RU2044226C1 - Solar-energy plant - Google Patents
Solar-energy plant Download PDFInfo
- Publication number
- RU2044226C1 RU2044226C1 RU9393026113A RU93026113A RU2044226C1 RU 2044226 C1 RU2044226 C1 RU 2044226C1 RU 9393026113 A RU9393026113 A RU 9393026113A RU 93026113 A RU93026113 A RU 93026113A RU 2044226 C1 RU2044226 C1 RU 2044226C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- concentrators
- radiation
- solar
- primary
- reflectors
- Prior art date
Links
Images
Classifications
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E10/00—Energy generation through renewable energy sources
- Y02E10/40—Solar thermal energy, e.g. solar towers
Landscapes
- Lenses (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к области создания солнечных энергетических установок с концентраторами солнечного излучения. The invention relates to the field of creating solar power plants with solar concentrators.
Известны солнечные установки с концентрирующими системами, выполненными по схеме Кассегрена, в которых первичным концентратором является параболоид, вторичным отражателем является софокусный гиперболоид (один фокус параболоида и гиперболоида совмещены), а во втором фокусе гиперболоида установлен приемник излучения для нагрева теплоносителя. Solar installations with concentrating systems made according to the Cassegrain scheme are known, in which the primary concentrator is a paraboloid, the secondary reflector is a confocal hyperboloid (one focus of the paraboloid and the hyperboloid are combined), and a radiation detector is installed in the second focus of the hyperboloid for heating the coolant.
Недостатком этого устройства является сложность пространственной конструкции системы Кассегрена, когда речь идет о создании установок больших мощностей, так как изготовление концентратора и отражателя больших размеров (десятки метров в диаметре) дорогая и сложная техническая задача в виду большой парусности системы. The disadvantage of this device is the complexity of the spatial design of the Cassegrain system when it comes to creating large capacity installations, since the manufacture of a large concentrator and reflector (tens of meters in diameter) is an expensive and difficult technical task in view of the large windage of the system.
Известна солнечная установка, содержащая ориентируемую на солнце концентрирующую солнечное излучение систему, имеющую первичные концентраторы, фокусирующие излучение в точечные фокусы, и вторичные отражатели, имеющие общие фокусы с первичными концентраторами, выполненные в виде тел вращения вокруг их осей симметрии и направляющие излучение на общий приемник. A solar installation is known that contains a sun-oriented concentrating solar radiation system having primary concentrators focusing the radiation into point foci and secondary reflectors having common foci with primary concentrators made in the form of bodies of revolution around their symmetry axes and directing radiation to a common receiver.
Недостатком этой установки является многократное излучение на элипсоидном вторичном отражателе и дополнительном зеркале и необходимость дополнительного слежения плоским зеркалом. The disadvantage of this setup is multiple radiation on an ellipsoid secondary reflector and an additional mirror and the need for additional tracking with a flat mirror.
Целью изобретения является устранение указанных недостатков, уменьшение энергетических потерь, увеличение КПД и упрощение конструкции установки при увеличении мощности. The aim of the invention is to remedy these disadvantages, reduce energy losses, increase efficiency and simplify the design of the installation with increasing power.
Для этого в солнечной установке, содержащей приемник излучения и ориентируемую на солнце концентрирующую солнечное излучение систему, имеющую первичные концентраторы, фокусирующие излучение в точечные фокусы на фокальной плоскости, и вторичные отражатели, имеющие общий фокус с первичными концентраторами и выполненные в виде тел вращения вокруг их осей симметрии, направленных на приемники излучения, оси симметрии вторичных отражателей направлены на общий приемник излучения для группы концентраторов или для всей системы и первичные концентраторы выполнены с возможностью синхронного поворота вокруг своих фокусов. Общий приемник излучения может быть расположен между первичными концентраторами и вторичными отражателями. Общий приемник излучения может быть расположен за фокальной плоскостью первичных концентраторов. Первичный концентратор может быть выполнен в виде линзы Френеля. Вторичные отражатели могут быть выполнены в виде параболоидов или гиперболоидов. For this purpose, in a solar installation containing a radiation receiver and a solar-oriented solar concentrating system with primary concentrators focusing radiation into point foci on the focal plane, and secondary reflectors having a common focus with primary concentrators and made in the form of bodies of revolution around their axes symmetries aimed at radiation receivers, symmetry axes of secondary reflectors are directed at a common radiation receiver for a group of concentrators or for the entire system and primary ntsentratory are capable of synchronously rotating around their tricks. A common radiation receiver may be located between the primary concentrators and the secondary reflectors. A common radiation receiver may be located behind the focal plane of the primary concentrators. The primary hub can be made in the form of a Fresnel lens. Secondary reflectors can be made in the form of paraboloids or hyperboloids.
Направление осей симметрии вторичных отражателей на общий приемник излучения для группы первичных концентраторов или для всей концентрирующей системы позволяет сократить число приемников до одной штуки на всю установку, что уменьшает потери на коммутацию отдельных приемников между собой. Возможность синхронного поворота первичных концентраторов вокруг своих фокусов позволяет упростить конструкцию всей установки, так как при этом сама установка остается неподвижной, а ориентацию на солнце осуществляют только поворотом первичных концентраторов, имеющих меньшую массу, чем вся концентрирующая система. Расположение общих приемников излучения между первичными концентраторами и вторичными отражателями увеличивает компактность установки. Расположение общего приемника излучения за фокальной плоскостью позволяет увеличить мощность установки за счет использования излучения от большого числа первичных концентраторов. The direction of the symmetry axes of the secondary reflectors to a common radiation receiver for a group of primary concentrators or for the entire concentrating system allows to reduce the number of receivers to one piece per installation, which reduces the switching losses of individual receivers between each other. The possibility of synchronous rotation of the primary concentrators around their foci makes it possible to simplify the design of the entire installation, since the installation itself remains stationary, and orientation to the sun is carried out only by turning the primary concentrators, which have a lower mass than the entire concentrating system. The location of the common radiation receivers between the primary concentrators and secondary reflectors increases the compactness of the installation. The location of the common radiation receiver behind the focal plane allows you to increase the power of the installation due to the use of radiation from a large number of primary concentrators.
Использование в качестве первичных концентраторов линз Френеля позволяет увеличить ресурс работы установки, так как в линзах отсутствует отражающий слой, который с течением времени подвержен коррозии, а также удешевить стоимость установки, так как производство линз Френеля дешевле, чем изготовление параболических отражателей и легко поддается автоматизации процесса. The use of Fresnel lenses as primary concentrators allows to increase the lifetime of the installation, since the lenses do not have a reflective layer, which is subject to corrosion over time, and also reduce the cost of installation, since the production of Fresnel lenses is cheaper than the manufacture of parabolic reflectors and can be easily automated .
Использование в качестве вторичных отражателей параболоидов позволяет получить на приемнике излучения равномерную освещенность, что положительно сказывается на работе таких преобразователей, как фотоэлементы. The use of paraboloids as secondary reflectors makes it possible to obtain uniform illumination at the radiation receiver, which positively affects the operation of converters such as photocells.
На фиг. 1 изображена схема поперечного сечения установки с концентрирующей системой, выполненной в виде параболоидов, вторичные отражатели выполнены в виде гиперболоидов, оси симметрии которых направлены на общие приемники излучения, установленные между первичными концентраторами и вторичными отражателями; на фиг. 2 в качестве первичных концентраторов использованы линзы Френеля, а вторичные отражатели выполнены в виде параболоидов; на фиг. 3 показано расположение приемника излучения за фокальной плоскостью первичных концентраторов; на фиг. 4 расположение общего приемника за фокальной плоскостью для линз Френеля; на фиг. 5 продемонстрирована возможность ориентации на солнце первичных отражателей в виде параболоидов; на фиг. 6 возможность ориентации на солнце линз Френеля. In FIG. 1 shows a cross-sectional diagram of an installation with a concentrating system made in the form of paraboloids, the secondary reflectors are made in the form of hyperboloids, the axis of symmetry of which are directed to common radiation detectors installed between the primary concentrators and the secondary reflectors; in FIG. 2, Fresnel lenses are used as primary concentrators, and secondary reflectors are made in the form of paraboloids; in FIG. 3 shows the location of the radiation receiver behind the focal plane of the primary concentrators; in FIG. 4 arrangement of a common receiver behind the focal plane for Fresnel lenses; in FIG. 5 demonstrates the possibility of orientation to the sun of primary reflectors in the form of paraboloids; in FIG. 6 the possibility of orientation to the sun of Fresnel lenses.
Кроме того, на чертежах приведены: высота оптической системы Н, габаритный размер L, определяемый как расстояние от приемника 1, углы αi наклона осей симметрии вторичных отражателей к фокальной плоскости. Пунктирной линией приведены недостающие части вторичных зеркал.In addition, the drawings show: the height of the optical system H, the overall dimension L, defined as the distance from the
Солнечная установка (см. фиг. 1), содержит приемники излучения 1 и ориентирующую на солнце концентрирующую систему, имеющую первичные концентраторы 2, фокусирующие излучение в точечные фокусы F1, F2,F6на фокальной плоскости 3, и вторичные отражатели 4, имеющие общие фокусы F1, F2,F6, с первичными концентраторами 1 и выполненные в виде тел вращения вокруг их соей симметрии 5, направленных на приемники излучения 1. При этом оси симметрии 5 вторичных отражателей 4 направлены на общий приемник излучения 1 для группы концентраторов 2 или для всей системы, первичные концентраторы 1 выполнены с возможностью поворота вокруг своих фокусов F1, F2,F6 (см. фиг. 5 и 6).A solar installation (see FIG. 1) contains
Общий приемник 1 может быть расположен между первичными концентраторами 2 и вторичными отражателями 4 (см. фиг. 1-3). The
Общий приемник 1 может быть расположен за фокальной плоскостью 3 первичных концентраторов 2 (см. фиг. 3-5). The
Первичные концентраторы 2 могут быть выполнены в виде линз Френеля (см. фиг. 2, 4, 6).
Вторичные отражатели 4 могут быть выполненными в виде параболоидов (см. фиг. 2, 3, 5, 6).
Работает установка следующим образом. The installation works as follows.
Солнечное излучение падает на ориентируемые на солнце первичные концентраторы 2 (см. фиг. 1), выполненные в виде параболоидов, отражается по направлению к фокусам F1, F2,F6 расположенным в фокальной плоскости 3. На пути к фокусам Fi излучение попадает на вторичные отражатели 4, выполненные в виде гиперболоидов (см. фиг. 1) или параболоидов (см. фиг. 2). Вторичные отражатели 4 имеют общие фокусы F1, F2,F6 с первичными концентраторами 2. В силу геометрических законов для образующих этих отражателей (гиперболы или параболы) солнечные излучение отражается от них следующим образом: для гипербол в виде сходящихся световых потоков во вторые фокусы F′либо в виде параллельного светового потока от парабол. Так как отраженный от вторичных отражателей 4 поток всегда параллелен в силу геометрических свойств осям симметрии 5 (главные оптические оси гиперболы или параболы), которые в свою очередь направлены на приемники излучения 1, то оптическое излучение от вторичных отражателей направляется на общий приемник 1 для группы отражателей (F1, F2, F3) и на другой приемник 1 для второй группы отражателей (F4, F5, F6). При этом оси симметрии 5 могут иметь разные углы наклона α1, α2, α3 к фокальной плоскости 3.Solar radiation falls on the sun-oriented primary concentrators 2 (see Fig. 1), made in the form of paraboloids, is reflected in the direction of the foci F 1 , F 2 , F 6 located in the
Если оптическая система имеет один приемник излучения 1, то все солнечное излучение, приходящее на все первичные концентраторы 2, попадает на него (см. фиг. 2). В качестве первичных концентраторов 2 могут быть использованы линзы Френеля (см. фиг. 2, 4, 6). If the optical system has one
Для увеличения компактности установки приемник излучения 1 может быть расположен между первичными концентраторами 2 и вторичными отражателями 4 (см. фиг. 2, 3, 5). В этом случае углы αi ограничены габаритным размером L группы первичных концентраторов 2 и размером Н, определяющими высоту расположения фокальной плоскости, а также взаимным затенением вторичными отражателями.To increase the compactness of the installation, the
В том случае, когда приемник излучения 1 расположен за пределами фокальной плоскости 3, ограничения на углы αi значительно меньше, что позволяет увеличить размер L, а следовательно, увеличить мощность установки и концентрацию излучения на приемнике 1.In the case when the
Первичные концентраторы 2 могут иметь возможность синхронного поворота вокруг своих фокусов F1, F2,F6 для ориентации на солнце. В этом случае приемники излучения 1 и вторичные отражатели 4 остаются неподвижными, как и вся установка в целом, а ориентация на солнце первичных концентраторов 2 в виде параболоидов (см. фиг. 5) или в виде линз Френеля (см. фиг. 6) осуществляется только синхронным поворотом концентраторов 2 вокруг каждого своего фокуса F1, F2,F6.
Технико-экономические преимущества прилагаемого технического решения заключаются в следующем: уменьшаются пропорционально габаритному размеру L длина коммутации отдельных приемников для вывода энергии из установки. Например, для установки тепловой мощностью 1 МВт общая площадь первичных концентраторов должна составлять (при солнечной радиации 1000 Вт/м2, коэффициенте отражения концентраторов и отражателей 0,85) приблизительно 1384 м2 (квадрат со стороны L 37 м).The technical and economic advantages of the attached technical solution are as follows: they decrease in proportion to the overall size L the switching length of individual receivers for energy output from the installation. For example, for a installation with a thermal power of 1 MW, the total area of primary concentrators should be (with solar radiation of 1000 W / m 2 , the reflection coefficient of concentrators and reflectors 0.85) approximately 1384 m 2 (square from the side of L 37 m).
При выполнении установки по схеме прототипа, когда каждый первичный концентратор, например, в форме квадрата 1 м х 1 м имеет свой приемник излучения, общее число приемников составит 1384 шт. а длина коммутации в лучшем случае (все приемники соединены последовательно) 1722 м. When performing the installation according to the prototype scheme, when each primary concentrator, for example, in the form of a
В случае выполнения установки по схеме на фиг. 3 или 4 длина кабелей или теплопровода для вывода энергии из установки в худшем случае составит 37 м. In the case of installation according to the circuit of FIG. 3 or 4 the length of the cables or heat conduit for energy output from the installation in the worst case is 37 m.
Ориентация концентрирующей системы тепловой мощностью 1 МВт и площадью 1384 м2 (37 м х 37 м) в наземных условиях эксплуатации будет представлять значительные трудности, так как потребует реализации громоздкой и прочной опорно-поворотной конструкции.Orientation of the concentrating system with a thermal power of 1 MW and an area of 1384 m 2 (37 mx 37 m) under ground operating conditions will present significant difficulties, since it will require the implementation of a bulky and robust slewing and slewing structure.
Выполнение установки по фиг. 5 или 6 позволяет при неподвижной установке осуществлять ориентацию только первичных концентраторов, имеющих значительно меньшую массу, чем вся установка, уменьшить потребную мощность на ориентацию, увеличить мощность самой установки. The installation of FIG. 5 or 6 allows for a stationary installation to orient only primary concentrators having a significantly lower mass than the entire installation, to reduce the required power for orientation, to increase the power of the installation itself.
Claims (3)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU9393026113A RU2044226C1 (en) | 1993-05-06 | 1993-05-06 | Solar-energy plant |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU9393026113A RU2044226C1 (en) | 1993-05-06 | 1993-05-06 | Solar-energy plant |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2044226C1 true RU2044226C1 (en) | 1995-09-20 |
RU93026113A RU93026113A (en) | 1997-03-20 |
Family
ID=20141450
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU9393026113A RU2044226C1 (en) | 1993-05-06 | 1993-05-06 | Solar-energy plant |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2044226C1 (en) |
Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
WO2005033498A1 (en) * | 2003-10-08 | 2005-04-14 | Federalnoe Gosudarstvennoe Unitarnoe Predpriyatie Nauchno-Issledovatelsky Institut Kompleksnikh Ispitany Optiko-Elektronnikh Priborov I Sistem /Fgup Niiki Oep/ | Aerospace laser jet engine |
RU2516728C2 (en) * | 2011-11-03 | 2014-05-20 | Виктор Петрович Усов | Method of fan concentration of solar power and device for its implementation |
RU2559030C2 (en) * | 2012-07-18 | 2015-08-10 | Федеральное государственное бюджетное учреждение "Научно-исследовательский испытательный центр подготовки космонавтов имени Ю.А. Гагарина" (ФГБУ "НИИ ЦПК имени Ю.А. Гагарина) | Laser rocket engine (versions) |
-
1993
- 1993-05-06 RU RU9393026113A patent/RU2044226C1/en active
Non-Patent Citations (2)
Title |
---|
Авторское свидетельство СССР N 892397, кл. F 24J 2/18, 1981. * |
Патент США N 4084581, кл. F 24J 3/02, 1987. * |
Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
WO2005033498A1 (en) * | 2003-10-08 | 2005-04-14 | Federalnoe Gosudarstvennoe Unitarnoe Predpriyatie Nauchno-Issledovatelsky Institut Kompleksnikh Ispitany Optiko-Elektronnikh Priborov I Sistem /Fgup Niiki Oep/ | Aerospace laser jet engine |
RU2516728C2 (en) * | 2011-11-03 | 2014-05-20 | Виктор Петрович Усов | Method of fan concentration of solar power and device for its implementation |
RU2559030C2 (en) * | 2012-07-18 | 2015-08-10 | Федеральное государственное бюджетное учреждение "Научно-исследовательский испытательный центр подготовки космонавтов имени Ю.А. Гагарина" (ФГБУ "НИИ ЦПК имени Ю.А. Гагарина) | Laser rocket engine (versions) |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US7797939B2 (en) | Concentrating solar energy receiver | |
US4044753A (en) | Solar energy collection system | |
RU2137054C1 (en) | Solar power plant | |
US4307711A (en) | Sun tracking solar energy collector system | |
JP6092774B2 (en) | Concentrating daylight concentrator | |
US9236516B2 (en) | Solar energy collector apparatus | |
US20160079461A1 (en) | Solar generator with focusing optics including toroidal arc lenses | |
JP2012038954A (en) | Condensing photovoltaic power generation system | |
US20110265783A1 (en) | solar energy collecting system | |
US20090194097A1 (en) | Methods and Mechanisms to Increase Efficiencies of Energy or Particle Beam Collectors | |
JP2003149586A (en) | Condenser | |
RU2044226C1 (en) | Solar-energy plant | |
US4444176A (en) | Solar energy collector | |
KR100822926B1 (en) | Collector-emitter device with a polished perimetrical concave reflecting surface oriented in a oblique direction | |
RU2206837C2 (en) | Solar module with concentrator (alternatives) | |
US4495938A (en) | Solar energy collector | |
Canavarro et al. | Simultaneous multiple surface method for the design of new parabolic dish-type concentrator using a Cassegranian approach | |
US9780722B1 (en) | Low-cost efficient solar panels | |
US4297988A (en) | Solar energy collector | |
CN104297826B (en) | Non-imaging secondary reflector for light condensing system | |
EP2580617A2 (en) | Low cost focussing system giving high concentrations | |
US11984845B1 (en) | Solar collector | |
RU2154243C1 (en) | Solar power plant | |
RU2763117C1 (en) | Solar module with concentrator | |
US10418932B2 (en) | Mirror system for considerably increasing the productivity of photovoltaic power plants |