На основе рассматриваемой концентрирующей системы была проанализирована возможность создания крупных солнечных стан­ций с тепловыми циклами преобразования энергии [11.2, 11.3]. При этом для подобных конструкций существенной проблемой становится возможность загрязнения многочисленных оптических поверхностей и механических сочленений. Поэтому была предложена концепция создания солнечных станций «закрытого типа» (ЗТ). Станция "ЗТ"

Рис. 11.9: (а) Общий вид солнечной станции «ЗТ», состоящйй из набора модулей; (б) Блок-модуль солнечной станции «ЗТ» с системой концентрации на основе ЛФ и неподвижных отражателей: 1 — прозрачная крыша; 2 — система формирования «скользящего потока»; 3 — световодный ка­нал; 4 — вторичный п/ц концентратор; 5 — приёмник излучения (труба диаметром d)

(рис. 11.9, а) похожа па теплицу. Она имеет прозрачную крышу и оптические детали, системы слежения, опорные рамы расположены внутри. Станция состоит из одинаковых блок-модулей (рис. 11.9, б), которые могут поставляться в виде готовых сборочных единиц на строительную площадку и монтироваться. Система слежения в блок — модуле осуществляется общей гидравлической системой. Чистка прозрачной крыши может быть автоматизирована с применением моющих растворов и регенерацией стоков. Чистота блок-модулей поддерживается за счёт подачи небольшого количества чистого воз­духа и создания избыточного давления. Концентрация излучения на приёмнике может достигать высоких значений за счёт типа концен­тратора, суммирующего всё излучение, попавшее в блок-модуль.

Концентрирующая система, создающая световой поток внут­ри закрытого модуля, может быть выполнена разными способами и

может быть названа «Системой скользящего потока» (СП), в данном случае рассматривается система на основе вращающихся линз Фре­неля и неподвижных отражателей. Концентрирующая система "СП" состоит из следующих главных частей (рис. 11.9, б): закрытого бок­са с прозрачной крышей 1, механизма 2 ввода солнечного излучения (ВИ) в световодный пустотелый канал 3, вторичного концентратора 4, использование которого не обязательно, приёмника излучения 5. При любом положении Солнца всё излучение преобразуется в све­товой поток, расположенный ниже рядов ЛФ + отражатели и на­правленный к торцу модуля, где может быть установлен сумми­рующий концентратор.

Рассмотрим ожидаемые параметры блок-модуля с параболо­цилиндрическим и параболоидным суммирующим концентратором (рис. 11.10).

Принимаем угол раскрытия на сторону элементарного сол­нечного луча на входе в световодный канал <р = ± 50 угл. мин (по результатам эксперимента).

Оптический КПД такой концентрирующей системы опреде­лится как:

Рис. 11.10. Схема формирования концентрации излучения на приёмнике в системах со «скользящим потоком»: (pQ -16 угл. мин.; <рл — угол раскрытия элементарного луча после

ЛФ; <рхо — угол раскрытия после неподвижного отражателя; (рг — угол
раскрытия после вторичного концентратора (на выходе системы)

X£ — ТЗС x ХЛФ x ^OT x Хл X Хк X Xnp, (11-2)

где хзс — светопропускание (с/п) защитного стекла крыши модуля (0,92 со стеклом солнечного качества); хлф — с/п линзы Френеля (0,85); хот — с/п неподвижного отражателя (0.94 по технологии алю­миниевых покрытий германской фирмы Alanod); хл — с/п корректи­рующей линзы (0,85); хк — с/п суммирующего концентратора (0,94); хщ> — с/п приёмника излучения (0,95). Суммарное светопропускание составит Х£ = 0,55 — 0,6.

Концентрация излучения на приёмнике суммирующего пара­болоцилиндрического концентратора определяется выражением (рис. 11.10):

Кх = КспхКк, (11.3)

где Ксп — концентрация в скользящем потоке; Кк — концентрация параболоцилиндра.

Ксп = L/Dk = 1 /sin(y + cp’o). (11.4)

Кк = DK / dn = sinU/ tg<p£ (П-5)

при этом dn = 21 tg ф£, где 1 = 0,5D/ sinU; <p’o — угол раскрытия по­сле неподвижного отражателя; (рг — угол раскрытия после вторич­ного отражателя.

Итоговая концентрация для параболоцилиндра:

К/" =———- ^———- . (11.6)

sm(/ + ft)fe

Итоговая концентрация для суммирующего параболоида: к^п= sin 2U

sn{r + (p0)tg2<p^

Параметры неподвижного параболоидного отражателя опре­деляются следующим образом (рис. 11.5):

р0 = cos2 0,5|/, |/ = 90° + 0 + у, (11.8)

Rn = fntgQ, г0 = ґл tgU.

_ fo(g©cos2[90° +© + f)]

2 cos(0 + у)

Принимая среднеарифметическую погрешность суммирую­щего концентратора ±10 угл. мин, имеем суммарный угол раскрытия элементарного луча в суммирующем концентраторе: ф £ = ±10 + (± 50) = ± 60 угл. мин.

На рис. 11.11 показана предложенная оптическая схема для СЭС со Стирлинг-генератором и параболоидным суммирующим концентратором.

Расчётные параметры блок-модуля приведены в таблице 11.1.

Таблица 11.1. Расчётные параметры блок-модуля Параметр Тип вторичного концентратора Параболоцилиндр Параболоид Угол у во 6° Угол раскрытия ц> у, угл. мин + 60 + 60 Длина концентратора (L), м 14 20 Концентрация в С/К 7,1 9,5 Угол U сумм, концентр., угл. град. 80 80 Ширина концентратора, м 6 6 Высота световодного канала, м 1,97 2,1 Приёмник труба 0 70 мм плита 0 300 мм Размер ЛФ, мм 500×500 500×500 Количество линз, шт. 336 336 Суммарная площадь ЛФ, м2 84 84 Оптический КПД: системы ввода излучения 0,55 0,55 суммирующего концентратора 0,94 0,94 Концентрация 94 560 Пиковая тепловая мощность, кВт 43 62

Выводы по главе 11

Предложена концентрирующая система, в которой первичные кон­центраторы осуществляют одинаковое движение, а направление отражен­ных световых потоков постоянно ориентировано на приёмник излучения.

Концентрирующая система позволяет осуществить новый тип СЭС «закрытого типа», в которой все оптические и механические устройства на­ходятся в закрытом помещении с режимом «чистой комнаты» и не подвер­жены атмосферным воздействиям.

Система позволяет осуществить режим концентрирования по типу «скользящий световой поток», при котором солнечное излучение подается в световодный канал, находящийся ниже устройств ввода излучения. В све­товодном канале излучение окончательно суммируется концентратором, расположенным в торце канала.

Концентрации, достигаемые в системе для суммирующих отражате­лей: для параболоцилиндра — до 100, для параболоида — до 600 — 800.

Недостатками предложенной системы являются:

— низкий оптический КПД из-за сложности оптической системы;

— наличие множества механических шарниров, что потребует значи­тельных усилий на привод системы слежения.