Саморозгортальний сонячний концентратор (варіанти)

1. Саморозгортальний сонячний концентратор, що містить ряди сонячних елементів, що чергуються з рядами складних відбивачів, призначених для відбиття падаючої енергії на безпосередньо примикаючі сонячні елементи і основу, на якій встановлені ряди відбивачів і ряди сонячних елементів, у якій кожен ряд відбивачів містить: лист, що має дві протилежно спрямовані поверхні, з відбиваючим покриттям, нанесеним на поверхню, спрямовану від основи, причому зазначений лист має: два рівнобіжних краї, прикріплені до зазначеної основи і віддалені одна від одної, і першу і другу сторони, кожна з яких з'єднана з одним із зазначених країв, який відрізняється тим, що при відсутності зовнішніх сил, зазначена перша сторона повернена в напрямку від зазначеної основи і разом із другою стороною утворює профіль трикутного поперечного перерізу, причому під дією стискаючої сили зазначена перша сторона повертається в напрямку до зазначеної основи, друга сторона згинається в напрямку до основи, і зазначений лист складається, у якому перша сторона містить у собі щонайменше одну ділянку цільно виконаного каркаса першої товщини у поєднанні з більш тонкими ділянками другої товщини. 2. Саморозгортальний сонячний концентратор за п. 1, який відрізняється тим, що зазначена друга сторона містить у собі ділянки третьої товщини, причому зазначені друга і третя товщини менші першої товщини. 2 (19) 1 3 87002 4 6. Саморозгортальний сонячний концентратор за 14. Саморозгортальний сонячний концентратор за п. 5, який відрізняється тим, що відбивачі викоп. 12, який відрізняється тим, що зазначені прорінані з високоміцного титанового сплаву. зи забезпечують доступ у простір під відбивачем 7. Саморозгортальний сонячний концентратор за для ремонтного обслуговування. п. 5, який відрізняється тим, що потенційна енер15. Саморозгортальний сонячний концентратор за гія стиску відбивача складає менше 0,1 Дж/м2. п. 12, який відрізняється тим, що щонайменше 8. Саморозгортальний сонячний концентратор за одна планка має скривлену в поперечному переріп. 5, який відрізняється тим, що перша ділянка, зі поверхню. перша сторона, друга сторона, друга ділянка і тре16. Саморозгортальний сонячний концентратор за тя сторона кожного відбивача з'єднані послідовно і п. 12, який відрізняється тим, що, коли відбивач виконані з єдиного листа. не складений, зазначені кілька планок другої сто9. Саморозгортальний сонячний концентратор за рони рівнобіжні одна одній і вертикальному нап. 5, який відрізняється тим, що при відсутності прямку двогранного ребра, між першою стороною і зовнішніх сил третя сторона намагається повернудругою стороною. тися в напрямку до основи, таким чином, що, коли 17. Саморозгортальний сонячний концентратор за відбивач розвертається, перша сторона повертап. 12, який відрізняється тим, що перша ділянка, ється в напрямку від основи, а третя сторона приперша сторона, друга ділянка і третя сторона кожкладає тиск до двогранного ребра між першою ного відбивача з'єднані послідовно і виготовлені з стороною і другою стороною. одного листа. 10. Саморозгортальний сонячний концентратор за 18. Саморозгортальний сонячний концентратор за п. 5, який відрізняється тим, що кожний із зазнап. 12, який відрізняється тим, що при відсутності чених відбивачів виконаний із двох листів, перший зовнішніх сил третя сторона намагається повернулист містить у собі першу подовжню ділянку, пертися в напрямку до основи таким чином, що, коли шу сторону, другу сторону і третю подовжню ділявідбивач розгорнуть, перша сторона повернена в нку, з'єднані послідовно; другий лист містить другу напрямку від основи, а третя сторона натискає на подовжню ділянку і третю сторону, з'єднані послідвогранне ребро між першою стороною і другою довно і нероз'ємно; у якому третя ділянка накластороною. дена на другу ділянку, і обидві ділянки прикріплені 19. Саморозгортальний сонячний концентратор за до основи. п. 12, який відрізняється тим, що кожний із зазна11. Саморозгортальний сонячний концентратор за чених відбивачів виконаний із двох листів, перший п. 5, який відрізняється тим, що перша сторона лист містить першу подовжню ділянку, першу стозігнута під дією стискаючої сили без перевищення рону, другу сторону і третю подовжню ділянку, межі пружності матеріалу. з'єднані послідовно і нероз'ємно; другий лист міс12. Саморозгортальний сонячний концентратор за тить другу подовжню ділянку і третю сторону, з'єдп. 5, який відрізняється тим, що друга сторона нані послідовно і нероз'ємно; у який третя ділянка кожного відбивача містить кілька довгастих планакладена на другу ділянку й обидві ділянки принок, розділених прорізами. кріплені до основи. 13. Саморозгортальний сонячний концентратор за п. 6, який відрізняється тим, що товщина зазначеного листа складає близько 25-30 мікронів. Даний винахід відноситься до сонячного концентратора, зокрема - до космічного сонячного концентратора, який використовують для формування сонячної панелі з рядами складних відбивачів, що чергуються з рядами сонячних елементів. Рівень техніки На космічних літальних апаратах (КЛА) як первинне джерело енергії використовують, як правило, сонячні елементи, що розташовують і орієнтують таким чином, щоб вони сприймали сонячне випромінювання. На КЛА зі стабілізацією корпуса в просторі сонячні елементи розташовані звичайно у вигляді плоских матриць і розміщені на сонячних крилах, що відходять від протилежних сторін корпуса КЛА. Переважно, щоб сонячні крила могли повертатися, щоб підтримувати їх у максимально можливому ступені перпендикулярно до сонячного випромінювання. Оскільки сонячні крила в розгорнутому положенні мають досить велику довжину, вони формуються, як правило, з безлічі планарних со нячних панелей, що з'єднані одна з одною або "гармошкою" (одномірне розгортання), або у вигляді "брущатки" (двомірне розгортання), для того, щоб забезпечити можливість їхнього компактного укладання при запуску КЛА. Кількість сонячних елементів, установлених на КЛА, залежить від розрахункової потреби КЛА в енергії і коефіцієнта корисної дії сонячних елементів. Використання сонячних елементів з високим КПД дозволяє зменшити загальну кількість елементів, необхідних для даного конкретного КЛА, але вони надзвичайно дорогі. З огляду на, що зі збільшенням кількості сонячних елементів зростає їхня вага і зв'язані з цим витрати, виникає велика зацікавленість у зменшенні кількості елементів, що підлягають установці на КЛА. Toмy зусилля дослідників були спрямовані на те, щоб сконцентрувати сонячне випромінювання на сонячних елементах за допомогою застосування відбиваючих поверхонь, що розташовані поруч із сонячними панелями і зорієнтовані таким чином, 5 87002 6 що відбивають на ці елементи додаткове випромірації з істотною втратою генерації енергії для КЛА. нювання. Завдяки цьому сонячне випромінювання, З цієї причини після розгортання потрібно застосущо у протилежному випадку проходило б повз вання спеціального фіксатора відбиваючих плівок сонячне крило, змінює напрямок таким чином, що для того, щоб їхня рухливість більше не приводизнову попадає на сонячні елементи. Незважаючи ла до ослаблення натягу. Крім того, у розглянутона те, що ефективність дії сонячного елемента по му патентному документі запропоновані недостатперетворенню такого додаткового відбитого виньо обґрунтовані принципи розгортання і промінювання в корисну енергію, як правило, мезбереження. Дійсно, у складеному положенні довнша, ніж у випадку прямо падаючого випромінюжина відбивачів здається меншою, ніж у розгорнування (в основному через підвищення тому. На реальному кресленні повинно бути, безтемператури елемента і гострого кута падіння), сумнівно, видно, що в складеному положенні концентрація сонячної енергії дозволяє значно відбиваюча плівка, частково затінює сонячні елезменшити кількість установлюваних на КЛА сонячменти. У випадку збою при розгортанні відбивача них елементів, і відповідно, домогтися економії у відбиваючі плівки затінюють сонячні елементи, так вазі і вартості КЛА. Для концентрації сонячного що відповідна генерація енергії припиняється. Це випромінювання пропонувалися як тверді, так і ще один недолік, що усувається відповідно одного гнучкі відбивачі, при цьому перевагою других є з ознак даного винаходу. їхня менша вага. Приклад конструкції гнучкого відУ патентному документі США №6177627 забивача описаний у патентах США №№6017002 і пропонований пристрій зі стисливим відбивачем, 6050526, а твердого - у патенті США №5520747. що містить гнучкий лист і знаходиться під ним розХоча такі відбиваючі конструкції і забезпечупрямлювач, прикріплений до основи. Гнучкий лист ють концентрацію сонячного випромінювання, їхнє виконує функцію відбивача для відбиття світловорозміщення поруч із сонячною панеллю викликає го потоку, а розпрямлювач підтримує цей лист. ряд негативних явищ. Так, відбувається підвищенОтже, потрібні дві різні деталі. ня температури сонячного елемента і, отже, зниУ документі WO 00/79593 А1 запропонована жується ефективність перетворення енергії. Крім ідея використання відбивачів, що саморозгортатого, помилки наведення є причиною недостатньо ються. У складеному положенні вони будуть, абрівномірного розподілу потоку по сонячній панелі, солютно визначено, затінювати елементи. Після а також ускладнюється керування енергетичною розгортання не використовується ніякого фіксуюсистемою, що веде до зменшення виробленої чого механізму. У період збереження сонячні паелектричної потужності панелі. нелі традиційним способом накладаються один на У випадку з відбивачами, що розгортаються, одного з невеликими проміжками між ними. Цей положення цих відбивачів і їхнє розгортання гарно наявний простір використовується для складених поєднуються тільки з одномірною структурою павідбивачів, але оскільки в складеному положенні нелей ("гармошкою") і погано - з їхнім двомірним не має фіксуючих механізмів, відбивачі панелі і розташуванням (у вигляді "брущатки"). упираються у відбивачі сусідньої панелі (і+1). Інший спосіб концентрації за допомогою відПереваги описаної конструкції досить сумнівні, бивачів полягає в розподілі невеликих відбивачів тому що вібрація (наприклад, у процесі транспорпо сонячній панелі. Відбивачі по черзі укладають тування і запуску) здатна привести до появи поміж рядами сонячних елементів, що дозволяє подряпин на відбиваючих плівках, результатом чого слабити дію вищезгаданих недоліків або цілком є погіршення оптичних характеристик, а згодом усунути їх. Даний винахід стосується саме такої зниження ефективності концентрації сонячного конфігурації. Деякі варіанти здійснення, які базувипромінювання зі зменшенням генерації енергії. ються на цьому геометричному принципі, описані У патентному документі США №6528716 затакож у патентних документах США 6188012, пропоновані сонячні концентратори, що розгорта6177627, 6528716 і WO 00/79593 А1. ються, зі складними відбивачами. Аналогічно паКонструкція, розкрита в патентному документі тентним документам США №№6188012 і 6177627, США 6188012, відноситься тільки до концентратодля правильного функціонування відбивача варто ра, що розгортається, у якому розгортання забезвикористовувати окремі розпрямляючий і вдбивапечується завдяки пружинам декількох типів. Після ючий елементи. Стисливий відбивач також вимарозгортання пружина використовується для підгає наявності щонайменше однієї відбиваючої потримки натягу відбиваючої плівки. Основний недоверхні, що повинна бути зігнута, коли лік такого пристрою - це механічна утома, що має концентратор складений. місце після тривалого перебування в космосі (з До того ж, усі вищезгадані документи описують тепловим циклом протягом кожного затьмарення). конструкції концентраторів, що затрачають досить На КЛА, застосовуваних в області зв'язку, панель велику кількість енергії на розгортання. сонячних батарей повинна залишатися в цілком Сутність винаходу працездатному стані протягом 15-літнього перебуВідповідно до одного аспекту даного винаховання на геостаціонарній орбіті. За добу відбуваду, пилкоподібні (або клиноподібні) відбивачі викоється по одному затьмаренню. Таким чином, ренані такими, що саморозгортаються, й у складезультатом декількох тисяч щоденних затьмарень ному положенні не перекривають ряди сонячних будуть кілька тисяч теплових циклів. Якщо натяг елементів. Крім того, відбивач містить один елевідбивача поступово змінюється через ослаблення мент, що є таким, що розгортається й відбиваєтьпружини, то відбувається погіршення оптичних ся одночасно, відповідно не потрібен додатковий характеристик і рівномірності висвітлення. Має розпрямлювач. місце різке зниження діючого коефіцієнта концент 7 87002 8 Після розгортання відбивачі збирають і концена і третя сторона з розгорнутими поверхнями нтрують потік сонячного випромінювання на сонябудуть повернені в напрямку до основи. Друга чних елементах. Відповідно до одного із кращих сторона виконана із можливістю її згинання в наваріантів здійснення, до розгортання, у складенопрямку основи, таким чином, відбивач буде згорму стані відбивачі підігнуті до підкладки панелі. нутий. Друга плоска сторона може містити кілька Відповідно до іншого варіанта" даного винаходу, смуг, розділених отворами. Кожний з відбивачів що розгортається, відбивач має дві відбиваючі може бути виконаний як єдине ціле або може бути поверхні, не потребуючі згинання в складеному зібраний з окремих елементів. Така конфігурація положенні, що відповідно, поліпшує форму і робоможе знизити кількість потенційної енергії стиску, чу ефективність концентраторів сонячних елеменнеобхідної для розгортання. тів. Вищеописані разом іншими цілями і перевагаЗадачею даного винаходу є створення сонячми винаходи будуть очевидні з докладно розкриного концентратора, що містить ряди сонячних тих в описі і формулі винаходу конструкції і її екселементів, які чергуються з рядами складних відплуатації з посиланнями на нижчеподані бивачів, щоб відбивати енергію падаючого потоку креслення, на яких ті самі деталі позначені тими на безпосередньо примикаючі сонячні елементи і самими номерами. основу, на якій установлені відбивачі і ряди сонячКороткий опис креслень них елементів, у якій кожен ряд відбивачів містить Фіг.1 - схематичне зображення сонячного конлист, що має дві протилежно спрямовані поверхні центратора відповідно до заявленого винаходу, де з відбиваючим покриттям, нанесеним тільки на F відноситься до сонячного потоку. Відбивачі виодну поверхню, звернену в напрямку від основи. конані у вигляді клиноподібних зубців, розташоваЛист має дві рівнобіжних краї, прикріплені до заних рядами, з розміщеними між ними рядами созначеної основи і віддалені один від одного, і пернячних елементів. шу і другу сторони, кожна з який з'єднана з одним Фіг.2 - зображення в аксонометрії пристрою, із двох зазначених країв. При відсутності зовнішніх відомого з рівня техніки, - лоткового концентратосил зазначена перша сторона повернена в напряра з відбивачами з боків сонячної панелі, де R мку від основи і разом із другими сторонами утвовідноситься до сонячної радіації, С - до сонячного рює профіль трикутного поперечного перерізу. Під елемента і Ρ - до сонячної панелі. дією стискаючої сили зазначена перша сторона На Фіг.3А і 3В показані графіки втрат уловлюповертається в напрямку до зазначеної основи, а вання через помилку спостереження в концентраоскільки друга сторона виконана з можливістю її торах, показаних на Фіг.1 і 2, і розподіл світла по згинання в напрямку основи, то зазначений лист сонячній панелі при відхиленні наведення, рівним буде складний. Переважно, перша сторона містить 3 градусам, відповідно. у собі ділянку цільно виконаного каркасу першої На Фіг.4 показана відбивна здатність R відбитовщини в сполученні з більш тонкими ділянками ваючої плівки при куті падіння 60 градусів щодо другої товщини. Друга сторона містить ділянки нормалі до відбивача для неполяризованого світтретьої товщини, причому зазначені друга і третя ла як функція довжини хвилі (DX)-(WL). Показані товщини менше першої товщини. також типова характеристика CR багатоперехідноІншою задачею заявленого винаходу є ствого сонячного елемента GaAs/Ge і спектр сонячного рення сонячного концентратора, що містить ряди випромінювання (CCB)-(SSP). Для порівняння сонячних елементів, що чергуються з рядами приведена відбивна здатність REF алюмінієвого складних відбивачів, для того, щоб відбивати енешару, нанесеного вакуумним напилюванням, і відргію падаючого потоку на безпосередньо примибивна здатність PREF срібного покриття з додаткаючі сонячні елементи і основу, на якій встановковим захистом (Si2, товщиною 160нм). лені відбивачі і ряди сонячних елементів, у якій На Фіг.5А, 5В, 5С і 5D показаний перший варікожен ряд відбивачів містить перший і другий поант здійснення даного винаходу в різних конфігудовжні ділянки, рівнобіжні рядам сонячних елемераціях, де на Фіг.5А представлена аксонометрія нтів, прикріплені до зазначеної основи і віддалені перший варіант здійснення в розгорнутому вигляодна від одної, причому перша сторона з'єднана з ді, на Фіг.5В представлений в аксонометрії перший одним краєм першої ділянки, найближчим до ряду варіант здійснення в складеному вигляді, на Фіг.5С сонячних елементів, і має відбиваюче покриття на на вигляді зверху представлений перший варіант поверхні, зверненій в напрямку від основи, друга здійснення, виконаний з локально потоншеної фосторона, з'єднує першу сторону й один край другої льги або іншого матеріалу, розгорнутого в горизоділянки, найближчий до першої ділянки, а третя нтальній площині, і на Фіг.5D представлений розріз сторона з'єднана з іншим краєм другої ділянки, по лініях 5D-5D на Фіг.5С відповідно до першого віддаленої від першої ділянки, і має відбиваюче варіанта виконання даного винаходу. покриття на поверхні, зверненій в напрямку від На Фіг.6А, 6В, 6С, 6D і 6Е показаний другий основи. При відсутності зовнішніх сил зазначена варіант здійснення даного винаходу в різних конперша сторона повернена в напрямку від зазначефігураціях, де на Фіг.6А показаний в аксонометрії ної основи і разом із другою стороною утворитьдругий варіант здійснення даного винаходу в розпрофіль трикутного поперечного перерізу і слугорнутому вигляді, на Фіг.6В показаний другий важить опорою для третьої сторони, поверненої в ріант здійснення даного винаходу зі знятою другою напрямку від зазначеної основи таким чином, що відбиваючою стороною, без якої видні фіксуюча верхній край третьої сторони контактує з ребром сторона з фіксуючими планками, і є доступ у просдвогранного кута між першою і другою сторонами. тір під відбивачем і зі знятою іншою стороною, що Під дією стискаючої сили, зазначені перша сторовідбиває, на Фіг.6С показаний в аксонометрії дру 9 87002 10 гий варіант здійснення в складеному вигляді, на щих варіантів здійснення, матеріалом є високоміцФіг.6D показаний в аксонометрії другий варіант ний титановий сплав товщиною близько 1-2 милів здійснення заявленого винаходу, виконаний із (+/-25-50 мікрон). двох частин, а також приведене збільшене часткоЗастосування сонячних відбивачів 13, убудове зображення двох подовжніх ділянок, розташованих у сонячну панель, дозволяє одержати більш ваних внахлест, на Фіг.6Е представлений розріз по експлуатаційно-гнучку модульну конструкцію сонялініях 6Е-6Е на Фіг.6В другого варіанта реалізації чної панелі, що розгортається, у порівнянні з відоданого винаходу. мими з рівня техніки, де відбивачі примикають до Докладне розкриття кращих варіантів здійспанелей. Дійсно, у цьому останньому випадку рознення гортання сонячної панелі легко здійснюється тільНа Фіг.1 показаний сонячний концентратор ки при одномірному порядку проходження ("гарвідповідно до винаходу. Тут ряди клиноподібних мошкою"). Конструкція ж згідно із даним відбивачів 13 чергуються із сонячними елементавинаходом придатна і для більш складних конфіми 12. Вони встановлені на сонячну панель 11 зі гурацій розгортання - типу двомірної "брущатки". стільниковою луночною конструкцією із застосуЯк наслідок цього, істотно підвищується ступінь її ванням спеціальних кріплень. Таку конструкцію модульності й вироблення енергії може легко здійзвичайно виконують з алюмінієвих лунок, розтаснюватися на різних рівнях. шованих між двома лицювальними аркушами з Згідно із даним винаходом, співвідношення полімеру, армованого вуглецевим волокном поверхні уловлювання і поверхні охолодження не (ПABB)-(CFRP). Сонячне випромінювання падає вище, ніж у конструкціях, відомих з рівня техніки, на панель 11. Воно попадає на сонячні елементи де відбивачі примикають до панелі. Дійсно, згідно 12 або безпосередньо, або після відбиття від відіз даним винаходом, поверхня уловлювання пракбиваючого покриття відбивачів, 13. Відповідно тично та ж, а поверхня охолодження складає 75% одного із кращих варіантів здійснення ширина рявід площі звичайної планарної панелі. Тільки біля ду сонячних елементів 12 дорівнює ширині ряду половини передньої поверхні (рядів сонячних клиноподібних відбивачів 13 у залежності від коеелементів) ефективно використовується для охофіцієнта геометричної концентрації. Наприклад, лодження. У відомих з рівня техніки конструкціях ширина рядів однакова, коли коефіцієнт геометриплоща поверхні уловлювання подвоєна при такій чної концентрації складає 2:1. Кут нахилу відбиваже поверхні охолодження в порівнянні з традиційча в залежності від коефіцієнта геометричної конними планарними панелями. Іншими словами, центрації дорівнює приблизно 60°, і дорівнює рівно площа охолодження в порівнянні з площею улов60° у тому випадку, коли коефіцієнт геометричної лювання складає лише 50%, у порівнянні з планаконцентрації складає 2:1. Коли коефіцієнт геометрними панелями. Оскільки зберігаються близькі ричної концентрації складає 2:1, це означає, що значення в порівнянні з рівнем техніки для площі два квадратних метри сонячного випромінювання поверхні охолодження, можна чекати лише незнаконцентруються на одному квадратному метрі сочного підвищення температури в даному винаході нячних елементів. З огляду на те, що високоефек(близько 20 градусів за Цельсієм), у порівнянні з тивні сонячні елементи надзвичайно дорогі, така рівнем техніки (близько 40 градусів за Цельсієм). концентрація дуже приваблива з погляду скороЦе є великою перевагою, тому що знижує газовичення вартості сонячної панелі. ділення клеїв, використовуваних для кріплення На Фіг.2 показаний лотковий відбивач, що має сонячних елементів і покривного скла. Крім того, такий же коефіцієнт геометричної концентрації, температура відбивачів може значно збільшитися, але з відбивачами, пов'язаними із сонячною пау порівнянні з пристроями за попереднім рівнем неллю збоку. Така конфігурація термічно невигідтехніки з примикаючими відбивачами. Фактично, у на, тому що поверхня охолодження надмірно змевідомих конфігураціях задня поверхня відбивачів ншена в порівнянні із зоною концентрації. Така звернена до холодного космічного простору на конфігурація подібна із розкритою в патентних відміну від заявленого винаходу, де відбивачі 13 документах США №№5520747, 6017002 і 6050526. звернені до основи 11 панелі. Отже, можна досягЗгідно Фіг.1, сонячні відбивачі 13 виготовлені з ти значного підвищення температури відбивачів. тонкої гнучкої фольги, з нанесеним на неї відбиЦе є додатковою серйозною перевагою в порівваючим покриттям. Фольгу можна виконати з висонянні з відомими з рівня техніки панелями з відбикоміцного сплаву, наприклад, титанового, нержавачами, що примикають збоку, забруднення повевіючої сталі, берилієво-мідного або будь-якого рхні яких приводить до погіршення вироблення іншого сплаву, стійкого до будь-яких механічних енергії. впливів. Вибір матеріалу залежить від механічних До того ж, температуру сонячних елементів властивостей і масових параметрів. Застосування можна істотно понизити за рахунок удосконалення такого легкого матеріалу, як титан знижує вагу розподілу температури на фронтальному листовідбивачів. Кожен квадратний метр сонячного вому облицюванні. Використання (ПABB)-(CFRP) елемента з трьома переходами разом з покривним (полімеру, армованого вуглецевим волокном) з склом важить близько 1,1кг, у той час як квадратвисокою теплопровідністю сприяє розподілу конний метр титанового відбивача важить всього центрованої сонячної енергії по фронтальному 0,35кг. Товщина фольги також залежить від необлистовому облицюванню. Питома теплопровідхідної твердості відбивача і від максимальної кільність уздовж волокон стандартного CFRP знахокості потенційної енергії стискання усередині диться в області близько 35Вт/(м(К). У високотепскладених відбивачів (важливо при розгортанні і лопровідних CFRP вона може досягати вібраціях у складеному вигляді). В одному з кра500Вт/(м(К), завдяки високій питомій провідності 11 87002 12 вуглецевих волокон. До того ж, цей тип CFRP депотоку. Такий розподіл напевно вплине на перемонструє набагато більш високу твердість - 490творення енергії. Електричний струм, генеруємий 560ГПа в порівнянні з 93ГПа для звичайного цими елементами, буде складати 65% від номінаCFRP. Можна для підвищення теплопровідності льного струму. Послідовне поєднання елементів просто додати до шару зі звичайного CFRP шар вимагає високого ступеня рівномірності генеруєвисокотеплопровідного CFRP перпендикулярно до мого струму для того, щоб акумулювати потужрядів сонячних елементів 12. Інший спосіб може ність від усієї сонячної панелі. Нерівномірність полягати в додаванні усередину або наверх звисвітлового випромінювання по сонячній панелі чайного CFRP ниток з високою питомою теплоприводить до значного зменшення енергії, що провідністю, зорієнтованих перпендикулярно до надходить у КЛА. У заявленому винаході (див. рядів сонячних елементів, або у використанні маФіг.1) нерівномірність також має місце, але лише теріалу з вуглецевих нанотрубок, таких, як, наприпо ширині елемента. Втрати генерації енергії соклад, «нанотрубковий папір». Таким чином, ми нячними елементами будуть одного порядку. Для створюємо температурні містки між нагрітими зокожного елемента коефіцієнт втрат однаковий, при нами під сонячними елементами 12 і холодними цьому зберігається рівномірність генерації енергії зонами під відбивачами 13. від елемента до елемента. Таким чином, як і раніТочність орієнтації КЛА впливає на конструкше ідеально працює схема послідовного поєднанцію сонячних концентраторів. Вони повинні відпоня, і яких-небудь додаткових втрат не очікується. відати діапазону зміни напрямку сонячних промеВ якості відбиваючого покриття для відбивачів нів щодо сонячної панелі. На КЛА зі стабілізацією 13, звернених убік від основи 11 панелі, викорискорпуса в просторі не передбачене відстеження товують алюміній, срібло або будь-яке інше ефекнапрямку північ-південь. Сезонні зміни складають тивне покриття, здатне відбивати сонячне випро±23,5 градуса. З цієї причини концентратори не мінювання. Алюміній широко застосовується призначені для здійснення концентрації по цій осі. завдяки легкості виготовлення і його високій стійСпостереження за сонцем здійснюють по осі східкості до впливу космічного середовища (головним захід з точністю, порядку ±2 градуси. Для забезпечином, радіації). Срібло не володіє достатньою чення достатньої надійності концентратори повирадіаційною стійкістю. Потрібно покривати його нні виконувати свої функції навіть при трохи більш додатковим прозорим шаром, для якого підходять значних помилках спостереження. На Фіг.3 проSi2 або Аl2О3. З огляду на зазначену необхідність у ілюстровані наслідки помилок наведення. Таке додатковому покритті, працювати зі сріблом не так моделювання справедливе як для клиноподібного просто, як з алюмінієм. Причиною інтересу до відконцентратора (Фіг.1), так і для лоткового конценбивачів зі срібним покриттям є їхня більш висока тратора (Фіг.2). Вісь відхилення наведення відповідбиваюча здатність у видимій області спектра. відає тільки крену панелі по лінії схід-захід. На Відомо, що покриття, отримане вакуумним напиФіг.3А показана залежність ККД-(СЕ) уловлювання люванням алюмінію, має відбиваючу здатність від кута α падіння сонячного випромінювання. Пеблизько 90%, а відбиваюча здатність срібного порша причина втрати ефективності виникає з закокриття у видимій області спектра досягає 95% при ну косинуса (ЗК)-(СL). За законом косинуса зі збіпадінні випромінювання перпендикулярно поверхльшенням кута падіння відбувається зменшення ні. В одному кращому варіанті виконання нас цікаосвітленої зони. Це справедливо для будь-якої вить відбиваюча здатність при куті падіння 60°, а поверхні, нахиленої щодо сонця, і не пов'язано з не при перпендикулярному падінні. Спектральний концентрацією. Сказане є головною причиною діапазон, який нас цікавить, не обмежується видиспостереження за сонцем для будь-якого стабілімою областю - багатоперехідні сонячні елементи з зованого КЛА. Другий фактор, що впливає на GaAs (арсеніду галію) чуттєві до діапазону від втрату ефективності, пов'язаний з концентрацією приблизно 350нм до приблизно 1800нм. Сонячний (корегований потік (КП)-(CF)). Має місце падіння потік у цій області спектра нерівномірний: максиефективності до 50% при відхиленні наведення мальна інтенсивність досягається при 450-500нм. сонячного концентратора щодо сонця на 30 градуВ УФ-діапазоні відбувається скидання потоку. У сів. Уловлювання стає рівним нулю при 60червоній і інфрачервоній областях спектра споградусному відхиленні наведення, коли ряди сонястерігається трохи менше його ослаблення. На чних елементів цілком затінюються відбивачами. Фіг.4 показана відбиваюча здатність при куті паДля реального випадку з відхиленням наведення діння 60° для алюмінієвої плівки і захищеної срібусього лише в 3 градуси на Фіг.3В показана заленої плівки. Як захист для срібного покриття викожність питомого потоку (ПП)-(NF) від відносної ристаний шар SiO2 товщиною 160нм. Для більшої ординати (BO)-(NO) відхилення наведення сонячясності і простоти розрахунків показаний також них елементів. Тут представлений розподіл світла спектр потоку сонячного випромінювання (SSP) і між двома відбивачами. Згідно із даним винаходом характеристика чутливості фотогальванічного ця зона зайнята рядом сонячних елементів. Відноелементу (виражені у відносних одиницях у порівсна ордината, показана на Фіг.3В, відповідає шинянні з довжиною хвилі WL). рині кожного окремого сонячного елементу. Для Можливі кілька варіантів виконання відбивача, відомих з рівня техніки систем (див. Фіг.2) зазнащо саморозгортається. Нижче приведені два краченій зоні відповідає ширина сонячної панелі, що щих варіанти. В обох варіантах застосована еласвключає кілька суміжних сонячних елементів. тична металева фольга, що дозволяє поєднати у Будь-яка нерівномірність розподілу відбивається відбивачі обидві функції: відбиваючу дію і розгорна примикаючих сонячних елементах. Деякі елетання. У патентному документі США №6188012 менти будуть одержувати тільки 65% номінального розкритий відбивач, що згортається, відбиваючий 13 87002 14 утримуючий концентратор і пружину, приєднану до шляхом зміни геометричних характеристик (товцього концентратора. Подібна конструкція описана щини і ширини) цільно виконаних ребер. в патентному документі США №6177627, де відбиУ другому кращому варіанті реалізації даного вач, що згортається, містить цілком гнучкий лист і винаходу (Фіг.6А - розгорнутий стан) застосовуєтьрозпрямлювач, прикріплений до основи. Це ознася цільний металевий або виконаний із іншого мачає, що дві функції, відбиття світла і розпрямлення теріалу лист, зігнутий і який має поглиблення, вивідбивачів, забезпечені двома різними деталями. конані особливим способом. Відбивач 30 містить У заявленому винаході, в обох кращих варіантах перший і другий подовжні ділянки 26 і 27, рівнобійого реалізації, ці дві функції, - відбивання світла в жні рядам сонячних елементів 12 (Фіг.1), прикріпрозгорнутому стані і розгортання відбивачів - досялені до основи 11 (Фіг.1) і віддалені одна від іншої; гнуті за рахунок одного-єдиного елемента. першу сторону 24 з відбиваючим покриттям, на У першому варіанті виконання заявленого виповерхні, зверненої в напрямку від основи 11, і находу пристрій 20 виконаний з тонкого листа мез'єднану з першою ділянкою 26; другу сторону 23, талу або іншого матеріалу з відбиваючими поверщо з'єднує першу сторону 24 і найближчий до хнями сторін 14 і 15 панелями, зверненими в першої ділянки 26 край другої ділянки 27; і третю напрямку від основи 11, що забезпечують відбиття сторону 25 з відбиваючим покриттям на поверхні, світла в розгорнутому стані (Фіг.5А). Цей лист дозвернену в напрямку від основи 11, і з'єднану з сить тонкий для того, щоб мати дуже малу вагу і іншим краєм другої ділянки 27, віддаленої від малу потенційну енергію стиску в складеному стані першої ділянки 26. Отже, на відміну від інших при(Фіг.5В). Звичайний блокуючий механізм зберігає строїв, дві відбиваючі сторони 24 і 25 кожного відпристрій 20 у складеному стані для запобігання бивача 30 розділені (не з'єднані) на вершині відбипружного відновлення форми і розгортання обох вача, коли відбивач розгорнуть, що забезпечує сторін 14 і 15. У деяких місцях невідбиваючої поможливість доступу під відбивач, не забираючи верхні, спрямованої убік основи 11, є невеликі ресторони 24 і 25 (Фіг.6В). Відкритий доступ до просбра 18, що додають велику пружність потоншеним тору під відбивачами 30, що може містити електділянкам 19, оточеним ребрами 18, і утворюючі ронні компоненти, полегшує його експлуатацію й цільно виконану раму для забезпечення твердості обслуговування. Отже, обидві сторони 24, 25 відконструкції (див. Фіг.5С - розгорнутий відбивач). бивача не залежать одна від іншої під час розгорЗазначені ребра 18 мають спеціальну конструкцію тання. Під час розгортання перша сторона 24 подля забезпечення можливості саморозгортання вертається в напрямку від основи 11 і утворює із відбивача 20 зі згорнутого стану і для забезпечендругою стороною 23 профіль трикутного поперечня достатнього натягу тонкого листа в розгорнутоного перерізу. Ця конструкція з трикутним профіму стані щоб уникнути складок. Зазначений, виколем підтримує в поверненому від основи 11 стані наний як єдине ціле, пристрій 20 може бути сторону 25 таким чином, що, верхня частина, навиконаний з цільного листа металу, наприклад з приклад, верхній край третьої сторони 25 контаквисокоміцного титанового сплаву або інших матетує з двогранним ребром 29 між першою стороною ріалів, що дозволяє уникнути застосування двох 24 і другою стороною 23. У складеному стані різних елементів для здійснення розгортання й (Фіг.6С) під дією стискаючої сили звичайного блооптичних функцій. Стандартна товщина ребер 18 і куючого механізму, для блокування обох сторін 24 рами складає від 50 до 100 мікронів, а потоншеної і 25 і запобігання пружного відновлення форми і ділянки 19 - 20-30 мікронів. Належна товщина, розгортання, обидві сторони накладені одна на проте, не обмежується зазначеними значеннями і одну, і жодна з них не перенапружена або переможе змінюватися в залежності від матеріалу лисгнута (згин, що перевищує припустиму межу пружта, конструкції пристрою 20 і інших факторів. Поності матеріалу) під час тривалого передстартовотоншена ділянка 19 може бути отримана за допого періоду збереження. Зокрема, перша сторона могою хімічного травлення, високошвидкісним 24 і третя сторона 25 будуть нахилені до основи фрезеруванням, глибокою прокаткою і т.п. На до11 з розправленими поверхнями, при цьому третя даток до цього, для досягнення мінімальної ваги, сторона 25 накриє першу сторону 24. Друга сторопотоншеними роблять усі ті ділянки, для яких не на 24 буде зігнута таким чином, що відбивач буде потрібна наявність пружного ефекту, такі як ділянскладений. Подібне положення збереження є ка 21 на стороні панелі, що згинається, 15 (Фіг.5С), сприятливим для мінімізації потенційної енергії просто зберігаючи за ними здатність до відбиття. стиску під час періоду збереження. У дійсності, Підсилити твердість і пружність конструкцій різних потенційна енергія стиску є причиною проблем, що варіантів реалізації даного винаходу для поліпвиникають під час розгортання. Потенційна енергія шення відбиваючої форми виконаного як єдине стиску може бути менше 0,1Дж/м2, наприклад, ціле пристрою за допомогою підбору відповідних 0,063Дж/м2 для відбивачів, розміщених у 10розмірів, геометрії і розташування більш товстих міліметровому проміжку між двома накладеними ребер і рами 18, виконаних як одне ціле. Однак це одна на одну сонячними панелями, кожна з яких поліпшення неможливе для листа з постійною тооснащена складеними відбивачами, або подібнивщиною. Для розгортання панелі важлива потенми до них відбивачами, розміщеними в 5ційна енергія стиску в згорнутому стані. Причому міліметровому проміжку. Завдяки подібній до конця потенційна енергія стиску повинна знаходитися фігурації збереження, матеріал не буде піддаватив діапазоні значень, що відповідає безпечному ся ослабленню (з наступним перекручуванням розгортанню панелі. Потенційну енергію стиску форми) у такому ступені, як в інших варіантах виможна легко привести до цього діапазону значень конання. Це виразно забезпечує більш точну форму розгорнутого відбивача. Блокуюча система, що 15 87002 16 має невеликі планки 28, запобігає удару нижньої для сторони 23-24, а інший - для сторони 25. В сторони 24 по складеному відбивачу через інерцію останньому випадку, планки 28 будуть з'єднані з під час розгортання відбивача. Спочатку розгортаділянкою 27 основи, що буде з'єднана внахлест із ється верхня сторона 25 і спирається на іншу стоділянкою 32 іншої сторони 25, як показано на рону 24. Потім верхня сторона 25 фіксується на Фіг.6D. І, нарешті, цей варіант реалізації легкий іншій стороні 24 і входить у контакт із двогранним для виробництва, і до того ж неточності профілюребром 29, утвореним сторонами 23 і 24. Даний вання можуть бути трохи виправлені за допомогою пристрій 30 дозволяє запобігти перетинання обох кінематики. Фактично, через неточність профілюсторін 24 і 25, що спричинило б за собою погірвання (по кутах) фіксуєма сторона 24 буде недошення форми розгорнутого відбивача. Блокуючий гнута (зігнута в межах пружності матеріалу), а інша пристрій можна замінити невеликими планками 28, сторона 25 буде злегка перегнута (зігнута понад розділеними прорізами 22 вихідного листа. Невемежу пружності матеріалу). У цьому випадку фікликі планки 28 для запобігання їхнього ослаблення суєма сторона 24 буде прикладати невеликий напід час передстартового періоду можна виконати з тяг на планки 28, а інша сторона 25 буде робити невеликою кривизною по всій їхній довжині, як невеликий тиск на фіксуєму сторону 24. Звичайно, показано на Фіг.6Е, на зразок столярних петель. виникне невелике скривлення обох сторін через При розкритті планки відновлять свою кривизну й у неточність виконання, але його значимість для розгорнутому вигляді стануть більш твердими і остаточної форми буде залежати від точності більш прямими. Зрозуміло, кривизна повинна бути профілювання. такою, щоб не заважати згортанню в складений Усе вищевикладене варто розглядати тільки стан. Тонкий вихідний лист може бути виконаний з як пояснення принципів заявленого винаходу. Для дуже гнучкого матеріалу, наприклад з високоміцфахівців у даній області техніки очевидно, що, ного титанового сплаву. Товщина листа повинна оскільки можливі численні модифікації і зміни, не знаходитися в межах 25-30 мікронів. Товщина мослід обмежувати винахід представленою конструже змінюватися в залежності від використовуванокцією і її експлуатацією, і, відповідно, можливі різні го матеріалу, конструкції й інших факторів. Відбимодифікації і різновиди, що підпадають під обсяг вач 30 може бути виконаний як єдиний елемент, правової охорони заявленого винаходу. або може бути розділений на 2 елементи, один 17 87002 18 19 Комп’ютерна верстка Литвиненко Л. 87002 Підписне 20 Тираж 28 прим. Міністерство освіти і науки України Державний департамент інтелектуальної власності, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601