Принимаем каждую панель размером 6 х 5 м, состоящую из 30 модулей размером 1 * 1 м, линзы Френеля плёночные, наклеен­ные на защитное стекло с внутренней стороны модулей, имеют све — топропускание 0,9 совместно со стеклом солнечного качества. Лин­зы Френеля длиннофокусные (диаметр 100 х 100 мм, фокусное рас­стояние 400 мм) для обеспечения высокого светопропускания как линз, так и световодов. При шаге рабочего профиля линзы 0,5 мм высота её профиля составит 0,12 мм, т. е. плёнка с нанесённым про­филем линзы будет в пределах 0,2 — 0,3 мм.

Световоды кварцевые с пропусканием 0,988 на длине 1 м в пределах длин волн от 350 до 2400 нм. Кварцевые световоды выбра­ны по причине хороших свойств пропускания солнечного концен­трированного света [12.4].

Суммарное светопропускание системы может быть записано в виде выражения:

ті = ті х т22 х Т3 X Т4=0,73, (13.1)

где її — светопропускание защитного стекла и линзы Френеля (0,9); т22 — светопропускание торцов световодов на входе и на выходе (0,962 = 0,92); т3 — светопропускание световодов при средней длине волокна 6 м (0,9886=0,93); т4 — светопоглощение облучаемого участ­ка тепломагистрали (0,95).

Расчётные параметры одного блока модулей: Количество панелей 2 шт. Размеры панели 5×6м Количество модулей в панели при размере воспринимающей поверхности 1 х 1м 30 шт. Количество линз Френеля в одном модуле 100 шт. (100 х 100 мм, фокусное расстояние 400 мм, максимальный угол раскрытия на сторону 7,125°) Толщина световода: без оболочки 0,6 мм с оболочкой 0,8 мм Диаметр жгута световодов от одного модуля 10 мм Диаметр жгута от 30 модулей 50 мм (3000 жил, коэффициент заполнения 0,8)

Таким образом, жгут от одной панели имеет диаметр 50 мм и облучает участок длины тепломагистрали 200 мм, диаметр которой 200 мм.

Концентрация излучения на кольцевом поясе тепломагистра­ли составит величину, равную отношению площади всех ЛФ к пло­щади облучаемого пояса:

ts = 9554.

Такая концентрация является избыточной и может быть уменьшена различными способами: уменьшить размеры панелей, увеличить диаметр тепломагистрали, растянуть длину пояса облуче­ния.

Проведём сравнение полученных параметров с достигнутыми на станции Solar Two и параметрами, которые эксперты считают коммерчески приемлемыми для солнечных станций [10.5]. Данные сравнения приведены в таблице 13.1.

Таблица 13.1. Сравнение параметров солнечных станций Параметр СЭС Достигнутые на Solar Two Коммерчески приемлемые Предполагае­мые на СЭС 1. Оптический КПД 0,9 0,94 0,73 2. Эффективность поля концентраторов 0,61 0,74 — 3. Надёжность работы 0,94 0,99 0,99 4. Чистота оптических поверхностей 0,95 0,95 0,95 5. Приёмник излучения 0,88 0,87 0,95 6. Аккумулирование теплоты 0,99 0,99 0,99 7. Эффективность концентрирующей сис­темы 0,43 0,57 0,65

Пояснения к параметрам СЭС:

К пункту 2. Эффективность поля концентраторов для башенных станций с гелиостатами предполагает изменение эффективности отражения при разных по­ложениях гелиостатов, для предлагаемой концентрирующей системы СЭС такой проблемы нет, т. к. оптическая эффективность остаётся постоянной в течение дня.

К пункту 3. В «Башенном варианте» солнечных станций каждый гелиостат (их несколько сотен) работает по собственному закону слежения за получаемой и отражаемой радиацией, что безусловно увеличивает вероятность отказа в системах ориентации, в предлагаемом варианте СЭС все панели осуществляют синхронные одинаковые повороты, что увеличивает надёжность систем слежения.

К пункту 4. Если на плоских отражающих поверхностях доститута чистота 0,95, то она же может быть обеспечена на плоских защитных стеклах предлагаемых модулей. Остальные оптические поверхности в СЭС находятся в закрытых про­странствах и не должны быть подвержены загрязнению путём применения специ­альных мер, например установкой воздушных фильтров и т. п.

К пункту 5. Приёмник излучения в «Башенном варианте» станции является открытым, подверженным влиянию естественной конвекции, ветрам, излучению в открытое пространство, в варианте СЭС тепломагистраль установлена в хорошо изолированной наружной трубе, открытые места для облучения концентрирован­ным световым потоком также находятся в замкнутом пространстве и имеют высо­кую степень поглощения солнечного материала, принятую за 0,95, но она может иметь и более высокие значения.

К пункту 6. Достигнутые значения эффективности теплового аккумулирова­ния должны быть сохранены.

Кроме того, следует отметить, что предлагаемая система концентрации мо­жет значительно повысить температуру теплоносителя, т. к. концентрация излуче­ния может быть 1000 и более крат.

Была собрана экспериментальная установка с линзами Френе­ля и кварцевыми световодами диаметром 0,8 мм для демонстрации принципов работы (рис. 13.3). Установка выполнена по азимуталь — но-зенитальной схеме и со системой слежения на основе двигателей РД-09. На ней были подтверждены коэффициенты пропускания све­товодов на уровне 0,988 на 1 метр длины.

Выводы по главе 13

Предложена концентрирующая солнечное излучение система для нагрева теплоносителя, і которой воспринимающие солнечное излучение панели расположены непосредственно на тепломагістралях.

Предложенная система слежения приспособлена для работы при вращении панелей вокруг тепломагистралей в угловом диапазоне по азиму­ту 180° и по зениту 90°.

Суммарный оптический КПД превосходит значения, полученные на «Башенном варианте» станции Solar Two, а также превосходит значения, которые эксперты считают коммерчески приемлемыми.

Большая часть оптических поверхностей изолирована от внешних атмосферных воздействий.

Все блоки модулей следят за положением Солнца на небосводе идентично.

Концентрация излучения на облучаемых участках тепломагистрали может превышать 1000Х при высокой степени поглощения излучения.

Тепловые потери теплоносителя могут быть минимизированы при наличии качественной теплоизоляции.

Достоинства системы:

■ Значительно уменьшены тепловые потери.

■ Увеличена эффективность приёмника излучения.

■ Возможность получения высококачественной теплоизоляции теп­лоносителя в надёжной системе металлическая «труба в трубе».

■ Эффективность работы системы «линза Френеля — кварцевый све­товод», проверенная французскими и японскими специалистами.

■ Минимальные риски реализации системы при возможном выигры­ше в установленной стоимости, например отсутствие башни, увеличение общего КПД системы.