Концентратор сонячного випромінювання

Концентратор сонячного випромінювання, що містить плоскі дзеркальні фацети, які мають форму витягнутих прямокутників, великі осі яких зорієнтовані паралельно великій осі фотоприймача та перпендикулярно напрямку на сонце, який відріз 3 де l - ширина фотоприймача,  - кутовий розмір сонячного диску. Запропонований пристрій забезпечує спрощення виготовлення концентратора завдяки тому, що для відліку кутів нахилу фацет  використана простіша координатна база - площина, замість параболічного циліндру. Така координатна система дозволяє відраховувати кути  безпосередньо від самої площини, а не від поверхонь, дотичних до параболічного циліндру. Тому запропоновані засоби та алгоритми визначення кутів нахилу фацет  значно простіші порівняно з прототипом. Підвищення рівномірності освітленості фотоприймача забезпечується узгодженням ширини фацетів h з розміром його зіниці l. Таке узгодження досягається врахуванням двох факторів: залежності ширини проекції перетину відбитого пучка на площину фотоприймача від кутів  (~lcos), та залежності ширини зони з рівномірним розподілом в перетині пучка від відстані L (~L/cos2). Суть корисної моделі пояснюється кресленням (фіг.), на якому зображена схема концентратора сонячного випромінювання в розрізі. На ньому показані дзеркальні фацети 1, в площині перпендикулярній до великих осей симетрії фацет, яка проходить через оптичну вісь концентратора ОO'. Фацети розміщені так, що їх великі осі симетрії лежать в площині 2, що показана лінією NM, яка перпендикулярна до оптичної осі. Вони мають такі кути нахилу  до площини 2, що на їх поверхню падає сонячне світло без затінення сусідніми елементами, яке відбившись, потрапляє в зіницю фотоприймача 3. Її центр міститься на оптичній вісі концентратора, а велика вісь симетрії паралельна великим осям фацет, які перпендикулярні площині креслення. Тонкими лініями зі стрілками показані сонячні промені, що падають на краї фацета та відбиваються під кутом 2. Пунктиром показані промені, що йдуть від протилежних країв сонячного диску і обмежують зону напівтіні в перетині відбитого пучка. Кут між цими променями дорівнює кутовому розміру сонячного диску . Відстань між фацетами вибрана найменшою з тих, що не призводять до затінення пучків, відбитих від сусідніх фацет. Концентратор працює таким чином. Пристрій зорієнтований так, що його оптична вісь направлена в центр сонячного диску. Кути нахилу  фацет встановлені так, що відбиті від них пучки потрапляють на зіницю фотоприймача 3. Для цього кути  мають величини, що відповідають співвідношенню (1). Завдяки вибору ширини фацета h, відповідно виразу (2), зіниця фотоприймача освітлюється рівномірно. Такий розподіл освітленості забезпечує ефективне фотоелектричне перетворення випромінювання. Це досягається ціною втрат випромінювання, що не належить до зон з нерівномірним розподілом освітленості. Корисна модель здійснюється таким чином. Концентратор сонячного випромінювання містить 65343 4 плоскі дзеркальні фацети, що мають форму витягнутих прямокутників, великі вісі симетрії яких перпендикулярні до напрямку на сонце та паралельні між собою, і відрізняється тим, що опорна поверхня фацет є плоскою, і кути їх нахилу  до цієї поверхні визначається співвідношенням (1), а ширина фацета h - співвідношенням (2). Кути нахилу фацет  визначаються умовою попадання оптичної вісі відбитого пучка в центр зіниці фотоприймача. З урахуванням закону відбивання променів, кут нахилу фацета  повинен бути таким, щоб нормаль до його поверхні була бісектрисою кута, утвореного напрямками падаючого та відбитого сонячних променів. Оскільки кут нахилу фацета  залежить від відстаней L та r, залежність (1), як =f(L, r), можна відобразити та з допомогою визначення функції arctg. Окрім кутового положення , кількісною характеристикою фацета також є його ширина h. Вона повинна бути такою, щоб проекція перетину відбитого пучка дорівнювала ширині фотоприймача l. Якби відбиті сонячні пучки були плоско паралельними, для цього було б достатньо виконання рівності h=lcos. Так могло би бути, якби сонце було точковим джерелом світла. В дійсності воно має кутову протяжність , і відбитий від кожної точки фацета елементарний промінь, має кутове розходження . На малюнку він показаний пунктиром. Тому на периферії перетину пучка, відбитого всією поверхнею фацета, утворюється зона напівтіні. За малих кутів нахилу променів, її ширина L. При суттєвих нахилах пучка до оптичної вісі 2, ширина зони напівтіні складає l/cos2. Врахування цього співвідношення та рівності h=lcos дає залежність (2), як функцію h=f(l, ,L). Виконання (2) забезпечує рівномірну освітленість зіниці фотоприймача. Отже при обґрунтуванні дієвості концентратора використовувались наглядні оптичні закономірності типу закону відбивання світла та відомі співвідношення елементарної тригонометрії. Тому отримані аналітичні вирази виглядають досить прозоро. Щодо можливості практичного здійснення кориснох моделі, то її конструкція простіша, вибраної за прототип, а вимоги до точності виготовлення нижчі. Джерела інформації: 1. Алферов Ж.И., Андреев В.М, Архипов Х.К. и др. Солнечная фотоэлектрическая установка с зеркальными концентраторами / Гелиотехника. 1981. № 6. С. 23-27). 2. Гелиоэнергетический модуль. Патент RU 2188364 С2, МПК F24J2/14, F24J2/42, публ. 27.08.2002. 5 Комп’ютерна верстка А. Крижанівський 65343 6 Підписне Тираж 23 прим. Державна служба інтелектуальної власності України, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601