КОНЦЕНТРАТОРЫ СОЛНЕЧНОГО ИЗЛУЧЕНИЯ (СХЕМЫ, ПАРАМЕТРЫ, МЕТОДЫ РАСЧЁТА)

Авторизация

Счётчики

Посетителям

Ecoreiting

КОНЦЕНТРАТОРЫ СОЛНЕЧНОГО ИЗЛУЧЕНИЯ (СХЕМЫ, ПАРАМЕТРЫ, МЕТОДЫ РАСЧЁТА)

Автор: Oleg

18.03.2009 14:04

Индекс материала
КОНЦЕНТРАТОРЫ СОЛНЕЧНОГО ИЗЛУЧЕНИЯ (СХЕМЫ, ПАРАМЕТРЫ, МЕТОДЫ РАСЧЁТА)
стр1
стр2
Все страницы

Страница 1 из 3

Ш. Клычев, д.т.н.
Академприбор АН РУз

Концентраторы солнечного излучения (SC) - это оптические системы (зеркаль-ные, линзовые, или смешанные зеркально-линзовые), которые изменяют ход солнечных лучей (путем отражения или преломления) таким образом, чтобы они попали на неко-торый приемник (П) излучения (см. рис.1).

Пусть SK - площадь проекции концентратора на плоскость, перпендикулярную солнечным лучам, и SП - площадь приемника, и если SK / SП > 1, то имеет место кон-центрация. При этом средняя плотность потока на приемнике ЕСР будет равна:

ЕСР = ЕСRZ • (SK/SП)
а средняя безразмерная плотность потока или концентрация К, определяется в виде:
К = ЕСР /(ЕС • RZ)
или, учитывая
К = ЕСР /(ЕС • RZ) = SK/SП
Понятие концентрации может применяться как к полному солнечному пятну на приемнике (выделяют и обозначают как С), так и к её части К. Выделяют и максималь-ную концентрацию КF.
Определение концентрации К от параметров концентратора (включая неточно-сти геометрии), приемника, Солнца и закона движения концентратора за Солнцем яв-ляется основной задачей расчёта солнечных концентраторов. Методы расчета концен-траторов базируются на понятиях геометрической оптики и фотометрии.

Оптические схемы, типы и основные параметры концентраторов

В общем случае можно выделить две оптические схемы концентрации солнеч-ного излучения:
I. Однозеркальные (однолинзовые).
II. Многозеркальные (многолинзовые).
Основные варианты реализации однозеркальных (однолинзовых) оптических схем приведены на рисунке 2.
Схема 2а - Жестко связанные между собой концентратор и приемник, которые совме-стно движутся вслед за видимым движением Солнца.
Схема 2б - Неподвижный концентратор и подвижный приемник.
Схема 2в - Подвижный концентратор и неподвижный приемник.
Схема 2г - Неподвижные концентратор и приемник.

Схема 2а позволяет наиболее эффективно использовать площадь концентратора, однако имеются технические ограничения на её габариты.
Схема 2б не имеет ограничений на габариты, но здесь получаем существенно меньшие концентрации и низкую эффективность использования концентрирующей по-верхности.
Схема 2в в принципе может иметь хорошие показатели, однако, как и в 1а имеем ограничения на габариты концентратора. Практически она реализуется в виде системы, состоящей из отдельных концентраторов, концентрирующих излучение на общий не-подвижный приёмник.
Схема 2г в общем наиболее предпочтительна (нет необходимости в опорно-поворотных устройствах для вращения концентратора вслед за видимым движением Солнца). Однако в этом случае концентрированное пятно перемещается по поверхно-сти приёмника, и реально достижимые концентрации С малы, от 3 до 5, но в принципе этого достаточно для резкого повышения эффективности работы солнечных низкотем-пературных установок и, главное, повышения их рабочих температур до 1000С).
Для исключения ограничений на габариты и получения предельных концентра-ций применяются многозеркальные оптические схемы, основные из которых приведе-ны на рис.3 а, б):

Схема 3а – Система “"гелиостат – параболоид” с горизонтальной или вертикальной
осью параболоида.
Схема 3б – Система первичный – вторичный концентратор.
Отличие между ними в том, что вторичный концентратор много меньших разме-ров, чем первичный концентратор.
Возможны и другие оптические схемы, однако необходимо учитывать, что на концентраторы солнечного излучения имеются жесткие ограничения по КПД и стоимо-сти.

Основные типы и параметры концентраторов

Можно выделить следующие основные типы концентраторов:
Цельные концентраторы (рис. 4 а) - концентрирующая поверхность (зеркаль-ная или линзовая) представляет оптически гладкую геометрическую поверхность (ча-ще всего это – плоскость, сфера, параболоид, конус и т.д. – поверхности вращения или линейный).
Составные концентраторы (рис. 4 б) - концентрирующая поверхность образо-вана отдельными цельными концентрирующими элементами (фацетами), устанавли-ваемыми на общем каркасе. При этом фацеты могут формировать некоторую общую геометрическую поверхность или иметь свою геометрию.
Распределенные концентраторы (рис. 4 в) – фактически составные концентра-торы, устанавливаемые на общей неподвижной платформе (обычно на Земле) и кон-центрирующие солнечные лучи на общий приемник.

Основные параметры концентраторов

Цельный концентратор:
1. Геометрия концентрирующей поверхности – f (x,y,z);
2. Площадь проекции концентратора - SC
3. Форма концентратора в плане – круг, прямоугольник и т.д.
4. фокусное расстояние концентратора f - расстояние от оптического центра до некоторой плоскости, на которой обеспечиваются максимальные концентрации.
5. Точность геометрии концентратора - угловые отклонения поверхности макси-мальные - , или среднеквадратические - , возникающие вследствие неточно-стей изготовления и температурных и весовых деформаций.
6. Коэффициент зеркального отражения - RZ, или пропускания  для линзовых концентраторов.
7. Показатель преломления - n, для линзовых концентраторов.
Составные концентраторы
Для составных концентраторов, дополнительно к параметрам фацеты (цельный концентрирующий элемент) добавляются:
1. Функция, описывающая геометрию несущего каркаса – fH (x,y,z).
2. Координаты положения фацеты на каркасе – XOF, YOF, ZOF;
3. Пространственная ориентация фацеты относительно несущего каркаса, на-пример, в виде двух плоских углов - F, F (юстировочные углы фацеты).
4. Соответственно имеем и неточности пространственного положения фацеты (неточности юстировки), например, в виде двух малых плоских углов - Ю, Ю.
Распределенные концентраторы
Наряду с указанными выше параметрами цельного и составного концентраторов здесь добавляются координаты составного концентратора и приемника в поле.

Предыдущая - Следующая >>