Патент на изобретение №2396493

(54) СОЛНЕЧНАЯ УСТАНОВКА С КОНЦЕНТРАТОРОМ

(57) Реферат:

Изобретение относится к области гелиотехники, в частности касается создания солнечных установок с концентраторами солнечного излучения для выработки электричества и тепла. В солнечной установке с концентратором, содержащей цилиндрический приемник в фокальной области, концентратор выполнен в виде осесимметричного зеркального отражателя, образованного из двух сопряженных большей и меньшей четвертей окружностей радиуса R и r (R>r>0), нижнее основание приемника удалено от плоскости миделя концентратора на расстояние a=R-r, радиус основания приемника равен радиусу меньшей окружности, верхнее основание приемника удалено от плоскости миделя концентратора на расстояние b, высота приемника h=a-b, при ориентации солнечной установки с концентратором на Солнце h. В результате использования изобретения увеличивается концентрация излучения на приемнике солнечного излучения при нормальном падении солнечных лучей. 3 з.п. ф-лы, 1 табл., 3 ил.

Изобретение относится к области гелиотехники, в частности касается создания солнечных установок с концентраторами солнечного излучения для выработки электричества и тепла.

Известна солнечная установка с концентратором, состоящая из цилиндрического концентратора с воспринимающей солнечное излучение плоскостью и приемника излучения с двусторонней рабочей поверхностью, у которого поперечное сечение цилиндрического концентратора выполнено двумя радиусами, причем окружность радиуса r сопрягается с окружностью большого радиуса R в плоскости, на которой расположены центры обоих радиусов, перпендикулярной плоскости, воспринимающей излучение. Приемник излучения может быть расположен в плоскости радиуса r, совмещенной с плоскостью сопряжения окружностей с радиусами r и R (Патент РФ 2191329, класс 7 F24J 2/14, 20.02.2001).

Недостатком известной солнечной установки является низкое значение апертурного угла, в пределах которого солнечный модуль концентрирует прямое и рассеянное солнечное излучение, и низкий коэффициент концентрации.

Известна солнечная установка с концентратором, содержащая зеркальные отражатели и приемник солнечного излучения в фокальной области. Концентратор выполнен в виде осесимметричного кольцеобразного тороидального зеркального отражателя, у которого поперечное сечение образовано из двух сопряженных разновеликих четвертей окружностей радиуса R и r (R>r>0). При этом высота цилиндрического приемника равна h=R-r (патент РФ 2338128, опубл. 10.11.2008. БИ 31, 2008).

Недостатком данной солнечной установки является невысокий коэффициент концентрации.

Задачей изобретения является увеличение коэффициента концентрации на приемнике солнечного излучения при нормальном падении солнечных лучей на апертуру концентратора.

В результате использования изобретения увеличивается концентрация излучения на приемнике излучения при нормальном падении лучей на апертуру концентратора.

Вышеуказанный технический результат достигается тем, что в солнечной установке с концентратором, содержащей концентратор солнечной энергии и цилиндрический приемник в фокальной области, концентратор выполнен в виде осесимметричного зеркального отражателя, образованного из двух сопряженных большей и меньшей четвертей окружностей радиуса R и r {R>r>0), нижнее основание приемника удалено от плоскости миделя концентратора на расстояние a=R-r, радиус основания приемника равен радиусу меньшей четверти окружности, согласно изобретению верхнее основание приемника удалено от плоскости миделя концентратора на расстояние b, высота приемника h=a-b, при ориентации солнечной установки с концентратором на Солнце h, где R – радиус большей четверти окружности; r – радиус меньшей четверти окружности; h – высота приемника.

Для повышения производительности для дальнейшего получения биотоплива в предлагаемой установке приемник может быть выполнен в виде биореактора для культивации микроводорослей.

Для повышения температуры теплоносителя в солнечной установке цилиндрический приемник может иметь прозрачную вакуумированную теплоизоляцию на основаниях и боковых стенках.

Для уменьшения тепловых потерь в окружающую среду и для защиты от атмосферных воздействий в предлагаемой установке концентратор может быть покрыт вакуумированным стеклопакетом.

Сущность изобретения поясняется фиг.1, 2 и 3.

На фиг.1 представлена общая схема солнечной установки с концентратором.

На фиг.2 представлен вариант конструкции солнечной установки с концентратором при R/r=4.

На фиг.3 представлен вариант конструкции солнечной установки с концентратором при R/r=9.

Как видно из фиг.2 и 3, солнечное излучение, отраженное от концентратора, полностью попадает на приемник.

Солнечная установка с концентратором содержит тепловой цилиндрический приемник 1, зеркальный отражатель, выполненный из двух разновеликих большей и меньшей четвертей окружностей 2 и 3 радиусов R и r (R>r>0), сопряженных в точке А. Радиус основания цилиндрического приемника 1 равен радиусу r меньшей четверти окружности, а его высота h зависит от отношения R/r. Ось симметрии 5 приемника совпадает с осью симметрии концентратора. Основание приемника перпендикулярно оси симметрии концентратора. Для повышения эффективности солнечной установки с концентратором тепловой цилиндрический приемник имеет прозрачную вакуумированную теплоизоляцию 6 на основаниях и боковых стенках. Для защиты от внешних неблагоприятных воздействий, а также для уменьшения теплопотерь в окружающую среду концентратор покрыт вакуумированным стеклопакетом 7.

Работает солнечная установка следующим образом.

Солнечное излучение через вакуумированный стеклопакет 7 попадает на верхнее основание приемника 1 и тороидальный зеркальный отражатель, выполненный из двух разновеликих четвертей окружностей 2 и 3. От концентратора лучи отражаются на нижнее основание 4 приемника 1 и боковые стенки приемника 1. При этом ось симметрии 5 приемника 1 совпадает с осью симметрии концентратора.

Геометрический коэффициент солнечной установки с концентратором равен

,

где k – геометрический коэффициент концентрации;

S_k – площадь апертуры концентратора, S_k=(R+r)²;

S_осн – площадь основания приемника, S_осн=к²;

S_бок – боковая площадь цилиндрического приемника, S_бок=dh=2rh.

Высота h цилиндрического приемника зависит от отношения R/r, в зависимости от этого определяется геометрический коэффициент концентрации. Зависимость h от R/r и расчет геометрического коэффициента концентрации k представлены в таблице.

Формула изобретения

1. Солнечная установка с концентратором, содержащая концентратор солнечной энергии и цилиндрический приемник в фокальной области, при этом концентратор выполнен в виде осесимметричного зеркального отражателя, образованного из двух сопряженных большей и меньшей четвертей окружностей радиуса R и r {R>r>0), нижнее основание приемника удалено от плоскости миделя концентратора на расстояние a=R-r, радиус основания приемника равен радиусу меньшей четверти окружности, отличающаяся тем, что верхнее основание приемника удалено от плоскости миделя концентратора на расстояние b, высота приемника h=a-b, при ориентации солнечной установки с концентратором на Солнце h, где R – радиус большей четверти окружности; r – радиус меньшей четверти окружности; h – высота приемника.

2. Солнечная установка с концентратором по п.1, отличающаяся тем, что приемник выполнен в виде биореактора для культивации микроводорослей.

3. Солнечная установка с концентратором по п.1, отличающаяся тем, что цилиндрический приемник имеет прозрачную вакуумированную теплоизоляцию на основаниях и боковых стенках.

4. Солнечная установка с концентратором по п.1, отличающаяся тем, что концентратор покрыт вакуумированным стеклопакетом.

РИСУНКИ