между параллельными сторонами разновеликих большого 11 и малого 12 многоугольников, на криволинейные жесткие элементы 17 укладывают в форме полуцилиндра зеркальное покрытие 9 в виде стеклянных зеркальных фацет с шириной 100-300 мм, которое прикрепляют к криволинейным жестким элементам 17 с помощью эластичного клея таким образом, чтобы зеркальные фацеты были параллельны стороне каркаса большого многоугольника 11.

В плоскости 14 каркаса большого многоугольника 11 на трубчатых балках 19 закрепляют осесимметрично приемник 10 со стороной D=2000 мм, указанные балки 19 также соединяют болтовым соединением с каркасом малого многоугольника 12 для увеличения жесткости конструкции. Солнечную энергетическую установку с концентратором снабжают опорой для крепления к фундаменту, причем детали опоры присоединяют к каркасу большого 11 и малого 12 многоугольника таким образом, чтобы тепловоспринимающие трубчатые элементы солнечного коллектора 10 были параллельны вертикальной плоскости и наклонены к плоскости основания в общем случае под углом, равным широте местности, или под другим углом, заданным заказчиком.

Пример 4 осуществления способа изготовления солнечной энергетической установки с концентратором по п.5 формулы изобретения.

Трубу 1 с диаметром D=1200 мм изготавливают с зеркальным покрытием с внутренней стороны, трубу разрезают на две симметричные полуцилиндрические заготовки по оси трубы, полученные заготовки разрезают перпендикулярно плоскости входного отверстия полуцилиндра под углом к оси

на восемь секторных заготовок таким образом, чтобы в плане получить трапецию с углом между боковыми сторонами

,

полученные восемь секторных полуцилиндрических заготовок укладывают в виде восьмисекторного полутороидального цилиндрического концентратора 8 (фиг.3, 4) и соединяют между собой по боковым сторонам трапеций, на полученный полутороидальный секторный цилиндрический концентратор осесимметрично устанавливают солнечный коллектор 10 с линейным размером D=1200 мм.

Разработанные способы изготовления солнечной энергетической установки с концентратором не требуют сложного прессового и другого станочного оборудования и позволяют изготавливать солнечную энергетическую установку больших размеров в мастерской, на даче и в домашних условиях.

Формула изобретения

1. Способ изготовления солнечной энергетической установки с концентратором на основе n цилиндрических зеркальных отражателей с приемником с линейным размером D, отличающийся тем, что изготавливают трубу диаметром D, затем трубу разрезают под углом к оси трубы на заготовки таким образом, чтобы в плане получить трапецию с углом между боковыми сторонами , а отношение длин нижнего основания трапеции к верхнему основанию равнялось к=2-20, полученные n трапецеидальных отрезков труб укладывают в виде тороидальной заготовки и соединяют между собой путем сварки, пайки, склеивания или с помощью заклепок и винтов, помещают тороидальную заготовку в форму из двух разделяющихся симметричных камер и заливают форму фибробетоном, смесью бетона с полимером или полимером, после застывания разъединяют камеры, вынимают тороидальную заготовку и разрезают на две заготовки полутороидальных концентраторов, наносят на концентраторы зеркальное покрытие путем напыления или наклеивания металлизированной пленки, листов полированного алюминия или стеклянных зеркальных фацет, на полученный концентратор в плоскости миделя устанавливают осесимметрично приемник с линейным размером D.

2. Способ изготовления солнечной энергетической установки с концентратором по п.1, отличающийся тем, что тороидальную заготовку разрезают на две заготовки полутороидальных концентраторов перпендикулярно оси тороида вдоль осей трапецеидальных отрезков труб.

3. Способ изготовления солнечной энергетической установки с концентратором, отличающийся тем, что из плоского тонкого листа металла или пластика с зеркальным покрытием вырезают n заготовок n-секторного цилиндрического концентратора (n=3-60), изготавливают две разновеликие рамы в виде двух, большого и малого, многоугольников с числом сторон n, с диаметром описанной окружности вокруг большого многоугольника (1,75-2,25) линейного размера приемника D и с отношением диаметров окружностей, описанных вокруг большого и малого многоугольника, равным 2-25, сгибают каждую из n заготовок с зеркальным покрытием в виде секторного полуцилиндра, образующего в плане трапецию, большое основание которой присоединяют к одной из сторон большого многоугольника, а малое основание – к параллельной стороне малого многоугольника путем сварки, или склейки, или с помощью заклепок, или болтов, или каким-либо другим способом, а в центральной части плоскости большого многоугольника устанавливают осесимметрично приемник с линейным размером D.

4. Способ изготовления солнечной энергетической установки с концентратором, отличающийся тем, что в плоскости миделя концентратора, на которую падает излучение, устанавливают осесимметрично два каркаса в виде двух разновеликих, большого и малого, многоугольников с числом сторон n, где n=3-60, стороны которых параллельны друг другу, с диаметром окружности, описанной вокруг большого многоугольника, равной (1,75÷2,25) линейного размера приемника D, и с отношением диаметров окружностей, описанных вокруг большого и малого многоугольника, равным 2-25, соединяют близлежащие вершины многоугольников криволинейными жесткими элементами, образующими поверхность секторного полуцилиндра с диаметром, равным расстоянию между параллельными сторонами разновеликих, большого и малого, многоугольников, на криволинейные жесткие элементы укладывают в форме полуцилиндра зеркальное покрытие в виде металлизированного пластика, полированного металла или стеклянных зеркальных фацет, которое прикрепляют к криволинейным жестким элементам любым известным способом – с помощью клея, сварки, пайки или с помощью заклепок и болтов с гайками; в плоскости каркаса большого многоугольника осесимметрично устанавливают приемник с линейным размером D.

5. Способ изготовления солнечной энергетической установки с концентратором, отличающийся тем, что трубу с диаметром D изготавливают с зеркальным покрытием с внутренней стороны, трубу разрезают на две симметричные полуцилиндрические заготовки по оси трубы, полученные заготовки разрезают перпендикулярно плоскости входного отверстия полуцилиндра под углом к оси на секторные заготовки таким образом, чтобы в плане получить трапецию с углом между боковыми сторонами , полученные n секторных полуцилиндрических заготовок укладывают в виде n-секторного полутороидального цилиндрического концентратора и соединяют между собой по боковым сторонам трапеций, на полученный полутороидальный секторный цилиндрический концентратор осесимметрично устанавливают приемник с линейным размером D.

РИСУНКИ