Концентратор солнечного излучения
Патент 1089365
Авторы
Концентратор солнечного излучения
Иллюстрации
Реферат
СОЮЗ СООЕТСНИХ
М Л ОПНИ, РЕСПУБЛИК
OR зсю
ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР
ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ
ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Н llBTOPOKOMV СВИИКщЪСтви (2l) 3507038/24-06 (22) 28,10.82 (46) 30.04.84. Вюл. 9 !6 (72) К. В.. Жуков, Д. С. Стребков н Э.В.Тверьянович (71) Всесоюзный научно-исследовательский проектно-конструкторский и технологический институт источников тока (53) 662. 09 7: 535 . 315 (088. 8) (56) 1. Патент Франции ?! ?543165; кл. С 02 В, опубли к. 1968.
2. Mills B.R. Giutronich Л.Е.
ideal prise solar concentrators."Solar energy 1978, 21, У 5, р. 423-430., (54) (57) КОНЦЕНТРАТОР СОЛНЕЧНОЮ
ИЗЛУЧЕНИЯ, содержащий оптически проз:" рачную фокусирукхцую призму, с треугольным поперечным сечением, имеющую образующие острый угол грани входа и ереотражения излучения и грань выхода концентриров анного излучения, и устройство отражения, проходя-, щего через фокусирующую призму излучения, расположенное относительно последней с sasopoM со стороны грани переотражения излучения, о т л и ч аю шийся тем, что, с целью увеличения степени концентрации. излучения, устройство отражения излучения выполнено в виде но меньщей мере одной призма с треугольным поперечным сечением, имвкщей образующие острый угол грани входа, проходящего через фокусирующую призму излучения, и зер" капьного отражения излучения и рас" положенной своим острым углом однонаправленно с острым углом фокусирующей призмы.
1089365
Изобретение относится к гелиотехника, в частности, к концентраторам солнечного излучения.
Известен концентратор солнечного излучения, выполненный в виде кони- 5 ческого световода(1, Соцнечное излучение падает на большее сечение световода (поверхность входа) и переотражается от боковых стенок к меньшему сечению (поверхность выхода) световода.
Недостатками этого концентратора являются большая материалоемкость и большие светопотери в световоде, Большая материалоемкость конического световода объясняется малыми углами сходимости боковых стенок из-за необходимости осуществления на его стенках эффекта полного внутреннего отражения светового излучения и вследствие этого большой протяженности (глубины) световода.
Большие светопотери объясняются теми же причинами ° Излучение многократно. отражается от боковых стенок световода и приходит к поверхности выхода под большими углами падения, что также отрицательно скажется на работе с некоторыми типами приемников излучения, например, с фотопреобразователями.
Известен концентратор солнечного излучения, содержащий оптически прозрачную фокусирующую призму с треугольным поперечным сечением, имею35 щую образующие острый угол грани входа и переотражения излучения и грань выхода концентрированного излучения, устройство отконцентрированного излучения и устройство отражения, прохо40 дящего через фокусирующую призму излучения., расположенное относительно последней с зазором сс стороны грани переотражения излучения (2g.
Устройство отражения в известном г 45 концентраторе выполнено в виде плоского зеркала, расположенного параллель» но грани переотражения призмы. Солнечное излучение проходит через фокусирующую призму, отражается плоским зеркалом и вновь возвращается в призму. Острый угол между гранями входа и переотражения призмы обеспечивает условие полного внутреннего отражения излучения, введенного в призму зеркалом.
Однако степень концентрации излучения в этом случае ограничена минимальным значением угла полного внутреннего отражения и связана с оптическими свойствами материала призмы.
Цель изобретения — повышение степени концентрации излучения.
Поставленная цель достигается тем, что в известном концентраторе солнечного излучения, содержащем прозрачную фокусирующую призму с треугольным поперечным сечением, имеющую образующие острый угол грани входа и переотражеиия излучения и грань выхода концентрированного излучения, и устройство отражения, проходящего через фокусирующую призму излучения, расположенное относительно послед ней с зазором со стороны грани переотражения излучения, устройство отражения излучения выполнено в виде по меньшей мере одной призмы с треугольным поперечным сечением, имеющей образующие острый угол грани входа проходящего через фокусирующую призму излучения и зеркального отражения излучения и расположенной своим острым углом однонаправленно с осгрым углом фокусирующей призмы, на фиг. I показана оптическая схема концентратора солнечного излучения; на фиг.2 — вариант выполнения концентратора с устройством отражения, проходящего через фокусирующую призму излучения в виде набора призм.
Концентратор солнечного излучения содержит оптически прозрачную фокусирующую призму 1 (фиг. 1) с треугольным поперечным сечением, имеющую образующие острый угол o(грани 2 и 3 вхо 1а и переотражения излучения соответственно и грань 4 выхода концентрированного излучения, и устройство
5 отражения, проходящего через йокусирующую призму 1 излучения, расположенное относительно последней с зазором 6 со стороны грани 3 переотражения излучения.
Устройство 5 отражения излучения выполнено в виде по меныней мере одной призмы 7 с треугольным поперечным сечением, имеющей образующие острый угол ф грани 8 и 9 входа проходящего через фокусирующую призму 1 излучения и зеркального отражения излучения и расположенной своим острым углом р однонаправленно с острым углом с(, фокусирующей призмы
Концентратор может иметь устройство 5 (фа г.2) отражения, выполненное в виде набора призм 7 с одинаковыми острыми углами . Для обеспечения
3 1089 работоспособности концентратора соотношение углов о и (5 ei"o Фокусирующей призмы 1 и устройства 5 отраг жения должно удовлетворять йеравенству 5
tl „sino(4««n — -игсз1п )p )- с1гсМпх о1. 1
2 "f лР 2
c+9 8 -5I llk и — I A Я1п Ы х дгс51п 10 ф Ор где и, n — коэффициенты преломления материала фокусирующей призмы 1 и призмы 7 устройства 5 соответственно.
Нижнее ограничение угла f3 связано с обеспечением введения отраженного устройством 5 излучения в фокусирующую призму 1 под углом, превышающим угол полного внутреннего отражения призмы 1. 20
Верхнее огр аничение угл à р связано с полным внутренним отражением излучения в призмах 7 устройства 5 отражения
Увеличение коэффициента преломле- 25 ния материала призм 7 свыше коэффициента преломления материала фокусирующей призмы 1 приводит к уменьшению потерь излучения в наборе призм 7, Концентратор солнечного излучения работает следующим образом.
Солнечное излучение падает на грань 2 (фиг.1) входа фокусирующей призмы I,пересекает последнюю и зазор 6 входит в призму 7 устройства 5 отражения. Солнечное излучение в приз . ,.1 5 ме 7 отражается гранью 9, выходит через грань 8, пересекает зазор 6, входит в фокусирующую призму 1 под углом превышающим угол полного внутФ
40 реннего отражения и, многократно пере. отражаясь гранями 2 и 3, выходит концентрированным пучком из грани фокусирующей призмы 1, Пример в 1полнения концентратора
45 солнечного излучения.
365 4
Фокусирующая призма концентратора выполнена из материала с коэффициентом преломления и 1,77 и имеет острый уголс(,= бо. ! призмы 7 устройства 5 отражения концентратора выполнены из материала с коэффициентом преломления и 1,5.
Значения угла р призм 7 мо ут быть выбраны в диапазоне 13 31 30 <
И (! 7o2Î . Степень концентрации без учета потерь излучения в наборе призм
7 составит К = 9,51 Практически достижимая степень концентрации составит К 7"8,5, что значительно превышает степень концентрации известного концентратора, достигающую величину К 2,6. Выполнение устройства 5 отражения в виде призмы 6, определенным образом ориентированной относительно фокусирующей призмы 1, позволяет внести отраженное солнечное излучение в последнюю под углом, превышающим угол полного внутреннего отражения, практически независимо от соотношения острого угла С1, и кб.эффициента преломления и материапа фокусирукщей призмы 1 и без потерь этого излучения, поток которого определяет ся площадью гр ани 2 входа излучения в нее, что в свою очередь приводит к повьвяению степени концентрации излучения, Выполнение устройства 5 отражения концентратора в виде набора призм
7 снижает его материалоемкость,что упрощает эксплуатацию концентратора.
Увеличение степени концентрации позволяет уменьшить количество фотопреобразователей на единицу установленной мощности при создании гелиоэнергетических установок на базе предлагаемого концентратора, что в свою очередь снижает стоимость и повышает эффективность внедрения концентраторов и гелиоэнергетически"c установок на их основе.
Фиг.8
ВНИИПИ Заказ 29 I 135 Тиваж 711 Подписное
Филиал ПБП "Патент", г.Ужгород, улЛроектиая, 4