Для ЛЖГ характерно наличие сквозных зазоров между сосед­ними жалюзи. Рисунок 9.1 показывает при ряде геометрических ус­ловий сквозное прохождение («проскок») части потока прямой сол­нечной радиации, падающей в пределах общих габаритов ЛЖГ. Эта часть потока исключается из подачи на концентратор и соответст­венно приёмник-преобразователь СЭС. Вследствие этого отмечен­ная на рис. 9.1 горизонтальной штриховкой часть потока всегда рас­сеивается.

Относительная величина потока радиации в зазоре между зер­калами, т. е. условный коэффициент бесполезного потока радиации с учётом (9.2):

q0 = (t sinh — b cos(h-z))/t sinh = 1 — cosco/(t/b)sinh, (9.3)

где t/b — относительный шаг расстановки жалюзи на раме ЛЖГ; t — шаг жалюзи; b — высота жалюзи. В этом случае коэффициент полез­но использованного потока радиации (воспринятого зеркалом) по отношению к потоку, падающему на всю ячейку,

Г)о = 1 — q о = cosft) / (t/b)sinh. (9.4)

Очевидно, что г|о и q0 переменны в течение дня и сезонов. При этом мгновенная расчётная величина полезно использованной радиации

S = So "По = (1- q o)So (9.5)

На рис. 9.3 показан ход изменения коэффициентов межжалю­зийного потока q0 для некоторых рассмотренных вариантов по­строения ЛЖГ в течение характерных дней года для широты 45° с. ш. Как видно, заметные межжалюзийные эффекты характерны для летних сезонов (5 = 23,5°), «разрежённых» ЛЖГ (t/b = 2,5), околопо — луденных часов (т = 0) и малых углов снижения потока радиации (Т = 2 = 4°, например). Напротив, в зимние и осенне-весенние пе­риоды при Y = 60° таких межжалюзийных эффектов вообще не на­блюдается на протяжении всех рабочих часов.

Средние за расчётные дни условные потери на межжалюзий­ные эффекты

q о = (1/Ат) L q odx (9.6)

По результатам планиметрирования площадей под исходными кривыми нанесены на рис. 9.3 пунктиром с цифрами, отмеченными тильдами. В формуле (9.6) Дт — расчётные интервалы времени в те­чение характерных расчётных дней по сезонам, отмеченным на рис. 9.3 склонениями 5, когда h>15°.

Как видно из рис. 9.3, уменьшение и даже устранение межжа­люзийных эффектов в ЛЖГ в принципе осуществимо, например пу­тём более «тесной» расстановки жалюзи на раме (снижением отно­шения t/b). Однако такое мероприятие приводит к неизбежному рос­ту теперь уже прямых энергетических потерь радиации и выработки энергии в СЭС за счёт взаимного затенения жалюзи по падающей радиации и блокировки по отражённой, или они должны быть пере­менными в течение года.

Известный в зеркальной гелиотехнике косинусный эффект проявляется в ЛЖГ своеобразно [9.2]. Как известно, за счёт него мощность косо отражённого от плоского гелиостатного зеркала по­тока излучения Ф оказывается меньше мощности Фо, которая могла бы иметь место при прямом отражении. Вследствие этого Ф = Ф0 cosco, где со — угол падения (и отражения) потока прямой солнечной радиации; Ф0 = Е0 R3 F. Здесь Е0 — прямая солнечная ра­диация; R3 — коэффициент отражения зеркала; F — суммарная физи­ческая поверхность зеркальных жалюзи.

Первичный энергоноситель в виде прямой солнечной радиа­ции поступает на ЛЖГ в пределах верхней полусферы. Своеобразие рассматриваемых ЛЖГ определяется направлением отражённого потока радиации в нижнюю полусферу, т. е. величиной угла сниже­ния отраженного потока Т под плоскость горизонта. Поскольку в исследуемом случае (рис. 9.1) предполагается, что азимутальное вращение рамы с ЛЖГ отслеживает азимут Солнца в каждый дан­ный момент времени, то угол со в ЛЖГ определяется двумя очевид­ными и универсальными формулами

co = h-z = z + Y. (9.1)

Естественно, что угол со обусловлен угловой высотой Солнца h, зависящей от географической широты, склонения и времени дня, и углом снижения отражённого потока Y.

При этом из ( 9.1) следует, что угол возвышения нормали над горизонтом

z = 0,5 (h — Y). (9.2)

Из (9.2) вытекает также, что при выбранном угле Y величина cosco в ЛЖГ определяется лишь угловой высотой Солнца h.

Ход кривых cosco на рис. 9.2 отражает основную отличитель­ную особенность рассматриваемых ЛЖГ с точки зрения косинусно­го эффекта. Она заключается в том, что по мере подъёма Солнца над горизонтом энергетическая эффективность использования зеркаль­ной поверхности жалюзи заметно ухудшается. В то же время в неко­торых практических случаях эта тенденция может быть истолкована как полезная, приводящая к своеобразной «автостабилизации»

I

мощности отраженного ЛЖГ потока излучения в течение дня и се­зонов года. Последнее следует, из того, что в зимние месяцы (малые углы h) эффективность использования ЛЖГ выше, чем в летние.

В целях сравнения на рис. 9.2 пунктиром нанесены кривые cosg) неких характерных для зеркальной гелиотехники случаев. Так кривая Y = 0 в некоторой степени отражает особенности гелиостата высокотемпературной солнечной печи, подающего радиацию на зеркальный параболоид, оптическая ось которого горизонтальна. Вследствие этого формула (9.2) получает вид z = 0,5 h. Кривая для СЭС характеризует концентрирующую гелиостатную систему сол-

нечной электростанции башенного типа. Как видно, для неё, напро­тив, характерно нарастание эффективного costo по мере подъёма Солнца над горизонтом.

Параллельные ряды синхронно работающих зеркал, располо­женных горизонтально или под углом к горизонту, можно назвать линейными жалюзными гелиостатами-концентраторами (ЛЖГ). Ес­ли зеркала после отражения сохраняют параллельность солнечных лучей, то они работают в режиме гелиостата [9.1]. Если отраженные лучи создают сходящийся световой поток, то система работает в ре­жиме концентратора. При этом одно движение слежения осуществ­ляется поворотом зеркал вокруг параллельных осей (слежение по высоте Солнца), другое — поворотом вокруг вертикальной оси (сле­жение по часовому углу).

По сравнению с традиционными гелиостатами ЛЖГ имеют ряд отличительных особенностей:

— возможность размещения приёмника излучения в плоскости, расположенной ниже уровня зеркал;

— возможность размещения в отраженном потоке концентра­тора для получения приемлемых значений облучённости приёмника, при этом вся система будет более компактной, чем при цельном ге­лиостате;

— значительное уменьшение ветровых нагрузок, уменьшение металлоёмкости конструкции системы;

— принципиальная возможность всю солнечную систему раз­местить под прозрачным защитным покрытием или системы «За­крытого типа».

Перечисленные факторы дают основание для более подробно­го изучения работы ЛЖГ.

Люминесцирующая пластина может функционировать не как концентратор света, а как трансформатор, переизлучающий погло­щенное коротковолновое излучение в область спектральной чувст­вительности СЭ. Рассмотрим наглядный пример такого использова­ния люминесцентной пластины.

Работа проводилась совместно с Армянским отделением НПО «Квант». Исследовался единичный фокон, представленный на рис. 5.5, схема — на рис. 8.12. Фокон был выполнен методом гальва­нопластики алюминия и имел параметры: поверхность миделя в ви­де шестигранника с описанной окружностью D = 34 мм, поверх­ность под СЭ d = 20 мм, высота укороченного фокона Н = 28 мм, параметрический угол 24°. Перед СЭ устанавливалась люминес­центная пластина из рубина толщиной 0,5 мм.

Искусственный рубин представляет собой прозрачную разно­видность корунда состава А1203, сплавленную с Сг20з. Рубин имеет

ярко выраженное свойство переизлучать ультрафиолетовое излуче­ние (315-400 нм) в видимый, сильно карминово-красный свет.

Исследования плотности облучения поверхности выхода из фокона проводились с помощью фотоэлектрического микродатчика ФИПИ-1 с активной поверхностью 1 мм2. Относительные кривые облучённости (концентрации) на поверхности выхода фокона пред­ставлены на рис. 8.13. Затем определялись вольт-амперные характе­ристики (ВАХ) для модуля с СЭ, но без рубиновой пластины (рис. 8.14, кривая б/люмин.) для углов ориентации на точное направление на Солнце: 0°, 5°, 10°, 15°, 20°, 30°, на основе которых построена кри­вая изменения мощности от углов дефокусировки. Затем всё то же самое было повторено для модуля с рубиновой пластиной перед СЭ. Характер изменения мощности при угловых отклонениях изменился, мощность сохраняется почти постоянной до 25°, при этом выигрыш в вырабатываемой энергии составил 11,5%.

Полученный эффект можно объяснить тем, что рубиновая пластина перераспределяет неравномерную облучённость СЭ в со­ответствии с рис. 8.13 на более равномерную, т. е. работает как лю­минесцентный трансформатор.

Выводы по главе 8

Несмотря на то, что дифракционная эффективность голографиче­ских линз может составлять 100% (киноформные линзы), использование солнечного спектра в пределах чувствительности СЭ остается достаточно низким 0,5-0,6.

Использование принципов работы люминесцентных концентраторов, создающих концентрацию солнечного излучения на торцах пластин без сис­тем слежения, возможно при улучшении энергетических характеристик и стабильности используемых материалов.

Использование люминесцентных пластин в качестве преобразовате­лей поля облучённости может найти практическое применение со значи­тельным улучшением параметров модуля и увеличением равномерности распределения освещённости на фотоприемнике.

Люминесцентные концентраторы (Ж) строятся на принципе по­глощения и в дальнейшем излучения части солнечного спектра. Обыч­но Ж представляют собой пластину из прозрачного материала с до­бавками люминесцирующих веществ. Переизлучённая радиация час­тично выходит за пределы пластины, а лучи с превышением угла пол­ного внутреннего отражения начинают распространяться по пластине к её торцам, где создается повышенная концентрация излучения (рис. 8.10). Обширный анализ исследований в этой области приведён в рабо­те [8.9], материалы которой использованы в данном разделе.

При прохождении света по ЛК имеют место эффекты: самопо — глощение красителя, рассеяние, потери при полном внутреннем от­ражении, поглощение. Все перечисленные потери составляют 1-3 %/см. Используемые в ЛК полимерные материалы используют при­близительно 14 — 20% приходящего солнечного излучения. Сущест­венные потери возникают в связи с частичным перекрытием полос поглощения и люминесценции (рис. 8.11). Оптическая эффектив-

Рис. 8.10. Схема работы
люминесцентного концен-
тратора: солнечный луч по-
падает в пластину, возбуж-
дает центр люминесценции,

, часть излучения выходит
за пределы пластины, часть
• излучения направляется
к торцам пластины с СЭ

ность, равная отношению числа квантов, используемых СЭ, к числу приходящих квантов, составляет для лучших образцов 0,1-0,15.

Для ЛК применяют материалы, эффективно поглощающие солнечный свет, интенсивно люминесцирующие в спектральной об­ласти максимальной чувствительности СЭ, сохраняющие свои пара­метры в условиях эксплуатации.

Высокая растворимость органических люминофоров в поли­мерных средах (обычно в полиметилметакрилате ПММК) позволила разработать пленочные и пластинчатые концентраторы с разнооб­разными спектральными характеристиками, излучающие в видимом и ИК-диапазонах. Среди люминофоров разных химических классов наиболее часто применялся краситель желто-красного свечения — родамин 6Ж (спектрально-люминесцентные характеристики СМ на рис. 8.11, б. Эффективные полимерные ЛК созданы с использовани­ем люминофоров других типов.

Однако исследования показали, что фото — и термостабиль­ность люминесцирующих полимерных материалов недостаточно высокая. Так, после непрерывного 200—400-часового облучения ра­диаций от Солнца или УФ-ламп полимерных пластин с родамином 6Ж, кумаринами и другими люминофорами наблюдалось снижение
на 15 — 20% их оптической плотности и интенсивности свечения. Аналогичные результаты получены и при умеренном нагреве (25 — 95°С) полимерных образцов.

Существенно более стабильными спектральными параметрами характеризуются стекла и кристаллы, активированные редкоземель­ными и переходными металлами. Например, кварцевые стекла, со­держащие двухвалентные ионы редкоземельных металлов, обладают широкими полосами поглощения в УФ — и видимой областях спектра и интенсивной люминесценцией. В качестве перспективных мате­риалов рассматривается рубин.

Исследования, связанные с голографическими методами по­лучения и преобразования изображений, привели к созданию новой оптической структуры — «киноформа». Киноформ — фазовый эле­мент переменной оптической толщины, преобразующий форму вол­нового фронта заданным образом с минимальными потерями свето-

вой энергии. Физически он представляет собой плоскую рельефную пластинку, в которой изменения оптической толщины лежат в пре­делах длины волны света [8.6, 8,7].

Из известных элементов к киноформу ближе всего подходят линзы Френеля, пластинки Шмидта, эшелон Майкельсона, фазовые дифракционные решетки. Дифракционная эффективность определя­ется формой штриха решетки или фазовой функцией пропускания. На рис. 8.5 показаны примеры разовых функций пропускания штри­хов дифракционных решеток.

При синусоидальной модуляции (рис. 8.5, а) дифракционная эффективность (ДЭ) для +1 порядка дифракции равна 34%. ДЭ при прямоугольной форме штрихов равна 40-50% (рис. 8.5, б). Если же Форма штрихов решетки пилообразная (рис.8.5, в), то ДЭ достигает 100%. Этот факт легко можно объяснить тем, что каждый штрих яв­ляется маленькой призмой.

Глубина решетки при этом определяется: Н = X / (п — 1), где X — длина волны; п — коэффициент преломления материала.

Такие дифракционные оптические элементы (ДОЭ) с модуля­цией функции пропускания штриха по пилообразному закону и по­лучили название киноформных оптических элементов (КОЭ). Ра­диусы г зон (кольцевых штрихов) киноформной линзы определяют­ся уравнением:

г= ^2kAF + (tA)/4 , (8.2)

здесь к = 1, 2, 3,…- номер зоны.

Числовая апертура такой линзы: N А = D / 2F, где D — диаметр линзы; F — фокусное расстояние.

На практике пилообразная функция пропускания аппрокси­мируется набором прямоугольных или синусоидальных функций. Дифракционная эффективность W киноформной линзы для количе­ства ступенек z, образующих пилообразную форму, представлена ниже.

Использование киноформных оптических элементов (КОЭ) в качестве концентраторов солнечного излучения.

Сильный хроматизм КОЭ накладывает определенные особен­ности на работу его в качестве концентратора солнечного излуче­ния. На рис. 8.6 показана схема работы киноформного концентрато­ра.

Фокусное расстояние киноформной линзы равно:

F « R2 / А., (8.3)

где R = D/2 — радиус линзы, определяется длиной волны света.

На рис. 8.6 показаны фокусные расстояния для трех длин волн А-о, А, ь Х2.

і Рис. 8.7. Форма профилей изготовленных киноформных линз в цен — v тральной части (вверху) и на периферии (экспериментальные данные)

Длине волны А,0 соответствует фокусное расстояние F0. На этой длине волны световой поток фокусируется в центре площадки d.

При изменении длины волны на величину М. = Xi — Я,0 фокус­ное расстояние изменится на величину AF = F0, Я. і / Х2.

Полный спектральный диапазон (на уровне 0,7) определяется по формуле:

’ 2А<о k d/D.

Если Х0 = 0,8 мкм, (центр спектральной чувствительности Si-фотоэлемента), к = 1,5, d = 1,2 мм, D = 6,5 мм, концентрация К = = 30, рабочий спектральный диапазон 0,4 мкм, что явно недостаточ­но, т. к. рабочий диапазон от 0,4 до 1,1 мкм равен 0,7 мкм, т. е. эф­фективность перекрытия спектрального диапазона = 0,4/0,7 = 0,57.

Для улучшения степени концентрации излучения и расшире­ния спектрального диапазона необходимо увеличить глубину пило­образной структуры (рис. 8.5, в).

На рис. 8.7 приведены экспериментальные микроинтерферо­граммы профиля изготовленных киноформных линз.

По заданию авторов в Институте автоматики и электрометрии Сибирского отделения Академии Наук были изготовлены экспери­ментальные образцы киноформных линз, фотографии которых при­веденные на рис. 8.8, 8.9.

На рис. 8.8 показана матрица концентрических киноформных линз, изготовленных на основе фотополимера «Дискофот 1» (ДФ1) с рельефным полимерным слоем на стеклянных пластинах размером 100 х 100 мм, (количество линз 15 х 15 шт.) с толщиной слоя поли­мера 5-12 мкм, диапазон рабочих температур — 20 — 80 °С.

Рис. 8.8. Матрица
концентрических
киноформных линз
во время солнечных
испытаний

Дифракционная эффективность составляла от 0,75 до 0,85% в зависимости от времени экспозиции. На рис. 8.9 приведена матрица линейных линз размером 8×6 мм с фокусным расстоянием F0 = 33 мм.

С помощью голограммы можно вводить излучение в оптиче­ски более плотную среду под углом полного внутреннего отражения (ПВО). Таким путем получают гол окон призменного типа, причем в отличие от известного призменного концентратора (см. главу 4) угол при вершине призмы может быть произвольным. В частном случае, когда этот угол равен нулю, получается голокон в виде плоскопа­раллельной пластины с концентрацией излучения на торце или тор­цах пластины [8.3, 8.4, 8.5].

Селективные характеристики таких концентраторов тоже мо­гут задаваться в широких пределах. На рис. 8,2 б показано измерен­ное на спектрофотометре ДСФ-8-2 относительное спектральное распределение интенсивности сконцентрированного излучения на выходной грани голокона призменного типа с углом при вершине призмы 4°.

Рассмотрим подробнее способ создания и работы такого кон­центратора [8.5].

На рис. 8.3 показана схема призматического голокона. Кон­центратор светового излучения в виде призмы 1 содержит грань 2 входа излучения, грань 3 отражения излучения и грань 4 выхода из­лучения. Грань 2 входа излучения имеет светочувствительный слой 5 с объемной голограммой. Способ изготовления голограммы для концентратора осуществляется путем записи интерференционной картины на светочувствительном слое 5 от плоскопараллельного опорного пучка 6 и плоскопараллельного предметного пучка 7 лазер­ного излучения, который вводят

Рис. 8.3. Голокон на основе

призматического концентратора

Рис. 8.4. Голокон на основе приз­менных концентраторов с повы­шенной концентрацией излучения

на границе раздела светочувствительного слоя 5 и воздуха, а опор­ный пучок 13 вводят нормально к грани 2 входа излучения по­следовательно через каждый оптический элемент 8 и 11.

Для дальнейшего повышения степени концентрации в доста­точно широкой области спектра (по сравнению с предыдущим вари­антом спектр концентрируемого излучения сужается), предметный пучок 14 вводят в призму 15 (рис. 8.4), имеющую в сечении форму трапеции, под углом к грани 3 отражения, большим угла полного внутреннего отражения, на границе раздела призмы 15 и воздуха.

Предлагаемый концентратор и способ изготовления голо­граммы для него дает возможность создавать концентраторы свето­вого излучения в широком диапазоне спектральной селективности: от узкополосных фильтров-концентраторов, концентрирующих об­ласть спектра шириной в несколько нанометров, до концентраторов, практически не обладающих спектральной селективностью.

Создание селективных гелиоконцентраторов возможно с ис­пользованием голограмм (дифракционных решеток) [8.1, 8.2] для выделения и концентрирования заданной области спектра солнечно­го излучения. Голограмма представляет собой светочувствительный слой, в котором зарегистрирована интерференционная картина от двух когерентных пучков излучения. Один из пучков имеет неиска­женный фронт волны, обычно плоский или сферический, и называ­ется опорным пучком. Другой пучок может иметь сложный фронт волны, он отражается от «фотографируемого» предмета или прохо­дит через него, содержит информацию о яркости и рельефе этого предмета и называется предметным. Если полученную голограмму осветить одним из этих пучков, то в точности восстанавливается второй пучок излучения — это основное свойство голограммы.

Для изготовления голографического концентратора (голокона) опорный пучок целесообразно брать колимированным и направлять его по нормали к приемной поверхности светочувствительного слоя, тем самым он уподобляется по геометрии солнечному излучению. Предметный пучок в зависимости от желаемого типа голокона мо­жет иметь различную структуру.

На рис. 8.1 показана схема получения простейшего голокона, известного в голографии как голограмма точечного источника света. Здесь предметный пучок имеет форму конуса с вершиной в точке будущего фокуса F.

Голограмма регистрируется в светочувствительном материале либо в виде вариации коэффициента пропускания или отражения (амплитудная голограмма), либо в виде вариации показателя пре-

‘ Рис. 8.1. Принцип формирования голографической линзы:

‘ — 1 — лазер; 2 — светоделитель; 3 — расширитель опорного пучка;

4 — опорный пучок; 5 — зеркало; 6 — объектив; 7 — предметный пучок;

Л 8 — светочувствительный слой; 9 — стекло фотопластинки

ломления или толщины светочувствительного слоя (фазовая голо­грамма). Когда толщина слоя намного превышает расстояние между изофазными поверхностями интерференционной картины (харак­терные значения толщины 10-15 мкм), то получается объемная го­лограмма. При тонком светочувствительном слое регистрируются не сами изофазные поверхности, а следы их пересечения со слоем, и получается плоская голограмма. Различаются также пропускающие и отражательные голограммы.

Важный энергетический параметр голограммы — ее дифракци­онная эффективность, равная отношению интенсивности дифраги­рованного излучения к интенсивности падающего излучения. Для амплитудных голограмм эта величина составляет всего несколько процентов и они едва ли интересны для использования в гелиотех­нике. Для фазовых объемных пропускающих и отражательных голо­грамм теоретическое значение дифракционной эффективности 100%, для фазовой плоской пропускающей голограммы 33,9%, при­чем экспериментально полученные значения близки к теоретиче­ским.

При рассмотрении дифракции на объемных пропускающих го­лограммах необходимо учитывать, что каждый луч последовательно рассеивается от большого числа периодически расположенных по­верхностей максимумов плотности. Чтобы амплитуда результирую­щей дифрагированной волны была максимальной, волны, рассеян­
ные последовательными слоями, должны быть синфазны. Это усло­вие выполняется, если соблюдается закон Брегга:

2d sinG = Хо / п, (8.1)

где d — период голографической решётки; 0 — угол между предмет­ным пучком и плоскостью миделя; Х0 — длина волны; п — средний показатель преломления светочувствительного слоя.

Дифракционную эффективность 100%-ю для фазовых объем­ных голограмм можно получить лишь при соблюдении закона Брег­га. Отклонение от угла Брегга снижает дифракционную эффектив­ность. В нашем случае (для солнечных концентраторов) максималь­ное отклонение от угла Брегга определяется половиной углового размера Солнца (около 16 мин). При таком отклонении от угла Брег­га дифракционная эффективность снижается незначительно (80%).

Селективность голограмм в виде разложения проходящего пучка в спектр демонстрируется на рис. 8.2, а.

Энергетическая эффективность голокона определяется из от­ношения энергии сконцентрированного излучения (в одной или не­скольких областях спектра) к энергии солнечного излучения на его приемной поверхности.

Рис. 8.2. Разложение в спектр солнечного излучения голографической линзой (а); спектральное распределение интенсивности сконцентриро­ванного излучения на выходной грани голокона призменного типа (б)

Солнечный модуль для установки в г. Петрозаводске состоит из двух полупараболоцилиндрических зеркальных отражателей 1,2 с апертурным углом А] = А2= 36° каждый, угол между плоскостями симметрии составляет А= 36° (рис. 7.32). Плоскость симметрии 14 нижнего полупараболоцилиндрического отражателя 1 ориентирова­на на юг и наклонена к горизонтальной плоскости 9 под углом 01 = К2 =52°, верхнего отражателя — под углом 02 = К[= 16°.

Плоскость симметрии 14 наклонена к горизонтальной плоскости 9 под углом К] = АУ2 = 34°. Размеры модуля: ширина 3,1 м, длина 5,0 м, высота 2,8 м. Фокусное расстояние OF = 0,66 м, радиусы S — образных дополнительных полуцилиндрических отражателей (20 и 21) 0,165 м, радиусы вторых дополнительных полуцилиндрических зеркальных отражателей 18 — 0,0825 м, размеры приемника 3 — 0,165×5 м. Коэффициент геометрической концентрации 18. Продол­жительность работы в стационарном режиме 9 месяцев.

Использование рассмотренных конструкций солнечного мо­дуля со стационарными концентраторами позволяет увеличить ко­эффициент геометрической концентрации, правда при этом возрас­тает количество отражений, возникают проблемы с затенением вто­ричными зеркалами падающего и отраженного потоков, влияние на затенение кронштейнов, удерживающих вторичные отражатели. Тем не менее, данные типы концентраторов при стационарном ре­

жиме дают принципиально высокие степени концентрации, и пред­ставляют интерес для дальнейших исследований.

Выводы по главе 7

Рассмотрены различные варианты цилиндрических концентраторов со вторичными отражателями, позволяющие повысить концентрацию ста­ционарных модулей.

Разработан и изготовлен блок-модуль пиковой мощностью 600 Вт, блок прошёл испытания, в результате которых были уточнены проблемы, возникающие при создании таких модулей, а именно многократное отраже­ние, затенение и блокировка светового потока вторичными отражателями, необходимость защиты от загрязнения. Тем не менее подобный тип кон­центраторов представляет принципиальный интерес ввиду возможности повышения концентрации для стационарных модулей.

Предложены и разработаны тепловые и фотоэлектрические модули на основе со-образных стационарных концентраторов. Большим преимуще­ством модулей является их компактность (толщина -100 мм) и надёжность работы при угловых дефокусировках как по зениту, так и по азимуту. Для фотоэлектрических модулей необходима принудительная система охлаж­дения.

Для тепловых модулей получены более высокие температуры теп­лоносителя.

7.6.1. Оптические схемы и принцип работы

На рис. 7.31 в солнечном модуле с концентратором, каждый дополнительный полуцилиндрический зеркальный отражатель 20 и 21 имеет второй полуцилиндрический зеркальный отражатель 18 с радиусом, равным половине радиуса первого дополнительного зер­кального отражателя 20 и 21, все отражатели имеют устройство по­ворота 16 и 19 вокруг своих осей 24, 25 на 180°. Оси всех полуци — линдрических зеркальных отражателей расположены в плоскости симметрии 14 солнечного модуля. Края приемника излучения 3 сов­падают с краями и осями вторых полуцилиндрических зеркальных отражателей 18 в плоскости симметрии 14 солнечного модуля.

На рис. 7.32 для увеличения эффективности преобразования солнечной энергии установлено четыре первых дополнительных 20, 21 и четыре вторых дополнительных полуцилиндрических зеркаль­ных отражателя 18. Радиусы первых дополнительных полуцилинд­рических зеркальных отражателей 20, 21 составляют одну восьмую

211

і-‘у/ —

25-:

з

от фокусного расстояния OF солнечного модуля. Радиусы вторых дополнительных зеркальных полуцилиндрических отражателей 18 в два раза меньше, чем радиус первых дополнительных параболоци­линдрических отражателей 20 и 21. Верхние два первых 20, 21 и два вторых 18 полуцилиндрических зеркальных отражателя ориентиро­ваны в противоположную сторону по отношению к нижним двум первым и вторым дополнительным полуцилиндрическим зеркаль­ным отражателям 18. Все восемь дополнительных первых и вторых зеркальных отражателей имеют устройства 16 и 19 для поворота на 180°. Приемник 3 излучения с двухсторонней рабочей поверхностью выполнен из нескольких частей, установленных между осями 24, 25 и ветвями вторых зеркальных полуцилиндрических отражателей 18.

На рис. 7.33 показан ход лучей и положение дополнительных зеркальных отражателей в солнечном модуле при разном положении Солнца.

При прохождении полосы концентрированного солнечного излучения через середину фокусного расстояния OF модуля изме­няют положение всех четырех первых дополнительных зеркальных полуцилиндрических отражателей 20 путем их вращения на 180° (рис. 7.33, а-г).